Назначение процессов высокотемпературной переработки нефтепродуктов

Многообразие протекающих вторичных  реакций затрудняет моделирование  процесса, особенно при усложнении природы сырья и увеличении степени конверсии. До сих пор при проектировании печей опыт, эмпирические зависимости и экспериментальная проверка играют очень важную роль.

Для достижения максимальных выходов по этилену (выше 30% в случае нафты) обычно применяют температуру ~ 850^оC, время контакта 0,2-0,3 с и массовое соотношение Н₂О / сырье = 0,5-0,6. Развитие процесса в последние десятилетия направлено в сторону увеличения его жесткости, то есть поиска возможных путей роста температурной нагрузки и сокращения времени пребывания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Обоснование конструкции  печи пиролиза

 

В настоящее время  существует большое количество вариантов  промышленного осуществления процесса пиролиза. Выбор правильной технологии проведения процесса является важнейшей задачей. Доминирующими факторами при выборе технологической схемы установки являются: возможность осуществления непрерывного много тоннажного производства целевых продуктов процесса, простота осуществления процесса, небольшие капитальные затраты и эксплуатационные расходы, высокая эффективность установки.

Предлагается использовать технические решения, заложенные в  основу отечественных установок  пиролиза, поэтому в качестве реакционной  системы, в предлагаемой технологии, был взят освоенный и широко распространенный промышленный метод пиролиза в трубчатых печах.

Первоначально печи пиролиза в конструктивном оформлении были аналогичны нагревательным печам нефтезаводских установок и отличались от них главным образом температурой: на выходе из змеевика она составляла 720 – 760 °С. Топливо в таких печах сжигалось в факельных горелках. Дымовые газы из топочной камеры проходили конвекционную секцию, размещенную вне топочной камеры, нагревали исходное сырье и пар разбавления, которые смешивались на входе в печь. Печи имели два потока, змеевик был выполнен в виде настенного экрана. Расположение змеевика на стенах топочной камеры не обеспечивало высокие теплонапряженности поверхности труб из-за неравномерности подвода тепла: часть поверхности труб была обращена к излучающим дымовым газам, а часть – к отражающим, экранированным стенам. Для подвода необходимого количества тепла длина змеевика должна быть значительной при не очень большом диаметре. На практике змеевик для таких печей изготавливали из труб диаметром 114´6 мм; он имел длину 130 – 150 м. Нагрузка на змеевик составляла »2 т/ч по сырью. При разбавлении сырья водяным паром 30 – 40 % время пребывания в нем потока составляла 2 – 3 с. сравнительно невысокие скорости потока обеспечивали коэффициенты теплоотдачи внутри змеевика, не превышающие 650 – 750 ВТ/(м²×К). Факельные горелки создавали неуправляемое распределение температуры внутри печи, в результате чего возникали частые пережоги труб даже при невысоких температурах пиролиза.

В печах с настенными экранами пиролизу подвергали, как правило, этан и другие углеводородные газы. С переходом на жидкое сырье, вызывающее более сильное коксование змеевиков, необходимо было упорядочить сжигание топлива в печи. С этой целью были разработаны панельные горелки беспламенного горения. Размещенные в стенах печи они создают сплошную излучающую поверхность.

Переход на высокотемпературный (830 - 850°С ) пиролиз привел к появлению печей нового типа с коротким временем пребывания потока в змеевиках. Это печи SRT («Short Resedens Time»). Одновременно было установлено, что экономически целесообразно приводы компрессоров этиленовой установки выполнять в виде паровых турбин, работающих на собственном паре высокого давления (11- 14 МПа), получаемый в закалочно-испарительных аппаратах.

Рядом фирм разрабатываются  печи с вертикальными двухрядно  расположенными змеевиками («Selas», KTI). Такие печи более компактны: их длина сокращается на 20 – 30 % по сравнению с однорядным расположением змеевика. Однако неравномерность облучения змеевиков в них выше. Поэтому, как правило, трубы змеевиков размещают с большим шагом. Если при однорядном расположении шаг составляет обычно 2d (d – наружный диаметр трубы), то при двухрядном он равен 2,5 – 3,0d.

