Технико-экономические показатели по энерго- и ресурсопотреблению некоторых производств базовых химических продуктов (по данным НИИТЭХИМ в отраслевых организациях)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Факультет менеджмента

Кафедра организации и управления производственными комплексами (нефтегазохимическим, строительным и транспортным)

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по дисциплине «Ресурсосберегающие технологии в нефтегазохимическом комплексе»

 

 

Вариант № 1

 

Выполнил: Кравцов Филипп Юрьевич

студент 6 курса, срок обуч. 5 лет 10 мес.

специальность 080502(н), группа 7/2601

№ зачетной книжки 35015/12 _________

Подпись:__________________________

 

Проверил: Никитин Евгений Ефимович

Должность: к.т.н., профессор _______

Оценка:_________________________

Подпись:________________________

 

Санкт-Петербург

2016 год

Содержание

1. Задача 1…………………………………………………………………3

2. Задача 2…………………………………………………………………4

3. Характеристика основных проблем энерго- и ресурсосбережения (ЭиРС)…………………………………………………………………………..5

4. Что такое рециркуляция сырья и как она влияет на время исчерпания его ресурсов? ………………………………………………………………….8

5. Перечислите основные технико-экономические показатели (ТЭП) химического производства и дайте им определение………………………..9

6. Перспективы использования вторичных энергоресурсов………….12

Список литературы……………………………………………………….14

 

1. Задача 1.

 

Балансовые запасы углей Боготольского месторождения КАТЭК составляют 6937 млн. т. Определите объем оксида серы S0₂ (н. у.), который будет загрязнять воздух при полном использовании всех запасов этого угля в качестве энергетического топлива. Массовая доля серы в угле в среднем 0,8%. Какую массу 100%-ной серной кислоты можно получить из дымовых газов, если бы 15 % всего оксида удалось уловить? Какую массовую долю, выраженную в процентах, от выпуска кислоты в 10 млн. т составит утилизированная серная кислота?

Определим массу серы, вступившей в реакцию, в общем запасе углей:

m_s=6937х0,008=55,496 млн.т

Количество серы, вступившей в реакцию, равно:

n_S = m_S/µ_S = 55,496х10⁹ / 32 = 1,734х10⁹ кмоль.

Напишем реакцию получения SO₂:

S + O₂ SO₂

Согласно уравнению реакции количество диоксида серы, образующегося в результате сгорания каменного угля, равно:

n_SO2 = n_S = 1,734х10⁹ кмоль.

Определим объем оксида серы S0₂ (н. у.):

V_SO2 = n_SO2хV_m = 1,734х10⁹х22,4 = 38,84х10⁹ м³

Напишем уравнения реакций получения серной кислоты:

t,кат

2SO₂ + O₂ 2SO₃

SO₃+Н₂О H₂SO₄

Так как улавливается 15% диоксида серы, то количество диоксида серы, перерабатываемого в серную кислоту равно:

n_SO2 = 1,734х10⁹ х0,15 = 260,1х10⁶ кмоль.

В соответствии со стехиометрическими коэффициентами в уравнениях реакций:

n_Н2SO4 = n_SO3 = n_SO2 = 260,1х10⁶ кмоль.

Тогда масса серной кислоты равна:

m_Н2SO4 = µ _Н2SO4 · n_Н2SO4 = 98 х 260,1х10⁶ = 25,49х10⁹ кг = 25,49 млн. т.

Определим массовую долю, выраженную в процентах, от выпуска кислоты в 10 млн. т, которую составит утилизированная серная кислота:

ω=25,49/10х100 = 254,9 %

 

2. Задача 2.

 

Масса бензина для пиролиза составила 11,1 млн. т. Рассчитайте объем пиролизных газов, который получен из этой массы бензина, и массу синтез-газа, если на нее расходовалось 18% ресурсов метана пиролизного газа.

Выход газа 53,2%.

Состав газа, объемные доли, %:

Н₂ 22,5

СН₄ 48,2

С₂Н₆ 2,8

С₂Н₄ 23,5

С₃Н₆ 0,8

С₄Н₁₀ 0,2

Определим массу пиролизных газов:

m_г.п.=11,1х10⁶х0,532=5,9х10⁶ т

Определим среднюю молярную массу пиролизного газа:

µ_ср=2х0,225+16х0,482+30х0,028+28х0,235+42х0,008+58х0,002=16,04

Определим объем полученных пиролизных газов:

V=5,9х10⁹/16,04х22,4=8,2х10⁹ м³

Определим объем метана:

V_СН4=8,2х10⁹х0,18=1,48х10⁹ м³

Реакция получения синтез-газа:

кат

СН₄+Н₂О СО+3Н₂

Из одного моля метана получили 3 моля водорода и 1 моль СО, следовательно:

V_Н2=1,48х10⁹х3=4,44х10⁹ м³

V_СО=1,48х10⁹ м³

V_{синтез-газа}=1,48х10⁹+4,44х10⁹=5,92х10⁹ м³

Средняя молярная масса синтез-газа:

µ_ср=28х0,25+2х0,75=8,5

Определим массу синтез-газа:

m_с.г.=5,92х10⁹х8,5/22,4=2,25х10⁹ кг=2,25х10⁶ т

 

 

3. Характеристика основных проблем энерго- и ресурсосбережения (ЭиРС).

