Технологическое решение использования попутных и природных газов месторождения Чинаревское для производства олефинов по технологии UOP Oleflex с подбором оптимального режима проведения процесса
Реферат
Дипломный проект, 93 л., 16 рис., 26 табл., 47 источников.
ОБЗОР, ИССЛЕДОВАНИЕ СЫРЬЯ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ, ПОДБОР РЕЖИМА, РАСЧЕТ, АНАЛИЗ, ВЫВОДЫ, ЛИТЕРАТУРА, ЭКОНОМИКА, БЕЗОПАСНОСТЬ.
Объектом исследования являются попутные нефтяные и природные газы месторождения Чинаревское, проблемы их утилизации и переработки.
В ходе исследования были выявлены характеристики нефти и газов месторождения: компонентный состав, плотность.
В результате проведенных исследований разработано технологическое решение использования попутных и природных газов месторождения Чинаревское для производства олефинов по технологии UOP Oleflex с подбором оптимального режима проведения процесса.
Проведены термодинамические расчеты процесса, расчеты материального баланса, технологический и механический расчеты основного оборудования, расчет теплового баланса печи, изучен состав продуктов процесса, расчет капитальных вложений, стоимости основных производственных фондов, материалов и энергоресурсов, расчеты по труду и заработной плате, себестоимости целевого продукта, рентабельности производства и прибыль.
Содержание
Реферат... 3
Содержание 4
Перечень обозначений и сокращений 6
Введение 7
1 Литературный обзор 12
1.1 Переработка природных и попутных газов... 12
1.2 Современное состояние производства олефинов 16
1.3 Получение пропилена в промышленности 23
1.4 Процесс Oleflex компании UOP для производства легких олефинов 30
2 Исследовательская часть... 34
2.1 Вобор и обоснование сырья для производства олефинов 34
2.2 Методы проведения испытаний физико-химических характеристик нефти и газов месторождения Чинаревское 36
1.0.1 Проведение испытаний характеристик газа сепарации месторождения Чинаревское. Компонентный состав газа... 37
2.2.2. Определение плотности газов... 38
1 Технологическая часть 43
1.1 Описание блок-схемы газоперерабатывающего завода Чинаревское. 43
1.2 Описание технологической схемы установки Oleflex 47
2.0.2 Реакторная секция 47
3.0.3 Секция извлечения продуктов 48
4.0.4 Секция регенерации катализатора 49
0.4 Разработка технологии для переработки газов м. Чинаревское на основе исследований 50
0.4.1 Термодинамический расчет установки... 50
0.4.2 Расчет материального баланса 53
0.4.3 Технологический основного аппарата установки дегидрирования пропана. 54
Перечень обозначений и сокращений
ПНГ - попутный нефтяной газ
ГПЗ - газоперерабатывающий завод НПЗ - нефтеперерабатывающий завод
UOP - международная нефтяная компания, входящая в состав Honeywell ОПЕК - организация стран - экспортеров нефти
СНГ - содружество независимых государств США - Соединенные штаты Америки
Ltd. - общество с ограниченной ответственностью GTL - gas to liquid - газ в жидкость
МТО - methanol to olefins - метан в олефины MTG - methanol to gasoline - метан в бензин MTP - methanol to propylene - метан в пропилен БТЕ - британская тепловая единица
CCR - каталитический риформинг с непрерывной регенерацией катализатора МПа - мегаПаскаль
УПГ - установка переработки (подготовки) газа СУГ - сжиженный углеводородный газ
ВД - высокое давление СД - среднее давление ДЭА - диэтаноламин
ррm - одна часть на миллион
КИП - контрольно-измерительные приборы КТУ - коэффициент трудового участия
ВСГ - водородсодержащий газ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
В настоящее время наиболее актуальными являются проблемы углубления переработки нефти, повышения и оптимизации качества и рационального применения нефтепродуктов. В связи с этим большое значение приобретают исследования и работы, направленные на увеличение выхода продуктов, получаемых из нефтяного сырья.
Казахстан обладает огромными природными богатствами. На территории республики имеются крупные месторождения многочисленных полезных ископаемых, по запасам и разнообразию которых она является одним из богатейших регионов мира. Поэтому в Казахстане созданы почти все основные отрасли промышленности. Развитие собственной разветвленной базы нефтегазовой переработки и нефтехимии необходимо Казахстану в связи с ростом своих потребностей в исходных ресурсах углеводородов.
Нефтяной попутный газ, добываемый с нефтью из нефтяных скважин, является экологически чистым высококалорийным топливом и ценным сырьем для нефтехимического производства.
Запасы разрабатываемых и подготовле нных к добыче нефтяных
кладовых составляют 3 миллиарда тонн, включая газовый конденсат, а также 2 триллиона кубометров газа. Только месторождения Тенгиз и Карачаганак будут давать ежегодно по 40 млн. нефти и 30 млрд. м3 газа. Добыча нефти и газа на Тенгизском месторождении составит в 2007-2015 гг. около 234 млн. т. нефти [1].
Актуальность работы. В последние годы все большую долю сырья в нефтехимической промышленности занимают попутные газы нефтяных месторождений. Попутный нефтяной газ является ценным сырьем для нефтехимии. Например, из метана можно получить синтетическое топливо, а этан, пропан, бутан - ценное сырье для полимеров. Тем не менее, при эксплуатации многих месторождений часть нефтяного газа пока сжигается в
факелах. Это оказывает негативное влияние, как на состояние окружающей среды, так и на здоровье человека.
Более четверти работающих в стране нефтедобывающих предприятий сжигают более 90% добываемого газа. В стране по закону запрещают промышленную разработку нефтегазовых месторождений без переработки и утилизации попутного газа, накладываются огромные штрафы на нефтедобывающие компании.
Переработка попутного нефтяного газа и движение в направлении по увеличению переработки, одновременно решает экологические, экономические, социальные задачи. Попутный газ - ценное сырье для нефтехимии. Поэтому интенсивно развиваются процессы, позволяющие превращать газы в олефины. Ежегодно в мире увеличивается потребность в этилене и пропилене, являющихся базовым сырьем для процессов нефтехимического синтеза.
На данный момент полипропилен занимает второе место в мире среди полимеров по объёму потребления, с долей 26% уступая только полиэтилену. Пропилен является одним из важнейших видов сырья для производства пластмасс, полипропиленовых труб, волокон, нитей, для теплоизоляции - пенопропилен, синтетического спирта и других синтетических материалов. Кроме этого из пропилена производится полипропилен, который в настоящее время пользуется большим спросом.
Газовая отрасль Казахстана обладает значительным потенциалом для дальнейшего развития, что позволит в будущем вывести Казахстан в число ведущих региональных производителей природного газа.
Месторождения Казахстана, на которых извлекается углеводородное сырье, характеризуются высоким содержанием попутного газа, составляющим около 50%. Использование попутного газа до настоящего времени осуществляется нерационально и эффект, который мог бы быть получен от его полной переработки, фактически теряется.
В настоящее время нефтехимический потенциал промышленно развитых государств определяется объемами производства низших олефинов. Для эффективного использования попутного газа необходимо не допустить его потерь, связанных с неподготовленностью инфраструктуры для его сбора, подготовки, транспортировки и переработки, отсутствием потребителя [2].
Производить пропилен на месторождении выгодно, так как сырье достаточно дешевое, а продукты очень востребованы.
Объект исследований - попутный нефтяной и природный газы месторождения Чинаревское.
Целью работы является разработка и исследование технологических основ производства олефинов из попутных газов месторождения Чинаревское.
Задачи исследования.
1. Изучить проблемы утилизации и использования попутных нефтяных и природных газов месторождения Чинаревское;
2. Исследовать физико-химические характеристики нефти и газов месторождения Чинаревское в лабораторных условиях с целью использования газа в качестве сырья для переработки и получения олефинов.
3. Разработать технологию производства пропилена. Подобрать оптимальные условия процесса с целью получения целевого продукта, удовлетворяющего требуемым характеристикам технической документации;
5. Обосновать технико-экономическую эффективность производства.
Научная новизна. Впервые показана возможность производства олефинов на примере получения пропилена из попутного нефтяного и природного газа месторождения Чинаревское. Впервые подобраны оптимальные условия дегидрирования пропановой фракции по технологии UOP Oleflex методом компьютерного моделирования Aspen Hysys.
Практическая значимость. На месторождении Чинаревское функционирует газоперерабатывающий завод, где на данный момент вырабатывается только товарная нефть, стабилизированный конденсат, сухой и сжиженный газы. В качестве сырья ГПЗ на данный момент используются
газы четырех месторождений - Чинаревское, Южно-Гремячинское, Ростошинское и Дарьинское, что позволит максимально обеспечить завод сырьем и организовать производство пропилена.
Расчет технико-экономических показателей подтверждает целесообразность внедрения данного исследования.
Апробация работы и публикации. По теме магистерской диссертации опубликованы четыре статьи в сборниках научных трудов и материалов конференций: на 68-ой и 69-ой международных молодежных научных конференциях Нефть и газ-2014 и Нефть и газ-2015 в РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина (г. Москва); в Всероссийской конференции молодых ученых Новые технологии в газовой промышленности в РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина (г. Москва, 2015); в Всероссийской научно-практической конференции с международным участием Инновационные технологии в промышленности: образование, наука и производство (г. Уфа, 2015).
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 93 страницах машинописного текста, включая 16 рис., 26 табл., состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы, включающего 47 наименований, списка иллюстрационно-графического материала ВКР.
Содержание работы.
Во введении обоснована актуальность магистерской диссертации, сформулированы цели, основные решаемые в ней задачи, объект исследования, практическая ценность работы, новизна проекта.
В первой главе изучены проблемы использования попутного нефтяного газа в Республике Казахстан, приведен литературный анализ современного состояния мирового производства олефинов и приведены достоинства и недостатки процессов получения пропилена в условиях месторождения.
