Юрин Павел Владимирович. Аппаратурно-технологическое оформление процесса ректификации 1,2-дихлорэтана в производстве винилхлорида

Краткое описание

Юрин Павел Владимирович. Аппаратурно-технологическое оформление процесса ректификации 1,2-дихлорэтана в производстве винилхлорида : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.08, 05.17.04.- Москва, 2005.- 162 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-5/195

Волгоградский государственный технический университет
На правах рукописи
Юрин Павел Владимирович
АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ
1,2-ДИХЛОРЭТАНА В ПРОИЗВОДСТВЕ ВИНИЛХЛОРИДА
Специальности: 05.17.08 - «Процессы и аппараты химических технологий»
05.17.04 - «Технология органических веществ»
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель:
доктор технических наук
профессор Голованчиков А.Б.
Москва, 2005
Of

<1 •
>
A
I
f
Введение 4
Глава 1. Анализ литературных данных и постановка задач исследования 11
1.1. Способы утилизации и рекуперации хлорорганических отходов 11
1.2. Примеры аппаратурных и технологических решений по утилизации
хлорорганических отходов в целевые продукты 13
1.3. Постановка задачи исследования 35
Выводы к первой главе 36
Глава 2. Цели и задачи исследований. Основные решения совершенствования в
производства винилхлорида 37
Выводы ко второй главе 48
Глава 3. Экспериментальное исследование процесса выделения 1,2-дихлорэтана.
Определение причин потерь целевых продуктов 49
3.1. Методика проведения экспериментов 49
3.2 Результаты экспериментов и их анализ 52
Выводы к третьей главе 59
Глава 4. Экспериментальное определение эффективности применения
/
депрессорных добавок 61
4.1. Постановка задач исследования 61
4.2. Оборудование и методика проведения экспериментов 63
4.3. Результаты экспериментов и их анализ 65
4.4. Исследование влияния хлорпарафина на вязкость системы 1,2-дихлорэтан-смолы... 69
4.5. Исследование технологического режима работы на стендовой установке 72
4.6. Исследование реологических свойств смол с добавкой хлорпарафина 80
Выводы к четвёртой главе 83
Глава 5. Математическое моделирование процессов, используемых для
выделения целевых продуктов 84
5.1. Моделирование процесса отгонки 1,2-дихлорэтана из смеси кубовых остатков 84
5.2. Моделирование процесса ректификации с рециклом паровой фазы 87
Выводы к пятой главе 104
Глава 6. Промышленная реализация разработанных аппаратурно-
технологических решений 105
t ' 6.1. Разработанная технология ректификации 1,2-дихлорэтана с уменьшенным выводом
хлорорганических отходов 105
6.2. Описание технологической схемы установки по извлечению 1,2-дихлорэтана из
• жидких отходов дегидрохлорирования 112
It
I
4
• f
3
6.3. Результаты работы промышленной установки 122
6.4. Описание технологической схемы установки по регенерации 1,2-дихлорэтана 127
Выводы к шестой главе 133
Глава 7. Практическая реализация выделеннвх хлорорганических смол в
промышленности строительных материалов 134
7.1. Постановка задач исследований. Получение строительного материала из выделяемых
продуктов уплотнения 134
7.2. Оборудование и технология изготовления мягких кровель 137
7.3. Оборудование и технология гидроизоляции железобетонных изделий 139
Выводы к седьмой главе 140
Выводы 141
Список литературы 142
Приложения 151
i
i
Введение
Актуальность проблемы
Развитие общества в XXI веке обуславливает бурный рост производственных
мощностей во многих сферах хозяйственной деятельности человека. Это
относится и к промышленному производству, и к строительству, и к сельскому
хозяйству. Как известно любое технологическое оборудование не может работать
совершенно, соответственно неизбежны потери целевых продуктов, которые
зачастую переходят в отходы производства.
Существуют определённые законы природы, не позволяющие получить
100 % выхода целевого продукта при любом способе его производства. Особенно
это характерно в области реализации химических технологий.
Наличие отходов при производстве химической продукции неизбежно по
следующим причинам:
• химические производства, основу которых представляет превращение