 

Химическая промышленность наряду с энергетикой, металлургией, машино- и приборостроением определяет экономический потенциал государства. Россия, обладающая колоссальными запасами сырьевых и энергетических ресурсов, создала мощную многопрофильную химическую промышленность. В российской химической, нефтехимической и биохимической промышленности наметилась определенная оживленность производства, особенно по некоторым видам ВМС, кормовому белку и др. однако, эта положительная тенденция может не получить должного развития без обновления производственных фондов, создания высокотехнологических процессов с существенным снижением сырьевых и энергетических ресурсов. Только это позволит российской химической промышленности стать конкурентоспособной на внутреннем и внешнем рынках.

Как известно, продукция химического комплекса характеризуется повышенным сырьевым и энергетическим индексом. В частности, доля материального компонента (сырье, топливо, материалы и др.) в структуре затрат на производство достигает 70%. На период 1998-1999 г.г. в структуре себестоимости химической и нефтехимической продукции удельный вес сырья и материалов составил ~ 42%, а энергоресурсов более 20%.

Таким образом, становится очевидным, что существенного снижения себестоимости химической продукции невозможно добиться без воздействия на сырьевую и энергетическую составляющие.

Анализируя показатели сравнительных технико-экономических показателей по энерго- и ресурсосбережению некоторых производств базовых химических продуктов в России и Зарубежье, необходимо отметить, что энергопотребление в России превышает зарубежное от 20% (производство кальцинированной соды) до 60% (каталитический крекинг). Аналогичная ситуация и с использованием сырья (табл. 1).

Основываясь на этих данных можно констатировать следующий факт: на настоящий момент для производств химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и биотехнологической промышленности показатели удельной материалоемкости и металлоемкости в среднем в 1,2-1,4 раза, а удельной энергоемкости в 1,5-1,7 раза выше, чем в индустриально развитых государствах.

Таким образом, у российской химической промышленности имеются серьезные проблемы в части ЭиРС, без решения которых невозможно устойчивое развитие и конкурентоспособность на внутреннем и внешнем рынке.

Таблица 1

Технико-экономические показатели по энерго- и ресурсопотреблению некоторых производств базовых химических продуктов (по данным НИИТЭХИМ в отраслевых организациях)

Наименование	Россия	Зарубежье	∆,%
Энергопотребление, Гкал/т
Аммиак (удобрение, полупродукт)	9,6-10,3	6,7-7,0	32,5
Метанол	11,2-12,6	7,0-7,5	39,0
Карбамид	1,3-1,8	~ 1,0	35,5
Сода каустическая (условное топливо)	1,3-1,8	1,08	30,3
Сода кальцинированная	1,0-1,5	1,0	20,0
Тарное стекло (ккал/кг)	~ 2000		37,5
Первичная переработка нефти, вакуумная перегонка мазута	34,1	19-21
1 поколение Каталитический крекинг 2 поколение	73,0   70,3	21,8
Гидрокрекинг
Коксование		46,9
Потребление сырья, т/т
Винилхлорид (для ПВХ)	1,05	0,99	5,0
Этилен (ПЭ) высокого давления	1,78	1,67	6,2
Этилен (ПЭ) низкого давления	1,1	1,07	2,7
Коэффициент выхода бензина, %
1 поколение Каталитический крекинг 2 поколение 3 поколение	34,2 44,6	45-50	5-10
бензин Гидрокрекинг дизельное топливо			-

Нефтеперерабатывающая промышленность Российской Федерации является одной из наиболее энергоемких отраслей народного хозяйства.

В среднем на российских НПЗ удельные энергозатраты в настоящее время составляют около 0,135 т.у.т. на 1 тонну переработанной нефти, что эквивалентно использованию для произ­водства энергии 9,5 % нефти, переработанной на предприятиях отрасли.

Принимая во внимание невысокую глубину переработки нефти на отечественных НПЗ (в настоящее время на уровне 63-64 %), такой уровень энергозатрат превышает достигнутые пока­затели хороших современных, в том числе и российских НПЗ, на 25-30 %.