Во второй главе диссертации изложена исследовательская часть: выбор и обоснование сырья для производства олефинов, методика проведения испытаний нефти, описание лабораторной установки определения плотности
газов, приведены и обсуждены результаты исследований компонентного состава газа сепарации.
В третьей главе изложена технологическая часть: описана предложенная блок-схема Чинаревского ГПЗ с вовлечением в схему процесса дегидрирования пропана, описана технологическая схема дегидрирования пропана Oleflex, проведен термодинамический расчет процесса и подобраны условия проведения процесса, произведены расчет материального баланса процесса, технологический и механический расчеты основного оборудования, изучен состав продуктов процесса.
В четвертой главе произведены расчеты технико-экономических показателей производства: расчет капитальных вложений, стоимости основных производственных фондов, материалов и энергоресурсов, расчеты по труду и заработной плате, себестоимости целевого продукта, рентабельности производства и прибыль.
В пятой главе предусмотрены мероприятия по обеспечению безопасности и экологичности проекта.
Магистерскую диссертацию завершают выводы, список используемой литературы и приложения.
1 Литературный обзор
1.1 Переработка природных и попутных газов
Жидкое или газообразное углеводородное сырье в условиях хорошо развитой нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической отраслей промышленности представляет собой уникальный вид полезного ископаемого. С технологических позиций преобразование их через систему необходимых процессов в готовую товарную продукцию не представляет труда.
Сырьем для производства нефтехимической продукции, как известно, служат природный газ, легкие углеводороды, получаемые как в процессе добычи нефти, так и ее переработки на НПЗ.
В настоящее время природный газ применяется главным образом как экологически чистое топливо в процессе генерирования теплоты и электроэнергии. Разведанные запасы природного газа в мире возрастают, скорость открытия новых месторождений природного газа превышает скорость роста его потребления. Однако почти 60% этих запасов находится на отдаленных месторождениях и в месторождениях, разработка которых считается нецелесообразной и нерентабельной.
В последние годы мощнейшие комплексы газопереработки создаются и во многих развивающихся странах - например, в странах Персидского залива. Объем газопереработки в мире постоянно растет и достиг в 2009 г. около 1,6 трлн куб. м перерабатываемого газа и более 400 млн т продукции. В перспективе ОПЕК, например, считает, что основной прирост объемов потребления нефти в мире будет связан с ростом объемов продуктов газопереработки в виде так называемых газовых жидкостей [3].
По данным анатилического центра, суммарный объем добычи газа за 2016 год составил 3 374 млн.куб. м., в том числе 1 656 млн.куб. м. природного газа, и, по данным экспертов, будет расти.
Рисунок 1.1 - Структура добычи газа компаниями Республики Казахстан
Попутный нефтяной газ является более ценным сырьем для нефтехимии, поскольку уже представляет собой смесь углеводородов от этана до гексана. Одна из главных проблем -- его доставка на переработку, т.е. развитие трубопроводного транспорта.
Большие потери попутного газа, в отличие от природного, объясняются тем, что имеют разные условия регулирования их при добыче, а также неодинаковая обеспеченность нефтяных и газовых промыслов сооружениями по сбору, переработке и транспортировке нефти и газа. Добыча природного газа регулируется мощностями промысловых газосборных объектов и пропускной способностью магистральных газопроводов. Газ попутный находится в недрах земли вместе с нефтью и выделяется в связи со снижением давления при подъеме нефти на поверхность. Попутный газ, независимо от того, подготовлены или нет условия для его приема на промыслах, поступает туда вместе с нефтью. Поэтому, поступающий вместе с нефтью попутный газ можно либо собрать и подать по назначению, либо уничтожить, сжечь в факелах, чтобы не приостанавливать добычу нефти и загрязнять атмосферу [4].
Вследствие отставания строительства сооружений для сбора и транспорта попутного газа и его переработки, и во избежание задержки ввода в
эксплуатацию новых месторождений нефти, попутный нефтяной газ на многих нефтепромыслах Казахстана сжигается на факелах [5].
В Казахстане сжигание попутного газа в факелах было запрещено законом в 2004 году. Отказ от факельного сжигания - это долговременный процесс, который требует внимательного изучения связанных с ним проблем, а также создания всеобъемлющей законодательной базы и четких процедур. Однако правительство решило, что, включив такое положение в законодательство, оно в состоянии добиться снижения объемов сжигаемого газа без подготовки соответствующей стратегии в области утилизации попутного газа, без анализа опыта других стран и внесения необходимых изменений и дополнений в основные законы и подзаконные нормативные акты.
В связи с этим проблема полного использования ресурсов газа является проблемой экологической, и проблемой экономической, т.к. ПНГ представляет собой не только высококалорийное топливо, но и ценное сырье для быстро развивающейся химической промышленности.
Казахстанские природные и попутные газы, в которых этановая фракция составляет 10-13% и более от общего объема добываемого газа, являются основным экономическим и технологическим преимуществом для строительства нефтехимических производств [6].
В Атырауской области, Республика Казахстан, идет строительство первого в Казахстане интегрированного газохимического комплекса проектной мощностью 1,25 млн. т. полиэтилена и пропилена в год. Работы по строительству, стоимость которого оценивается в 6,3 млрд. долларов США, ведет компания Kazakhstan Petrochemical Industries Ltd.
Строительство интегрированного нефтехимического комплекса в районе станции Карабатан, г. Кульсары и г. Атырау в зависимости от источников поставки используемого сырья: 1-этап: первый завод по этану из очищенного газа Тенгизского месторождения вблизи города Кульсары. Мощность в год: этилена - 800 тыс. тонн; полиэтилена высокого давления - 380 тыс. тонн;
полиэтилена низкого давления - 380 тыс. тонн; стирола -120 тыс. тонн; пропилена - 380 тыс. тонн; полипропилена - 400 тыс. тонн. В городе Атырау будет построена установка парового крекинга этана с получением этилена и завод по производству химических реагентов для нефтедобывающей отрасли. Второй этап: второй завод по этану из очищенного газа Кашаганского месторождения вблизи станции Карабатан. Мощность в год: этилен - 650 тыс. тонн; полиэтилена низкого давления - 350 тыс. тонн; метилэтиленгликоля - 400 тыс. тонн. Третий этап: 2020-2025гг. - третий завод по этану из газа Карачаганакского месторождения. Мощность в год: этилен - 700 тыс. тонн [7]. Помимо экономической и практической выгоды решается важная экологическая проблема по предотвращению загрязнения окружающей среды вредными и опасными продуктами сжигания попутно добываемого нефтяного
газа. Это общемировая экологическая проблема.
Важно отметить, что само понятие утилизации попутного газа включает самые разные направления использования газа, в том числе использование попутного газа в качестве сырья для промысловых электростанций, при котором все ценные компоненты сжигаются, без их предварительного выделения для дальнейшего использования. Надо разделять широкое понятие утилизации и переработку, при этом сжигание газов без выделения ценных компонент нельзя отнести к ее переработке [8].
В лицензионных соглашениях на добычу углеводородного сырья утилизация попутного нефтяного газа в качестве сырья для производства электроэнергии считается полезной утилизацией, наряду с использованием ПНГ в качестве сырья на газоперерабатывающих производствах.
В своих исследованиях [9] авторы выделили следующие основные проблемы утилизации ПНГ и, соответственно, причины его сжигания:
отсутствие на месторождениях произв одственной инфраструктуры;
не совершенная техника измерения, учета и оценки ресурсов попутного газа, и, значит, умолчание об объемах сжигания газа;
недостаточная практика внедрения технологий утилизации газа в три ступени сепарации;
затратность схем переработки попутного газа;
удаленность рынков от мест добычи. Транспортировка газа до предприятий с удаленных месторождений увеличивает себестоимость попутного газа;
незначительные штрафные санкции за выбросы продуктов горения попутного газа.
5.1 Современное состояние производства олефинов
В статье [10] указано, что доступность получения недорого этана и пропана из попутного и природного газов стимулировала реализацию нескольких новых проектов крекинга этана и дегидрирования пропана. Метан, который представляет наибольший объем добываемого газа, широко используется при реализации проектов природного газа, таких как преобразование метана в метанол, газа в жидкость (gas to liquid -- GTL), метанола в олефины (methanol to olefins -- МТО) и метанола в бензин (methanol to gasoline -- MTG).
Метан в олефины. В работе [12] исследованы возможности получения олефинов из метана. Процесс метан в олефины (МТО или МТР) превращает природный газ в олефины. Метан вначале превращается в метанол; затем метанол превращается в пропилен и побочные продукты. Поскольку для этого процесса требуется установка синтеза газа и, кроме того, установка метанола в МТО, этот вариант является крайне капиталоемким процессом. Следует учитывать и подачу газа из относительно удаленного от установки места. Кроме того, необходимо рассматривать и материально-техническое снабжение установки, а также затраты на транспортировку продукта. Учитывая высокие капитальные затраты и издержки производства, не следует
строить промышленные установки, в которых применяется рассматриваемая технология.
Технология получения метанола из синтез-газа, который в свою очередь может быть получен из природного газа или в результате газификации угля, хорошо известна. Получение метанола из синтез-газа также удачно осуществляется на установке производственной мощностью 5 тыс. метрических тонн в сутки. В 2012 г. в мире в целом объемы получения метанола составили 60 млн. т.
На рисунке 1.2 показана схема нового процесса UOPHYDRO МТО, который обеспечивает возможность преобразования природного газа или угля в ряд ценных химических продуктов.
Рисунок 1.2 - Получение олефинов с использованием процесса МТО Выбор качества исходного сырья в целом зависит от спецификаций
конкретного проекта [11].
Известны способы конверсии метана в синтез-газ по технологии Фишера- Тропша, дальнейшая переработка которого позволяет получить синтетическое топливо.
