Ресурсо - и энергосберегающие технологии в химической и нефтехимической промышленности I Международная конференция РХО им. Д.И. Менделеева

Подождите немного. Документ загружается.

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ

ДЛЯ СОРБЦИИ НЕФТЕПРОДУКТОВ

А. Г. Дедов*

, Е. О. Омарова

, Е. И. Беляева

, Р. К. Идиатулов

А. П. Харитонов

, В. М. Бузник

, В. В. Некрасова

, Н. Г. Перевертайло

РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, 119991 Москва, Ленинский проспект, 65

Тел. (499)1358436, факс (499)2339003, e-mail: genchem@gubkin.ru

Институт энергетических проблем химической физики РАН

В воды Мирового океана по разным оценкам ежегодно попадает 10-15 млн.т

нефти и нефтепродуктов, что отрицательно сказывается на окружающей среде.

Самоочищение водоемов – процесс длительный вследствие химической устойчивости

нефти в природных условиях, и нефтяная пленка может сохраняться на поверхности

воды долгое время. Наиболее эффективным способом ликвидации аварийных разливов

нефти и нефтепродуктов с поверхности акваторий является сорбционная очистка.

Однако существенной проблемой является утилизация поглощенной сорбентами

нефти. Другим фактором, ограничивающим применение сорбентов, является низкая

избирательная сорбция нефти из водной среды.

Нами разработан материал на основе полимерной матрицы, обладающий

высокой статической нефтеемкостью - сорбция достигает 25 г нефти на г сорбента.

Данные материалы можно многократно отжимать для извлечения сорбированной

нефти, что является немаловажным фактом при внедрении ресурсосберегающих

технологий. Кроме того, способность сорбентов к регенерации после отжима позволяет

их многократно использовать, что в свою очередь повышает их экономическую

эффективность.

Для увеличения избирательного извлечения нефти из водной среды нами также

предложено модифицировать полимерные сорбенты фторирующими агентами.

Показано, что обработка исходного материала (ПМ) прямым фторированием в

отсутствие кислорода привела к увеличению гидрофобных свойств сорбента. Несмотря

на то, что статическая нефтеемкость модифицированного образца (ПМ F) несколько

понизилась, он стал лучше извлекать нефть с водной поверхности и превзошел

контрольный образец в отношении очистки воды от нефти. Коэффициенты

нефтеемкости исходного образца приняты за 100% (табл. 1).

Таблица 1

Наиме-

нование

образца

Модифи-

кация

Коэффициент

статической

нефтеемкости

Коэффициент

динамической

нефтеемкости

Степень очистки

поверхности воды

от нефти

Очищенная

поверхность воды

ПМ

Нет

100

Удовл.

ПМ F

Да

109

Хор.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 09-03-00984).

УДК 66.048.3

АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ РЕАКЦИОННО-РЕКТИФИКАЦИОННОЙ

КОЛОННЫ СИНТЕЗА МТБЭ

О. Е. Деньгина, М. А. Самборская, А. В.Кравцов

Томский Политехнический Университет, г. Томск. e-mail: elvoreth@mail.ru

В последние годы в химической промышленности все большее значение

приобретает совместное проведение химической реакции с разделением реакционной

смеси в одном и том же аппарате. Подобный способ проведения реакции имеет

преимущества в кинетическом, термодинамическом и экономическом аспектах [1].

Совмещенные процессы можно классифицировать по признаку характера

массообмена, например, реакционно-десорбционные, реакционно-ректификационные,

реакционно-экстракционные и т.д. На сегодняшний день ряд важнейших процессов в

нефтехимии реализован посредством реакционной ректификации, в частности синтез

высокооктановых добавок, таких как МТБЭ, ЭТБЭ, ТАМЭ.

Одна из главных задач химической технологии сегодня – это обеспечение

стабильности и максимальной управляемости совмещенных процессов, основным

путем решения которой является исследование процесса с помощью динамических

моделей. В данной работе рассмотрен анализ устойчивости реакционно-

ректификационной колонны синтеза метил трет-бутилового эфира (МТБЭ).

Особенностью математического описания совмещенных процессов является

присутствие нелинейных членов в математической модели, которое обусловлено

нелинейностью кинетики и неидеальностью парожидкостного равновесия в системе,

что значительно осложняет решение задачи динамического исследования

совмещенного процесса.

