WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 

«Резюме проекта, выполняемого в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2014 – 2020 годы» по этапу № 4 ...»

Резюме проекта, выполняемого

в рамках ФЦП

«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2014 – 2020 годы»

по этапу № 4

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.607.21.0054

Тема: «Разработка основ энергоэффективной технологии каталитической окислительной конверсии этана в этилен в системе с

раздельной подачей сырья и окислителя.»

Приоритетное направление: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика (ЭЭ) Критическая технология: Технологии энергоэффективного производства и преобразования энергии на органическом топливе Период выполнения: 26.08.2014 - 31.12.2016 Плановое финансирование проекта: 107.092 млн. руб.

Бюджетные средства 58.00 млн. руб., Внебюджетные средства 49.092 млн. руб.

Получатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук Индустриальный партнер: Публичное акционерное общество "Электрогорский институт нефтепереработки" Ключевые слова: окислительная конверсия, конверсия этана, получение этилена, решёточный кислород, энергоэффективность, мономер, раздельная подача сырья и окислителя

1. Цель проекта Задачей проекта является разработка основ нового энергоэффективного каталитического процесса окислительной конверсии этана в этилен с раздельной подачей сырья и окислителя, обладающего высокой производительностью и обеспечивающего безопасность его осуществления.

Основное количество этилена в промышленности получают методом пиролиза в трубчатых печах углеводородного сырья.

Необходимость расширения сырьевой базы, сокращения удельного расхода сырья, а также энергетических и материальных затрат заставляет вести поиск новых модификаций процесса. Применение катализатора позволяет снизить расход сырья и температуру процесса по сравнению с традиционным пиролизом, повысить выход целевых продуктов и снижает образование нежелательных продуктов. Однако с точки зрения практического применения этот метод конверсии также не лишен недостатков. Поскольку реакция обратима, выход продуктов конверсии ограничивается термодинамическим равновесием, и для получения этилена требуются довольно высокие температуры (до 700 °С). Превращение углеводородов при таких температурах сопровождается термическим крекингом, что снижает селективность процесса. Интенсивное коксообразование на поверхности катализаторов в процессе реакции приводит к падению активности и селективности катализаторов и вызывает необходимость проведения окислительной регенерации, причем время регенерации и восстановления катализатора часто превышает время полезной работы. Указанные недостатки устраняются при использовании в процессе окислителя.

Применение окислителя при конверсии низших алканов в олефины имеет ряд потенциальных преимуществ: снятие термодинамического ограничения на выход продукта, оперирование при более низких температурах в связи с экзотермичностью реакции, увеличение времени полезной работы катализатора в связи с возможным выгоранием кокса в процессе реакции.

Однако и данный путь вызывает ряд технологических проблем:

-высокая энергоемкость и капиталоемкость процесса;

-при реализации окислительной конверсии этана в этилен с использованием кислорода в качестве окислителя требуются дополнительные капитальные затраты на выделение кислорода из воздуха и организацию взрывобезопасного производства, а при использовании воздуха в качестве окислителя в состав продуктов реакции входит балластный азот, который требует дополнительных затрат для его выделения;





- взрывоопасность смеси этан-кислород.

Поэтому современные способы окислительной конверсии должны включать в себя новую технологию получения этилена, технико-экономические показатели которой превосходят существующие. Представляется наиболее целесообразным и перспективным разработка новой энергоэффективной технологии окислительной конверсии этана в этилен с раздельной подачей сырья и окислителя, которая позволила бы повысить эффективность производства этилена по сравнению с традиционными методами.

2. Основные результаты проекта Выполнен литературный обзор по теме прикладных научных исследований за период с 2009 по 2014 г.г. Проведенный анализ данных научной литературы позволяет сделать вывод о перспективности разрабатываемых основ технологии каталитической окислительной конверсии этана в этилен с использованием оксиднометаллического катализатора в качестве окислителя.