паровая конверсия: CH4 + H2O - CO + 3H2, H= 226 КДжмоль;
углекислотная конверсия: CH4 + CO2 - 2CO + 2H2, H= 264 КДжмоль;
парциальное окисление: CH4 + 12O2 - CO + 2H2, H= -44 КДжмоль.
Из синтез-газа получают искусственную нефть по методу Фишера- Тропша и метанол. Оба процесса имеют свои преимущества и недостатки.
Методом Фишера-Тропша из синтез-газа получают смесь предельных и непредельных линейных углеводородов (рисунок 1.3).
Рисунок 1.3 - Схема камеры сгорания метана
В настоящее время в структуре производства этилена 65% приходится на крупнотоннажные установки пиролиза этана, пропана и бензина [13].
Согласно аналитическим данным авторов [26], в последние годы около 61% производимого в мире пропилена приходилось на этиленовые установки, приблизительно 34% - на нефтеперегонные производства и только 3 - 5% - на его получение по альтернативным целевым технологиям.
В таблице 1.1 показаны новые проекты получения этилена, реализующихся в США.
Таблица 1.1 - Увеличение мощностей по получению этилена в Северной Америке
Компани я
Потенциально е размещение
Производственна я мощность, тыс.
тгод
Введение в эксплуатаци
ю, год
Статус
1
2
3
4
5
Williams
Расширенное
300
2013
Построен
Westlake
Несколько
производств
300
20132014
Строится
Lyondell
Basell
Несколько
производств
500
201415
Строится
Exxon
Mobil
Байтаун,
Техас
1500
2016
Получено
разрешение
Formosa
Поинт
Комфорт, Техас
800
2016
Планируетс я
1
2
3
4
5
Mexichem OxyChem
Инглсайд, Техас
500
2016
Оценка проекта
CP Chem
Седар Байо-
Байтаун, Техас
1500
2017
Разработка и
проектирование
Dow
Фрипорт, Техас
1500
2017
Получено разрешение
Sasol
Лек Чарльз,
Лос-Анджелес
1500
2017
Разработка и
проектирование
Продолжение таблицы 1.1
В таблице 1.2 перечислены новые проекты дегидрирования пропана с целью получения пропилена.
Таблица 1.2 - Проекты дегидрирования пропана, которые реализуются в Северной Америке
Компания
Производственная мощность, тыс. тгод
Введение в эксплуатацию, год
Dow Chemical
750,000
2015
Enterprise
Products
750,000
2015
Ascend
Performance Material
1,020,000
2015
Williams
500,000
2016
Formosa Plastics
600,000
2016
Dow Chemical
750,000
2016
В таблице 1.3 приведены значения, основанные на использовании в качестве сырья природного и попутного газов. На основании данных таблицы можно выполнить подробный анализ преимуществ применения газа:
природный газ в синтетический газ -- 80% эффективности;
синтетический газ в метанол -- 95%;
метанол в бензин -- 90%;
Продукт
Стоимость продукта, доллтыс.т
Промерны й объем ПНГ на тонну продукта
Разница в 200
доллтыс.т, равная 4 доллмлн.
БТЕ
Разница в 400
доллтыс.т, равная 8 доллмлн.
БТЕ
Разница в 800
доллтыс.т, равная 16 доллмлн.
БТЕ
Бензин MTG
800
1,46
508
216
-368
Дизельное
топливо FT
900
1,4
620
340
-220
Этиленпро пилен МТО
1250
1,14
958
666
82
Пропилен
1300
2
900
500
-300
метанол в олефины (МТО) -- 90%; метанол в пропилен (МТР) -- 65%. Таблица 1.3 - Разница в ценах на сырье и продукцию
Экономический анализ, проведенный консалтинговой компанией в работе [10], показал, что крекинг этана на нефтеперерабатывающих мощностях Ближнего Востока, характеризуется низкой себестоимостью
получения этилена. Затем следует крекинг этана, выполняемый североамериканскими производствами (этана, добываемого из сланцевых пластов).
После почти двух десятилетий достаточно низкой активности, в Канаде и США было разработано некоторое число новых проектов получения этилена на основе этана. Разница в цене между пропаном и пропиленом также является достаточно большой, чтобы реализовать проекты дегидрирования пропана (в качестве примера можно привести реализацию четырех новых проектов дегидрирования пропана, о которых объявляли в Северной Америке) [11].
Пропилен обычно производят как побочный продукт обычного парофазного крекинга и каталитического крекинга в псевдоожиженном слое. Рост потребностей в пропилене значительно выше, чем в этилене или нефтезаводских топливах. Многие производители рассматривают альтернативные методы, способствующие удовлетворению возрастающих потребностей в пропилене. Применение новых технологичных методов может частично ликвидировать дефицит пропилена производством его из парафиновых дистиллятов, газойля и остаточных продуктов.
На рисунке 1.4 показано процентное содержание пропилена, производимого из различных источников.
Рисунок 1.4 - Основные источники снабжения пропиленом
Учитывая спрос на пропилен и снижение его производства на установках парофазного крекинга, производители олефинов проявили большую заинтересованность в новой технологии пропилен целевой -- методе, который подразумевает пропилен в качестве основного продукта процесса.
В исследованиях М. Талмана и К. Энга [10] показан новый процесс получения целевого пропилена. В новом процессе применяют систему реактора с запатентованным катализатором, в котором предусматривается выход пропилена как преобладающего продукта.
Технологии пропилен целевой, основанные на применении катализатора:
метан в олефины (methane-to-olefins -- МТО) -- превращение природного газа (метан);
дегидрирование пропана;
каталитический крекинг преобразовывает насыщенные олефины с более высоким молекулярным весом в продукты пропилена.
Таблица 1.4 представляет сравнение этих технологий.
Таблица 1.4 - Сравнение технологий
Показатель
МТОМТ Р
Реакция обмена
Дегидро-С3
Крекинг олефинов
1
2
3
4
5
Сырье
Метанол (или метан)
Этилен и бутилен
Пропан
С3-С8
олефиновый
Сырье
Метанол (или
метан)
Этилен и бутилен
Пропан
С3-С8
олефиновый
Основной побочный
продукт
Этилен, вода
Отсутствует
Отсутствуе т
Этилен и бензин ВТХ
Оптимальны й размер установки
Большой
Небольшойсредни й
Большой
Неболь- шойбольшо й
Инвестиции
Средние- большие
Низкие-средние
Средние
Средние- большие
На рисунке 1.5 показаны относительно типичные выходы крекируемых потоков и специфический процесс каталитического крекинга пропилена из обычной фракции нафты.
Рисунок 1.5 - Сравнение выходов продуктов при крекинге нафты и олефинов - 2000-2015 гг.
Выход пропилена, полученного путем каталитического крекинга выше, чем получение его парофазным способом. Выход этилена несколько ниже, суммарное количество олефинов (этилен плюс пропилен) фактически выше. Увеличивается также выход ароматических углеводородов, включая бензол, толуол и ксилолы. Таким образом, процесс каталитического крекинга пропилена снижает количество побочных продуктов (топливный газ и жидкое топливо), в то время как увеличивается количество наиболее ценных продуктов -- этилена и пропилена.
Потребность в пропилене растет с высокой скоростью и традиционные способы его получения не могут удовлетворить эти растущие потребности, что неизбежно приведет к дефициту пропилена на рынках нефтехимической продукции. Восполнение прогнозируемого дефицита возлагается на целевые методы его получения, в частности, каталитическое дегидрирование пропана, посредством которого пропилен станет нарабатываться в качестве единственного конечного продукта производства.
2.1 Получение пропилена в промышленности
В работе Н.А. Платэ [13] выделил следующие методы получения пропилена в промышленности:
из нефтезаводских и крекинг-газов;
из продуктов синтеза Фишера-Тропша и из газов коксования;
из углеводородов С2-С4 и высших углеводородов.
Пиролиз. Основным процессом многотоннажных установок получения этилена и пропилена является пиролиз углеводородного сырья в трубчатых печах, от режима работы которых зависит производительность остальных узлов переработки углеводородов.
Пиролиз этана, пропана, бутан, бензина является одним из самых современных и экономичных методов получения олефинов. Процесс производства газообразных олефинов на крупнотоннажных пиролизных установках обходится дешевле, чем их выделение из нефтезаводских газов. Этот процесс получил в современной мировой нефтехимии широкое распространение.
Выделение пропилена из нефтезаводских газов и крекинг-газов. На нефтеперерабатывающих заводах пропиленсодержащие газы образуются при получении бензина в процессах крекинга и риформинга. Обычно выход газа составляет 4,5-5,5% (мас.) в расчете на общее количество перерабатываемой сырой нефти.
Термическое дегидрирование пропана. При термическом дегидрировании пропана получается пропилен с невысоким выходом, так как крекинг пропана с образованием метана и этилена (1.1) протекает легче, чем реакция дегидрирования (1.3):
С3Н8 СН4 + С2Н4 ∆Н = - 67,5 кДжмоль, (1.1)
2С3Н8 С2Н6 + С3Н6 + СН4 (1.2)
С3Н8 С3Н6 + Н2 ∆Н = - 125,7 кДжмоль (1.3)
Термическое дегидрирование пропана осуществляют при температуре 6000С, атмосферном давлении и времени контакта 2,7 с. При этом достигается конверсия пропана 25% масс. [13].
Каталитическое дегидрирование пропана. Каталитическое дегидрирование пропана проводят в присутствии катализаторов - оксидов металлов: Cr2O3, MoO3, V2O5, TiO2 и GeO2. Наиболее эффективным катализатором является Cr2О3 на носителе А12О3. Промышленные процессы осуществляют при температуре 6000С. В этих условиях на оксидном хромовом катализаторе селективность по пропилену составляет 75-85% при конверсии пропана - 50-80%. Дегидрирование ведут в реакторах с неподвижным слоем катализатора. В связи с интенсивным отложением кокса на катализаторе и необходимости его периодической регенерации, как правило, устанавливают в ряд несколько реакторов (не менее трех). Регенерацию катализаторов осуществляют путем выжигания кокса воздухом с последующей продувкой реактора паром. Длительность регенерации 15-25 мин [13].