Схему превращения в колонне синтез МТБЭ можно упрощенно представить как:

Изобутилен + метанол + н-бутан → МТБЭ + н-бутан (1)

Динамическая модель включает материальный баланс по каждому компоненту,

тепловой баланс и уравнения равновесия. Например, материальный баланс колонны по

изобутилену выглядит следующим образом:

xLxFxF

)1(

IB IB

IBi IBi MTBEi MTBEi i i

C f i i i i

MeOH MeOH eq MeOH MeOH i

x x P

M k G x L x

K x P

(2)

Здесь M

– мольное удержание жидкости на тарелке, кмоль;

– поток питания колонны на i–ой тарелке, кмоль/час;

, x

– мольная доля пара и жидкости на i-ой тарелке соответственно;

– доля паровой фазы питания;

– давление на i-ой тарелке, кПа;

- давление насыщенных паров соответствующего чистого компонента,

кПа;

, G

– поток жидкости и пара на i-ой тарелке соответственно, кмоль/час;

– параметр массы катализатора (представлен в [2]);

– константа скорости реакции (представлена в [2]);

– коэффициент активности компонента i;

– константа равновесия (представлена в [2]).

Неидеальность смеси учтена в функциональной зависимости

)(

полученной на основе пассивного эксперимента. Данная зависимость имеет

экспоненциальный характер, и в ней отражено влияние температуры и концентрации на

коэффициенты активности компонентов.

Тепловой баланс колонны на i-ой тарелке:

11111

)1(

Piii

iii

TCFLTCGFTCFTC

Pii

MeOHMeOH

MTBEiMTBEi

MeOHMeOH

IBiIBi

TCGTCFL

kMH

(3)

Здесь С

, С

G+L

– теплоемкости жидкости, пара и парожидкостной смеси,

соответственно, кДж/моль;

– температура на тарелке, K;

Разработанная математическая модель использована для анализа

динамики работы колонны, определения количества и типа стационарных состояний, а

также интервалы параметров для оптимального проведения процесса.

Список использованной литературы:

1. Астарита Дж. Массопередача с химической реакцией. – М.: Химия, 1974. –

224 с.;

2. Singh B.P. Steady State Analysis of Reactive Distillation Using Homotopy

Continuation // Chemical Engineering Research and Design, – 2005.

ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЙ СПОСОБ

РЕГЕНЕРАЦИИ РАБОЧИХ ЖИДКОСТЕЙ

Е. А. Дмитриев

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева,

Москва, Россия,125047, Москва, Миусская пл., 9, (499)-973-92-67,

energy@muctr.ru

Известно, что интеграция процессов – один из современных подходов к

проблеме энерго- и ресурсосбережения. Так, сопряжение работы насоса и турбины в

цикле абсорбция-десорбция, при функционировании обратноосмотических станций

опреснения морской воды позволяет экономить значительную часть механической

энергии; сопряжение в непрерывных процессах рециркулирующими потоками

операций нагревание-охлаждение, испарение-конденсация приводит к существенной

экономии тепловой энергии.

Наиболее плодотворной является интеграция в сфере реакционных узлов и

процессов разделения смесей, которые, как правило, энергоѐмки. При этом

исследования, направленные на создание многофункциональных аппаратов,

представляются особенно перспективными. Речь идѐт о направленном совмещении

процессов в одном аппарате, когда появляются возможности преодоления ограничений,

свойственных каждому процессу в отдельности. Даже в случаях, когда эти ограничения

нивелируются не в полной мере, совмещение процессов в ряде случаев выгодно,

поскольку для их технологической организации требуется меньшее количество

аппаратов. Известны варианты совмещения реакционных и массообменных процессов,

реакционных и теплообменных.

Реальные возможности совмещения появились и для процессов, протекающих с

использованием специфических свойств полупроницаемых поверхностей, в частности

практическая реализация мембранных реакторов.

Проведѐнные теоретические и экспериментальные исследования по регенерации

рабочих жидкостей на основе совмещения процессов микрофильтрации и десорбции

[1,2] явились основой для расчѐта и разработки энерго- и ресурсосберегающей

технологической схемы очистки. Основными элементами такой схемы являются

модули, изготовленные из трубчатых керамических мембран. Микрофильтрационно-

десорбционный модуль конструируется по принципу кожухотрубчатого

теплообменника и работает в вертикальном положении. Движущей силой процесса

микрофильтрации является разность давлений, создаваемая при помощи

вакуумирования межтрубного пространства. Регенерируемая рабочая жидкость

движется по трубному пространству и, фильтруясь через керамические трубки, стекает

по их наружной поверхности под действием силы тяжести. При этом за счѐт разности

парциальных давлений в вакуумированном пространстве происходит десорбция влаги

и растворѐнных газов. В зависимости от остаточного давления в межтрубном

пространстве и концентрации влаги в смеси реализуются 3 режима течения:

1. Образующийся фильтрат стекает в виде паро-(газо)жидкостной дисперсии –

пены. В этой области процесс десорбции протекает особенно эффективно.

2. «Пузырьковый» режим, когда очищенная от механических примесей жидкость

стекает в виде плѐнки, в которой наблюдается значительное число пузырьков

размером в десятки микрон.

