Разделение предельных и непредельных углеводородов на НПЗ и НХЗ

Чтобы получить полную информацию, подпишись на нас Vk.com/enciklopediyatehniki

В отличие от предельных углеводородов, которые содержатся в природных и нефтяных газах нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, а также в газах, получаемых первичными физическими процессами переработки нефти и газовых конденсатов на НПЗ, химические процессы (термические и/или термокаталитические реакционные процессы) на НПЗ (термический крекинг, коксование, каталитический крекинг) и на НХЗ (пиролиз) сопровождаются получением предельных и непредельных углеводородов.

Процессы разделения предельных и непредельных углеводородов на НПЗ похожи на процессы разделения предельных газов на ГПЗ. Применяются установки газоразделения АГФУ с фракционирующим абсорбером, с пропа-новой и бутановой колоннами и стабилизатором, с низа которого получают стабильный (тяжелый) бензин. С верха бутановой колонны отбирают бутанбутиленовую фракцию (ББФ), а с верха пропановой колонны получают про-пан-пропиленовую фракцию (ППФ). Колонны работают при давлении в интервале 0,7-1,8 МПа с температурами верха 35-80 °С и низа 110-220 °С и содержат обычно от 60 до 80 контактных тарелок. АГФУ включает обычно блок моноэтаноламиновой очистки газа от сероводорода и блок компримирования.

Процессы разделения предельных и непредельных углеводородов газов пиролиза на НХЗ имеют существенные отличия. Поскольку газы содержат большие количества водорода, метана и этана, то используются низкотемпературные при повышенных давлениях абсорбционно-ректификационные (АРП) и конденсационно-ректификационные (КРП) процессы для эффективной деметанизации пиролизного газа. Если при АРП абсорбцию осуществляют при давлении 3,5-4,3 МПа и температуре минус 30-40 °С с использованием пропанового или аммиачного компрессорных холодильных циклов, то КРП требуют глубокого охлаждения до минус 100 °С с использованием компрессорных пропанового (или аммиачного) и этанового (этиленового) холодильных циклов. Энергозатраты на производство искусственного холода на этиленовых установках могут достигать 38 %.

По схеме АРП пирогаз компримируется до давления 4,3 МПа, охлаждается до минус 35 °С и разделяется в газожидкостном сепараторе. Газовая фаза из сепаратора разделяется в первой ректификационной колонне, верхний продукт которой направляется в деметанизатор (абсорбционно-ректификационную колонну - АОК). Верхним продуктом деметанизатора является водородно-метановая фракция. Жидкая фаза из сепаратора объединяется с нижним продуктом первой ректификационной колонны и поступает во вторую ректификационную колонну, нижним продуктом которой служит жидкая бутановая фракция (н-бутан, бутилены, бутадиен, С5 и выше с примесями изо-бутана, пропилена и пропана). В деметанизатор в качестве абсорбента подается бутановая фракция - нижний продукт депропанизатора. В третьей, четвертой и пятой ректификационных колоннах насыщенный абсорбент из деметанизатора последовательно разделяется на этановую, этиленовую, пропан-пропиленовую фракции. Этиленовая фракция имеет чистоту 98-99 об. %. этановая фракция возвращается как рециркулят на пиролиз или используется частично при необходимости как хладоагент холодильного цикла.

Схема КРП отличается повышенными затратами, но она позволяет получить более чистые фракции - этановую до 99 % и этиленовую до 99,9 об. %. Эксплуатируются различные схемы КРП, и их совершенствование непрерывно продолжается, особенно процесса низкотемпературной деметанизации. Для этого применяют, в частности, многопоточный ввод сырья в сложную колонну, промежуточный по высоте колонны теплосъем, разрезные ректификационные колонны, деметанизацию в двух колоннах при разных рабочих давлениях, охлаждение пирогаза до минус 140 °С и др.