В 1990 г. был внедрен процесс "Oleflex" - дегидрирование пропана или изобутана (или их смеси) до моноолефинов в присутствии катализатора РtAl2O3.
При разработке технологии дегидрирования парафинов возникает проблема: необходимо проводить процесс в жестких условиях из-за неблагоприятной термодинамики реакции. В этих условиях происходит быстрая закоксовывание катализатора, и продолжительность рабочего цикла составляет от нескольких минут (оксиднохромовые катализаторы) до нескольких суток (алюмоплатиновые катализаторы);
В зависимости от способа решения этих задач предложены различные варианты технологии дегидрирования легких парафинов, отличающиеся, главным образом, реакторным блоком.
В соответствии с данными технологиями пропан (и небольшое количество водорода для снижения коксообразования) подают в реактор с неподвижным либо движущимся слоем катализатора при температуре 510- 700ºС при атмосферном давлении. Катализатором служит платина, нанесенная на активированный оксид алюминия, содержащий 20% хрома. При любой конструкции реактора необходима постоянная регенерация катализатора для сохранения его активности.
Ниже указан выход пропилена (в объем. %), полученный при 600°С, нормальном давлении и разном времени пребывания пропана на катализаторе (90% Cr203, 10% A1203) [16]:
Таблица 1.5 - Выход продуктов при различном времени пребывания
Компонент
2,7, с
8,9, с
17,5, с
36,0, с
Водород
20,5
24,0
27,5
29,0
Метан
0,5
3,0
13,5
19,0
Этан
0,0
5,0
7,5
29,0
Этилен
0,0
0,3
0,2
1,0
Пропан
59,0
41,0
32,0
6,0
Пропилен
20,0
21,0
14,0
9,0
Применение данных технологий оправдано при высоком спросе на пропилен, превышающем спрос на этилен. Отсутствие побочных продуктов избавляет от дополнительных усилий по их реализации. Одним из ключевых моментов для производства пропилена дегидрированием пропана является разница цен пропилена и пропана. Если разница будет недостаточной, то может оказаться, что производимый пропилен, будет стоить дороже, чем по рыночным расценкам. Однако нельзя сказать, что процесс дегидрирования используется лишь при наличии источника достаточно дешевого пропана. Фактически, большинство заводов по дегидрированию пропана расположено
в местах, где существует особая потребность в пропилене, а не там, где есть дешевый пропан. В то время как большая часть пропилена производится при переработке нефти и её продуктов, получение пропилена из пропана позволяет получать сырьё, которое не связано напрямую с ценами на нефть. Построение завода по дегидрированию требует относительно меньших затрат по сравнению с альтернативными вариантами, при равном количестве получаемого пропилена на выходе.
Отсюда следует, что дегидрирование без побочных реакций возможно лишь при низких значениях конверсии и коротком времени пребывания пропана на катализаторе. Протекание реакции
С3Н8 =С3Н6 + Н2, (1.4)
сопровождающееся увеличением объема, указывает на окончание процесса дегидрирования. Поэтому понижение давления способствует образованию пропилена при дегидрировании, заканчивающемся реакцией равновесия.
В работе [18] указан способ дегидрирования углеводородов, в котором углеводородное исходное сырье первоначально разделяют и первую часть исходного сырья вводят в первую зону реакции дегидрирования, функционирующую без окислительного повторного нагревания, а получающийся в результате отходящий поток вводят во вторую зону реакции дегидрирования, функционирующую без окислительного повторного нагревания. Получающийся в результате отходящий поток из второй зоны реакции дегидрирования совместно со второй частью исходного сырья вводят в третью зону реакции дегидрирования, функционирующую с окислительным повторным нагреванием.
В патенте [19] предложен способ получения пропилена термическим или окислительным дегидрированием пропана, включающему подачу пропана или пропана в смеси с воздухом в реактор, взаимодействие последних с твердым катализатором и отвод продуктов реакции дегидрирования из реактора, характеризующемуся тем, что пропан при термическом дегидрировании или пропан в смеси с воздухом при окислительном дегидрировании пропускают
через слой неподвижного катализатора, в качестве которого используют носитель из тканого силикатного стекловолокна с нанесенным на него каталитически активным компонентом и стабилизатором, носитель укладывают в реакторе в виде послойной сборки с содержанием от 1 до 10 слоев, через которую продувают пропан или пропан в смеси с воздухом при температуре в реакторе в реакционной зоне от 500 до 600°С и времени контакта с катализатором от 0,3 до 3 сек.
В исследовании [20] описывается способ получения олефинов С3-C5 путем дегидрирования соответствующих парафиновых углеводородов, осуществляемый в системе реактор - регенератор с кипящим слоем алюмохромового катализатора, представляющего собой смесь, 3-40% масс. которой составляет катализатор с индексом истирания 20-30% масс., а остальное - катализатор с индексом истирания 1-10% масс. Технический результат состоит в снижении расхода катализатора, улучшении тепломассообменных характеристик кипящего слоя, уменьшении эрозии оборудования.
Был описан способ [21] получения олефинов, согласно которой проводят каталитическое дегидрирование пропана в присутствие дегидрирующего вещества - серы, процесс дегидрирования проводят парами серы при содержании элементной серы в исходной смеси ниже стехиометрического. Процесс проводят при температуре выше 650°С, в качестве катализаторов используют оксид алюминия или оксиды ванадия, вольфрама, хрома, кальция нанесенные на оксид алюминия. Технический результат: повышение селективности получения олефинов.
Известен способ получения пропилена - Catofin американской компании ABB LummusGlobal. Технология дегидрирования Catofin представляет собой циклический процесс, осуществляемый в реакторах периодического действия с неподвижным слоем алюмохромового катализатора, которые работают параллельно. Пока в одних реакторах протекает дегидрирование, в других происходит разогрев и выжиг кокса с
отработанного катализатора, при этом режимы функционирования реакторов переключаются автоматически. Тепло, выделяемое при регенерации катализатора, используется для проведения эндотермической реакции дегидрирования. Обычно процесс осуществляют короткими циклами
дегидрирование - регенерация длительностью в 20-30 минут. Для подготовки выведенных из рабочего цикла реакторов к последующим операциям, а также для осуществления стадий повторного нагрева и регенерации катализатора требуется дополнительное оборудование.
Преимущества процесса:
высокая однократная конверсия за проход и высокая селективность процесса;
использование относительно дешевого катализатора, большой срок его службы;
отсутствие рециркуляции водорода или пара для разбавления, что снижает энергозатраты, расходы по обслуживанию и общие капиталовложения.
многолетний опыт успешной промышленной реализации процесса.
Недостатки:
цикличный режим проведения процесса и необходимость дополнительных усилий для обеспечения его непрерывной работы;
в состав применяемого катализатора входят токсичные соединения хрома.
Процесс протекает в реакторах с неподвижным слоем алюмохромового катализатора, работа которых основана на циклическом режиме. Так как в системе 8 реакторов циклический режим работы подобран таким образом, чтобы поток входящего сырья и выходящего продукта был непрерывным. В один полный цикл, пропан дегидрируется, затем реактор очищается паром и продувается перегретым воздухом с продуктами сгорания топливного газа при температуре 670 °С для подогрева катализатора и выжига кокса, который
осаждается на катализаторе в процессе цикла реакции. После этого следует удаления продуктов очистки реактора и начинается новый цикл дегидрирования. Ключевой особенностью процесса является то, что тепло поглощенное в течение периода эндотермической реакции дегидрирования получают путем регулировки температуры подогрева пропана перед подачей в реактор.
Реакция дегидрирования пропана эндотермическая, поэтому сырье перед поступлением в реакторы нагревается до 590ºС. Пока в одной группе реакторов идет реакция дегидрирование пропана, в других реакторах происходит эвакуация оставшегося продукта реакции, разогрев и выжиг кокса, который конденсируется на катализаторе в процессе реакции дегидрирования пропана. При этом режимы работы реактора изменяются автоматически. Тепло, выделяемое при регенерации катализатора, используется для предварительного нагрева катализатора перед очередным циклом дегидрирования пропана.
На рисунке 1.6 представлена технологическая схема процесса Catofin, по которой осуществляется конверсия пропана в пропилен (в случае конверсии изобутана колонна по отгону этана заменяется колонной по отгону пропана).
Рисунок 1.6 - Технологическая схема процесса Catofin Материальный баланс установки представлен в таблице 1.6.
Таблица 1.6 - Материальный баланс процесса Catofin
Приход, %
Расход, %
Пропан (99% чистоты)
Пропилен (99% чистоты)
84,7
Водород
11,04
Остатки С4+
3,07
Отходящие газы
1,19
Сумма
100
5.1 Процесс Oleflex компании UOP для производства легких олефинов
Процесс Oleflex компании UOP - это технология каталитического дегидрирования для получения легких олефинов из их соответствующих парафинов. Установка Oleflex способна дегидрировать пропан, изобутан, н- бутан или изопентан отдельно или в составе смесей, состоящих из углеводородов с двумя последовательными углеродными числами. Промышленная эксплуатация процесса началась в 1990 г.
Установка Oleflex состоит из реакторного узла, секции регенерации катализатора и секции разделения продукта (рисунок 1.7). Для предотвращения коксоотложения исходное углеводородное сырье смешивают с циркулирующим газом [13].
