Моделирование процесса получения линейных алкилбензолов

Объект исследования: установка алкилирования бензола высшими олефинами на HF-катализаторе. Цель работы – оптимизация процесса алкилирования бензола высшими олефинами с применением математической модели. В работе проведены численные расчеты на математической модели, позволяющие определить характер влияния основных технологических параметров процесса на выход продукта. Определены оптимальные параметры процесса. Основной метод, применяемый в работе – метод математического моделирования.

Список сокращений …………………………………………………………………………………….. 10
Введение ……………………………………………………………………………………………………… 11
1 Обзор литературы …………………………………………………………………………………….. 13
1.1 Технологии алкилирования бензола ……………………………………………………….. 13
1.1.1 Алкилирование бензола высшими олефинами ……………………………………… 14
1.1.2 Алкилирование бензола этиленом………………………………………………………… 17
1.1.3 Алкилирование бензола пропиленом ……………………………………………………. 21
1.2 Катализаторы алкилирования …………………………………………………………………. 23
1.2.1 Гомогенные катализаторы алкилирования бензола высшими олефинами 23
1.2.2 Гетерогенные катализаторы алкилирования бензола высшими
олефинами …………………………………………………………………………………………………… 24
1.2.3 Обзор технологий регенерации HF–катализатора …………………………………. 26
1.3 Основные типы реакторов процесса алкилирования бензола …………………… 27
1.4 Химизм процесса алкилирования бензола высшими олефинами ……………… 31
1.5 Обзор рынка линейного алкилбензола ……………………………………………………. 32
2 Объект и методы исследования …………………………………………………………………. 35
2.1 Характеристика производственного объекта …………………………………………… 35
2.2 Описание технологической схемы ………………………………………………………….. 35
2.3 Узел алкилирования ……………………………………………………………………………….. 38
2.4 Узел регенерации HF–катализатора ………………………………………………………… 38
3 Влияние технологических параметров и состава сырья на процесс
алкилирования бензола высшими олефинами ………………………………………………. 41
3.1 Влияние состава сырья на работу катализатора ………………………………………. 41
3.1.1 Варьирование соотношения олефинов С10–11/С12–13 ……………………………….. 41
3.1.2 Влияние содержания диолефинов в сырье ……………………………………………. 45
3.1.3 Влияние содержания тяжелых ароматических соединений в сырье ………. 47
3.2 Расчет зависимости выхода ЛАБ и ТА от расхода катализатора ……………… 49
3.3 Влияние температуры на параметры процесса ………………………………………… 50
3.4 Влияние соотношения бензол/олефины в сырье ……………………………………… 52
4 Финансовый менеджмент, реcурcоэффективноcть и ресурсосбережение ……. 54
4.1 Предпроектный анализ …………………………………………………………………………… 54
4.1.1 Потенциальный потребители результатов исследования ………………………. 54
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения……………………………………………….. 55
4.1.3 Диаграмма Исикавы …………………………………………………………………………….. 57
4.1.4 SWOT–анализ ……………………………………………………………………………………… 57
4.1.5 Оценка готовности проекта к коммерциализации …………………………………. 59
4.1.6 Методы коммерциализации результатов научно–технического
исследования ……………………………………………………………………………………………….. 60
4.2 Инициация проекта ………………………………………………………………………………… 61
4.2.1 Цели и результат проекта …………………………………………………………………….. 61
4.2.2 Организационная структура проекта ……………………………………………………. 61
4.2.3 Ограничения и допущения проекта………………………………………………………. 62
4.3 Планирование управления научно–техническим проектом ……………………… 50
4.3.1 Иерархическая структура работ проекта ………………………………………………. 50
4.3.2 Контрольные события проекта …………………………………………………………….. 50
4.3.3 План проекта ……………………………………………………………………………………….. 51
4.3.4 Бюджет научного исследования …………………………………………………………… 54
4.3.5 Организационная структура проекта ……………………………………………………. 58
4.3.6 . Реестр рисков проекта ……………………………………………………………………….. 58
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования …………………………. 59
4.4.1 Оценка сравнительной эффективности исследования …………………………… 59
5 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 63
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………. 63
5.2 Производственная безопасность……………………………………………………………… 64
5.3 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект
исследования ……………………………………………………………………………………………….. 66
5.3.1 Вещества, обладающие острой токсичностью по воздействию на
организм (ядовитые вещества/химикаты/химическая продукция) …………………. 66
5.3.2 Отклонение показателей микроклимата ……………………………………………….. 67
5.3.3 Превышение уровня шума …………………………………………………………………… 68
5.3.4 Недостаточная освещенность рабочей зоны …………………………………………. 69
5.3.5 Обоснование мероприятий по снижению воздействия вредных и
опасных факторов ……………………………………………………………………………………….. 70
5.4 Экологическая безопасность …………………………………………………………………… 71
5.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………… 72
5.6 Пожаровзрывобезопасность ……………………………………………………………………. 73
Заключение …………………………………………………………………………………………………. 75
Список использованных источников ……………………………………………………………. 77
Приложение А …………………………………………………………………………………………….. 82
Приложение Б ……………………………………………………………………………………………… 95
Приложение В……………………………………………………………………………………………… 96
Список сокращений
ЛАБ – линейные алкилбензолы;
ЛАБС – линейные алкилбензосульфонаты;
ПАВ – поверхностно-активные вещества;
СМС – синтетические моющие средства;
ТА – тяжелый алкилат;
ТАР – тяжелая ароматика (высокомолекулярные ароматические соединения).

В данной работе рассмотрены основные промышленные технологии ал-
килирования бензола олефинами включая катализаторы, применяемые в этих
процессах, условия проведения процессов, перспективы развития тех или иных
решений, был произведен обзор рынка линейного алкилбензола. Отчетливо
наблюдается тенденция к переходу процессов алкилирования бензола высшими
олефинами от гомогенного катализа к гетерогенному вслед за процессами ал-
килирования бензола легкими олефинами. Тем не менее, для производств, ис-
пользующих гомогенный катализ, оптимизация процесса остаётся актуальной
задачей.
В результате проделанной работы было установлено:
1. Основными управляющими технологическими параметрами процесса алки-
лирования бензола олефинами С10–С13 являются: соотношение «бен-
зол/олефины», температура, расходы сырьевых потоков и потока катализато-
ра.
2. Оптимальная активность катализатора и его оптимальный расход в колонну–
регенератор зависят от состава сырья. Для обеспечения максимального вы-
хода целевого продукта при преобладании легких олефинов в сырьевом по-
токе необходимо поддерживать более высокую активность катализатора при
помощи повышенного расхода HF на стадию регенерации. Такая необходи-
мость обусловлена низкой реакционной способностью олефинов С10+С11 по
отношению к олефинам С12+С13
3. Увеличение содержания диолефинов в сырьевом потоке негативно сказыва-
ется на выработке ЛАБ и закономерно ведет к увеличению количества ТАР,
о чем свидетельствует рост бромного числа.
4. При увеличении содержания тяжелых ароматических соединений на 0,2%,
оптимальный расход HF на регенерацию необходимо увеличивать на 3,2%.
5. Не рекомендуется проводить процесс при температуре выше 343–345 К вви-
ду увеличения количества тяжелой ароматики в продуктовом потоке и, как
следствие, большего расхода кислоты на регенерацию.
6. Необходимо поддерживать соотношение бензол/олефин не выше 5 моль/моль
для поддержания требуемого качества целевого продукта