Концепция полного использования энергетических ресурсов при синтезе химико-технологических систем и создании химических производств.

Концепция полного использования энергетических ресурсов

направлена на минимизацию энергетических и тепловых затрат,

на полное использование их в процессе.

Регенерация тепла и энергии. В ряде случаев для проведения

процесса (например, в реакторе) необходимо нагреть поток, а

после этого охладить его. Можно входящий поток нагревать

теплом выходящего. Такая схема была представлена как вид

циркуляционной (см. рис. 3.2, поз. 8). Это решение будет наи более

эффективным, если реакция экзотермическая. Подобные

схемы регенерации тепла широко распространены в промышленности.

На рис. 3.35 представлена схема гидродеалкилирования

толуола с максимальной регенерацией тепла. Горячие газы

валу с компрессором (рис. 3.36, б). Расходы на энергию для привода

компрессора в этом случае будут значительно уменьшены.

Утилизация тепла и энерiИи - тепло или энергия потока используется

для выработки тепловых (пар, горячая вода), электрических

и других энергетических ресурсов, применяемых не в

самом производстве. Химическое производство исnользует

энергию для обеспечения химико-технологического процесса,

большая часть которой остается в виде энергии технологических

потоков (не считая энергии, потребляемой эндотермическими

процессами, потерь на термодинамическую необратимость процессов

и естественных потерь в окружающую среду). Энергия

может также вьщеляться при протекании экзотермических процессов

(реакций). Тепловую энергию потоков можно исnользо-

вать, вырабатывая, например, пар в котлах-утилизаторах (рис.

3.37, а). Энергию давления можно использовать для привода

электрогенератора (рис. 3.37, б). Такие потоки, обладающие

определенной энергией, являются источниками вторичных

энергетических ресурсов. Они играют значительную роль в промышленном

производстве.

Альтернативные источники энерrни. Традиционные источники

энергии - пар, горячие теплоносители, электроэнергия, вырабатываемые

при потреблении топливных ресурсов. Перспективными

являются легко возобновляемые и более дешевые источники,

такие, например, как тепло, вырабатываемое атомными

котлами, солнечная энергия и др. Их применение специфично, но

в ряде случаев может реально привести к уменьшению расхода в

производстве более дефицитных топливных ресурсов.

Рис. 3.38. Схемы двухстадийного (а) и одностадийноrо (б) деrидрирования нбуrана

в дивинил (буrадиен-1,3)

Замена химической схемы получения продукта - переход к

процессу с меньшим числом стадий. Это, как правило, сокращает

число нагревов и охлаждений потоков, затраты на преодоление

гидравлического сопротивления. Это видно на примере

производства бутадиена-1,3 (дивинила СН2=СН--СН=СН2)- В

сложившейся технологии получения этого мономера превалирует

способ двухстадийного дегидрирования бутана:

СНз--СН~Н~Нз ~

_.снз--ен~н=сн2 -н2 сн2=сн--ен=сн2.

Реакции дегидрирования на обеих стадиях процесса

(получение н-бутана и бутилена) эндотермические, каталити-

ческие -протекают с увеличением оUьема при повышенных температурах

(550-600 °С) и давлении, близком к атмосферному,

или в вакууме. Схема двухстадийного получения бутадиена-],3

приведена на рис. 3.38, а. Этот метод отличается сравнительно

высоким выходом целевого мономера (65%), но имеет ряд недо статков:

необходимость разделения газовых смесей после каж дой

ступени, повышенные капитальные вложения и энергетиче ские

затраты.

В промышленности реализована альтернативная схема синтеза

бутадиена-!,3 одностадийным дегидрированием н-бутана.

При одностадийном процессе указанные реакции протекают

одновременно на катализаторе, который довольно быстро дезактивируется

вследствие покрытия его углистыми отложениями.

Возможна активация (регенерация) катализатора путем выжига

отложений. Дегидрирование осуществляют под вакуумом (0,05-

0,06 МПа) при температуре 580-600 ос в адиабатических реакторах

регенеративного типа, в которых циклы дегидрирования и

регенерации катализатора чередуются. Соответственно, дегидри рование

проходит последовательно в разных реакторах. Схема

проuесса показана на рис. 3.38, б. Рабочий uикл катализатора -

короткий (несколько минут). Теruюта, выделяемая при регене рации

катализатора, аккумулируется им и используется в цикле

дегидрирования. ___________Это экономит тепло, затрачиваемое на выход

на рабочий цикл и его поддержание. Условием эффективной

работы реакторов подобного типа является сбалансированность

теплот реакции и регенерации. В зависимости от мощности

производства число циклически работающих реакторов в установке

составляет 5-8 аппаратов. Все переключения потоков

производятся автоматически, благодаря чему создается непрерывный

поток исходных веществ и конечных продуктов. Более

короткая технологическая схема и сбалансированность теплот

отдельных стадий процесса значительно сокращают затраты

тепла и энергии.