Файл: Варанкин, Ю. В. Газовое хозяйство заводов учеб. пособие.pdf

снижает парциальное давление легкокішящих компонентов нефти, а следовательно, и температуру их испарения.

В промышленных установках дело осложняется тем, что прямую перетопку нефти экономшческн целесообразно вести не на два край­ них продукта, а на несколько более узких температурных фракций (бензин, реактивное топливо, керосин, дизельное топливо, мазут). Такой процесс отгонки можно осуществлять последовательно в ба­ тарее простых ректификационных колонн, в каждой из которых отгоняется один продукт. Осуществляется это, однако, проще, путем сооружения так называемой сложной ректификационной колонны, как бы состоящей из нескольких простых колонн, поставленных друг

топлив), и поэтому бензина и газа при этом получается менее 15—20% веса сырья. К тому же качество получае­ мого при этом бензина не соответствует требованиям, предъявляемым к нему современными авиационными и автомобильными двигателями, и поэтому прямогонный бензин подвергается дальнейшей переработке.

Выход газа не превышает нескольких процентов на переработанную нефть. Состав газа, получаемого при прямой перегонке, зависит от характера перерабатывае­ мого сырья (нефти), а также от устройства и режима работы технологических установок. В качестве примера

в табл. 5.1 приведен состав газов, полученных на двух различных установках при перегонке нефти одного и то­ го же месторождения.

Газ прямой перегонки аналогичен в известной степени попутным газам и состоит почти исключительно из пре­

84

дельных углеводородов. Следует обратить внимание на высокое содержание пропана и бутана, которые могут представлять собой основу для производства сжиженно­ го газа. После извлечения из газа прямой перегонки пропан-бутановой фракции он может использоваться в качестве топлива.

§ 5.3. Деструктивные методы переработки

Деструктивные методы переработки нефтяных ди­ стиллятов и мазута основаны на процессах термоката­ литического превращения сложных углеводородов в бо­ лее простые, составляющие основную массу получаемых продуктов.

Ниже схематично излагаются особенности и оформ­ ление некоторых деструктивных процессов, осуществляе­ мых на современных нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ).

Термический крекинг при высоком давлении (2000— 7000 кПа) ведут при 470—540°С с целью получения авто­ мобильного бензина. Сырьем для него служат разнооб­ разные продукты перегонки нефти — от лигроина до мазута. Этим методом можно перерабатывать и самые

температуре около 500°С для получения нефтяного кок­ са. При этом 60—75% сырья переходит в жидкие про­ дукты, 10—12% — в газ и 12—20% — в нефтяной кокс, который находит широкое применение в электрометал­ лургии (изготовление электродов). Образующиеся лег­ кие продукты (газойль, бензин, газ) характеризуются повышенным содержанием водорода.

Пиролиз — это термический крекинг, осуществляемый при более высокой температуре (650—800°С). Сырьем для него служат легкие фракции нефти (жидкие и даже газообразные). Целевым назначением этого процесса является получение легких ароматических углеводородов (бензол, толуол), а также непредельных углеводородов и в первую очередь этилена.

Процессы каталитического крекинга имеют целью производство высококачественного бензина и дизельного

85

топлива при переработке в основном легких потопов нефти (типа газойля). Температура процесса 400— 450°С. Получение высокооктанового бензина обеспечива­ ется применением соответствующих катализаторов, в ка­ честве которых обычно применяют алюмосиликаты.

Каталитический риформинг направлен на ароматиза­ цию бензиновых фракций с целью получения высокоок­ танового бензина. Ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы) могут быть извлечены из него для ис­ пользования в нефтехимической промышленности.

При осуществлении всех деструктивных термохими­ ческих процессов происходит образование неконденси­ рующихся газовых продуктов, выход и состав которых в очень большой степени зависят от вида сырья и спо­ соба его переработки.

Термическому крекингу обычно подвергаются нефтя­ ные остатки и отдельные дистиллятные фракции нефти для получения бензина, керосина и товарного топочного мазута. При всех этих процессах получается крекинггаз.

Технологические схемы термического крекинга весьма разнообразны, но основные элементы их одинаковы. К ним относятся: печи для нагрева сырья до заданной температуры; емкости, где осуществляются заданные хи­ мические реакции; испарители-разделители жидкой и парогазовой фаз; ректификационные колонны, разделяю­ щие продукты крекинга на фракции; устройства для разделения конденсирующихся конечных легких продук­ тов (конденсаторы, сепараторы и т. п.).

Все эти элементы представлены на принципиальной схеме термического крекинга узкой дистиллятной фрак­ ции под давлением (рис. 5.3). Сырье, например соляр прямой перегонки, после предварительного подогрева в теплообменниках подается насосами в среднюю часть ректификационной колонны '3. В нижней ее части давле­ ние около 500 кПа и температура 350°С. Смесь этого сырья и циркулирующей флегмы подается насосами под давлением до 5000 кПа в трубчатую печь 1, где проис­ ходит ее нагрев до 500—510°С. Благодаря соответствую­ щей длине змеевиков сырье здесь не только нагревается, но и находится при заданной температуре в течение вре­ мени, необходимого для осуществления первоначальных реакций крекинга.

