книги / Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза.-1

Полученная реакционная парогазовая смесь, содержащая непрореагировав­ шие этилен, кислород, хлорид водорода, 1,2-дихлорэтан и инертные газы, по­ ступает в нижнюю часть холодильника смешения 7. Последний орошается вод­ ной смесью 1,2-дихлорэтана, циркулирующей через теплообменник 8 насосом 9. Часть раствора хлороводородной кислоты непрерывно отводится из системы. Естественно, эта кислота загрязнена 1,2-дихлорэтаном и поэтому может быть использована при его производстве или должна быть очищена от него для после­ дующего использования.

Охлажденную парогазовую смесь направляют в скруббер Юдпя нейтрализа­ ции оставшегося HCI. Скруббер орошается раствором NaOH, который циркулируется насосом 9. Часть щелочного раствора непрерывно выводится из систе­ мы (этот раствор содержит щелочь, соль и растворенный 1,2-дихлорэтан), поэтому необходимо разработать способы очистки и утилизации всех продуктов из этого раствора.

В скруббере ///парогазовую смесь очищают от НС1 и СОг и окончательно ох­ лаждают в холодильнике-конденсаторе 2. Конденсат отделяется от газов в сепа­ раторе 11 и поступает во флорентийский сосуд 12, в котором более тяжелый 1.2- дихлорэтан отделяется от воды. Эта вода используется для разбавления ще­ лочи.

Циркулирующий газ (смесь этилена, кислорода и инертных веществ) ком­ прессором 13 возвращают в смеситель 4. Чтобы избежать накопления инертов в системе, часть газа выводится из системы для очистки от унесенного 1,2-дихло­ рэтана. Так как 1,2-дихлорэтан, выходящий из флорентийского сосуда 12, со­ держит воду (по растворимости), то он направляется в колонну 14 для гетероазеотропной осушки. Верхний водный слой флорентийского сосуда также может быть использован для приготовления щелочи или должен быть очищен от 1.2- дихлорэтана также гетероазеотроп ной ректификацией. При этом 1,2-дихло­ рэтан будет отделен от воды в виде гетероазеотропа.

Таким образом, в ректификационную колонну /^поступает 1,2-дихлорэтан, полученный как хлорированием, так и оксихлорированием этилена. В этой ко­ лонне 1,2-дихлорэтан отделяется от высших хлоридов, которые могут быть ис­ пользованы в качестве растворителя. Очищенный 1,2-дихлорэтан можно ис­ пользовать в качестве полупродукта при производстве винилхлорида. Тогда он собирается в емкости /7, а из нее компрессором 13 направляется в печь 18, в ко­ торой при давлении 1,5—2,0 МПа и 500 °С пиролизуется до винилхлорида и

НС1.

После пиролиза реакционная парогазовая смесь проходит холодильник сме­ шения 19. Этот холодильник орошается захоложенным в холодильнике 8 1,2-ди- хлорэтаном. Парогазовая смесь далее охлаждается в холодильнике-конденсато­ ре 2 и направляется в ректификационную колонну 20. Эта колонна, работающая под давлением, предназначена для отделения НС1. При этом давлении НС1 кон­ денсируется и может возвращаться в виде флегмы, а несконденсированные газы после сепаратора (главным образом НС1) возвращаются в смеситель 4 для про­ ведения оксихлорирования. Кубовый продукт колонны 20 (главным образом винилхлорид и 1,2-дихлорэтан) направляют в ректификационную колонну 21 через дроссельный вентиль 6. В этой колонне в качестве дистиллята выделяется мономерный винилхлорид (99,9 %-й чистоты). Кубовый продукт, главным об­ разом 1,2-дихлорэтан, возвращается в колонну 16.

40!