Таким образом, принимаем  печи, с коротким временем пребывания потока в змеевиках, типа SRT («Short Resedens Time») с панельными горелками беспламенного горения, что обеспечит короткое время пребывания и позволит обеспечить упорядочивание сжигания топлива в печи.

 

 

 

 

5 Описание аппаратурно-технологической схемы пиролиза

 

Производство этилена  включает следующие узлы: пиролиз, подготовку пирогаза к компримированию, компримирование  пирогаза, его очистку от сернистых  соединений и осушку, газоразделение. Принципиальная схема этиленового  производства ЭП-300, перерабатывающая в качестве сырья бензиновые

Узел пиролиза.

Углеводородное сырье  подвергается пиролизу в смеси с водяным паром в печи 4. Этановая фракция после отделения газоразделения (этан-рецикл) также пиролизуется в печи 4а. Реакционная смесь печей с температурой 815 – 850 ^оС подвергается закалке в закалочно-испарительных аппаратах 3. Здесь за счет охлаждения пирогаза до 350 - 450 °С вырабатывается пар давлением 11 – 14 МПа, который после отделения от воды в барабанах-паросборниках 2 и перегрева в пароперегревателе 5 до 540 °С используется для привода турбин пирогазового и пропиленового компрессоров, а также для насосов подачи питательной воды.

Подготовка  пирогаза.

Парогазовая смесь, охладившись дополнительно до 175 – 180 °С в результате смешения с циркулирующим котельным топливом, поступает в колонну первичного фракционирования 6. Из куба этой колонны отводится обезвоженная тяжелая фракция – котельное топливо, а сверху – более легкие фракции.

Тепло циркулирующего котельного топлива расходуется на подогрев сырья и выработку пара низкого давления. Поток уходящий с верха колонны 6 при температуре 95 – 110°С, охлаждается в теплообменниках 1 до 40 °С и поступает в сепаратор 7, где пирогаз отделяется от сконденсировавшихся углеводородов и воды, которые затем разделяются в отстойнике 8. Часть пироконденсата подается в колонну первичного фракционирования в качестве орошения основное количество его в смеси с жидкими продуктами пиролиза, выделившимися на стадии компримирования пирогаза, направляется в депентанизатор 22. Вода, после выделения из нее углеводородов в отпарной колонне 9, поступает в узел получения пара разбавления, откуда пар разбавления подается в печи пиролиза.

Компримирование, очистка и осушка.

Пирогаз из сепаратора 7 с температурой 40 °С поступает на всасывающую линию первой ступени пятиступенчатого пирогазового компрессора 11. На I – IV ступенях он компримируется до давления 1,9 МПа, охлаждается в межступенчатых холодильниках 1, отделяется от жидких углеводородов в сепараторах 10, после чего передается на очистку. Очищается пирогаз от сероводорода и диоксида углерода в колонне щелочной очистки 12 при давлении 1,9 МПа и температуре 45 – 50 °С. Затем он охлаждается в холодильнике 1 и компримируется до давления 4 МПа в V ступени компрессора 11. Далее пирогаз охлаждается в холодильниках 1 до 15 ^оС и поступает в осушители 13, заполненные цеолитами, где он осушается до точки росы минус 60 – минус 70 °С.

Газоразделение.

Осушенный пирогаз последовательно  охлаждается в холодильниках 1 до минус 130 °С и направляется в деметанизатор 14. С верха деметанизатора отводятся водород и метан, разделение которых осуществляется в холодном блоке 15, а кубовый продукт из него подается в этан-этиленовую колонну 16. Верхний продукт колонны 16 – этан-этиленовая фракция – подвергается селективному гидрированию водородом в реакторах 17 для удаления ацетилена с помощью палладий содержащих катализаторов.

