ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВКИ ВЫДЕЛЕНИЯ НАФТАЛИНА ИЗ ОСТАТКОВ КАМЕННОУГОЛЬНОЙ СМОЛЫ МЕТОДОМ СВЕРХЧЕТКОЙ РЕКТИФИКАЦИИ

В настоящее время получение нафталина является важной составляющей нефтехимической промышленности. Нафталин в качестве сырья используется для производства фталевого ангидрида, декалина, а также различных производных. Ряд предприятий заинтересован в получении нафталина, содержащего не менее 97% основного вещества. В свою очередь некоторые отрасли промышленности нуждаются в нафталине, содержащем менее 1 % серы и сернистых соединений.

Получение нафталина, содержащего не менее 97% масс. целевого компонента, осложняется тем, что при концентрировании его методом ректификации из смесей, содержащих нафталин, тионафтен, ксиленол и некоторые другие компоненты, возникает проблема разделения смеси ввиду близких температур кипения составляющих и наличия бинарных и тройных азеотропов. Так, например, нафталин имеет температуру кипения 218°C, тионафтен - 219°C, ксиленол – 212°C[1]. Согласно [5] в большинстве нафталиновых фракций имеются следующие азеотропные смеси (см. табл. 1).

Таблица 1.

Сведения о наличии и типе обнаруженных бинарных азеотропных смесей в различных литературных источниках

Сведений о наличии азеотропа между нафталином и тионафтеном в справочной литературе найти не удалось, однако имеется множество монографий [2, 4-10], в которых упоминается проблема разделения этой азеотропной смеси.  Однако авторы [3] утверждают обратное, согласно их расчетам смесь является близкокипящей, но не азеотропной.

Также при переработке нафталиновой фракции различные примеси, включающие инден, хинолин, тионафтен и ряд других переходят в твердую фазу, вследствие чего не отделяются при прессовании и загрязняют конечный продукт [2]. Это усложняет получение нафталина, содержащего 97 и выше процентов основного вещества.

Существует ряд технологий, которые решают проблему разделения тионафтена и нафталина, некоторые из нижеприведенных методов реализуются на нефтехимических предприятиях. Таким образом, можно выделить несколько решений, описываемых в различной литературе.

1. Ректификацией нафталиновой фракции под низким давлением, содержащей 2-6% тионафтена, получают нафталин с содержанием 0,4 – 0,8% тионафтена. Повторной ректификацией снижают содержание серы до 0,01%, при этом выход продукта на данной стадии достигает всего 75%. Но в результате ректификации остатков получается 97-98% тионафтен.
2. Метод противоточной жидкостной экстракции с двумя несмешивающимися растворителями позволяет получать нафталин концентрацией 99,7%. При этом попутно получается 13% - ный концентрат тионафтена. Но данный метод является сложным и энергоемким. Он может быть реализован только при условии сбыта получаемого тионафтена по высокой цене.
3. Гидрогенизационная очистка, проводимая преимущественно на алюмокобальтомолибденовых катализаторах. Процесс сильно зависит от нескольких важнейших факторов, таких как давление, объемная скорость подачи сырья, но главным образом от температуры. Чем температура выше, тем содержание в гидрогенизате тионафтена и других нежелательных веществ снижается. Так, например, при температуре гидрогенизационной очистки 350°C содержание тионафтена 0,047%, а при 550°C – 0,002% [3].
4. Химические методы очистки - хлористым алюминием, металлическим натрием, формальдегидом.
5. Метод очистки азеотропной ректификацией. Смесь нафталина с тионафтеном можно разделить методом азеотропной ректификации с применением в качестве азеотропа этиленгликоля [4].

Интерес представляет решение проблемы разделения смеси нафталина и тионафтена  без использования азеотропа, т.к. это вызывает дополнительные сложности ректификации и удорожает сам процесс. Важно найти метод разделения данной азеотропной смеси, который позволит получать нафталин, содержащий 97-99% основного вещества, при этом метод должен отличаться низкой энергоемкостью, а также минимальным количеством затрат для его осуществления на нефтехимическом производстве. Также возможно рассмотреть варианты по решению данной проблемы путем модернизации действующих установок с целью повышения процентного содержания основного вещества в конечном продукте и повышения энергоэффективности этих процессов.

Существует несколько вариантов возможных способов решения, которые были рассчитаны; сделаны выводы по их эффективности, внедрению и использованию на производствах нефтехимической промышленности [11].

Исходя из полученных результатов по одноколонной схеме, аппаратурно представляющую из себя сепаратор с ректификационной колонной эффективностью 100 т.т. и дополнительным отбором, можно сделать вывод, что она позволяет получать необходимое качество целевого продукта (нафталин, концентрацией не менее 97 %), используя оптимальное количество энергетических ресурсов. Учитывая результаты расчета и сравнения, возникла необходимость оценки экономической эффективности.

