Установка производства этилена из этана, производительностью 300 000 тонн в год

Основу сырьевой базы современной нефтехимии - этилен получали сначала из коксового газа, дегидратацией этанола и даже гидрированием ацетилена. Такая ситуация сохранялась во многих странах до конца второй мировой войны. Однако, по мере того как потребность в этилене росла, его производство стало все больше определяться пиролизом нефтяных фракций (легкого бензина, нафты, газойля) и попутного газа. Первые промышленные установки появились сначала в США. В 1920 году «Union Carbide» и «Carbon Co» построили пилотную установку пиролиза этана и пропана, они же впоследствии разработали и пиролиз газойля. Пиролиз углеводородного сырья - это термическое разложение органических природных соединений при недостатке воздуха. Процесс термического пиролиза углеводородного сырья остаётся основным способом получения низкомолекулярных олефинов - этилена и пропилена.
Существующие мощности установок пиролиза составляют 113,0 млн т/год по этилену или почти 100% мирового производства и 38,6 млн т/год по пропилену или более 67% мирового производства. Остальное - 30% производства пропилена приходится на каталитический крекинг, около 3% - из газов процессов замедленного коксования и висбрекинга.
Среднегодовой прирост потребления этилена и пропилена в мире составляет более 4%. Наряду с производством этилена и пропилена, процесс пиролиза является основным источником дивинила, выделяемого из сопутствующей пиролизной С4 фракции и бензола, получаемого из жидких продуктов пиролиза. Таким образом, в силу вышеперечисленного, тема данной дипломной работы представляется весьма актуальной.
Целью данной работы является разработка установки получения этилена пиролизом этана мощностью по продукту 300000 тонн/год.
В рамках поставленной цели решаются следующие задачи:
• рассмотрение теоретических основ процесса пиролиза,
• исследование технологической схемы пиролиза углеводородов,
• расчет материального и теплового баланса процесса пиролиза применительно к заданию на дипломный проект;
• расчет и подбор необходимого оборудования;
• подбор средств автоматизации и контроля производства;
• рассмотрение вопросов безопасности труда на данном производстве и охраны окружающей среды;
• расчет технико-экономических показателей проектируемого производства.

ВВЕДЕНИЕ 5
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 7
1.1 Теория неразветвленного пиролиза алканов 7
1.2 Термодинамика пиролиза алканов 10
1.3 Пиролиз низших алканов 13
1.4 Кинетические параметры реакции пиролиза 17
1.6 Математические модели кинетики пиролиза 20
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 24
2.1 Выбор и обоснование аппаратурного оформления технологической схемы установки 24
2.2 Технологическая схема производства 30
2.2.1 Объект пиролиза 30
2.2.2 Объект газоразделения 39
2.3 Лабораторный контроль производства 45
3 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 54
3.1 Исходные показатели проекта 54
3.2 Характеристика сырья, продуктов и применяемых реагентов 54
4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 56
4.1 Расчёт печи пиролиза 56
4.1.1 Материальный баланс печи пиролиза 56
4.1.2 Материальный баланс печи с учётом водяного пара 62
4.1.3 Расчёт процесса горения топлива 63
4.1.4 Тепловая нагрузка печи 66
4.1.5 КПД печи. Расход топлива 69
4.1.6 Поверхность нагрева реакционного змеевика (экранных труб) 70
4.1.7 Время пребывания парогазовой смеси в реакционном змеевике 70
4.1.8 Потери напора в реакционном (радиантном) змеевике печи 73
4.1.9 Расчёт конвекционной поверхности [12] 75
4.2 Расчёт закалочно-испарительного аппарата (ЗИА) 78
4.2.1 Тепловой баланс ЗИА 79
4.2.2 Поверхность теплообмена 80
4.3 Расчёт закалочного устройства (ЗУ-1) 81
5 АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И РЕГУЛИРОВАНИЕ 83
5.1 Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования 83
5.1.1 Поддержание постоянного уровня 84
5.1.2 Регулирование расхода 85
5.1.3 Поддержание температуры 85
5.1.4 Поддержание давления 86
5.2 Выбор средств контроля и регулирования 86
5.2.1 Первичные преобразователи 87
5.3 Описание схемы автоматического контроля и регулирования 89
5.4 Регулирование процесса с помощью ЭВМ 94
6 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА 95
