Синтез противоизносной присадки к дизельным топливам на основе рапсового масла и н-бутилового спирта (стр. 3 )

Р-1,2 – реакторы этерификации, Р-3 – реактор нейтрализации, Е-1 – осадительная емкость со шнеком,

К-1,2,3 – вакуумные стриппинг-колонны, К-4 – абсорбер; Т-1÷9 – теплообменники; Х-1,2,3 – холодильники,

ХК-1,2,3 – холодильники-конденсаторы, ВХ-1÷3 – воздушные холодильники, С-1,2,3,4 – сепараторы,

ВКН-1÷3 – водокольцевые насосы, М-1,2,3 – электромешалки, Н-1÷15 – центробежные насосы

Рисунок 9 – Принципиальная технологическая схема установки синтеза бутиловых эфиров рапсового масла (БЭРМ)

Продукты реакции поступают в вакуумную стриппинг-колонну К-1, где из смеси продуктов выделяется непревращенный бутиловый спирт, который смешивается со свежим бутанолом и возвращается в процесс. Из куба колонны К-1 смесь продуктов реакции, содержащая серную кислоту, поступает в реактор нейтрализации Р-3. В реакторе Р-3 серная кислота нейтрализуется негашеной известью CaO с образованием нерастворимой соли CaSO4 (гипс). Полученная суспензия откачивается в емкость Е-1, где соль скапливается у дна и удаляется шнековым транспортером. Затем смесь продуктов поступает в сепаратор С-4, где происходит промывка водой и разделение эфирной и водно-глицериновой фаз. Водно-глицериновая фаза поступает в вакуумную стриппинг-колонну К-2 на отделение воды от глицерина. С низа колонны К-2 глицерин-сырец откачивается с установки. Эфирная фаза поступает в вакуумную стриппинг-колонну К-3, с верха которой выводится товарный н-БЭРМ, а с низа – непревращенное рапсовое масло, которое рециркулирует. Несконденсированные продукты после вакуумных колонн улавливаются в абсорбере К-4, орошаемом бутанолом. Бутанол с низа абсорбера К-4 возвращают в процесс. Рассчитаны режимные параметры работы основного оборудования установки (таблицы 7, 8).

Таблица 7 – Режим работы и основные размеры реакторов (к рисунку 9)

Назначение аппарата	Позиция на схеме	Режимный параметр	Значение режимного параметра
Реактор этерификации	Р-1, Р-2	Температура, оС	115
Объем реактора, м3	4,0
Внутренний диаметр, м	1,6
Полная высота, м	4,7

В главе рассчитан материальный баланс установки (таблица 9).

На основе материального и теплового балансов реакторного блока произведен расчет и выбор реакторов. Выбраны типовые эмалированные реакторы с паровой рубашкой и мешалкой. Рассчитан расход теплоносителя и гидродинамический режим перемешивания в реакторе.

В пятой главе выполнен анализ рынка противоизносных присадок. Анализ показал, что в последние годы потребность в противоизносных присадках для дизельных топлив в России и мире резко растет. Нужды российских производителей дизельных топлив в данном высокотехнологичном виде продукции практически полностью покрываются за счет зарубежных производителей присадок. Разработка отечественных технологий получения присадок и внедрение их в промышленность позволит решить проблему зависимости топливной промышленности страны от иностранных компаний.

Расчет основных технико-экономических показателей выявил достаточную эффективность внедрения предлагаемой технологии в промышленность. Оценка эффективности инвестиционного проекта показала высокую внутреннюю норму доходности предприятия.

Таблица 8 – Режим работы и основные размеры колонного оборудования (к рисунку 9)

Режимный параметр	Значение режимного параметра для аппарата (позиция на схеме)
К-1	К-2	К-3
Назначение аппарата	выделение бутанола	концентрирование глицерина	выделение н-БЭРМ
Температура ввода сырья, оС	115	100	150
Давление вверху, кПа	6,7	13,3	4,0
Температура верха, оС	77	72	233
Температура низа, оС	120	217	250
Кратность острого орошения	0,31	0,68	7,43
Концентрация продукта, % масс.	99,9	99,9	99,9
Расход азота, кг/ч	-	-	10
Число теоретических тарелок	5	5	5
Диаметр колонны, м	1,6	1,4	1,6