Проведены патентные исследования по теме «Разработка основ энергоэффективной технологии каталитической окислительной конверсии этана в этилен в системе с раздельной подачей сырья и окислителя» с целью определения технического уровня и тенденций развития объекта исследования. Выявлены 107 технических решений, имеющих правовую защиту и относящихся к объекту исследования. Изучена динамика патентования в данной области техники и выявлено, что данная область техники на территории Российской Федерации и стран постсоветского пространства развивается с конца 90-х годов, а пик патентования по данным разных патентных ведомств приходится на период 2000-2007 гг. Выявлены ведущие страны, в которых эта область техники популярна - США, Канады и России. Эта область техники представлена также на территориях стран Европейской Конвенции, Германии, Франции, Украины, Кореи и Австрии. Выявлены ведущие компании, фирмы и организации и проанализированы условия конкуренции на рынках различных стран. Установлено, что на российском рынке лидерами в данной области техники являются БАСФ АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE) и БП КЕМИКЭЛЗ ЛИМИТЕД (GB). Эти же компании входят в группу лидеров на международном рынке технологий получения этилена каталитической окислительной конверсии этана в системе с раздельной подачей сырья и окислителя. Выявлены основные тенденции развития области техники, развивающиеся наиболее динамично - повышение селективности и производительности по целевому продукту, увеличение стабильности катализатора и упрощение технологии процесса.

Методами химической термодинамики проведен расчет равновесных концентраций компонентов продуктов реакции конверсии этана в этилен, при условиях, приведенных ниже. Учитывая, что реакция превращения этана в этилен сопровождается многими параллельными и последовательными реакциями, которые могут существенно влиять на выход этилена, расчеты проводили с включением в реакционную среду компонентов, образование которых наиболее вероятно.

На первой стадии проведен расчет температурной зависимости равновесных концентраций (моль %) компонентов реакции термического разложения этана C2H6 {C, CH, CH2, CH3, CH4, C2H2, C2H3, C2H4, C2H5, H, H2}, исходная концентрация этана 1 моль, давление 0,1 МПа. Показано, что в этих условиях максимальный выход этилена находится в границах температур 450-500°С и составляет 30 моль %. В найденной области основным побочным компонентом в продуктах является метан, концентрация которого составляет 65 моль%.

Далее расчетным путем было исследовано влияние молекулярного кислорода в реакционной среде на выход этилена по следующей схеме:

C2H6 + 0.1O2 {C, CH, CH2, CH3, CH4, C2H2, C2H3, C2H4, C2H5, C2H6, C2H6O, H2O, O2, H, H2} Термодинамические расчеты проводили при исходных концентрациях этана и кислорода 1 и 0.1 моль % соответственно и давлении 0,1 МПа. Результаты расчета показали, что в этом случае выход этилена возрастает на 5 моль %, а выход метана соответственно уменьшается.

Разработана принципиальная схема процесса окислительной конверсии этана в этилен. Схема процесса предполагает взаимодействие окисднометаллического катализатора с сырьём (этаном) в течение короткого времени с образованием целевого продукта (этилена) с последующим реокислением катализатора воздухом. Технологическое решение этой задачи достигается за счет реализации нового процесса с проведением реакции окисления этана и реокисления катализатора в двух отдельных аппаратах с раздельной подачей сырья и окислителя.

Разработана принципиальная схема приготовления катализатора окислительной конверсии этана в этилен, включающая, в частности, следующие стадии синтеза: пропитка носителя раствором солей металлов, сушка, прокаливание.

Разработана эскизная документация и изготовлены следующие установки:

-лабораторная установка синтеза тестовых образцов катализаторов окислительной конверсии этана в этилен производительностью 12,5 г катализатора в сутки;

-лабораторная микрокаталитическая установка окислительной конверсии этана в этилен для тестирования до 250 мг катализатора;

-экспериментальная установка каталитической окислительной конверсии этана в этилен с раздельной подачей сырья и окислителя.

- установка синтеза укрупнённых партий катализаторов окислительной конверсии этана в этилен Разработана методика приготовления тестовых образцов катализатора окислительной конверсии этана в этилен.

Разработана методика исследований каталитической окислительной конверсии этана в этилен на лабораторной микрокаталитической установке.

Наработаны тестовые образцы катализатора окислительной конверсии этана на лабораторной установке, содержащие оксиды ванадия, молибдена и других металлов.

Разработан лабораторный технологический регламент каталитической окислительной конверсии этана в этилен на экспериментальной установке с раздельной подачей сырья и окислителя.

Разработаны методики аналитического контроля состава сырья и продуктов.

Проведены исследования активности катализаторов в реакции окислительной конверсии этана в этилен на лабораторной микрокаталитической установке, выбран лучший образец состава Mo-V-Te-Nb/Al2O3.

Разработаны основы технологии получения катализатора окислительной конверсии этана в этилен, включающие полное постадийное технологическое описание процесса. Разработан лабораторный технологический регламент получения катализатора окислительной конверсии этана в этилен.