6.1 Характеристика производственной среды и анализ опасностей и производственных вредностей 95
6.2 Пожаро- и взрывоопасность объекта 103
6.3 Взрывопожароопасные, токсичные свойства сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства 104
6.4 Мероприятия по обеспечению безопасности труда 105
6.4.1 Мероприятия по безопасному ведению техпроцесса 105
6.4.2 Мероприятия по обеспечению безопасности производства 106
6.4.3 Способы и необходимые средства пожаротушения (ИПБ 166-97) 108
6.4.4 Защита работающих от производственных опасностей 110
6.4.5 Средства индивидуальной защиты работающих 111
6.4.6 Электробезопасность 112
6.4.7 Защита от статического электричества 113
6.4.8 Молниезащита 114
6.4.9 Освещение 115
6.5 Анализ надежности защиты работников в ЧС 115
6.6 Мероприятия по охране окружающей природной среды 116
7 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 119
7.1 Расчёт производственной мощности 119
7.2 Расчёт численности обслуживающего персонала 120
7.3 Расчёт фонда заработной платы 121
7.4 Калькуляция себестоимости продукции 124
7.5 Расчёт экономической эффективности 125
7.6 Основные технико-экономические показатели 126
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 127
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 128

В результате проведённой работы была рассчитана установка для получения этилена посредством пиролиза пропан-бутановой фракции.
Основным элементом установки является пиролизная печь четырёхпоточная, градиентного типа, с газовыми ижекционно-радиационными горелками, предназначенная для пиролиза различных видов сырья. Данных печей по результатам расчетов к установке предполагается не менее пяти штук мощностью по парощазовой смеси сырья порядка 50 т/ч.
В данном проекте был рассмотрен пиролиз этановой фракции углеводородов. Расчёт произведён при максимальной нагрузке печи по сырью – 68234,97 т/ч с разбавлением сырья водяным паром в количестве 50% масс. от сырья.
В результате расчёта определены следующие параметры и показатели печи: поверхность радиации 206,2 м2; поверхность конвекции 962,1 м2; время пребывания смеси в реакционном змеевике 0,377 с; расход топлива (метано-водородной фракции) 6521,72 кг/ч, количество труб радиации 12 шт. в одном потоке, общее количество труб конвекции 704 шт.
Трубы в камере конвекции расположены в шахматном порядке горизонтально. Трубы в камере радиации расположены в один ряд вертикально. Температура на выходе из камеры конвекции 600 С, из камеры радиации 840 С. Давление на входе в печь 5 кг/см2, на выходе из печи 1,3 кг/см2. Количество радиантного тепла печи 72941,86 кВт. Количество конвекционного тепла печи 39377,77 кВт.
Общая прибыль предприятия без учета капитальных затрат составляет 2427,47 млн. руб. / год без учета капитальных затрат, а рентабельность продукции – 51,59%.

1. Автоматические средства пожаротушения [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ogps7.ru/article-256.html
2. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. – Уфа: Гилем, 2002. – 672 с.
3. Бабицкий И.Ф., Вихман Г.Л., Вольфсон С.И. Расчёт и конструирование аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов. – М.: Недра, 1965. – с.242-245.
4. Баннов П.Г. Процессы переработки нефти. Часть 2. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2001. - 415 с.
5. Башхиян Ц.А. Трубчатые печи с излучающими стенками топки. – М.: ГОСИНТИ, 1960. – 192 с.
6. Вагафчик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – М., 1963. – 708 с.
7. Введенский А.А. Термодинамические расчёты нефтехимических процессов. – Л.: Гостоптехиздат, 1960. – 576 с.
8. Вредные вещества в промышленности. Т. 1,2,3. Под ред. Н. В. Лазарева. М.: - Химия, 1976,1977.
9. Гориславец С.П., Тменов Д.Н., Майоров В.И. Пиролиз углеводородного сырья. - Киев: Наукова думка, 1977. - 309 с.
10. ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. – М.: Госстандарт СССР, 1988.
11. ГОСТ 12.2.003-91. Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности. – М.: Госстандарт СССР, 1991.
12. Дубовкин Н.Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания. – М.: Госэнергоиздат, 1962. – 98 с.
13. Дытнерский Ю.И. (ред.). Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. - М.: Химия, 1983 г. – 272 с.