Принципы в технологии получения винилхлорида сбалансированным по хлору методом. Технология получения винилхлорида сбалансированным по хлору ме­ тодом (комбинация хлорирования и оксихлорирования этилена с термическим дегидрохлорированием 1,2-дихлорэтана) является одним из наиболее интерес­ ных примеров реализации принципов создания технологий 0 0 и НХС. Техно­ логия является непрерывной. По химической составляющей ее несмотря на нали­ чие трех отдельных реакторных подсистем можно отнести к двухстадийной. Это вызвано тем, что каждая из цепей химических превращений, ведущих к винил­ хлориду, состоит из двух стадий: оксихлорирование + термический пиролиз и хлорирование + термический пиролиз. Эти два параллельных процесса связа­ ны, во-первых, рециркуляционным потоком по хлороводороду, что позволяет почти полностью его утилизировать, а во-вторых, общей стадией термического пиролиза, использующей как дихлорэтан оксихлорирования, так и дихлорэтан хлорирования этилена. Суммарные потери хлора составляют всего 11— 12 кг, а этилена — 23—36 кг на тонну товарного винилхлорида. Большая доля потерь этилена связана с процессом его полного окисления на стадии оксихлорирова­ ния (около 19 кг на тонну винилхлорида), а хлора — на стадии очистки сточных вод и оксихлорирования (4—6 и 3,4—3,7 кг на тонну винилхлорида соответст­ венно). Таким образом, комбинирование двух процессов в одной технологии по­ зволяет с использованием рециркуляции по образующемуся хлороводороду свести потери сырья к минимуму и одновременно обеспечить эффективную защиту ок­ ружающей среды от хлора и хлороводорода. В данном случае реализуется принцип организации рециркуляционных потоков по компонентам. Другой иллюстрацией данного принципа служит рецикл по 1,2-дихлорэтану, охватывающий аппараты 16—21 технологической схемы (см. рис. 16.8). Этот поток обеспечивает полную конверсию 1,2-дихлорэтана на стадии термического пиролиза и используется из-за того, что конверсия за один проход на этой стадии не превышает 48—50 %.

Технология базируется на использовании дешевых и доступных этилена и хлора. Обладает высокой эффективностью в целом, хотя отдельные ее состав­ ляющие различаются по этому показателю. Например, хлорирование этилена обладает более высокой селективностью по сравнению с оксихлорированием и тем более с термическим пиролизом. Стадии оксихлорирования и хлорирования имеют высокие конверсии за один проход. Рециркуляция части реакционных газов на стадии оксихлорирования связана в основном с необходимостью обеспече­ ния газодинамического и концентрационного режимов аппарата с кипящим слоем. Более того, в настоящее время доказано, что введение в исходные реаген­ ты продуктов полного окисления дает возможность повысить селективность ок­ сихлорирования. Эффективное использование тепла {принципыразработки про­ цессов с низким энергопотреблением полноты использования энергии системы) в

рассматриваемой технологии достигается не только за счет ее утилизации в под­ системе ректификационного разделения, но и за счет обеспечения теплообмена между экзотермичными (хлорирование, оксихлорирование) и эндотермичными (пиролиз) стадиями процесса. Принцип полноты выделения продуктов из реакци­

онной смеси используется достаточно полно, поскольку как целевой продукт, так и 1,2-дихлорэтан, направляемый на пиролиз, должны иметь высокую чистоту. Можно говорить об использовании вданной технологии принципа минимального расходования воды, так как в ней практически отсутствуют промывные скруббе­ ры, а хлороводород выделяют в ректификационной колонне при повышенном давлении. Использование для хлорирования этилена совмещенного процесса (см.

402

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассматривая в целом принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза как ведущей отрасли производства органических продуктов, нетрудно сделать вывод, что большинство из них направлены на соз­ дание малоотходных производств. В этом смысле безотходность, дополненная ресурсо- и энергосбережением на каждой стадии производства, представляет тот идеал, к которому должны стремиться все технологические разработки. Ес­ тественно, в настоящее время большинство технологий переработки органиче­ ского сырья не удовлетворяют этим требованиям.

Разработка малоотходных ресурсо- и энергосберегающих производств явля­ ется комплексной проблемой, при решении которой необходимо учитывать не только современное состояние технологии этого производства, отрасли и смеж­ ных отраслей в целом, но и ее будущее.