В процессе используется сферический полиметаллический алюмоплатиновый катализатор. Процесс Oleflex эксплуатируется, по данным 2001 г., на 11 установках в ряде стран (в т. ч. четыре установки ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Дипломный проект, 93 л., 16 рис., 26 табл., 47 источников.
ОБЗОР, ИССЛЕДОВАНИЕ СЫРЬЯ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ, ПОДБОР РЕЖИМА, РАСЧЕТ, АНАЛИЗ, ВЫВОДЫ, ЛИТЕРАТУРА, ЭКОНОМИКА, БЕЗОПАСНОСТЬ.
Объектом исследования являются попутные нефтяные и природные газы месторождения Чинаревское, проблемы их утилизации и переработки.
В ходе исследования были выявлены характеристики нефти и газов месторождения: компонентный состав, плотность.
В результате проведенных исследований разработано технологическое решение использования попутных и природных газов месторождения Чинаревское для производства олефинов по технологии UOP Oleflex с подбором оптимального режима проведения процесса.
Проведены термодинамические расчеты процесса, расчеты материального баланса, технологический и механический расчеты основного оборудования, расчет теплового баланса печи, изучен состав продуктов процесса, расчет капитальных вложений, стоимости основных производственных фондов, материалов и энергоресурсов, расчеты по труду и заработной плате, себестоимости целевого продукта, рентабельности производства и прибыль.
Содержание
Реферат... 3
Содержание 4
Перечень обозначений и сокращений 6
Введение 7
1 Литературный обзор 12
1.1 Переработка природных и попутных газов... 12
1.2 Современное состояние производства олефинов 16
1.3 Получение пропилена в промышленности 23
1.4 Процесс Oleflex компании UOP для производства легких олефинов 30
2 Исследовательская часть... 34
2.1 Вобор и обоснование сырья для производства олефинов 34
2.2 Методы проведения испытаний физико-химических характеристик нефти и газов месторождения Чинаревское 36
1.0.1 Проведение испытаний характеристик газа сепарации месторождения Чинаревское. Компонентный состав газа... 37
2.2.2. Определение плотности газов... 38
1 Технологическая часть 43
1.1 Описание блок-схемы газоперерабатывающего завода Чинаревское. 43
1.2 Описание технологической схемы установки Oleflex 47
2.0.2 Реакторная секция 47
3.0.3 Секция извлечения продуктов 48
4.0.4 Секция регенерации катализатора 49
0.4 Разработка технологии для переработки газов м. Чинаревское на основе исследований 50
0.4.1 Термодинамический расчет установки... 50
0.4.2 Расчет материального баланса 53
0.4.3 Технологический основного аппарата установки дегидрирования пропана. 54
Перечень обозначений и сокращений
ПНГ - попутный нефтяной газ
ГПЗ - газоперерабатывающий завод НПЗ - нефтеперерабатывающий завод
UOP - международная нефтяная компания, входящая в состав Honeywell ОПЕК - организация стран - экспортеров нефти
СНГ - содружество независимых государств США - Соединенные штаты Америки
Ltd. - общество с ограниченной ответственностью GTL - gas to liquid - газ в жидкость
МТО - methanol to olefins - метан в олефины MTG - methanol to gasoline - метан в бензин MTP - methanol to propylene - метан в пропилен БТЕ - британская тепловая единица
CCR - каталитический риформинг с непрерывной регенерацией катализатора МПа - мегаПаскаль
УПГ - установка переработки (подготовки) газа СУГ - сжиженный углеводородный газ
ВД - высокое давление СД - среднее давление ДЭА - диэтаноламин
ррm - одна часть на миллион
КИП - контрольно-измерительные приборы КТУ - коэффициент трудового участия
ВСГ - водородсодержащий газ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
В настоящее время наиболее актуальными являются проблемы углубления переработки нефти, повышения и оптимизации качества и рационального применения нефтепродуктов. В связи с этим большое значение приобретают исследования и работы, направленные на увеличение выхода продуктов, получаемых из нефтяного сырья.
Казахстан обладает огромными природными богатствами. На территории республики имеются крупные месторождения многочисленных полезных ископаемых, по запасам и разнообразию которых она является одним из богатейших регионов мира. Поэтому в Казахстане созданы почти все основные отрасли промышленности. Развитие собственной разветвленной базы нефтегазовой переработки и нефтехимии необходимо Казахстану в связи с ростом своих потребностей в исходных ресурсах углеводородов.
Нефтяной попутный газ, добываемый с нефтью из нефтяных скважин, является экологически чистым высококалорийным топливом и ценным сырьем для нефтехимического производства.
Запасы разрабатываемых и подготовле нных к добыче нефтяных
кладовых составляют 3 миллиарда тонн, включая газовый конденсат, а также 2 триллиона кубометров газа. Только месторождения Тенгиз и Карачаганак будут давать ежегодно по 40 млн. нефти и 30 млрд. м3 газа. Добыча нефти и газа на Тенгизском месторождении составит в 2007-2015 гг. около 234 млн. т. нефти [1].
Актуальность работы. В последние годы все большую долю сырья в нефтехимической промышленности занимают попутные газы нефтяных месторождений. Попутный нефтяной газ является ценным сырьем для нефтехимии. Например, из метана можно получить синтетическое топливо, а этан, пропан, бутан - ценное сырье для полимеров. Тем не менее, при эксплуатации многих месторождений часть нефтяного газа пока сжигается в
факелах. Это оказывает негативное влияние, как на состояние окружающей среды, так и на здоровье человека.
Более четверти работающих в стране нефтедобывающих предприятий сжигают более 90% добываемого газа. В стране по закону запрещают промышленную разработку нефтегазовых месторождений без переработки и утилизации попутного газа, накладываются огромные штрафы на нефтедобывающие компании.
Переработка попутного нефтяного газа и движение в направлении по увеличению переработки, одновременно решает экологические, экономические, социальные задачи. Попутный газ - ценное сырье для нефтехимии. Поэтому интенсивно развиваются процессы, позволяющие превращать газы в олефины. Ежегодно в мире увеличивается потребность в этилене и пропилене, являющихся базовым сырьем для процессов нефтехимического синтеза.
На данный момент полипропилен занимает второе место в мире среди полимеров по объёму потребления, с долей 26% уступая только полиэтилену. Пропилен является одним из важнейших видов сырья для производства пластмасс, полипропиленовых труб, волокон, нитей, для теплоизоляции - пенопропилен, синтетического спирта и других синтетических материалов. Кроме этого из пропилена производится полипропилен, который в настоящее время пользуется большим спросом.
Газовая отрасль Казахстана обладает значительным потенциалом для дальнейшего развития, что позволит в будущем вывести Казахстан в число ведущих региональных производителей природного газа.
Месторождения Казахстана, на которых извлекается углеводородное сырье, характеризуются высоким содержанием попутного газа, составляющим около 50%. Использование попутного газа до настоящего времени осуществляется нерационально и эффект, который мог бы быть получен от его полной переработки, фактически теряется.
В настоящее время нефтехимический потенциал промышленно развитых государств определяется объемами производства низших олефинов. Для эффективного использования попутного газа необходимо не допустить его потерь, связанных с неподготовленностью инфраструктуры для его сбора, подготовки, транспортировки и переработки, отсутствием потребителя [2].
Производить пропилен на месторождении выгодно, так как сырье достаточно дешевое, а продукты очень востребованы.
Объект исследований - попутный нефтяной и природный газы месторождения Чинаревское.
Целью работы является разработка и исследование технологических основ производства олефинов из попутных газов месторождения Чинаревское.
Задачи исследования.
1. Изучить проблемы утилизации и использования попутных нефтяных и природных газов месторождения Чинаревское;
2. Исследовать физико-химические характеристики нефти и газов месторождения Чинаревское в лабораторных условиях с целью использования газа в качестве сырья для переработки и получения олефинов.
3. Разработать технологию производства пропилена. Подобрать оптимальные условия процесса с целью получения целевого продукта, удовлетворяющего требуемым характеристикам технической документации;
5. Обосновать технико-экономическую эффективность производства.
Научная новизна. Впервые показана возможность производства олефинов на примере получения пропилена из попутного нефтяного и природного газа месторождения Чинаревское. Впервые подобраны оптимальные условия дегидрирования пропановой фракции по технологии UOP Oleflex методом компьютерного моделирования Aspen Hysys.
Практическая значимость. На месторождении Чинаревское функционирует газоперерабатывающий завод, где на данный момент вырабатывается только товарная нефть, стабилизированный конденсат, сухой и сжиженный газы. В качестве сырья ГПЗ на данный момент используются
газы четырех месторождений - Чинаревское, Южно-Гремячинское, Ростошинское и Дарьинское, что позволит максимально обеспечить завод сырьем и организовать производство пропилена.
Расчет технико-экономических показателей подтверждает целесообразность внедрения данного исследования.
Апробация работы и публикации. По теме магистерской диссертации опубликованы четыре статьи в сборниках научных трудов и материалов конференций: на 68-ой и 69-ой международных молодежных научных конференциях Нефть и газ-2014 и Нефть и газ-2015 в РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина (г. Москва); в Всероссийской конференции молодых ученых Новые технологии в газовой промышленности в РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина (г. Москва, 2015); в Всероссийской научно-практической конференции с международным участием Инновационные технологии в промышленности: образование, наука и производство (г. Уфа, 2015).
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 93 страницах машинописного текста, включая 16 рис., 26 табл., состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы, включающего 47 наименований, списка иллюстрационно-графического материала ВКР.
Содержание работы.
Во введении обоснована актуальность магистерской диссертации, сформулированы цели, основные решаемые в ней задачи, объект исследования, практическая ценность работы, новизна проекта.
В первой главе изучены проблемы использования попутного нефтяного газа в Республике Казахстан, приведен литературный анализ современного состояния мирового производства олефинов и приведены достоинства и недостатки процессов получения пропилена в условиях месторождения.