Состав пирогаза заметно различается в зависимости от сырья пиролиза (этан, сжиженные газы, прямогонные бензины, керосиногазойлевые фракделение фракции С5; стабилизацию пиролизного бензина в присутствии водорода; выделение бутадиена из фракции С4; выделение изопрена из фракции С5; вторичную перегонку пиролизного бензина; выделение стирола из фракции C6-Cg; фракционирование тяжелых фракций с целью их дальнейшей переработки.

Сверхчеткая ректификация применяется также для получения многих других мономеров, например, выделение этилбензола из смеси ксилолов требует до 400-450 контактных тарелок и флегмовое число до 100, ректификация осуществляется в трех последовательно соединенных колоннах при давлении 0,1 МПа (верх колонны с получением целевого продукта), чистота этилбензола 99,6 мае. % при его отборе 90 мае. % от сырья. Выделение ортоксилола из смеси ксилолов требует до 200 тарелок при чистоте продукта 98,6 мае. %. Выделение изопрена из смеси изобутилена и формальдегида осуществляется в пяти последовательно соединенных колоннах на 300 тарелках при флегмо-вом числе 3-50 и давлении 0,17-0,25 МПа, чистота изопрена 99,7 мае. % при его отборе до 98 мае. % от сырья. Выделение бутадиена (дивинила) может проводиться в трех последовательно соединенных колоннах на 150 тарелках при флегмовом числе 2-10, давлении 0,5-0,6 МПа, чистоте целевого продукта 91-95 мае. % при его отборе 95 мае. % от сырья.

В случаях, когда обычной ректификацией трудно или невозможно разделить некоторые смеси компонентов (например, азеотропные, которые кипят при некоторой постоянной температуре, имеют одинаковый состав жидкой и паровой фаз и поэтому не могут быть четко разделены обычной ректификацией, когда разделение компонентов основано именно на наличии разности температур кипения разделяемых компонентов), широко применяют методы азеотропной и экстрактивной ректификации. Общим для этих процессов является использование разделяющего агента (экспериментально подобранного жидкого вещества), присутствие которого и позволяет разделить смесь компонентов. Например, при добавлении фурфурола к смеси н-бутана С4Н10 (температура кипения минус 0,5 °С) и бутена-2 С4Н8 (температура кипения 0,9 °С) коэффициент относительной летучести {коэффициент разделения) возрастает от 1,012 до 1,7. При азеотропной ректификации разделяющий агент поступает в колонну обычно с сырьем (в этом сырье два или несколько компонентов существуют в виде азеотропа) и образует «новый» азеотроп с одним или несколькими компонентами исходной азеотропной смеси, который выводится из колонны как верхний продукт - дистиллят. Такой разделяющий агент должен быть более летучим веществом (или с температурой кипения меньшей) по сравнению с компонентами сырья. В этом случае нижний продукт колонны можно получать как чистый высококипящий компонент.

При экстрактивной ректификации подбирают разделяющий агент (растворитель селективный, избирательный), менее летучий, чем компоненты сырья. Разделяющий агент подается в верхнюю экстрактивную часть колонны и отводится из нее вместе с извлеченными (растворенными) компонентами в виде нижнего продукта колонны. При экстрактивной ректификации разделяющий агент может представлять до 70-90 мол. % жидкой фазы. Если для азеотропной ректификации образование «нового» азеотропа с выделяемым компонентом - необходимое условие, то для экстрактивной ректификации появление азеотропов с разделяющим агентом может быть нежелательным явлением.