Кроме того, при создании таких производств необходимо критически отно­ ситься к кажущимся «простым и легким» решениям и принципам. В ряде случа­ ев применение простого решения для осуществления того или иного принципа усложняет осуществление других принципов, часто наблюдается конкурентная ситуация: лучшее решение в рамках одного принципа не позволяет применить лучшее решение, вытекающее из других принципов. Поэтому требуется опти­ мизация, лучшим критерием для которой являются приведенные затраты или приведенный доход, а ограничением — отсутствие выбросов вредных продуктов

вокружающую среду, т.е. безотходность.

Впособии основное внимание было уделено принципам создания безотход­ ных ресурсо- и энергосберегающих технологий. Однако при функционирова­ нии производств такого типа появляются дополнительные аспекты, которые также необходимо учитывать при подготовке бакалавров, специалистов и маги­ стров для предприятий отрасли. В целом необходимо учитывать все аспекты соз­ дания и функционирования производства: технологические, социально-эконо­ мические, экологические, образовательные, воспитательные, правовые и даже международные. Этим обусловливаются и задачи подготовки специалистов и магистров, которые должны уметь разрабатывать, проектировать и управлять такими производствами. Причем на разных курсах обучения в вузе должны рас­ сматриваться разные стороны общей проблемы, но наиболее важной является технологическая, так как именно технология лежит в основе создания малоот­ ходного производства. Поэтому наибольшее внимание именно этой составляю­ щей при подготовке инженера химика-технолога должно и уделяться. Практи­ чески во всех специальных курсах должны рассматриваться теория и практика реализации ранее рассмотренных принципов. С первого курса необходимо объ­ яснять студентам, что продукты основного органического и нефтехимического синтеза должны производиться только на малоотходных производствах. Для этого во всех курсах должны быть отражены элементы создания таких произ­ водств, а также последствия производства продуктов по используемой в настоя­ щее время технологии, позволяющей во многих случаях только 10 % сырья дово­

4 0 4

дить до готовой продукции, а 90 % сырья превращать в отходы, загрязняющие окружающую среду.

В гуманитарных дисциплинах, преподаваемых в техническом вузе, должны, по нашему мнению, отражаться воспитательные, частично экологические и со­ циально-экономические стороны проблемы, в экономических — экономиче­ ские, социально-экономические и частично экологические и правовые. Эколо­ гические, социально-экономические и правовые аспекты должны рассматри­ ваться также в курсе «Основы промышленной экологии».

Во всех специальных дисциплинах специальности «Химическая технология органических веществ» и направления подготовки «Химическая технология и биотехнология» большое внимание уделяется вопросам реализации принципов создания безотходных ресурсо- и энергосберегающих технологий. В частности, в курсе «Теоретические основы реакционных процессов» наибольшее внимание уделяется реализации следующих принципов: созданию малостадийных и в пре­ деле одностадийных химических процессов; разработке процессов, имеющих высокую избирательность (селективность), применению методов, позволяю­ щих одновременно получать несколько целевых продуктов, совмещению не­ скольких реакций, направленных на получение одного и того же продукта, раз­ работке процессов с малым энергопотреблением. Реализация этих принципов базируется на глубоком изучении термодинамики реакционных процессов, под­ боре соответствующих каталитических систем и выборе оптимальных условий проведения реакций на основе выявления кинетических закономерностей. В курсе, посвященном совмещенным реакционно-массообменным процессам, рассматривается реализация принципов: разработка методов получения про­ дуктов, позволяющих более полно использовать сырье; разработка процессов, имеющих высокую избирательность (селективность); использование рецирку­ ляции по компонентам, веществам или потокам; применение совмещенных процессов; разработка процессов с малым энергопотреблением, полнота ис­ пользования энергии системы; разработка технологий с минимальным расхо­ дом воды и использованием ее круговорота. При осуществлении реакций и мас­ сообменных процессов в одном аппарате удается снять термодинамические ог­ раничения, в частности, за счет отвода продуктов реакции в виде дистиллята или кубового продукта, достигать конверсии, равной 100 %. За счет интенсифика­ ции процессов массообмена можно повышать концентрацию реагентов в зоне реакции, что приводит к увеличению конверсии реагентов; при таком совмеще­ нии удается также использовать теплоты реакций для осуществления массооб­ менных процессов.