веществ на молекулярном уровне, в качестве сырья используют не чистые
вещества, а смеси (например, нефть), ценность которых как сырья
определяется содержанием целевого компонента. Остальные компоненты
либо используются для других производств, либо, вследствие несовершенства
технологии и оборудования, теряются в виде отходов (сырьевой
фактор);
4
5
• химические реакции практически никогда не доходят до конца. Особенно
это ярко проявляется при промышленной реализации процесса - выигрыш
в интенсивности производства (аппарата) часто приводит к неполному
использованию сырья. Непрореагировавшее сырьё так же следует
отнести к потерям вследствие недостатков технологии и оборудования
(кинетический фактор).
Из этого следует, что создать технологическую схему и аппаратурное
оформление, полностью исключающее потери целевых продуктов практически
невозможно. Однако совершенствование технологий и оборудования может
улучшить эти показатели.
В производстве винилхлорида - наиболее крупнотоннажного хлорорга-
нического мономера - значительные количества целевых продуктов и полупродуктов
теряется и, как правило, выходят из производства в виде токсичных отходов.
Выход этих отходов составляет тысячи тонн в год, при содержании в них
целевых продуктов до 90 % от общей массы.
В настоящее время значительная часть этих продуктов утилизируется как
отходы без выделения целевых продуктов, либо с использованием сложного технологического
оборудования для получения вторичных продуктов. В основном
эти производства направлены на получение хлористого водорода и хлороргани-
ческих растворителей.
ч
4
6
Из всех известных методов рекуперации целевых продуктов из отходов, в
данной работе нами выбран метод совершенствования технологии и оборудования
производства винилхлорида.
Реализация технологических решений по аппаратурному оформлению
процесса, предложенных в данной работе, позволит вернуть в производство
практически весь 1,2-дихлорэтан и 1,1,2-трихлорэтан, в настоящее время теряемые
в виде отходов.
Цели работы
Основная цель работы заключается в совершенствовании процесса и оборудования
производства винилхлорида, направленное на снижение потерь 1,2-
дихлорэтана и 1,1,2-трихлорэтана, являюш;ихся сырьём для производства винилхлорида
и винилиденхлорида.
Эта цель достигается путём совершенствования технологии получения
1,2-дихлорэтана, и разработкой направлений использования не утилизируемых
хлорорганических отходов как компонентов строительных материалов.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие
задачи:
• проведён анализ работы системы выделения 1,2-дихлорэтана
на действующем производстве винилхлорида, при котором выявлены отрицательные
стороны работы технологической схемы;
7
w • определен состав потоков, составляющих 1,2-дихлорэтан-сырец,
выявлены вещества, ответственные за образование нерастворимых осад-
ков при ректификации;
• разработан новый способ выделения 1,2-дихлорэтана, при котором
исключается возможность образования коксообразных остатков, не выгружаемых
из реактора;
• разработана новая технологическая схема ректификации 1,2-
дихлорэтана на действующем производстве винилхлорида с увеличенным
выходом целевого продукта и сниженным количеством потерь 1,2-
дихлорэтана с попутным выделением 1,1,2-трихлорэтана;
• разработана конструкция колонны ректификации с пониженным
^ расходом греющего пара;
• разработан состав и технология приготовления и использования
новых гидроизоляционных покрытий на основе отходов производства
винилхлорида.
Научная новизна
на основании проведённых экспериментальных исследовании установлены
компоненты, содержащиеся в потоках 1,2-дихлорэтана, образующие
при ректификации нерастворимые осадки;
»
4
»
8
у, • на основании лабораторных и стендовых исследований изменена
организация процесса ректификации 1,2-дихлорэтана, заключающаяся в
разделении потоков и предварительной разгонке тяжёлых остатков термического
дегидрохлорирования;
• на основании лабораторных и стендовых исследований определен
вид, и концентрация депрессорных добавок в исходной смеси, что позволило