Чтобы оценить возможность реализации внедрения установки выделения товарного нафталина, необходимо определить экономический эффект. Различные финансовые показатели характеризуют проект с разных сторон и могут отвечать интересам различных групп лиц, имеющих отношение к данному предприятию - кредиторов, инвесторов, менеджеров. Результаты расчета капитальных затрат на внедрение установки выделения товарного нафталина из каменноугольной смолы представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Результаты расчета затрат на внедрение установки выделения товарного нафталина из каменноугольной смолы

Результаты расчета ежегодных операционных затрат предприятия на производство товарного нафталина представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Ежегодные затраты

Для оценки эффективности инвестиционного проекта в данной работе были использованы следующие показатели:

-  Срок окупаемости инвестиций (СО); 


-  Чистый дисконтированный доход (ЧДД); 


-  Индекс доходности (ИД). 


Производительность установки – 510 кг/час, следовательно, за год вырабатывается 408000 кг товарного продукта. Устанавливаем конкурентоспособную цену 100 руб. за единицу продукта (1 кг), она была определена исходя из того факта, что установка способна одновременно получать продукт как более высокой (99 и выше), так и более низкой (97%) концентрации, которые сильно отличаются по своей цене. Согласно проведенному маркетинговому анализу такая цена является средней среди рыночных цен на товарный нафталин разной концентрации.

Ежегодные амортизационные отчисления составят 1,18 млн. руб. исходя из срока службы данного оборудования - 15 лет.

Расчет ЧДД проводится по следующей формуле:

,                 (1)

где Пt- прибыль, получаемая в результате реализации проекта в t-ом году; П - чистая прибыль; At- сумма амортизационных отчислений t-ого года; Kt- капитальные вложения t-ого года; β​t- коэффициент дисконтирования.

                                       (2)

где En – норма дисконта.
Результаты представлены в таблице 4.

На рисунке 1 представлен график зависимости накопленного денежного потока от срока реализации проекта, из которого видно, что уже после первого года значение чистого дисконтированного дохода стало положительным, что говорит о низком сроке окупаемости проекта.

Таблица 4.

Результаты расчетов

Рисунок 1. Зависимость накопленного денежного потока от срока реализации

Расчет индекса доходности:

Значение индекса доходности, равное 3,1, свидетельствует о целесообразности вложения денежных средств в данный инвестиционный проект. Срок окупаемости проекта составит

где:

 – денежный поток, который создается объектом инвестиций.

  – инвестиционный капитал, первоначальные затраты инвестора в объект вложения.

Список литературы:

1. Дмитриев М.Т., Казнина Н.И., Пинигина И.А. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде; Справ. изд. – М.: Химия, 1989. – 167с.
2. Горелова О.М., Григорьева М.Ю. Исследования по созданию экологичной технологии переработки нафталиновой фракции на предприятиях коксохимии. – Ползуновский вестник, №1 2013 – 277с.
3. Соколов В.З., Харлампович Г.Д. Производство и использование ароматических углеводородов. – М.: Химия, 1980. – с.281-283
4. Брон А.Я. Переработка каменноугольной смолы. – М.: Металлургия, 1963. – 184с.
5. Дмитриев М.Т., Казнина Н.И., Пинигина И.А. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде; Справ. изд. – М.: Химия, 1989. – 167 с.
6. Лейбович Р.Е., Яковлева Е.И, Филатов А.Б. Технология коксохимического производства: учебник для техникумов – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1982.
7. Харлампович Г.Д., Кауфман А.А. Технолония коксохимического производства: учебние для вузов. – М.: Металлургия, 1995.
8. Петлюк Ф.Б., Серафимов Л.А. Многокомпонентная ректификация. Теория и расчет. – М.: Химия, 1983.
9. Сулимов А.Д. Производство вроматических углеводородов из нефтяного сырья. – М.: Химия, 1975.
10. Крюков А.С., Габриелова И.С., Марховская Ж.В., Кива В.Н. Равновесие жидкость – пар в системах бензальдегида, фенолов и нафтальна при давлениях ниже 13,3 кПа (100 мм рт. ст.) // Основной органический синтез и нефтехимия: сб. науч. тр./ Яросл. политехн. ин-т – Ярославль, 1986. – с.52-55
11. Романова, Н.А. Выделение нафталина из остатков каменноугольной смолы методом сверхчеткой ректификации/ А.С. Хрёкин, В.С. Леонтьев // Международный научно-исследовательский журнал. – № 3 (57) –2017 – Часть 4 – Март – С. 80-85