В одном из основных курсов «Физико-химические основы массообменных процессов» рассматриваются подходы реализации следующих принципов: раз­ работка методов получения продуктов, позволяющих более полно использовать сырье; использование рециркуляции по компонентам, веществам или потокам; применение совмещенных процессов; полнота выделения всех продуктов из ре­ акционной смеси; разработка процессов с малым энергопотреблением; полнота использования энергии системы, разработка технологий с минимальным расхо­ дом воды и использованием ее кругооборота; применение непрерывных процес­ сов. В этом курсе рассматриваются вопросы создания технологии разделения на основе изучения физико-химических свойств разделяемых смесей, различных подсистем и чистых компонентов; разрабатывается оптимальная технология, на основе которой удается выделить в чистом виде как все продукты реакций, так и

405

непрореагировавшее сырье, возвращаемое в реактор. При этом, как правило, выбирается та технологическая схема, по которой удается разделить исходную смесь с минимальным энергопотреблением и воды. Вода вданном случае может использоваться как хладагент, как экстрагент, как экстрактивный агент, а также для других целей, поэтому предусматривается ее многократное использование. Как правило, разрабатывается технология непрерывного производства, так как при периодическом способе практически невозможно разделить полиазеотропные смеси на чистые компоненты.

В курсах «Принципы аппаратурного оформления основного органического синтеза», «Основы проектирования и оборудование предприятий органическо­ го синтеза», «Информационные технологии в проектировании и конструирова­ нии» рассматриваются вопросы выбора и расчета оборудования, необходимого для реализации всех принципов, в том числе с применением ЭВМ. Здесь особое внимание уделяется реализации следующих принципов: применению аппара­ тов и технологических линий большой единичной мощности; обеспечению вы­ сокой надежности оборудования; использованию рециркуляции по веществам и потокам; применению совмещенных процессов; разработке процессов с малым энергопотреблением. При проектировании малоотходных производств с при­ менением ЭВМ предусматривается расчет оптимальных параметров работы и размеров аппаратов, а также их надежности в процессе функционирования.

И наконец, в курсе «Технология органических веществ», являющемся обоб­ щающим или синтетическим курсом, в котором используются все ранее полу­ ченные знания, подробно рассматриваются все принципы создания безотход­ ных и малоотходных технологий. Применение этих принципов иллюстрируется на примерах синтеза технологических схем производства конкретных продуктов основного органического и нефтехимического синтеза (спиртов, мономеров, альдегидов, эфиров и др.) на основе системного подхода. Предварительно про­ водится критический анализ действующих производств и рассматриваются пути их совершенствования.

В заключение следует обратить внимание на то, что подавляющее большин­ ство принципов создания безотходных производств и все теоретические курсы базируются на результатах научных исследований, проводимых на кафедре «Хи­ мия и технологии основного органического синтеза» в следующих направлени­ ях: 1) теоретические основы каталитических процессов; 2) физико-химические основы и технологические принципы процессов разделения; 3) физико-хими­ ческие основы и технологические принципы совмещенных реакционно-массо­ обменных процессов; 4) создание систем автоматизированного проектирования производств основного органического и нефтехимического синтеза. Таким об­ разом, осуществляется единый учебно-научный процесс, в котором научная и учебная работа кафедры представляет единый комплекс. Во всех курсах преду­ смотрено проведение как лабораторных, так и семинарских занятий, в которых закрепляются различные аспекты создания безотходных и малоотходных произ­ водств; во всех курсах и особенно на практических занятиях демонстрируется применение компьютерных программ при разработке и выборе оптимального варианта технологической схемы безотходного производства. Завершающим этапом подготовки выпускника является выполнение дипломных работ или проектов. Во многих дипломных работах и проектах обязательно предусматри­ вается разработка отдельных элементов или всей технологической схемы безот­ ходного производства. Большое внимание этому вопросу уделяется также во

406