Во второй главе диссертации изложена исследовательская часть: выбор и обоснование сырья для производства олефинов, методика проведения испытаний нефти, описание лабораторной установки определения плотности
газов, приведены и обсуждены результаты исследований компонентного состава газа сепарации.
В третьей главе изложена технологическая часть: описана предложенная блок-схема Чинаревского ГПЗ с вовлечением в схему процесса дегидрирования пропана, описана технологическая схема дегидрирования пропана Oleflex, проведен термодинамический расчет процесса и подобраны условия проведения процесса, произведены расчет материального баланса процесса, технологический и механический расчеты основного оборудования, изучен состав продуктов процесса.
В четвертой главе произведены расчеты технико-экономических показателей производства: расчет капитальных вложений, стоимости основных производственных фондов, материалов и энергоресурсов, расчеты по труду и заработной плате, себестоимости целевого продукта, рентабельности производства и прибыль.
В пятой главе предусмотрены мероприятия по обеспечению безопасности и экологичности проекта.
Магистерскую диссертацию завершают выводы, список используемой литературы и приложения.
1 Литературный обзор
1.1 Переработка природных и попутных газов
Жидкое или газообразное углеводородное сырье в условиях хорошо развитой нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической отраслей промышленности представляет собой уникальный вид полезного ископаемого. С технологических позиций преобразование их через систему необходимых процессов в готовую товарную продукцию не представляет труда.
Сырьем для производства нефтехимической продукции, как известно, служат природный газ, легкие углеводороды, получаемые как в процессе добычи нефти, так и ее переработки на НПЗ.
В настоящее время природный газ применяется главным образом как экологически чистое топливо в процессе генерирования теплоты и электроэнергии. Разведанные запасы природного газа в мире возрастают, скорость открытия новых месторождений природного газа превышает скорость роста его потребления. Однако почти 60% этих запасов находится на отдаленных месторождениях и в месторождениях, разработка которых считается нецелесообразной и нерентабельной.
В последние годы мощнейшие комплексы газопереработки создаются и во многих развивающихся странах - например, в странах Персидского залива. Объем газопереработки в мире постоянно растет и достиг в 2009 г. около 1,6 трлн куб. м перерабатываемого газа и более 400 млн т продукции. В перспективе ОПЕК, например, считает, что основной прирост объемов потребления нефти в мире будет связан с ростом объемов продуктов газопереработки в виде так называемых газовых жидкостей [3].
По данным анатилического центра, суммарный объем добычи газа за 2016 год составил 3 374 млн.куб. м., в том числе 1 656 млн.куб. м. природного газа, и, по данным экспертов, будет расти.
Рисунок 1.1 - Структура добычи газа компаниями Республики Казахстан
Попутный нефтяной газ является более ценным сырьем для нефтехимии, поскольку уже представляет собой смесь углеводородов от этана до гексана. Одна из главных проблем -- его доставка на переработку, т.е. развитие трубопроводного транспорта.
Большие потери попутного газа, в отличие от природного, объясняются тем, что имеют разные условия регулирования их при добыче, а также неодинаковая обеспеченность нефтяных и газовых промыслов сооружениями по сбору, переработке и транспортировке нефти и газа. Добыча природного газа регулируется мощностями промысловых газосборных объектов и пропускной способностью магистральных газопроводов. Газ попутный находится в недрах земли вместе с нефтью и выделяется в связи со снижением давления при подъеме нефти на поверхность. Попутный газ, независимо от того, подготовлены или нет условия для его приема на промыслах, поступает туда вместе с нефтью. Поэтому, поступающий вместе с нефтью попутный газ можно либо собрать и подать по назначению, либо уничтожить, сжечь в факелах, чтобы не приостанавливать добычу нефти и загрязнять атмосферу [4].
Вследствие отставания строительства сооружений для сбора и транспорта попутного газа и его переработки, и во избежание задержки ввода в
эксплуатацию новых месторождений нефти, попутный нефтяной газ на многих нефтепромыслах Казахстана сжигается на факелах [5].
В Казахстане сжигание попутного газа в факелах было запрещено законом в 2004 году. Отказ от факельного сжигания - это долговременный процесс, который требует внимательного изучения связанных с ним проблем, а также создания всеобъемлющей законодательной базы и четких процедур. Однако правительство решило, что, включив такое положение в законодательство, оно в состоянии добиться снижения объемов сжигаемого газа без подготовки соответствующей стратегии в области утилизации попутного газа, без анализа опыта других стран и внесения необходимых изменений и дополнений в основные законы и подзаконные нормативные акты.
В связи с этим проблема полного использования ресурсов газа является проблемой экологической, и проблемой экономической, т.к. ПНГ представляет собой не только высококалорийное топливо, но и ценное сырье для быстро развивающейся химической промышленности.
Казахстанские природные и попутные газы, в которых этановая фракция составляет 10-13% и более от общего объема добываемого газа, являются основным экономическим и технологическим преимуществом для строительства нефтехимических производств [6].
В Атырауской области, Республика Казахстан, идет строительство первого в Казахстане интегрированного газохимического комплекса проектной мощностью 1,25 млн. т. полиэтилена и пропилена в год. Работы по строительству, стоимость которого оценивается в 6,3 млрд. долларов США, ведет компания Kazakhstan Petrochemical Industries Ltd.
Строительство интегрированного нефтехимического комплекса в районе станции Карабатан, г. Кульсары и г. Атырау в зависимости от источников поставки используемого сырья: 1-этап: первый завод по этану из очищенного газа Тенгизского месторождения вблизи города Кульсары. Мощность в год: этилена - 800 тыс. тонн; полиэтилена высокого давления - 380 тыс. тонн;
полиэтилена низкого давления - 380 тыс. тонн; стирола -120 тыс. тонн; пропилена - 380 тыс. тонн; полипропилена - 400 тыс. тонн. В городе Атырау будет построена установка парового крекинга этана с получением этилена и завод по производству химических реагентов для нефтедобывающей отрасли. Второй этап: второй завод по этану из очищенного газа Кашаганского месторождения вблизи станции Карабатан. Мощность в год: этилен - 650 тыс. тонн; полиэтилена низкого давления - 350 тыс. тонн; метилэтиленгликоля - 400 тыс. тонн. Третий этап: 2020-2025гг. - третий завод по этану из газа Карачаганакского месторождения. Мощность в год: этилен - 700 тыс. тонн [7]. Помимо экономической и практической выгоды решается важная экологическая проблема по предотвращению загрязнения окружающей среды вредными и опасными продуктами сжигания попутно добываемого нефтяного
газа. Это общемировая экологическая проблема.
Важно отметить, что само понятие утилизации попутного газа включает самые разные направления использования газа, в том числе использование попутного газа в качестве сырья для промысловых электростанций, при котором все ценные компоненты сжигаются, без их предварительного выделения для дальнейшего использования. Надо разделять широкое понятие утилизации и переработку, при этом сжигание газов без выделения ценных компонент нельзя отнести к ее переработке [8].
В лицензионных соглашениях на добычу углеводородного сырья утилизация попутного нефтяного газа в качестве сырья для производства электроэнергии считается полезной утилизацией, наряду с использованием ПНГ в качестве сырья на газоперерабатывающих производствах.
В своих исследованиях [9] авторы выделили следующие основные проблемы утилизации ПНГ и, соответственно, причины его сжигания:
отсутствие на месторождениях произв одственной инфраструктуры;
не совершенная техника измерения, учета и оценки ресурсов попутного газа, и, значит, умолчание об объемах сжигания газа;
недостаточная практика внедрения технологий утилизации газа в три ступени сепарации;
затратность схем переработки попутного газа;
удаленность рынков от мест добычи. Транспортировка газа до предприятий с удаленных месторождений увеличивает себестоимость попутного газа;
незначительные штрафные санкции за выбросы продуктов горения попутного газа.
5.1 Современное состояние производства олефинов
В статье [10] указано, что доступность получения недорого этана и пропана из попутного и природного газов стимулировала реализацию нескольких новых проектов крекинга этана и дегидрирования пропана. Метан, который представляет наибольший объем добываемого газа, широко используется при реализации проектов природного газа, таких как преобразование метана в метанол, газа в жидкость (gas to liquid -- GTL), метанола в олефины (methanol to olefins -- МТО) и метанола в бензин (methanol to gasoline -- MTG).
Метан в олефины. В работе [12] исследованы возможности получения олефинов из метана. Процесс метан в олефины (МТО или МТР) превращает природный газ в олефины. Метан вначале превращается в метанол; затем метанол превращается в пропилен и побочные продукты. Поскольку для этого процесса требуется установка синтеза газа и, кроме того, установка метанола в МТО, этот вариант является крайне капиталоемким процессом. Следует учитывать и подачу газа из относительно удаленного от установки места. Кроме того, необходимо рассматривать и материально-техническое снабжение установки, а также затраты на транспортировку продукта. Учитывая высокие капитальные затраты и издержки производства, не следует
строить промышленные установки, в которых применяется рассматриваемая технология.
Технология получения метанола из синтез-газа, который в свою очередь может быть получен из природного газа или в результате газификации угля, хорошо известна. Получение метанола из синтез-газа также удачно осуществляется на установке производственной мощностью 5 тыс. метрических тонн в сутки. В 2012 г. в мире в целом объемы получения метанола составили 60 млн. т.
На рисунке 1.2 показана схема нового процесса UOPHYDRO МТО, который обеспечивает возможность преобразования природного газа или угля в ряд ценных химических продуктов.
Рисунок 1.2 - Получение олефинов с использованием процесса МТО Выбор качества исходного сырья в целом зависит от спецификаций
конкретного проекта [11].
Известны способы конверсии метана в синтез-газ по технологии Фишера- Тропша, дальнейшая переработка которого позволяет получить синтетическое топливо.