Синтезирована укрупнённая партия катализатора окислительной конверсии этана в этилен в количестве 2 л Разработана методика исследований каталитической окислительной конверсии этана в этилен.

Проведены исследования по влиянию условий регенерации катализатора на показатели каталитической окислительной конверсии этана в этилен. Выбран оптимальный режим регенерации катализатора на экспериментальной установке с раздельной подачей сырья и окислителя: отношение «окислитель:сырьё» O2/C2H6 = 0,5, температура в реакторе окисления 600-650 °С. При данных условиях селективность по этилену превышает 90%. Проведены исследования каталитической окислительной конверсии этана в этилен при кратностях циркуляции катализатора от 7,7 до 18.

Найдены условия циркуляции микросферического катализатора, при которых достигаются высокие (более 90%) селективности образования этилена:

кратность циркуляции в диапазоне от 12 до 14 кг катализатора/кг этана при температурах в реакторе дегидрирования и реакторе окисления 600 °С и 650 °С соответственно.

Проведены исследования каталитической окислительной конверсии этана в этилен при объёмных скоростях подачи сырья 1000 – 2600 мл/мин на экспериментальной установке с раздельной подачей сырья и окислителя. Проведены исследования по влиянию температуры на показатели каталитической окислительной конверсии этана в этилен. Найдены основные закономерности превращения этана в этилен на микросферическом катализаторе Mo-Te-V-Nb-O / Al2O 3 в интервале температур 500 -700 °С. При данных условиях селективность по этилену превышает 90%. Получены исходные данные для разработки статистической математической модели каталитической окислительной конверсии этана в этилен с раздельной подачей сырья и окислителя Разработана статистическая математическая модель, описывающая процесс окислительной конверсии этана в этилен с раздельной подачей сырья и окислителя. Выбраны оптимальные условия проведения процесса окислительной каталитической конверсии этана в этилен на экспериментальной установке с раздельной подачей сырья и окислителя. При температуре 600 °С и скорости подачи сырья 1800 - 2200 мл/мин селективность образования этилена составляет 90,3 – 91,8 %.

Проведены исследования на экспериментальной установке с раздельной подачей сырья и окислителя по влиянию различных соотношений кислород/сырьё на показатели каталитической окислительной конверсии этана в этилен. Найдено, что в диапазоне отношений «O 2:C2H6 » от 0,1 до 1,0 % селективность образования этилена достигает 90,3-91,3%. Показано, что в качестве окислителя возможно применение обеднённого воздуха с концентрациями кислорода более 6 мол.%.

Проведены исследования по влиянию неуглеводородных примесей в сырье на работу катализатора в процессе каталитической окислительной конверсии этана, результаты которых показали, концентрация CO 2 в этане в диапазоне от 0,001 до 0,1 мол.% не оказывает существенного влияния на конверсию C2H6 и селективность образования этилена. Показано, что этановая фракция, используемая в качестве сырья, не требует предварительной очистки от CO 2 при содержании диоксида углерода до 0,1 мол.%.

Проведена корректировка технологии каталитической окислительной конверсии этана в этилен на экспериментальной установке с раздельной подачей сырья и окислителя: изменён принцип регулирования циркуляции катализатора, модифицирован катализатора, уточнён режим работы установки, в результате чего значение конверсии этана за проход составила 25,4% при селективности образования этилена 90,7% На экспериментальной установке с раздельной подачей сырья и окислителя наработан экспериментальный образец этилена в соответствии с п. 3.30 ТЗ и отобрана представительная средняя проба объёмом 53,6 л.

На экспериментальной установке с раздельной подачей сырья и окислителя проведены испытания процесса каталитической окислительной конверсии этана в этилен. Технологический процесс выдержал испытания по всем пунктам Программ и методик. Наработан экспериментальный образец продукта и отобрана представительная средняя проба объёмом 53,6 л.

Полученные в ходе проведения прикладных научных исследований в отчётный период результаты соответствуют требованиям к проекту и имеют перспективу для дальнейших исследований в данной области.

3. Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки Подана заявка на патент № 2016127409 "Устройство для окислительной конверсии этана в этилен"

4. Назначение и область применения результатов проекта Проведенные исследования позволят разработать основы принципиально новой высокоэффективной технологии получения этилена из этана с раздельной подачей сырья и окислителя, предназначенной для внедрения на предприятиях нефтегазохимического комплекса России.