С верха колонны 18 выделяется товарный этилен, с низа – 7 этан, возвращаемый на пиролиз. Кубовый продукт колонны 16 направляется в колонну выделения пропан-пропиленовой фракции 19, с верха которой фракция С₃ поступает на гидрирование в реакторы 17, где происходит очистка ее от пропина  (метилацетилена) и пропадиена (аллена). Разделение пропана и пропилена осуществляется в колонне 20. Бутан-бутеновая фракция выделяется из кубового продукта пропан-пропиленовой колонны в дебутанизаторе 21. Кубовый продукт колонны 21 в смеси с жидкими углеводородами, выделенными на стадии компримирования, поступает в депентанизатор 22, с верха которого отбирается фракция С₅, а с низа – пироконденсат.

Получаемая водородная фракция используется в реакторах  гидрирования и направляется также  на установку получения бензола.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 – теплообменные  аппараты; 2 – барабан-паросборник; 3 – закалочно-испарительные аппараты; 4 – печи пиролиза бензина; 4а – печь пиролиза этана; 5 – пароперегреватель; 6 – колонна первичного фракционирования; 7 – сепаратор; 8– отстойник; 9 – отпарная колонна; 10 – сепараторы; 11_1-5 – компрессоры 1–5 ступени; 12 – колонна щелочной очистки; 13 – осушители; 14 – деметанизатор; 13 – холодный блок; 16 – этан-этиленовая колонна; 17 – реакторы гидрирования; 18 – деэтанизатор; 19 – пропан-пропиленовая колонна; 20 – депропанизатор; 21 – дебутанизатор; 22 – депентанизатор

 

 

 

 

 

 

 

6 Материальный баланс  установки.

 

Мощность установки  по этилену 5000т/г.

Температура процесса 710 ^оС.

В таблице 6.1 представлена зависимость выхода продуктов пиролиза в зависимости от температуры.

Таблица 6.1 Выход продуктов пиролиза в зависимости от температуры.

Выход продуктов на сырье, %масс	Температура, оС
	650	675	700	725	760
газы	32,5	36	39	42	47
бензол	3,4	4	5	5,5	6
толуол	4,1	5	4,8	4	3
ксилолы	2,9	3,3	3,4	3	2,7
смола	47,1	37,6	30,6	28	25
кокс	10	14,1	17,2	17,5	16,3
Итого:	100	100	100	100	100

 

В таблице 6.2 представлена зависимость состава газа пиролиза в зависимости от температуры.

Таблица 6.2 Состав газа пиролиза в зависимости от температуры.

Состав, об. %	Температура, оС
	650	675	700	725	760
этилен	21,3	22,5	25,2	28	35,1
пропилен	13,8	13,3	13	12,7	12,5
бутилен	5,8	5,3	4,8	4,4	3,9
парафиновые УВ	59,1	58,9	57	54,9	48,5
Итого:	100	100	100	100	100

 

На рисунках 6.1, 6.2 и 6.3 представлены графики зависимости  выхода отдельных веществ от температуры  и уравнения тренда.

Рисунок 6.1 Графики зависимости выхода газов, смолы пиролиза и кокса от температуры.

Рисунок 6.2 Графики зависимости выхода бензола, толуола и ксилолов от температуры.

Рисунок 6.3 Графики зависимости выхода компонентов газа от температуры.

Зная, что процесс протекает  при 710 ^оС, определим выход продуктов пиролиза и состав газа при данной температуре.

Таблица 6.3 Выход продуктов пиролиза при температуре 710 ^оС.

Компонент	Выход продуктов на сырье, %масс
газы	40,3
бензол	5,2
толуол	4,5
ксилолы	3,2
смола	29,3
кокс	17,5
Итого:	100,0

 

Таблица 6.4 Выхода компонентов газа при температуре 710 ^оС.