Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» (УГНТУ)
ул. Космонавтов 1,
г. Уфа, Республика Башкортостан,
Россия, 450064
Тел.: +7 (347) 242-03-70
Факс: +7 (347) 243-14-19
E-mail: info@rusoil.net
Техническая поддержка: oau@rusoil.net

Лаборатория «Технология нефтехимических процессов»

  

Именная лаборатория «Технология нефтехимических процессов» кафедры «Нефтехимия и химическая технология» открыта в УГНТУ 20 октября 2017 года в рамках стратегического проекта «Химическая сеть» благодаря тесному сотрудничеству университета с ведущим нефтехимическим предприятием Республики Башкортостан – ПАО «Уфаоргсинтез». Оснащение лаборатории позволяет проводить учебные занятия и научные исследования по перспективным направлениям развития каталитических технологий нефтегазохимии.

   

Лаборатория является учебно-научно-исследовательским центром, не имеющим аналогов в Республике Башкортостан и России, оснащенным передовыми исследовательскими комплексами для осуществления пирогенетических и каталитических процессов, аналитическим, компьютерным и общелабораторным оборудованием. Для изучения процесса пиролиза, исследования периодических процессов, в том числе каталитических, изучения непрерывных процессов со стационарным слоем катализатора и в режиме псевдоожижения, смонтированы четыре исследовательских комплекса – пилотные установки. К ним подключено газовое оборудование, подводящее углеводородные газы (азот, гелий, воздух и водород) и оснащенное трехступенчатой системой безопасности.

   

Лаборатория создавалась в несколько этапов:
- Разработка концепции.
На этом этапе в ходе совместной работы коллектива кафедры «Нефтехимия и химическая технология» и специалистов ПАО «Уфаоргсинтез» для дальнейшего проектирования опытных установок были выбраны основные процессы получения нефтехимической продукции, реализованные на предприятии, и определены возможности использования будущих установок в учебном процессе и исследовательской деятельности. При этом часть опытных установок было решено спроектировать на базе УГНТУ, а часть – в составе базовой кафедры УГНТУ на ПАО «Уфаоргсинтез».

- Проектирование лаборатории.
Силами специалистов УГНТУ был разработан дизайн-проект будущей учебно-исследовательской лаборатории. Комплексное проектирование было выполнено сторонними проектными организациями под контролем служб УГНТУ.

- Проектирование опытных установок.
Коллективом кафедры «Нефтехимия и химическая технология» были разработаны принципиальные схемы и спроектированы опытные исследовательские комплексы, имитирующие производственные условия выбранных нефтехимических процессов. В состав каждого комплекса вошли реакторный блок, узлы подачи реакционных материалов и вывода продуктов, приборы регистрации параметров технологического режима, необходимая приборно-аналитическая база для осуществления физико-химических методов анализа, а также современные компьютеры и специализированное программное обеспечение для хранения и обработки полученных экспериментальных результатов.

- Пуско-наладочные работы.
Пуск оборудования и отработка оптимальных технологических режимов были осуществлены совместными усилиями специалистов компании-производителя и сотрудников кафедры «Нефтехимия и химическая технология». Совместно со специалистами компании-производителя сотрудники кафедры отработали оптимальные технологические режимы и запустили оборудование.

   

Лаборатория «Технология нефтехимических процессов» — это своеобразный завод в миниатюре, в стенах которого студенты и аспиранты вуза смогут пройти практическое обучение, прежде чем придут работать на производство. Студенты технологического факультета УГНТУ, обучающиеся на направлениях подготовки «Химическая технология», получили возможность воспроизводить на компактных пилотных установках реальные промышленные процессы и участвовать в создании новых катализаторов и материалов. Это позволяет повысить уровень будущих специалистов и помогает в научных исследованиях по направлениям нефтегазохимии и основного органического синтеза, открывает новые перспективы для инновационных разработок в области нефтегазохимии.