Сферами применения технологии производства этилена с раздельной подачей сырья и окислителя являются в том числе:

производство полиэтилена, стирола, хлорвинила, ацетальдегида, оксида этилена.

5. Эффекты от внедрения результатов проекта

Полученный в ходе выполнения ПНИ комплекс научных данных будет предназначен для разработки современной энергоэффективной технологии получения крупнотоннажного полупродукта нефтехимического синтеза — этилена, имеющего большое практическое значение.

В результате реализации проекта в промышленности следует ожидать народнохозяйственный эффект, выражающийся в создании энергоэффективной технологии окислительной конверсии этана в этилен с раздельной подачей сырья и окислителя, отличающейся минимальными капитальными и энергетическими затратами по сравнению с другими методами, повышении эффективности использования углеводородных ресурсов с получением продуктов с высокой добавленной стоимостью Предварительная оценка показывает, что предлагаемая технология окислительной конверсии этана в этилен с раздельной подачей сырья и окислителя газа, может достичь экономических результатов, превосходящих результаты традиционных промышленных процессов. Низкая капиталоемкость, невысокое энергопотребление, высокая степень взрывобезопасности показывают перспективность данной разработки. Дополнительно образуется технический азот, что существенным образом снижает себестоимость целевой продукции.

6. Формы и объемы коммерциализации результатов проекта Доведение до потребителя результатов ПНИ возможно через стадии заключения договора о выдаче исходных данных на проектирование опытно-промышленной установки, заключения лицензионного соглашения с потенциальным клиентом.

В рамках дополнительного договора с потенциальным потребителем возможно оказание консалтинговых услуг по вводу установки в эксплуатацию

7. Наличие соисполнителей Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского Российской академии наук (ИОХ РАН) привлекался в качестве соисполнителя в 2014-16 годах.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук




Похожие работы:

«ББК 86.372 УДК 281.93 Р 15 Рекомендовано к публикации Издательским Советом Русской Православной Церкви ИС Р17-701-0001 Р 15 Радость кроткого любящего духа : Монастыри и монашество в русской жизни начала XX века. Живые голова эпохи. – М. : ЭКСМО : Православный Свято Тихоновский гуманитарный университет, 2017. – 4...»

«Problemy istorii, lologii, kul’tury Проблемы истории, филологии, культуры 1 (2017), 391–408 1 (2017), 391–408 © The Author(s) 2017 ©Автор(ы) 2017 МИНБАР МЕЧЕТИ АЛААДДИНА В КОНЬЕ Л.И. Саттарова Свободный исследователь, Анкара, Liliya.sattarova@hotmail.com А...»

«СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ..3 Глава 1. Специфика притч в "Книге притчей Соломоновых"1. 1. Понятие о притче, ее функции..6 1. 2. Из истории изучения жанра притчи.9 1. 3. Автор "Книги притчей Соломоновых" самый мудрый...»

«А Р М Я Н Е В Т Б И Л И С И Щ Ш Е С Т И Д Е С Я Т Ы Х ГОДАХ XIX ВЕКА (К 1500-летию города Тбилиси) Ш. ЧХЕТИЯ (Тбилиси) Армяне живут в Тбилиси и вообще в Грузии с древнейших времен. Армянские летописцы неоднократно упоминают в своих сочинениях Тбилиси. Моисей Каланкатваци, армянский историк седьмого века, гово...»

«ТИМОФЕЕВ Евгений Александрович "LAW AND ECONOMICS":УЧЕНИЕ О ПРАВЕ И ГОСУДАРСТВЕ В США В XX ВЕКЕ Специальность: 12.00.01 – теория и история права и государства; история учений о праве и государстве ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата юридических наук Научный руководитель – доктор...»

«Аннотация рабочей программы дисциплины "История русского литературного языка" Направление подготовки 45.03.01 Профиль подготовки (для бакалавров) 1. Цели и задачи освоения дисциплины. Цель – сформировать представление о рус...»

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ АРХЕОЛОГИИ РАН ИНСТИТУТ АРХЕОЛОГИИ И ЭТНОГРАФИИ СО РАН МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ _ ПРОБЛЕМЫ ИСТОРИИ, ФИЛОЛОГИИ, КУЛЬТУРЫ JOURNAL OF HISTORICAL, PHILOLOGICAL...»








 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.