Введение
1 Обзор литературы
1.1 Технико-экономическое обоснование проекта
1.2 Физико-химические основы процесса получения
1.3 Выбор конструкции основного аппарата
1.4 Выбор технологической схемы производства
2 Исходные данные для проектирования
2.1 Характеристика продукта, исходного сырья и материалов
2.2 Описание технологической схемы
3 Инженерные расчеты
3.1 Материальный расчёт
3.2 Тепловой расчёт
3.3 Технологический расчёт основного аппарата
3.4. Механический расчёт основного аппарата
3.5 Подбор вспомогательного оборудования
3.6 Контроль производства и управления
3.6.1 Аналитический контроль
3.6.2 Автоматический контроль
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
5 Социальная ответственность
Заключение
Список литературы
Приложение А
Битум – первый продукт, полученный из нефти, который начало использовать человечество. Он применялся в качестве стройматериалов более 5 тысяч лет назад. Битумы, которые добывались в районах месторождений нефти, находили применение как водонепроницаемый материал, подходящий для строительства башен, зданий, туннелей, водопроводных каналов, зернохранилищ. С расцветом нефтяной промышленности увеличились и объёмы производства битумов и их качество.
В настоящее время битум применяется во многих отраслях, таких как: строительстве, сельском хозяйстве, промышленности и реактивной технике. Битумы более обширно используются в строительстве дорожных покрытий, при ремонте дорог, в промышленном и гражданском строительстве.
Мировые мощности по производству нефтебитумов в 2014 г. составляли более 111,5 млн.т. По развитию нефтебитумного производственного потенциала Россия среди развитых стран мира занимает второе место после США, однако при этом отстает от уровня США в 3 раза, но опережает Канаду, занимающую третье место и обладающую 7,0 % мировой мощности производства.
Потенциальные возможности по производству нефтебитумов в России относительно мощности первичной переработки нефти достигли уровня США — 3,7 %, что выше уровня выхода на нефть Франции, Италии, Японии, но значительно ниже относительно потенциальных возможностей Канады и Германии. Удельная мощность производственного потенциала получения нефтебитумов на душу населения в России сравнялась с лучшими достижениями европейских стран, однако в 1,6 раза отстает от уровня США и более чем в 3,5 раза — от уровня Канады.
Качество битумов регламентируется государственными стандартами, которые периодически пересматриваются.
Ассортимент выпускаемых битумов:
- битумы строительные по ГОСТ 6617-76;
- дорожные вязкие по ГОСТ 22245-90;
- кровельные по ГОСТ 9548-74;
- изоляционные по ГОСТ 9812-74;
- специальные для лакокрасочных продуктов по ГОСТ 21822-87.
Классификация нефтяных битумов по назначению:
- вязкие дорожные битумы;
- строительные битумы;
- кровельные битумы;
- битумы нефтяные изоляционные;
- битумы специальные для лакокрасочных продуктов.
На состояние и развитие битумного производства в России оказывает влияние ряд существенных специфических факторов:
- сезонность выработки битумов дорожных марок;
- резко возросшая в последние 10-15 лет степень «парафинистости» нефтей (повышенное содержание парафиновых углеводородов нормального строения).
- неадекватная система ценообразования, при которой отпускная цена битума составляет лишь 60-70 % от стоимости исходной нефти;
- сложность проведения технологических операций (высокая вязкость гудрона и битума);
- морально и физически устаревшее оборудование битумных установок;
- неконтролируемый разброс показателей качества сырья.
Для производства нефтяных битумов используют следующие процессы:
- концентрирование тяжелых нефтяных остатков (ТНО) под вакуумом (остаточные битумы);
- деасфальтизация тяжелых нефтяных остатков избирательными растворителями (осажденные битумы);
- окисление нефтяных остатков кислородом воздуха при высокой температуре (получение окисленных битумов);
- компаундирование остаточных битумов с окисленными битумами или с асфальтами процесса пропан–бутановой деасфальтизации (компаундированные битум) [3].
1 Обзор литературы
1.1 Технико-экономическое обоснование проекта
На сегодняшний день битум в России и за рубежом является многотоннажным видом нефтепродуктов. Ужесточение требований к качеству битума и увеличение потребления дорожного битума приводит к необходимости совершенствовать и увеличивать мощности технологических процессов получения окисленных битумов.
Область применения битума широка: изоляционная, кровельная, бытовое и промышленное строительство, так же его применяют для строительства и ремонта дорог, аэродромов.
Битумы можно получать следующими способами:
- глубокой вакуумной перегонкой мазута (остаточные битумы);
- деасфальтизация тяжелых нефтяных остатков избирательными растворителями (осажденные битумы);
- окислением остаточных нефтепродуктов воздухом при высоких температурах (окисленные битумы).