86

Перед подачей этой смеси в испаритель высокого дав­ ления 2 в нее добавляется холодный продукт (крекингостаток или смесь из нижней части ректификационной колонны) для прекращения химических процессов кре­ кинга (их «замораживания»), В испарителе 2 при дав­ лении около 600 кПа и температуре 415—430°С (в верх­ ней части) происходит отделение парогазовых фракций

от жидкого остатка, который для окончательного выде­ ления из него легкокипящих фракций проходит еще черёз второй испаритель низкого давления 4. Таким обра­ зом, в ректификационную колонну 3 поступают три потока: парогазовая смесь из испарителя 2 (под ниж­ нюю тарелку), затем выше — из испарителя низкого давления 4 и, наконец, еще выше — предварительно подогретое сырье.

Орошение в ректификационной колонне осуществля­ ется в самой верхней ее части бензином. В тазосепараторе 5 бензин отделяется от газа при давлении 300— 400 кПа и температуре 25—30°С. Для этого парогазовая смесь, выходящая сверху ректификационной колонны, подвергается охлаждению в поверхностных охладителях 6 (так же как и парогазовая смесь, выходящая из вто­ рого испарителя).

87

Полученный по этой схеме бензин содержит часть растворенных газовых компонентов, а газ — некоторое количество бензиновых фракций. Поэтому оба продукта подвергаются затем соответствующей дополнительной переработке.

Крекинг мазута прямой перегонки или сырья более широкого, чем было указано выше, фракционного соста­ ва целесообразно осуществлять на установках с двумя трубчатыми печами, через которые последовательно про­

Выход крекинг-газа составляет при этом обычно 7—8% количества перерабатываемого мазута.

Теплотворность крекинг-газов, а также состав их до­ вольно сильно разнятся друг от друга в зависимости от вида сырья и еще в большей степени от метода осуществ­ ления процесса. Газ жидкофазного крекинга в основном состоит из предельных углеводородов, при этом на долю пропан-бутановых фракций приходится до 18% по объе­ му. Этилена здесь немного. Выход газа на тонну пере­ рабатываемого сырья составляет 40—60 м3 [35].

теза.

Выход крекинг-газа на тонну перерабатываемого сырья состав­ ляет прн парофазном крекинге 200—250 м3 [29].

Каталитический крекинг принципиально отличается от термиче­ ского тем, что основные реакции крекинга протекают в специальной реакционной колонне в условиях контакта продуктов с соответст­ вующими катализаторами (неподвижными или движущимися). Дей­ ствие катализатора ускоряет протекание реакций крекинга и может значительно изменитьих механизм, а следовательно, и влиять на выход и состав получаемых крекинг-продуктов. Каталитический кре­ кинг на алюмосиликатах осуществляется обычно при давлении, близ­ ком к атмосферному. Выход газа аналогичен выходу газа жидко­ фазного термического крекинга, т. е. 40—60 м3 на тонну сырья. Газ этот в основном состоит из предельных углеводородов метанового ряда. Пропан-бутановые фракции составляют до 50:% объема [29]. Газ, как правило, идет на переработку, а в качестве топлива исполь­ зуется лишь его остаток.

С каждым годом в нашей стране увеличивается коли­ чество перерабатываемой на заводах высокосернистой

88

нефти. Это приводит к тому, что все более значительное количество серы переходит в газы, получаемые при тер­ мической переработке нефти или ее потопов.

Использование газа в виде топлива при повышенном содержании в нем сероводорода (3—4% по объему) недопустимо. Поэтому получаемые на НПЗ газы подвер­ гаются надлежащей очистке от сернистых соединений и С02. Нередко это совмещается с осушкой газов и из­ влечением бензиновых фракций (см. об этом подробнее в гл. 7).

Значительные резервы высококалорийных углеводородных газов

пиролиза легких углеводородов в трубчатых печах с последующим выделением его из пирогаза методом низкотемпературной ректифи­ кации. После выделения этилена, остается метано-водородная фрак­ ция (МВФ), предназначаемая для использования в качестве топли­

лизом метана. После выделения ацетилена и соответствующей очи­ стки от сажи и цианистых соединений «хвостовые» газы имеют со­

§5.4. Газификация и пиролиз мазута

Всвязи с увеличением ресурсов тяжелых остатков нефтепереработки в нашей стране и за рубежом разра­ батываются методы использования мазута для получе­ ния синтез-газов, высококалорийного бытового газа и га­ зов энергетического назначения.

Производство перечисленных газов основывается на применении пирогенетического расщепления сложных соединений мазута на более простые с одновременным образованием высокоуглеродистых веществ — сажи и кокса — или же достигается путем безостаточной гази­ фикации мазута на воздушном или обогащенном кисло­ родом дутье. Применяемые за рубежом установки для пиролиза и газификации мазута описаны в некоторых руководствах [5]. В СССР создан ряд оригинальных конструкций установок для получения из мазута газа различного назначения.

8&