  
Уникальные пилотные установки, которыми оснащена лаборатория «Технология нефтехимических процессов

1. Установка LAB-SCALE PYROLYSIS UNIT для осуществления химико-технологического процесса пиролиза

   

Пиролиз в трубчатых печах является основным процессом производства этилена и пропилена в России. Реакция представляет собой термическое расщепление углеводородов при Т>700 °C.
В качестве сырья пиролиза используют углеводородные газы (этан, пропан, бутан), легкие бензиновые фракции, газоконденсаты, рафинаты каталитического риформинга, керосиновые и газойлевые фракции нефти. Целевые продукты процесса пиролиза ─ низкомолекулярные олефины (этилен, пропилен).
Лабораторная установка исследует процессы пиролиза с помощью параметров, которые задаются и регистрируются в специализированном программном обеспечении, установленном на компьютере, входящем в комплект поставки.
Установка оснащена модулем управления, нагревателями, насосом, расходомером и системой аварийной сигнализации. Модуль управления работает без участия пользователя благодаря единому настроенному блоку.
Установка выполнена в климатическом исполнении УХЛ, категория размещения 4 по ГОСТ 15150 для эксплуатации в помещении при температуре окружающей среды от +1 °С до +35 °С и влажности до 80% при 25 °С. Установка работает от сети переменного тока 220 В, частотой 50 Гц.

Для анализа сырья и продуктов процесса пиролиза используются газовые хроматографы Хроматэк-Кристалл 5000 (анализ пирогаза и водорода) и GC 8000 series (анализ жидких продуктов пиролиза, пиролизной смолы).
Для обработки данных используется персональный компьютер и соответствующее компьютерное обеспечение.

Технические характеристики установки LAB-SCALE PYROLYSIS UNIT для осуществления процесса пиролиза

Характеристика

Значение

Вес установки, не более, кг

160 

Высота установки, не более, м

1,9 

Максимальная рабочая температура в реакторе, °С

850

Максимальное рабочее давление, бар.

8,0 бар ≈ 8 атм.

Установленная мощность электропитания, кВт

12,0

Объем трубчатого реактора:

- общий объем

- рабочий объем

7,6 мл

5,0 мл

   

2. Установка R-201 Reactor System для изучения химико-технологических процессов в периодических условиях

Химико-технологические процессы подразделяются на периодические и непрерывные. При периодическом процессе все стадии проходят последовательно. Реагенты загружают в аппарат, а после окончания процесса из аппарата выгружают продукт ─ реакционную массу.
Реакторы периодического действия, как правило, используются в малотоннажных и вспомогательных процессах (синтез катализаторов, адсорбентов, пластификаторов, смазок, растворителей, ПАВ и вспомогательных веществ), а также фармацевтике. Такие процессы обладают следующими преимуществами: характеризуются большой гибкостью (в одном и том же реакторе можно получать разные продукты); реактор периодического действия предусматривает меньшие капиталовложения, чем реактор, работающий в непрерывном режиме.
Лабораторная установка предназначена для исследования периодических процессов органического синтеза как некаталитических, так и с использованием гомогенных или гетерогенных катализаторов с заданием и регистрацией всех параметров процесса с помощью управляющей станции. Благодаря единому настроенному блоку модуль работает без вмешательства со стороны пользователя.
Установка выполнена в климатическом исполнении УХЛ, категория размещения 4 по ГОСТ 15150 для эксплуатации в помещении при температуре окружающей среды от +1 °C до +35 °C и влажности до 80% при 25 °C. Установка работает от сети переменного тока 220 В, частотой 50 Гц.

Лабораторный учебно-научно-исследовательский комплекс состоит из нескольких частей:
1. Реакционный блок ─ предназначен для проведения лабораторных экспериментов и представляет собой реактор, систему емкостей, каналов и кранов, измерительных приборов и модулей для подачи сырья, нагрева и перемешивания исследуемого реагента. Реакционная зона выполнена в виде периодического реактора объемом 100 мл с мешалкой, максимальным давлением 41 атм. и максимальной температурой 230° C. Реактор выполнен из нержавеющей коррозионностойкой стали и оснащен мешалкой с магнитным приводом. Для учета расхода газового сырья комплекс оснащен термомассовым газовым расходомером.
2. Модуль управления ─ предназначен для управления запускающими и регулирующими работу аппаратами реакционного блока и контроля его состояния, включает в себя шкаф управления с панелью управления, персональный компьютер и программное обеспечение (ПО) управления. Внутри шкафа смонтированы автоматы включения, реле, управляющие контроллеры и система управления контроллерами. Контрольные лампы и индикаторы состояния системы выведены на панель управления.
3. Аналитическое оборудование.
4. Персональный компьютер и соответствующее компьютерное обеспечение.