3. Плѐночное течение, при котором десорбция осуществляется за счѐт диффузии

воды к наружной поверхности плѐнки.

К настоящему времени разработана математическая модель микрофильтрационно-

десорбционного процесса [3-5] при условии плѐночного движения жидкости по

полупроницаемой вертикальной поверхности. Предлагаемая модель базируется на

сопряжѐнном решении уравнений, описывающих процесс микрофильтрации,

протекающий одновременно с процессом десорбции.

Проведѐнные экспериментальные исследования по регенерации

трансформаторных масел (Т-750, Т-1500) показывают, что получаемые продукты

соответствуют техническим условиям.

Список литературы

1. Пат. 2071972 Россия, 1997. Способ регенерации трансформаторного масла и

устройство для его осуществления. //Дмитриев Е.А., Трушин А.М., Зимин И.В.,

Кабанов О.В., Прохорова Т.В.

2. Дмитриев Е.А., Трушин А.М., Прохорова Т.В., Чайка Е.Н. К использованию

совмещѐнного мембранно-десорбционного процесса для регенерации

минеральных масел. //Химическая промышленность сегодня. – 2005. – №6. – с.7-

10.

3. Дмитриев Е.А., Трушин А.М., Кузнецова И.К., Цветнов А.В., Математическое

моделирование совмещѐнного микрофильтрационно-десорбционного процесса

на стадии микрофильтрации. //Теоретические основы химической технологии. –

2006. – т.40, №5. – с. 483-489.

4. Дмитриев Е.А., Трушин А.М., Цветнов А.В., Каленов С.В. Массоперенос при

плѐночном течении на полупроницаемых поверхностях в микрофильтрационно-

десорбционноых аппаратах. //Теоретические основы химической технологии. –

2007. – т.41, №5. – с. 483-490.

5. Трушин А.М., Дмитриев Е.А., Цветнов А.В. К вопросу о кинетике

массопереноса в жидкой фазе при ламинарном плѐночном течении. //

Теоретические основы химической технологии. – 2009. – т.43, №4. – с.436-440.

ПАРЦИАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ПРОПАН-БУТАНА ДО

КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ КОМПОЗИЦИЙ

К. Досумов, Б. К. Масалимова, С. А. Тунгатарова, К. К. Кузембай

Институт органического катализа и электрохимии им. Д.В.Сокольского,

ул .Д.Кунаева, 142, 050010, Алматы, Казахстан. Тел.:+7(727)291-66-32,

Факс:+7(727)291-57-22, E-mail: tungatarova58@mail.ru

В связи с прогнозируемым в ближайшие годы постепенным сокращением

мирового объема добычи нефти и ростом значения природного газа не только как

энергетического ресурса, но и источника углеводородного сырья растет интерес к

процессам его конверсии в жидкие продукты.

Для многих процессов в нефтехимии привлекательна перспектива

использования в качестве нефтехимического сырья именно легких алканов – более

дешевых, доступных и вызывающих меньше экологических проблем по сравнению с

олефинами и ароматическими соединениями.

Нами было исследовано окислительное превращение пропан-бутановой смеси

воздухом в кислородсодержащие композиции при температурах 573-873К и объемной

скорости 330-15000ч

-1

на полиоксидных катализаторах, содержащих 1-10% Mo, Ga, Cr

различного состава и соотношения, нанесенных на природные Торгайские белые глины

(ТБГ) Казахстана, цеолиты, в том числе ИК-30 (Новосибирск), либо их смеси. Исходная

реакционная смесь содержала от 6,6 до 80,0% C

-C

смеси и от 7,0 до 20,0%

кислорода в различных соотношениях.

Исследования проводились на установке проточного типа при атмосферном

давлении в трубчатом кварцевом реакторе с фиксированным слоем катализатора.

Анализ исходных веществ и продуктов реакции осуществлялся с помощью

хроматографического метода на приборе «Agilent Technologies 6890N». Проведено

варьирование температуры реакции, времени контакта, состава и содержания

активного компонента катализатора.

Показано, что на катализаторах, предварительно обработанных 10% НСl,

получены выходы кислородсодержащих продуктов, превышающие аналогичные

выходы на необработанных катализаторах. Кислотная обработка сорбентов

способствовала разработке поверхности и увеличению радиуса пор, что приводило к

увеличению кислородсодержащих соединений в катализате.

Было определено, что в процессе парциального окисления пропан-бутановой

смеси при варьировании состава катализатора и времени контакта можно получить

ацетальдегид, ацетон, метилэтилкетон, акролеин, уксусную кислоту, а также Н

и Н

содержащие соединения.

В результате реакции получаются как газообразные, так и жидкие продукты:

ацетон (773-823К), ацетальдегид (623-673К), акролеин (773-823К) – основные

компоненты жидких продуктов.