Процессы азеотропной и экстрактивной ректификации не используются самостоятельно как таковые, наоборот, они применяются обычно как стадии процессов разделения смесей в «средней» части сложной разделительной системы, в которой в ее начале (для получения «узких» фракций) и в конце (для очистки разделяющего агента и продукта) используют процессы обычной ректификации. Если при азеотропной ректификации «новый» азеотроп (смесь разделяющего агента и компонентов дистиллята) является гомогенным, когда все компоненты его образующие взаимно растворимы, то разделение такой смеси требует применения специальных методов разделения, таких как экстрактивная ректификация, жидкостная экстракция, кристаллизация и др. Наиболее просто регенерируется разделяющий агент при образовании им с выделяемыми компонентами исходной смеси гетероазеотропов, или азеотропов, разделяющихся при охлаждении расслоением на две жидкие фазы при обычном отстаивании (осаждении). В любом случае всегда остаются проблемы четкой регенерации (очистки) разделяющего агента от следов компонентов, разделение которых именно этот агент и обеспечивает.

Азеотропная ректификация применялась с давних пор, например, для аб-солютирования (концентрирования) этилового спирта с 95 до 99,8 мае. % с разделяющим агентом бензолом или глицерином. Важнейшей областью широкого использования азеотропной и экстрактивной ректификации являются разнообразные процессы нефтехимии для разделения смесей углеводородов С4 и С5 с целью получения бутадиена и изопрена для производства синтетического каучука, получения толуола, бензола из продуктов нефтепереработки, для выделения фракции суммы ароматических углеводородов из катализатов риформинга азеотропной ректификацией с применением метанола в качестве разделяющего агента, а также в производствах спиртов, эфиров, азотсодержащих и многих других соединений.

Жидкостная экстракция - метод разделения жидких смесей компонентов, основанный на различии распределения этих компонентов между двумя жидкими фазами. Одна из этих фаз является сплошной, а другая - дисперсной, т. е. распределяемой в первой жидкой сплошной фазе в виде капель. Процесс разделения осуществляется избирательным (селективным) извлечением растворителем (экстрагентом) одного или нескольких компонентов из сырьевой смеси. Растворитель (их может быть несколько) подбирается экспериментально с целью растворения только определенного одного или нескольких компонентов, которые образуют нижний продукт колонны - экстракт, а верхний продукт, не содержащий растворенных компонентов, называют рафинатом.

Жидкостная экстракция широко применяется для разделения смесей близкокипящих компонентов (с низким коэффициентом относительной летучести менее 1,05), азеотропных смесей, для выделения термически нестойких или малолетучих соединений и др. Обычно применяют жидкостную экстракцию для разделения таких жидких смесей, которые невозможно разделить иными методами. В современных процессах азеотропной и экстрактивной ректификации и селективной экстракции широко используются эффективные и комбинированные разделяющие агенты, одной из важнейших характеристик которых является экологическая безопасность производства и применения получаемой продукции. Например, для экстракции ароматических углеводородов применяют полигликоли (ди-, три- и тетраэтиленгликоль), сульфолан, N-метилпирролидон, дигликольамин, диметилсульфоксид и др., а для выделения и очистки бутадиена широко используют диметилформа-мид, ацетонитрил, диметилацетамид, N-метилпирролидон и др.

Хемоэкстракция использует для извлечения определенных компонентов жидкого сырья экстрагент, образующий с этими компонентами химические соединения, которые должны быть достаточно нестойкими, чтобы из них просто выделить целевые компоненты.

Солевая ректификация (в присутствии некоторых минеральных или органических солей либо их растворов) позволяет изменять относительную летучесть компонентов смеси и иногда успешно заменять азеотропную и экстрактивную ректификацию. Например, спиртоводная смесь хлорида кальция СаС12 определенного состава (2 мае. %) ликвидирует азеотроп этилового спирта с водой и позволяет довести концентрацию этилового спирта до 99,97 %. Солевая ректификация применяется для обезвоживания этилового, пропилового и изопропилового спиртов, концентрирования соляной, азотной, уксусной кислот. В некоторых случаях разделяющими агентами могут служить растворы щелочей.



Реферат "Разделение предельных и непредельных углеводородов на НПЗ и НХЗ" курсовая работа.

Чтобы получить полную информацию, подпишись на нас Vk.com/enciklopediyatehniki