Лабораторный исследовательский комплекс может использоваться в многоцелевых экспериментах при изучении реакций периодического действия с постоянным перемешиванием (CSTR). Примеры нефтехимических процессов, которые можно осуществить в периодическом реакторе:
- олигомеризация и полимеризация олефинов;
- полимеризации полипропилена (возможность получения гомо-, блок-сополимера полипропилена):
- алкилирование бензола олефинами;
- гидроизомеризация н-парафинов;
- изомеризация и др.
Для анализа сырья и продуктов процесса используются газовые хроматографы Trace GC (анализ бензола и реакционной массы алкилирования (РМА)) и GC 8000 series (анализ пропилена).

Технические характеристики установки R-201 Reactor System для изучения процессов в периодических условиях

Характеристика

Значение

Вес установки,  не более

70 кг

Размеры  установки, не более, Ш*Г*В (ширина, глубина и высота)

600 мм*500 мм*720 мм

Максимальная рабочая температура

230 °C

Максимальное рабочее давление

41 бар ≈ 41 атм.

Установленная мощность электропитания

3,5 кВт

Объем реактора

100 мл

   

3. Установка R-301 Reactor System для изучения непрерывных каталитических процессов в псевдоожиженном слое катализатора

Непрерывные химико-технологические процессы протекают в непрерывно работающем реакторе. Подача сырья и выгрузка готовой продукции производятся непрерывно в стационарных условиях.
Эти процессы имеют следующие преимущества: более низкие по сравнению с периодическими процессами эксплуатационные расходы из-за отсутствия таких операций, как многократные загрузки и выгрузки аппаратов; легко поддаются автоматизации, что также снижает эксплуатационные расходы; устойчивость технологического режима, так как легко поддерживать постоянными параметры процесса. Это, в свою очередь, приводит к стабильности качества выпускаемого продукта.
Псевдоожижение ─ превращение слоя зернистого материала под влиянием восходящего газового или жидкостного потока в систему, твердые частицы которой находятся во взвешенном состоянии, и напоминающую по свойствам жидкость ─ псевдоожиженный слой. Из-за внешнего сходства с кипящей жидкостью псевдоожиженный слой часто называют кипящим слоем. Кипящий слой катализатора наиболее целесообразно применять в процессах, требующих частой регенерации катализатора; он широко применяется в промышленности нефтехимического синтеза, и, в несколько меньших масштабах, используется в технологии основного органического синтеза.
Кипящий слой отличается от неподвижного слоя скоростью процесса, устойчивостью работы слоя во времени, возможностью замены и регенерации катализатора, способами подвода и отвода тепла в зону катализа. Метод кипящего слоя позволяет повысить интенсивность работы катализаторов и облегчить эксплуатацию оборудования в результате:
- заметного снижения внутридиффузионных торможений, характерных для неподвижного слоя;
- снятия местных перегревов и переохлаждений контактной массы;
- снижения площади теплообмена в контактных аппаратах;
- отсутствия засорения пылью и постоянства гидравлического сопротивления;
- устойчивости к ядам и меньшей отравляемостью;
- компактности контактных аппаратов и легкости их автоматизации.
Основными недостатками кипящего слоя являются:
- наличие большого количества пылеулавливающих средств;
- истирание катализатора вследствие ударов и трения зерен друг о друга, о стенки реактора и теплообменника, элементы, помещенные в слое;
- наличие эрозии стенок аппарата, которая сильно зависит от абразивной способности зерен.
Лабораторная установка предназначена для исследования непрерывных процессов нефтехимического и основного органического синтеза на гомогенных и гетерогенных катализаторах с заданием и регистрацией всех параметров процесса с помощью управляющей станции. Все элементы модуля выполнены в едином настроенном блоке и в процессе эксплуатации не требуют вмешательства со стороны пользователя.
Установка выполнена в климатическом исполнении УХЛ, категория размещения 4 по ГОСТ 15150 для эксплуатации в помещении при температуре окружающей среды от +10С до +350С и влажности до 80% при 250С. Установка работает от сети переменного тока 220 В, частотой 50 Гц.