14. Ентус Н.Р., Шарикин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей промышленности. – М.: Химия, 1987. – 304 с.
15. Капкин В.Д., Савинецкая Г.А., Чапурин В.И. Технология органического синтеза. Учебник для техникумов. - М.: Химия, 1987. - 400 с.
16. Каталог оборудования дилерского центра «ООО Кипкомплект» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.kipkomplekt.ru/about.php.
17. Каталог сборно-разборных резервуаров фирмы «Айсберг». – М.: ООО «МОП Комплекс 1», 2012 – 16 с.
18. Косинцев В. И., Миронов В. М., Сутягин В. М. Основы проектирования химических производств. 2-е изд. М.: Академкнига, 2010. – 371 с.
19. Клименко А.П. Получение этилена из нефти и газа. – М.: Гостоптехиздат, 1982. – 235 с.
20. Косниская Л.В. Кочеров Н.П. Технико-экономические расчеты в дипломном проекте. Методическое пособие. – СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2002. – 33 с.
21. Краткий справочник физико-химических величин» под редакцией К.П. Мищенко и А.А. Равделя, Л.: Химия, 1974 г. – 200 с.
22. Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчёты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. – Л.: Химия, 1974. – 342 с.
23. Лапшенков Г.И., Полоцкий Л.М. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. – М.: Химия, 1988. – 288 с.
24. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического синтеза. – М.: Химия, 1978. – 529 с.
25. Масальский К.Е., Годик В.М. Пиролизные установки. – М.: Химия, 1968. – 144 с.
26. Мухина Т.Н., Баранов Н.Л., Бабаш С.Е. и др. Пиролиз углеводородного сырья. – М.: Химия, 1987. — 240 с.
27. Номенклатурный каталог Метран. – Казнь: Метран, 2010. – 45 с.
28. НПБ –105-95. Определение категорий зданий и помещений по взрыво -пожарной и пожарной опасности. – М., 1995.
29. Основные принципы обеспечения безопасности труда. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://s.compcentr.ru/04/otitr/ot-012.html
30. СНиП 2.09.04-87 Административные и бытовые здания. Нормы проектирования.- М.: Стройиздат, 1987. – 326 с.
31. Синтез-газ: совершенствование методов получения из углеводородного сырья. Многоцелевая газификация. Аналитический обзор способов способов получения синтез-газа. – Черкесск: ГП «Черкасский НИИТЭХИМ», 2006. – 268 с.
32. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. – М.: Химия, 1982. – 677 с.
33. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. – Л.: Химия, 1987. – с. 548-550, 172.
34. Паушкин Я.М., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1985. – 448 с.
35. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справ. Изд.: в 2-х книгах/ Под. Ред. А. Н. Баратова, А, Я, Корольченко. М.: Химия, 1990. - 496с.
36. Положение об обеспечении безопасности производственного оборудования. ПОТ РО - 14000 - 002 – 98. М., 1998. – 25 с.
37. Прусенко Б.Е. Каталитические системы и процессы получения низших олефинов и крупнотоннажных продуктов на их основе. – Дис. докт. техн. наук. – М.: 1985. – 407 с.
38. Розовский А.Я. Основные пути переработки метана и синтез-газа. Состояние и перспективы // Кинетика и катализ, 1999, том 40, № 3. -С. 358-371.
39. Ромашкина Л.Л. Альбом технологических схем химических производств. - М.: ГУУ, 2001. — 43 с.
40. Скобло А.И., Трегубова И.А., Егоров Н.Н. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. – М., 1962. – 652 с.
41. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. – М.: Химия, 1982. – 540 с.
42. Справочник нефтехимика в 2 т. – т.1 / Под ред. Огородникова С.К. – Л.: Химия, 1978. – 496 с.
43. Технологический регламент ТР-05-2-2002 производства пиролиза углеводородов нефти 1 II производства СЭС ОАО «Уфаоргсинтез».
44. Харазов В. Г. Аналоговые и цифровые регуляторы и исполнительные механизмы в системах автоматизации технологических процессов. – СПб.: Издательство СПбТУ, 1992. – 241с.
45. Экономическое обоснование дипломных проектов. Учебно-методическое пособие для студентов специальностей 250400, 251800. – УГНТУ, 2002. – 27 с.
46. Эмалированное оборудование: Каталог / НИИ ШАЛЬХИММАШ. - М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1991. - 140 с.