вести процесс отгонки светлых продуктов от коксующихся компонентов,
приводящий в дальнейшем к увеличению выхода целевых продуктов
в процессе ректификации 1,2-дихлорэтана;
• определён диапазон изменения числа рецикла, в котором величина
кинетических коэффициентов в паровой фазе принимает наибольшее значение
для условий ректификации 1,2-дихлорэтана;
• установлены режимные параметры работы ректификационной колонны
с рециклом паровой фазы, позволяющие вести процесс без укрепляющей
части, а также снизить энергоёмкость и высоту аппарата (на примере
ректификации 1,2-дихлорэтана).
Практическая значимость работы
На основании проведённых исследований усовершенствованы технология
и оборудование ректификации, дихлорэтана. По предложенному техническому
решению, 1,2-дихлорэтан, содержащийся в жидких отходах, возвращён в производственный
цикл. При этом снизилось количество не утилизируемых хлорорга-
>
«
9
^ч нических отходов, вывозимых на полигон захоронения, и они переведены в категорию
сырьевых ресурсов. Разработанная аппаратурно-технологическая схема
эксплуатируется с августа 2004 г. Экономический эффект от реализации нового
аппаратурно-технологического решения на ОАО «Пласткард» составляет 8,3
млн. рублей в год.
Разработан способ выделения светлых продуктов ректификацией из коксующихся
систем, свободный от коксоотложений на поверхностях теплообмена.
Способ нашёл применение при ректификации 1,2-дихлорэтана-сырца и с августа
2004 года постоянно эксплуатируется в производстве винилхлорида.
Это позволило исключить механическую чистку кипятильников колонн
ректификации, практиковавшуюся ранее при капитальных ремонтах, что снизило
эксплуатационные затраты на обслуживание производства.
Создан новый гидроизоляционный материал, включающий в себя хлорор-
ганические отходы, обладающий улучшенными потребительскими качествами.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались: на научно-
технических конференциях Волгоградского государственного технического университета
в 2002-2005 годах, на «Поволжских экологических чтениях» г. Волгоград
2004, XVir Международной конференции «Математические методы в технике
и технологиях» г. Кострома 2004, XX международной научно-технической
конференции «Наукоёмкие химические технологии» г. Волгоград, 2004, IV международной
научно-технической конференции «Надёжность и долговечность
10
строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» г, Волгоград,
2005.
Публикации
По теме диссертационной работы получены патенты Российской Федерации
№№ 2193438 и 2243203. Опубликовано 2 статьи в центральных научно-
технических изданиях, 4 тезиса докладов на научно-технических конференциях.
Структура и объём работы
Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и приложений. Диссертация
содержит 150 страниц машинописного текста, 28 рисунков 32 таблицы.
Библиографический список включает 105 наименований.

Список литературы

Выводы
1. Из анализа литературных данных и технологической схемы производства
винилхлорида, сбалансированного по хлористому водороду,
найдены причины потерь целевых продуктов на стадии ректификации
1,2-дихлорэтана.
2. На основании выявленных причин предложен способ раздельной
ректификации 1,2-дихлорэтана с применением депрессорных добавок.
Обосновано применение хлорпарафина ХП-30 в качестве добавки.
3. Определён диапазон изменения числа рецикла, в котором величина
кинетических коэффициентов в паровой фазе принимает наибольшее
значение для условий ректификации 1,2-дихлорэтана.
4. Предложен оригинальный способ ректификации 1,2-дихлорэтана с
рециклом по низкокипящему продукту в производстве винилхлорида.
Разработана методика инженерного расчёта ректификационных колонн
для данного способа.
5. Разработана и внедрена промышленная установка выделения целевых
продуктов: 1,2-дихлорэтана, 1,1,2-трихлорэтана и смол. С августа
2004 года в ходе эксплуатации установки получен экономический эф-
фект в размере 8,2 млн. руб.
6. Показана возможность применения выделенных смол в качестве
компонента строительных материалов и исключением их из отходов
производства.