Установка представляет собой проточную систему для исследования процессов в псевдоожиженном слое катализатора (в комплекте с аналитическим оборудованием и компьютерным обеспечением).
Лабораторный учебно-научно-исследовательский комплекс состоит из нескольких частей:
1. Реакционный блок ─ предназначен для проведения лабораторных экспериментов и представляет собой реактор, систему емкостей, каналов и кранов, измерительных приборов и модулей для подачи сырья, нагрева и перемешивания исследуемого реагента. Реакционная зона выполнена в виде проточного реактора объемом 200 мл, максимальным давлением 50 атм. и максимальной температурой 600 0С. Реактор выполнен из нержавеющей коррозионностойкой стали. Для учета расхода газового сырья комплекс оснащен термомассовым газовым расходомером.
2. Модуль сепарации состоит из двух последовательных сепараторов: циклонного сепаратора и сепаратора. Циклонный сепаратор предназначен для очистки выходящих продуктов от мелких частиц катализатора. Сепаратор предназначен для разделения жидкой и газовой фаз. Сепараторы имеют следующие характеристики: объем – 1л., макс. Рабочую температуру – 300 0С, максимальное рабочее давление – 10 бар ≈ 10 атм.
3. Модуль управления ─ предназначен для управления запускающими и регулирующими работу аппаратами реакционного блока и контроля его состояния, включает в себя шкаф управления с панелью управления, персональный компьютер и программное обеспечение (ПО) управления. Внутри шкафа смонтированы автоматы включения, реле, управляющие контроллеры и система управления контроллерами. Контрольные лампы и индикаторы состояния системы выведены на панель управления.
4. Аналитическое оборудование (газовые хроматографы).
5. Персональный компьютер и соответствующее компьютерное обеспечение.

Лабораторный учебно-научно-исследовательский комплекс R-301 Reactor System предназначен для скрининга катализаторов и исследования процессов:
- изомеризации ксилолов с получением n-ксилола;
- дегидрирования парафинов;
- окислительного хлорирования этилена до дихлорэтана;
- окислительного аммонолиза пропилена с получением акрилонитрила;
- синтеза винилацетата взаимодействием уксусной кислоты с ацетиленом;
- окисления углеводородов, например этилена в окись этилена;
- окисления нафталина во фталевый ангидрид;
- получения хлорсиланов взаимодействием порошкообразного Si и его сплавов с НС1, СН3С1, С2Н5С1, С6Н5С1;
- прямого хлорирования углеводородов и хлоруглеводородов и др.

Технические характеристики установки R-301 Reactor System для изучения непрерывных каталитических процессов в псевдоожиженном слое катализатора

Характеристика

Значение

Вес установки,  не более

150 кг

Размеры  установки, не более, Ш*Г*В (ширина, глубина и высота)

1200 мм*600 мм*1500 мм

Максимальная рабочая температура

- реакционный блок

- модуль сепарации

600 0С

300 0С

Максимальное рабочее давление

- реакционный блок

- модуль сепарации

50 бар ≈ 50 атм.

10 бар ≈ 10 атм.