Наряду с этим и в результате опережающего роста уровня цен на нефть и тарифов на тепло- и электроэнергию доля энергозатрат в общих затратах НПЗ на переработку нефти (так называемая энергетическая составляющая процессинга) достигла в среднем по российским НПЗ уровня более 50 %.

Доля энергозатрат в общих эксплуатационных расходах зарубежных НПЗ составляет до 40%.

Потребление топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в процессах переработки нефти в России на 44 % выше, чем в США, и на 31 % выше, чем в Японии. Это связано, в частности, с использованием устаревших технологий и оборудования, срок службы которого в 2-3 раза превышает нормативный.

В настоящее время в России неиспользуемый потенциал энергосбережения оценивается в 40% от современного энергосбережения.[1]

 

 

4. Что такое рециркуляция сырья и как она влияет на время исчерпания его ресурсов?

 

Рециркуляция (от ре... и циркуляция) – многократное полное или частичное возвращение потока газов, жидкостей или твёрдых веществ в технологический процесс, установку, аппарат и др. Цели рециркуляции различны: например, регулирование концентрации компонентов в смесях, температуры в теплообменниках и т.д. В химической технологии повышение выхода целевого продукта часто достигается рециркуляцией сырья.[2]

Наиболее успешно рециркуляция осуществляется для металлов в виде переплавки скрапа, электрохимического извлечения ценных металлов из лома электронной аппаратуры и др. Значительно труднее поддаются рециркуляции полимерные материалы, в том числе каучуки и пластмассы. Как правило, они перерабатываются в изделия вторичного назначения.

Для процессов с рециркуляцией вводится понятие "коэффициент рециркуляции", который определяется из выражения:

где К – коэффициент рециркуляции;

– расход свежего сырья, м3/ч.

Рециркуляция сырья позволяет значительно снизить скорости исчерпания природных ресурсов. Так, например, если время исчерпания железа без рециркуляции составляет 250 лет, то при степени рециркуляции 50% оно возрастает до 580 лет, а при степени рециркуляции 80% уже до 1330 лет. Для большинства металлов степень рециркуляции колеблется от 5 – 10% (вольфрам, алюминий) до 30 – 45% (медь, железо, свинец, серебро) и зависит от эффективности используемой технологии регенерации.[3]

 

5. Перечислите основные технико-экономические показатели (ТЭП) химического производства и дайте им определение.

 

Экономическая эффективность и практическая целесообразность нефтегазохимического производства определяются технико-экономическими показателями, важнейшими из которых являются расходный коэффициент сырья и выход продуктов, производительность аппарата, интенсивность процесса (аппарата) и экономическая эффективность химического производства. Расход каждого вида сырья, отнесенный к единице целевого продукта, называют расходным коэффициентом (А) и выражают в тоннах (т), килограммах (кг), метрах кубических (м³).

Теоретические расходные коэффициенты (А _теор) рассчитывают на основании стехиометрических соотношений, по которым происходит превышение сырья в целевой продукт.

 

 

где

А_теор – теоретический расходный коэффициент (в т, кг, м³⁾;

m₁ – расход сырья, реагента;

m₂ – масса целевого продукта.

Практические расходные коэффициенты (А_прак) учитывают также побочные реакции и производственные потери.

Выход продукта η – это отношение массы полученного целевого продукта к его массе, которая должна быть получена по стехиометрическому управлению, выраженное в процентах:

 

 

где

m_{прак –} масса или объем целевого продукта, полученного практически;

m_теор – масса или объем целевого продукта, получение которого теоретически возможно.

Производительность аппарата (процесса) (П) – это масса выработанного продукта или переработанного сырья в единицу времени:

где

П – производительность (в кг/ч, т/сут, м³/сут);

m – масса продукта (в т, кг);

τ – время (в ч, сут).

Максимально возможная производительность аппарата (при оптимальных условиях) называется мощность (N):

 

где

N – мощность аппарата (в кг/ч, т/сут)

Интенсивность аппарата (процесса) (I) – это производительность, отнесенная к единице полезного объема или к единице полезной площади.

 

 

где

I - интенсивность (в кг/м³·ч, кг/м²·ч);

V_n – полезный объем аппарата;

S_n - полезная площадь аппарата.

Экономическая эффективность является самым важным показателем, отражающим совершенство химико-технологического процесса, и характеризуется: капитальными затратами, себестоимостью продукции и производительностью труда.