паровая конверсия: CH4 + H2O - CO + 3H2, H= 226 КДжмоль;
углекислотная конверсия: CH4 + CO2 - 2CO + 2H2, H= 264 КДжмоль;
парциальное окисление: CH4 + 12O2 - CO + 2H2, H= -44 КДжмоль.
Из синтез-газа получают искусственную нефть по методу Фишера- Тропша и метанол. Оба процесса имеют свои преимущества и недостатки.
Методом Фишера-Тропша из синтез-газа получают смесь предельных и непредельных линейных углеводородов (рисунок 1.3).
Рисунок 1.3 - Схема камеры сгорания метана
В настоящее время в структуре производства этилена 65% приходится на крупнотоннажные установки пиролиза этана, пропана и бензина [13].
Согласно аналитическим данным авторов [26], в последние годы около 61% производимого в мире пропилена приходилось на этиленовые установки, приблизительно 34% - на нефтеперегонные производства и только 3 - 5% - на его получение по альтернативным целевым технологиям.
В таблице 1.1 показаны новые проекты получения этилена, реализующихся в США.
Таблица 1.1 - Увеличение мощностей по получению этилена в Северной Америке
Компани я
Потенциально е размещение
Производственна я мощность, тыс.
тгод
Введение в эксплуатаци
ю, год
Статус
1
2
3
4
5
Williams
Расширенное
300
2013
Построен
Westlake
Несколько
производств
300
20132014
Строится
Lyondell
Basell
Несколько
производств
500
201415
Строится
Exxon
Mobil
Байтаун,
Техас
1500
2016
Получено
разрешение
Formosa
Поинт
Комфорт, Техас
800
2016
Планируетс я
1
2
3
4
5
Mexichem OxyChem
Инглсайд, Техас
500
2016
Оценка проекта
CP Chem
Седар Байо-
Байтаун, Техас
1500
2017
Разработка и
проектирование
Dow
Фрипорт, Техас
1500
2017
Получено разрешение
Sasol
Лек Чарльз,
Лос-Анджелес
1500
2017
Разработка и
проектирование
Продолжение таблицы 1.1
В таблице 1.2 перечислены новые проекты дегидрирования пропана с целью получения пропилена.
Таблица 1.2 - Проекты дегидрирования пропана, которые реализуются в Северной Америке
Компания
Производственная мощность, тыс. тгод
Введение в эксплуатацию, год
Dow Chemical
750,000
2015
Enterprise
Products
750,000
2015
Ascend
Performance Material
1,020,000
2015
Williams
500,000
2016
Formosa Plastics
600,000
2016
Dow Chemical
750,000
2016
В таблице 1.3 приведены значения, основанные на использовании в качестве сырья природного и попутного газов. На основании данных таблицы можно выполнить подробный анализ преимуществ применения газа:
природный газ в синтетический газ -- 80% эффективности;
синтетический газ в метанол -- 95%;
метанол в бензин -- 90%;
Продукт
Стоимость продукта, доллтыс.т
Промерны й объем ПНГ на тонну продукта
Разница в 200
доллтыс.т, равная 4 доллмлн.
БТЕ
Разница в 400
доллтыс.т, равная 8 доллмлн.
БТЕ
Разница в 800
доллтыс.т, равная 16 доллмлн.
БТЕ
Бензин MTG
800
1,46
508
216
-368
Дизельное
топливо FT
900
1,4
620
340
-220
Этиленпро пилен МТО
1250
1,14
958
666
82
Пропилен
1300
2
900
500
-300
метанол в олефины (МТО) -- 90%; метанол в пропилен (МТР) -- 65%. Таблица 1.3 - Разница в ценах на сырье и продукцию
Экономический анализ, проведенный консалтинговой компанией в работе [10], показал, что крекинг этана на нефтеперерабатывающих мощностях Ближнего Востока, характеризуется низкой себестоимостью
получения этилена. Затем следует крекинг этана, выполняемый североамериканскими производствами (этана, добываемого из сланцевых пластов).
После почти двух десятилетий достаточно низкой активности, в Канаде и США было разработано некоторое число новых проектов получения этилена на основе этана. Разница в цене между пропаном и пропиленом также является достаточно большой, чтобы реализовать проекты дегидрирования пропана (в качестве примера можно привести реализацию четырех новых проектов дегидрирования пропана, о которых объявляли в Северной Америке) [11].
Пропилен обычно производят как побочный продукт обычного парофазного крекинга и каталитического крекинга в псевдоожиженном слое. Рост потребностей в пропилене значительно выше, чем в этилене или нефтезаводских топливах. Многие производители рассматривают альтернативные методы, способствующие удовлетворению возрастающих потребностей в пропилене. Применение новых технологичных методов может частично ликвидировать дефицит пропилена производством его из парафиновых дистиллятов, газойля и остаточных продуктов.
На рисунке 1.4 показано процентное содержание пропилена, производимого из различных источников.
Рисунок 1.4 - Основные источники снабжения пропиленом
Учитывая спрос на пропилен и снижение его производства на установках парофазного крекинга, производители олефинов проявили большую заинтересованность в новой технологии пропилен целевой -- методе, который подразумевает пропилен в качестве основного продукта процесса.
В исследованиях М. Талмана и К. Энга [10] показан новый процесс получения целевого пропилена. В новом процессе применяют систему реактора с запатентованным катализатором, в котором предусматривается выход пропилена как преобладающего продукта.
Технологии пропилен целевой, основанные на применении катализатора:
метан в олефины (methane-to-olefins -- МТО) -- превращение природного газа (метан);
дегидрирование пропана;
каталитический крекинг преобразовывает насыщенные олефины с более высоким молекулярным весом в продукты пропилена.
Таблица 1.4 представляет сравнение этих технологий.
Таблица 1.4 - Сравнение технологий
Показатель
МТОМТ Р
Реакция обмена
Дегидро-С3
Крекинг олефинов
1
2
3
4
5
Сырье
Метанол (или метан)
Этилен и бутилен
Пропан
С3-С8
олефиновый
Сырье
Метанол (или
метан)
Этилен и бутилен
Пропан
С3-С8
олефиновый
Основной побочный
продукт
Этилен, вода
Отсутствует
Отсутствуе т
Этилен и бензин ВТХ
Оптимальны й размер установки
Большой
Небольшойсредни й
Большой
Неболь- шойбольшо й
Инвестиции
Средние- большие
Низкие-средние
Средние
Средние- большие
На рисунке 1.5 показаны относительно типичные выходы крекируемых потоков и специфический процесс каталитического крекинга пропилена из обычной фракции нафты.
Рисунок 1.5 - Сравнение выходов продуктов при крекинге нафты и олефинов - 2000-2015 гг.
Выход пропилена, полученного путем каталитического крекинга выше, чем получение его парофазным способом. Выход этилена несколько ниже, суммарное количество олефинов (этилен плюс пропилен) фактически выше. Увеличивается также выход ароматических углеводородов, включая бензол, толуол и ксилолы. Таким образом, процесс каталитического крекинга пропилена снижает количество побочных продуктов (топливный газ и жидкое топливо), в то время как увеличивается количество наиболее ценных продуктов -- этилена и пропилена.
Потребность в пропилене растет с высокой скоростью и традиционные способы его получения не могут удовлетворить эти растущие потребности, что неизбежно приведет к дефициту пропилена на рынках нефтехимической продукции. Восполнение прогнозируемого дефицита возлагается на целевые методы его получения, в частности, каталитическое дегидрирование пропана, посредством которого пропилен станет нарабатываться в качестве единственного конечного продукта производства.
2.1 Получение пропилена в промышленности
В работе Н.А. Платэ [13] выделил следующие методы получения пропилена в промышленности:
из нефтезаводских и крекинг-газов;
из продуктов синтеза Фишера-Тропша и из газов коксования;
из углеводородов С2-С4 и высших углеводородов.
Пиролиз. Основным процессом многотоннажных установок получения этилена и пропилена является пиролиз углеводородного сырья в трубчатых печах, от режима работы которых зависит производительность остальных узлов переработки углеводородов.
Пиролиз этана, пропана, бутан, бензина является одним из самых современных и экономичных методов получения олефинов. Процесс производства газообразных олефинов на крупнотоннажных пиролизных установках обходится дешевле, чем их выделение из нефтезаводских газов. Этот процесс получил в современной мировой нефтехимии широкое распространение.
Выделение пропилена из нефтезаводских газов и крекинг-газов. На нефтеперерабатывающих заводах пропиленсодержащие газы образуются при получении бензина в процессах крекинга и риформинга. Обычно выход газа составляет 4,5-5,5% (мас.) в расчете на общее количество перерабатываемой сырой нефти.
Термическое дегидрирование пропана. При термическом дегидрировании пропана получается пропилен с невысоким выходом, так как крекинг пропана с образованием метана и этилена (1.1) протекает легче, чем реакция дегидрирования (1.3):
С3Н8 СН4 + С2Н4 ∆Н = - 67,5 кДжмоль, (1.1)
2С3Н8 С2Н6 + С3Н6 + СН4 (1.2)
С3Н8 С3Н6 + Н2 ∆Н = - 125,7 кДжмоль (1.3)
Термическое дегидрирование пропана осуществляют при температуре 6000С, атмосферном давлении и времени контакта 2,7 с. При этом достигается конверсия пропана 25% масс. [13].
Каталитическое дегидрирование пропана. Каталитическое дегидрирование пропана проводят в присутствии катализаторов - оксидов металлов: Cr2O3, MoO3, V2O5, TiO2 и GeO2. Наиболее эффективным катализатором является Cr2О3 на носителе А12О3. Промышленные процессы осуществляют при температуре 6000С. В этих условиях на оксидном хромовом катализаторе селективность по пропилену составляет 75-85% при конверсии пропана - 50-80%. Дегидрирование ведут в реакторах с неподвижным слоем катализатора. В связи с интенсивным отложением кокса на катализаторе и необходимости его периодической регенерации, как правило, устанавливают в ряд несколько реакторов (не менее трех). Регенерацию катализаторов осуществляют путем выжигания кокса воздухом с последующей продувкой реактора паром. Длительность регенерации 15-25 мин [13].