Остаточные битумы получают как кубовые остатки (выкипающие выше 450-500 °С) процессов первичной переработки специальных тяжелых нефтей. Для получения остаточных битумов используют только сырье с большим содержанием смолисто-асфальтеновых веществ, присутствующие в достаточном количестве в тяжелых высокосмолистых нефтях. Вакуумная перегонка мазута обеспечивает снижение содержания твердых парафинов и парафино-нафтеновых углеводородов. Количество нефтей, подходящих для производства остаточных битумов, в России ограничено, чем и объясняется тот факт, что в России до настоящего времени почти весь объем потребляемого битума вырабатывается в основном с использованием процесса окисления нефтяных остатков. Существенным недостатком процесса производства остаточных битумов является трудность получения тугоплавких битумов, связанная с необходимостью создания глубокого вакуума.
Основное назначение процесса деасфальтизации гудрона парафинами – получение деасфальтизата, являющегося сырьем для производства масел и установок каталитического крекинга и гидрокрекинга. Применение процесса деасфальтизации, не имеющего ограничений по термической стабильности разделяемых компонентов, позволяет существенно расширить сырьевую базу каталитических термодеструктивных процессов за счет отбора остаточной части масляных компонентов. Остаток деасфальтизации в некоторых случаях соответствует требованиям стандарта на битум, хотя его чаще используют как компонент сырья битумного производства. В схему современного битумного производства должен быть включен специальный блок подготовки сырья для оптимизации фракционного и группового состава гудона. Утяжеление гудрона – это одновременно и способ снижения его парафинистости, а повышение ароматизированности позволяет одноавременно регулировать и фракционный состав подготовленного гудрона, это говорит о том, что данный процесс экономически не выгоден.
Окисление остатков нефтепеработки воздухом является основным процессом производства битумов в настоящее время. Современна я технология получения окисленных битумов заключается в окисле нии нефтяных остатков кислородом воздуха без катализатора . Интервал температур в промышленных условиях составляет 230-270 °С; расход воздуха – 2,8-5,5 м3/(м2∙мин); продолжительность – до 12 часов при диаметре колонны 3,2-3,4 м и высоте 14-15 м. Воздух может подаваться в реактор под давлением или всасываться благодаря вакууму в системе до 500 мм рт. ст. Количество отгона и потерь зависит от содержания летучих веществ в сырье , глубины окисления и находится в предела х 0,5-10 % мас. от сырья. Пары воды и двуокись угле рода выводятся из системы. Экзотермическая реакция окисления повышает температуру в зоне реакции.
Процесс производства окисленных битумов на большинстве российских НПЗ достаточно хорошо технологически отработан и не вызывает каких – либо серьёзных проблем. Так же данный процесс обеспечивает требуемую производительность, возможность получения широкого ассортимента битумов при достаточно хорошем их качестве. По перечисленным показателям можно сделать вывод, что процесс окисления нефтепродуктов является наиболее экономически выгодным в производстве битумов [1].
1.2 Физико-химические основы процесса получения
Производство битумов путём окисления остатков нефтепереработки воздухом является основным процессом в отечественной нефтеперерабатывающей промышленности. Его применяют, когда исходное сырье содержит мало асфальто- смолистых веществ, и продувкой можно увеличить их содержание. Основным источником сырья для окислительных превращений являются ароматические углеводороды, главным образом, тяжелые циклические и полициклические, содержание которых в битуме заметно меньше, чем в исходном сырье.
Процесс окисления органических соединений кислородом воздуха проходит по радикально-цепному механизму. Однако из-за сложного химического состава сырья и многообразия одновременно протекающих реакций, химизм процесса изучен недостаточно.
Различают следующие типы реакций:
-реакции, ведущие к уменьшению молекулярной массы с образованием дистиллята, воды, углекислого газа;
-реакции, незначительно изменяющие молекулярной массы с образованием воды;
-реакции, ведущие к увеличению молекулярной массы с образованием воды, углекислого газа, асфальтенов;
-реакции концентрирования (уплотнения) с отгоном дистиллятов и концентрацией асфальтенов [3].
Схема превращения сырья в битум следующая:
RH + O2= R• + HOO•
Образование устойчивых продуктов при взаимодействии образующихся радикалов с новой молекулой углеводорода приводит к получению устойчивых продуктов:
R• + R′H = •RR′H
Диспропорционирование:
RR′H + R″H = •RR′HR″H
Из-за сравнительно низкой их концентрации углеводородных радикалов их рекомбинация (2R• = R – R) маловероятна. В результате взаимодействие радикалов с кислородом протекает в меньшей степени, чем с молекулами исходного вещества:
R• + О2 = ROO•
ROO• + R′H = ROOH + R′•
ROOH = RO• + •OH
R″H + •OH = R″• + H2O
Продолжение цепи сопровождается реакциями:
RH + HOO• = R• + H2O2
H2O2 = 2ОН•
R′H + •OH = R′• + H2O