Таблица 9 – Материальный баланс установки

Взято:	% масс.	кг/ч	т/г
Масло рапсовое (РМ)	79,57	1329,08	10526,32
Нормальный бутиловый спирт	17,93	299,47	2371,79
Кислота серная 98%-ная	1,59	26,58	210,53
CaO	0,91	15,20	120,39
Всего:	100,00	1670,33	13229,02
Получено:	% масс.	кг/ч	т/г
Бутиловые эфиры РМ	75,59	1262,63	10000,00
Глицерин	7,43	124,10	982,91
Масло непревращенное	13,27	221,78	1756,45
Гипс	2,36	39,34	311,59
Вода	0,15	2,44	19,32
Потери	1,20	20,04	158,75
Всего:	100,00	1670,33	13229,02

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Выполнены сравнительные исследования свойств эфиров рапсового масла, полученных на основе метилового, изопропилового, изобутилового и н-бутилового спирта. Все эфиры имеют высокие значения вязкости и йодного числа. Установлено, что бутиловые эфиры имеют наименьшие значения кислотного числа и не требуют дополнительной доочистки перед их использованием.

2 Определен жирнокислотный состав бутиловых эфиров рапсового масла. Основную массу представляют эфиры олеиновой, линолевой и линоленовой кислот.

3 Подобраны режимные параметры процесса, дозировка катализатора (серной кислоты) для этерификации рапсового масла н-бутиловым спиртом: концентрация H2SO4 98%, доза – 2% масс. на масло, температура 115 оС, продолжительность процесса 120 мин. Предложено кинетическое уравнение, которое адекватно описывает процесс этерификации рапсового масла. Энергия активации реакции этерификации в присутствии серной кислоты составила 33 813 кДж/моль, в присутствии соляной кислоты 44 715 кДж/моль.

4 Подобраны композиции, включающие эфиры рапсового масла и присадку Агидол, при введении которых в дизельное топливо диаметр пятна износа снижается с 594 до 216-249 мкм (при норме не более 460 мкм). Одновременно растет значение цетанового числа с 47,2 до 50,6. При использовании дизельного топлива с низкой смазывающей способностью и низким цетановым числом рекомендуется введение 5% масс. н-БЭРМ и 0,1% Агидола, с высоким цетановым числом – 1% масс. н-БЭРМ и 0,1% масс. Агидола.

5 Произведен расчет реакторной системы на основе результатов математического моделирования. Выбраны типовые эмалированные реакторы с паровой рубашкой и мешалкой. Рассчитаны режимные параметры работы колонного оборудования и предложена технологическая схема процесса.

6 Выявлена достаточная экономическая эффективность внедрения предлагаемой технологии. Для установки мощностью 10 тыс. тонн в год себестоимость 1 тонны продукта составит 25,8 тыс. руб. Срок окупаемости капитальных вложений в размере 135,5 млн. руб. составит 2,5 года. Оценка эффективности инвестиционного проекта показала высокую внутреннюю норму доходности предприятия.

Положения диссертации опубликованы в следующих основных работах:

1 Жирнов катализатора для проведения бутанолиза триглицеридов рапсового масла./ , , ёва //Нефтепереработка и нефтехимия
. – 2009. - №1. – С. 40-42.

2 Сидрачёва кинетики реакции этерификации рапсового масла нормальным бутиловым спиртом./ ёва, , // Нефтепереработка и нефтехимия. – 2009. - №2. – С. 37-38.

3 Жирнов процесса переэтерификации рапсового масла бутанолом на кислых катализаторах / , , ёва, , // Нефтепереработка-2008: Международная научно-практическая конференция: материалы конференции. – Уфа: Издательство ГУП ИНХП РБ, 2008. – С. 145-146.

4 Хайрудинов возможности использования эфиров рапсового масла в качестве дизельного топлива / , ёва, // Нефтегазопереработка-2009: Международная научно-практическая конференция: материалы конференции. – Уфа: Издательство ГУП ИНХП РБ, 2009. – С. 145-146.

5 Сидрачёва кинетики реакции этерификации рапсового масла нормальным бутиловым спиртом / ёва, , // Нефтегазопереработка-2009: Международная научно-практическая конференция: материалы конференции. – Уфа: Издательство ГУП ИНХП РБ, 2009. – С. 300-301.