В 1990 г. был внедрен процесс "Oleflex" - дегидрирование пропана или изобутана (или их смеси) до моноолефинов в присутствии катализатора РtAl2O3.
При разработке технологии дегидрирования парафинов возникает проблема: необходимо проводить процесс в жестких условиях из-за неблагоприятной термодинамики реакции. В этих условиях происходит быстрая закоксовывание катализатора, и продолжительность рабочего цикла составляет от нескольких минут (оксиднохромовые катализаторы) до нескольких суток (алюмоплатиновые катализаторы);
В зависимости от способа решения этих задач предложены различные варианты технологии дегидрирования легких парафинов, отличающиеся, главным образом, реакторным блоком.
В соответствии с данными технологиями пропан (и небольшое количество водорода для снижения коксообразования) подают в реактор с неподвижным либо движущимся слоем катализатора при температуре 510- 700ºС при атмосферном давлении. Катализатором служит платина, нанесенная на активированный оксид алюминия, содержащий 20% хрома. При любой конструкции реактора необходима постоянная регенерация катализатора для сохранения его активности.
Ниже указан выход пропилена (в объем. %), полученный при 600°С, нормальном давлении и разном времени пребывания пропана на катализаторе (90% Cr203, 10% A1203) [16]:
Таблица 1.5 - Выход продуктов при различном времени пребывания
Компонент
2,7, с
8,9, с
17,5, с
36,0, с
Водород
20,5
24,0
27,5
29,0
Метан
0,5
3,0
13,5
19,0
Этан
0,0
5,0
7,5
29,0
Этилен
0,0
0,3
0,2
1,0
Пропан
59,0
41,0
32,0
6,0
Пропилен
20,0
21,0
14,0
9,0
Применение данных технологий оправдано при высоком спросе на пропилен, превышающем спрос на этилен. Отсутствие побочных продуктов избавляет от дополнительных усилий по их реализации. Одним из ключевых моментов для производства пропилена дегидрированием пропана является разница цен пропилена и пропана. Если разница будет недостаточной, то может оказаться, что производимый пропилен, будет стоить дороже, чем по рыночным расценкам. Однако нельзя сказать, что процесс дегидрирования используется лишь при наличии источника достаточно дешевого пропана. Фактически, большинство заводов по дегидрированию пропана расположено
в местах, где существует особая потребность в пропилене, а не там, где есть дешевый пропан. В то время как большая часть пропилена производится при переработке нефти и её продуктов, получение пропилена из пропана позволяет получать сырьё, которое не связано напрямую с ценами на нефть. Построение завода по дегидрированию требует относительно меньших затрат по сравнению с альтернативными вариантами, при равном количестве получаемого пропилена на выходе.
Отсюда следует, что дегидрирование без побочных реакций возможно лишь при низких значениях конверсии и коротком времени пребывания пропана на катализаторе. Протекание реакции
С3Н8 =С3Н6 + Н2, (1.4)
сопровождающееся увеличением объема, указывает на окончание процесса дегидрирования. Поэтому понижение давления способствует образованию пропилена при дегидрировании, заканчивающемся реакцией равновесия.
В работе [18] указан способ дегидрирования углеводородов, в котором углеводородное исходное сырье первоначально разделяют и первую часть исходного сырья вводят в первую зону реакции дегидрирования, функционирующую без окислительного повторного нагревания, а получающийся в результате отходящий поток вводят во вторую зону реакции дегидрирования, функционирующую без окислительного повторного нагревания. Получающийся в результате отходящий поток из второй зоны реакции дегидрирования совместно со второй частью исходного сырья вводят в третью зону реакции дегидрирования, функционирующую с окислительным повторным нагреванием.
В патенте [19] предложен способ получения пропилена термическим или окислительным дегидрированием пропана, включающему подачу пропана или пропана в смеси с воздухом в реактор, взаимодействие последних с твердым катализатором и отвод продуктов реакции дегидрирования из реактора, характеризующемуся тем, что пропан при термическом дегидрировании или пропан в смеси с воздухом при окислительном дегидрировании пропускают
через слой неподвижного катализатора, в качестве которого используют носитель из тканого силикатного стекловолокна с нанесенным на него каталитически активным компонентом и стабилизатором, носитель укладывают в реакторе в виде послойной сборки с содержанием от 1 до 10 слоев, через которую продувают пропан или пропан в смеси с воздухом при температуре в реакторе в реакционной зоне от 500 до 600°С и времени контакта с катализатором от 0,3 до 3 сек.
В исследовании [20] описывается способ получения олефинов С3-C5 путем дегидрирования соответствующих парафиновых углеводородов, осуществляемый в системе реактор - регенератор с кипящим слоем алюмохромового катализатора, представляющего собой смесь, 3-40% масс. которой составляет катализатор с индексом истирания 20-30% масс., а остальное - катализатор с индексом истирания 1-10% масс. Технический результат состоит в снижении расхода катализатора, улучшении тепломассообменных характеристик кипящего слоя, уменьшении эрозии оборудования.
Был описан способ [21] получения олефинов, согласно которой проводят каталитическое дегидрирование пропана в присутствие дегидрирующего вещества - серы, процесс дегидрирования проводят парами серы при содержании элементной серы в исходной смеси ниже стехиометрического. Процесс проводят при температуре выше 650°С, в качестве катализаторов используют оксид алюминия или оксиды ванадия, вольфрама, хрома, кальция нанесенные на оксид алюминия. Технический результат: повышение селективности получения олефинов.
Известен способ получения пропилена - Catofin американской компании ABB LummusGlobal. Технология дегидрирования Catofin представляет собой циклический процесс, осуществляемый в реакторах периодического действия с неподвижным слоем алюмохромового катализатора, которые работают параллельно. Пока в одних реакторах протекает дегидрирование, в других происходит разогрев и выжиг кокса с
отработанного катализатора, при этом режимы функционирования реакторов переключаются автоматически. Тепло, выделяемое при регенерации катализатора, используется для проведения эндотермической реакции дегидрирования. Обычно процесс осуществляют короткими циклами
дегидрирование - регенерация длительностью в 20-30 минут. Для подготовки выведенных из рабочего цикла реакторов к последующим операциям, а также для осуществления стадий повторного нагрева и регенерации катализатора требуется дополнительное оборудование.
Преимущества процесса:
высокая однократная конверсия за проход и высокая селективность процесса;
использование относительно дешевого катализатора, большой срок его службы;
отсутствие рециркуляции водорода или пара для разбавления, что снижает энергозатраты, расходы по обслуживанию и общие капиталовложения.
многолетний опыт успешной промышленной реализации процесса.
Недостатки:
цикличный режим проведения процесса и необходимость дополнительных усилий для обеспечения его непрерывной работы;
в состав применяемого катализатора входят токсичные соединения хрома.
Процесс протекает в реакторах с неподвижным слоем алюмохромового катализатора, работа которых основана на циклическом режиме. Так как в системе 8 реакторов циклический режим работы подобран таким образом, чтобы поток входящего сырья и выходящего продукта был непрерывным. В один полный цикл, пропан дегидрируется, затем реактор очищается паром и продувается перегретым воздухом с продуктами сгорания топливного газа при температуре 670 °С для подогрева катализатора и выжига кокса, который
осаждается на катализаторе в процессе цикла реакции. После этого следует удаления продуктов очистки реактора и начинается новый цикл дегидрирования. Ключевой особенностью процесса является то, что тепло поглощенное в течение периода эндотермической реакции дегидрирования получают путем регулировки температуры подогрева пропана перед подачей в реактор.
Реакция дегидрирования пропана эндотермическая, поэтому сырье перед поступлением в реакторы нагревается до 590ºС. Пока в одной группе реакторов идет реакция дегидрирование пропана, в других реакторах происходит эвакуация оставшегося продукта реакции, разогрев и выжиг кокса, который конденсируется на катализаторе в процессе реакции дегидрирования пропана. При этом режимы работы реактора изменяются автоматически. Тепло, выделяемое при регенерации катализатора, используется для предварительного нагрева катализатора перед очередным циклом дегидрирования пропана.
На рисунке 1.6 представлена технологическая схема процесса Catofin, по которой осуществляется конверсия пропана в пропилен (в случае конверсии изобутана колонна по отгону этана заменяется колонной по отгону пропана).
Рисунок 1.6 - Технологическая схема процесса Catofin Материальный баланс установки представлен в таблице 1.6.
Таблица 1.6 - Материальный баланс процесса Catofin
Приход, %
Расход, %
Пропан (99% чистоты)
Пропилен (99% чистоты)
84,7
Водород
11,04
Остатки С4+
3,07
Отходящие газы
1,19
Сумма
100
5.1 Процесс Oleflex компании UOP для производства легких олефинов
Процесс Oleflex компании UOP - это технология каталитического дегидрирования для получения легких олефинов из их соответствующих парафинов. Установка Oleflex способна дегидрировать пропан, изобутан, н- бутан или изопентан отдельно или в составе смесей, состоящих из углеводородов с двумя последовательными углеродными числами. Промышленная эксплуатация процесса началась в 1990 г.
Установка Oleflex состоит из реакторного узла, секции регенерации катализатора и секции разделения продукта (рисунок 1.7). Для предотвращения коксоотложения исходное углеводородное сырье смешивают с циркулирующим газом [13].
В процессе используется сферический полиметаллический алюмоплатиновый катализатор. Процесс Oleflex эксплуатируется, по данным 2001 г., на 11 установках в ряде стран (в т. ч. четыре установки ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