Удельные капитальные затраты (К_у) – отношение общей стоимости установки (цеха) к ее годовой мощности:

где

К_у – удельные капитальные затраты ;

К – капитальные затраты (в руб.);

N – мощность установки (в т/г)

Зависимость удельных капитальных затрат от единичной мощности установки, т.е. одного производственного агрегата, выражается уравнением:

где

К_у – удельные капитальные затраты ;

а – коэффициент, зависящий от характера химического производства, его находят для каждого продукта с использованием практических данных;

N – мощность агрегата (в т/г)

Себестоимость (С) – денежное выражение затрат данного предприятия на изготовление и сбыт единицы продукции. Зависимость между себестоимостью и единичной мощностью производственного агрегата выражается уравнением:

 

 

где

С – себестоимость продукта (в руб/т);

N – мощность цеха или установки (в т/г);

m, n – коэффициенты (n=0,2 или 0,3). [1]

 

6. Перспективы использования вторичных энергоресурсов.

 

Под вторичными энергоресурсами (ВЭР) подразумевается энергетический потенциал продукции, отходов, попутных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках), который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других агрегатов (процессов). Под энергетическим потенциалом понимается наличие в указанных продуктах определенного запаса энергии (химически связанной энергии – теплоты, физической теплоты, потенциальной энергии избыточного давления).

Вторичные энергоресурсы по своим химическим характеристикам и ценностной значимости подразделяют на следующие группы:

горючие (топливные) ВЭР – горючие отходы химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, используемые для дальнейшей технологической переработки;

тепловые ВЭР – физическая теплота отходящих газов технологических агрегатов, физическая теплота основной и побочной продукции, теплота рабочих тел систем принудительного охлаждения технологических агрегатов, теплота горячей воды и пара, отработавших в технологических и силовых установках и др.;

ВЭР избыточного давления – потенциальная энергия газов и жидкостей, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением, которое необходимо снижать перед последующей ступенью использования этих газов и жидкостей или при выбросе их в атмосферу. К этой группе ВЭР относятся сжатые газы регенерации катализаторов в технологических процессах; пар, отработавший в силовых установках; жидкие продукты при их перетоке между аппаратами с различным давлением.

По направлению возможного использования ВЭР различают:

а) теплотехническое – использование и потребление непосредственно получаемых в качестве ВЭР пара и горячей воды или при выработке их в утилизационных котельных. К этому направлению относится также генерирование холода при использовании ВЭР;

б) электроэнергетическое – при генерировании электроэнергии в утилизационных установках (утилизационных станциях, электрогенераторах) за счет ВЭР;

в) комбинированное – с выработкой в утилизационных теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) теплоты и электроэнергии.

ВЭР можно использовать в качестве тепла либо непосредственно (без изменения вида теплоносителя), либо для выработки теплоты, электроэнергии, холода и механической работы в утилизационных установках.

Использование горючих (топливных) ВЭР особых затруднений не вызывает, они используются в технологических печах или других огнетехнических установках с достаточной полнотой (90-95%) и эффективностью. Тепловые ВЭР используются не достаточно полно (30-40%), поскольку их передача на другие агрегаты при большом удалении не всегда экономически целесообразна. Основное значение в структуре тепловых ВЭР имеет физическая теплота отходящих газов технологических установок, доля которой в общем балансе возможного использования тепловых ВЭР составляет около 75%.

Вторичными энергоресурсами располагают практически все отрасли химической промышленности, в которых имеются высокотемпературные процессы.

Утилизирующие паро-генерирующие установки, именуемые в промышленности котлами-утилизаторами (КУ), предусматриваются в схемах ХТС для преобразования энергетического потенциала ВЭР и генерирования насыщенного или перегретого пара. Водяной пар используется как теплоноситель в элементах ХТС или в качестве рабочего тела в утилизационных паротурбинных установках.

Котлы-утилизаторы применяются для использования теплоты отходящих газов и продуктов технологических установок.

По принципу движения газового потока существующие конструкции КУ делятся на два типа – газотрубные и водотрубные. В первом типе котлов охлаждаемые газы проходят внутри теплообменных труб, а во втором типе внутри труб циркулирует вода, а газы обтекают трубы котла-утилизатора снаружи.

Конструкции котлов-утилизаторов весьма разнообразны и определяются особенностью греющего теплоносителя (ВЭР). Для низкотемпературных тепловых отходов (ниже 800-900ºС) применяются газотрубные и водотрубные конвективные КУ, а для высокотемпературных (выше 1100-1200ºС) – реакционно-конвективные котлы-утилизаторы. Такое деление КУ с границей в области 1000ºС обусловливается коренным отличием условий теплопередачи от газов: в низкотемпературных преобладает конвекция, а в высокотемпературных – реакция трехатомных компонентов газа. [1]

 

 

Список литературы:

 

1. Никитин Е.Е. Ресурсосберегающие технологии: учеб. пособие. – СПб.: СПбГИЭУ, 2009. – 158 с.

2. Курилкин В.В. Основы химической технологии и лесопереработки.
Конспект лекций. – М.: Изд-во РУДН, 2006.

3. http://www.ximuk.ru/

4. http://www.tehnoinfa.ru/

 

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: