Аппаратурно-технологическое оформление процесса ректификации 1, 2-дихлорэтана в производстве винилхлорида

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) — у • химические реакции практически никогда не доходят до конца. Особенно это ярко проявляется при промышленной реализации процесса — выг" игрыш 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 полупроа дуктов 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. к.

1 •г.

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, являющихся 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 схемыопределен состав потоков, составляющих 1,2-дихлорэтан-сырец, выявлены вещества, ответственные за образование нерастворимых осадков при ректификацииразработан новый способ выделения 1,2-дихлорэтана, при котором исключается возможность образования коксообразных остатков, не выгружаемых из реактораразработана 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-трихлорэтанаразработана конструкция колонны ректификации с пониженным расходом греющего параразработан состав и технология приготовления и использования новых гидроизоляционных покрытий на основе отходов производства винилхлорида.

Научная новизна на основании проведённых экспериментальных исследований установлены компоненты, содержащиеся в потоках 1,2-дихлорэтана, образующие при ректификации нерастворимые осадки;

• 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 хлорорганических отходов, вывозимых иа 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, XVII 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 строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» г. Волгоград, 2005.

Публикации.

По теме диссертационной работы получены патенты Российской Федерации №№ 2 193 438 и 2 243 203. 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.

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 эфN фект в размере 8,2 млн руб.

6. Показана возможность применения выделенных смол в качестве компонента строительных материалов и исключением их из отходов производства.