Трехкомпонентные катализаторы проявили большую активность, чем

биметаллические образцы. Была определена оптимальная объемная скорость для

катализаторов с различным содержанием активной фазы на носителе. При W=450ч

-1

получено 50,9% ацетона и 38,0% метилэтилкетона на 5%MoCrGa/ТБГ катализаторе.

Увеличение содержания метилэтилкетона в катализате наблюдалось при снижении

содержания пропан-бутана в исходной реакционной смеси.

В результате варьирования температуры реакции, состава исходной

реакционной смеси, соотношения в ней пропан-бутана, объемной скорости, содержания

и состава активной фазы катализатора получено до 74,0% акролеина, 49,4%

метилэтилкетона. В газовой фазе обнаружены следовые количества СО, СО

, Н

, СН

(таблица 1).

Таблица 1. Парциальное окисление пропан-бутановой смеси до оксигенатов.

W=7500ч

-1

; Тр=873К; Vкт=2мл; УВ:О

=7:1:4,

Кт: 5%MoCrGa/ТБГ+ИК-30 (1:1).

:С

, %

Конверсия, %

Содержание в катализате, %

ацетальдегид

ацетон

акролеин

МЭК

Уксусная

кислота

бензол

70:30:0

23,0

9,0

1,3

38,3

36,5

1,7

2,5

62:28:10

27,0

71,0

27,0

9,3

1,7

27,4

49,4

4,7

99,2:0:0,8

100,0

7,0

9,5

74,0

9,5

Газовой фазе обнаружены следы СО, СО

, Н

, СН

, С

Проведенные исследования показали, что процесс протекает в сторону окисления,

окислительного дегидрирования и крекинга.

ПРИНЦИПЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ПО УДАЛЕНИЮ ОТЛОЖЕНИЙ С

ТЕПЛООБМЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ В ВОДНЫХ СРЕДАХ МЕТОДАМИ

ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ И МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Е. О. Забенькина,

Е. А. Барышникова

Московский государственный технический университет «МАМИ»

Москва, 107023 Б. Семеновская, 38

Е-mail: zabenkinno@list.ru

Важнейшим направлением в развитии современных технологий является

решение вопросов энергосбережения, связанных с оптимизацией условий протекания

процессов в водных средах. Актуальной проблемой при эксплуатации оборудования

является образование на теплопередающих поверхностях отложений, снижающих

эффективность передачи тепла и КПД.

Наличие отложений, весьма разнообразных по химическому составу, структуре,

плотности и коэффициенту теплопроводности, ухудшает показатели экономичности

работы оборудования и приводит к существенному перерасходу топлива. При

значительном загрязнении теплообменных поверхностей существует реальная

опасность перегрева и разрыва металла труб, что приводит к выходу оборудования из

строя. Поэтому разработка эффективных способов очистки поверхностей от отложений

- актуальное направление развития энергосберегающих технологий.

В технологиях химической очистки чаще всего используются соляная и серная

кислоты, которые позволяют удалять отложения и продукты коррозии. Однако

применение кислот может вызвать образование крупнодисперсного шлама, что, в свою

очередь, приведет к забиванию проходных сечений в трубках и коллекторах.

Необходимо учитывать не только загрязненность поверхностей, эффективность

удаления отложений и протекание процесса очистки, но и обеспечение защиты металла

в процессе растворения эксплуатационных отложений. Применение этих кислот крайне

нежелательно при очистке оборудования, изготовленного из железа, нержавеющей

стали, латуни и меди.

Анализ современного состояния и возможностей химических служб

предприятий и энергосистем говорит о целесообразности разработки и использования в

практической деятельности математических моделей различных процессов,

протекающих в водных средах. Так, применение расчѐтно-теоретических методов

анализа при химической очистке оборудования дает возможность предварительно

оценить эффективность того или иного моющего реагента и определить оптимальные

условия технологического процесса.

В большинстве случаев в производственных водах одновременно присутствуют

катионы нескольких металлов, входящих в состав естественных примесей и продуктов

коррозии конструкционных материалов. При этом в водном растворе образуется

сложная многокомпонентная система, для которой величина рН является одним из

главных факторов, определяющих направление и скорость протекания процессов.

Например, при использовании ОЭДФ (оксиэтилидендифосфонофой кислоты), одного

из перспективных представителей ряда комплексообразующих веществ, для анализа

экспериментальных результатов применялась математическая модель, основанная на

уравнениях гетерогенной кинетики, позволившая определить области оптимальных

значений рН (1.3-1.5) для растворения основного продукта железосодержащих

отложений - магнетита - с минимальными потерями основного конструкционного

материала – железа. По сравнению с минеральными кислотами, используемыми в