Установленная мощность электропитания

3,5 кВт

Объем

- реактора

- сепаратора (каждого из двух)

200 мл

1000 мл = 1 л

  
4. Установка R-302 Reactor System для изучения непрерывных каталитических процессов со стационарным слоем катализатора

Лабораторная установка ─ реакторная система R-302 ─ предназначена для исследования процессов органического синтеза на гомогенных и гетерогенных катализаторах с заданием и регистрацией всех параметров процесса с помощью управляющей станции. Все элементы модуля выполнены в едином настроенном блоке и в процессе эксплуатации не требуют вмешательства со стороны пользователя.
Установка выполнена в климатическом исполнении УХЛ, категория размещения 4 по ГОСТ 15150 для эксплуатации в помещении при температуре окружающей среды от +1 0С до +35 0С и влажности до 80% при 25 0С. Установка работает от сети переменного тока 220 В, частотой 50 Гц.
Каталитическая реакторная установка проточного типа (в комплекте с аналитическим оборудованием и компьютерным обеспечением)

Лабораторный учебно-научно-исследовательский комплекс состоит из нескольких частей:
1. Реакционный блок включает предреактор, в котором реагенты подогреваются до необходимой температуры перед подачей в главный реактор и основной реактор R-302, представляющий собой трехзонную печь с катализатором, в которой проходит основная реакция при температуре процесса, поддерживаемой обогревателем. Сырье подается из специальной емкости Т-302. В реакционном блоке установлены массовый расходомер и датчик давления (преобразователь пневматического сигнала в электрический), которым измеряют давление в реакторе. Если давление в реакторе становится выше, чем заданное давление, клапан открывается предохранительный клапан для сброса избыточного давления (ППК) и давление снижается. Для контроля и измерения температуры внутри печи применяется датчик температуры, представляющий собой термопару.
2. Модуль сепарации ─ продукты, полученные в результате реакции, поступают в холодильник Е-302 для охлаждения и, затем, в сепаратор S-302, для отделения газа от жидкости после проведения реакции.
3. Модуль управления ── предназначен для управления запускающими и регулирующими работу аппаратами реакционного блока и контроля его состояния, включает в себя шкаф управления с панелью управления, персональный компьютер и программное обеспечение (ПО) управления. Внутри шкафа смонтированы автоматы включения, реле, управляющие контроллеры и система управления контроллерами. Контрольные лампы и индикаторы состояния системы выведены на панель управления.
4. Аналитическое оборудование (газовые хроматографы).
5. Персональный компьютер и соответствующее компьютерное обеспечение.

Лабораторный учебно-научно-исследовательский комплекс R-302 Reactor System предназначен для скрининга катализаторов и исследования процессов:
- каталитического пиролиза углеводородов с получением низших олефинов;
- изомеризации ксилолов с получением п-ксилола;
- получения этилена и пропилена из метанола;
- алкилирование бензола олефинами;
- олигомеризация и полимеризация олефинов;
- дегидрирования этилбензола и бутана с получением стирола и бутадиенов и др.

Технические характеристики установки R-302 Reactor System для изучения непрерывных каталитических процессов со стационарным слоем катализатора

Характеристика

Значение

Вес установки,  не более

150 кг

Размеры  установки, не более, Ш*Г*В (ширина, глубина и высота)

1200 мм*600 мм*1500 мм

Максимальная рабочая температура

- реактор (R-302)

- холодильник  (Е-302)

- сырьевая емкость (Т-302)

600 0С

250 0С

100 0С

Максимальное рабочее давление

- реактор (R-302)

- сепаратор (S-302)

50 бар ≈ 50 атм.

10 бар ≈ 10 атм.

Установленная мощность электропитания

3,5 кВт

Объем

- реактор (R-302)

- сепаратор (S-302)

- сырьевая емкость(Т-302)

15 мл

1500 мл = 1,5 л

100 мл

   

Конструктивные особенности лабораторных учебно-исследовательских комплексов позволяют осуществлять переобвязку схемы, изменять компоновку основных узлов, расширять диапазоны достижимых давлений и температур, что открывает широкие возможности для лабораторной реализации большого числа низко- и высокотемпературных процессов нефтегазопереработки и нефтегазохимии на основе каталитических и бескаталитических реакций в периодическом и непрерывном режимах. Кроме того, на базе установок возможно внедрение существующих и испытание новых современных средств автоматизации и управления химико-технологическими процессами.

  

Контактная информация:

450064, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1, ауд. 539, кафедра "Нефтехимии и химической технологии"

E-mail: nht.ugntu@gmail.com

Телефон: (347) 242-08-57

Заведующий кафедрой – Татьяна Рудольфовна Просочкина