Каталитическая изомеризация легких парафинов

нормального строения (рисунок 17)

 

Сущность изомеризации – это каталитическое превращение легких парафинов нормального строения в соответствующие изопарафины. Основная цель – получение высокооктанового компонента автомобильного бензина, который обеспечивает требуемый фракционный состав и снижает концентрацию нагарообразующих ароматических углеводородов в бензинах каталитического риформинга и крекинга.

Для изомеризации легких бензиновых фракций используют бифункциональные катализаторы, содержащие платину или палладий на кислотном носителе (оксид алюминия, цеолиты). Для увеличения выхода целевого продукта процесс ведут с рециркуляцией непревращенного н-пентана. Для подавления побочных реакций расщепления осуществляют циркуляцию водородсодержащего газа (ВСГ). Расход водорода невелик, составляет 0,1-0,3% мас. на сырье.

Сырье (фракция н.к.-62 ^оС) предварительно смешивается с изомеризатом (куб колонны 14) и поступает в изо-пентановую колонну 1, где выделяется сверху изо-пентан и сумма бутанов, которые поступают, в колонну 2 на разделение. Сверху 2 выделяют бутаны, а снизу изо-пентан. Остаток колонны 1, содержащий н-пентан и выше направляется в колонну 3, где из смеси выделяют н-пентан. В колонне 4 происходит разделение изо-гексана и н-гексана. Н-пентан из колонны 3 предварительно смешивается с циркулирующим ВСГ, нагревается в теплообменнике 8 горячим изомеризатом, далее в печи до температуры 360 ⁰С-400 ⁰С, и поступает в реактор 12. Продукты реакции после реакции отдают тепло сырью, далее поступает в газосепаратор высокого давления 7, где с потока выделяется циркулирующий ВСГ. После осушки в адсорбере 13, заполненном цеолитами, ВСГ идет на прием компрессора 10 и таким образом циркулирует. Жидкие продукты из газосепаратора 7 поступают в колонну стабилизации 14, где из изомеризата удаляются растворенные газы. После стабилизации изомеризат поступает в колонну 1.

В зависимости от углеводородного состава прямогонной фракции нк-65 ^оС (С₅ – С₆) октановое число изомеризата будет изменятся (85-90 по моторному методу).

 

Рисунок 17 – Принципиальная технологическая схема изомеризации легких углеводородов

Производство метилтретбутилового эфира (МТБЭ)

(рисунок 18)

 

Процесс предназначен для получения октанповышающей кислородсодержащей добавки к товарным автомобильным бензинам.

Процесс осуществляется в реакторе 5 со стационарным слоем катализатора совмещенном с двумя ректификационными колоннами 6 и 7. Как правило, используют два реактора, работающих поочередно.

Сырье бутан-бутиленовая фракция (ББФ) с температурой 60 ºС поступает в реактор 5, под каждый из трех слоев катализатора подается свежий и циркулирующий метанол с температурой 60 ºС.

С куба реактора 5, снабженного кипятильником отводится целевой продукт МТБЭ. С верха реактора отводится отработанный ББФ, метанол и увлеченный МТБЭ. Продукты конденсируется в конденсаторе-холодильнике 11 и поступают в сепаратор 8, где отделяются газы. Сконденсированные продукты частично поступают в реактор в виде холодного орошения, а балансовое количество в емкость 3, из которой метанол и отработанный ББФ разделяются в экстракторе 6 водой при температуре 40ºС и давлении 0,9 МПа.

Отработанная ББФ, отводимая сверху экстрактора 6, после охлаждения в конденсаторе-холодильнике 6 и разделении в сепараторе 9 отправляется в товарный парк.

Отгонка циркулирующего метанола от воды осуществляется в ректификационной колонне 7 (температура низа колонны 120 ºС, температура верха 70 ºС). Метанол выводится сверху колонны 7. Часть которого используется как орошение колонны, а балансовая часть циркулирует. Вода снизу колонны 7 после охлаждения подается в экстрактор 6 для разделения ББФ и метанола.

 

Примерный материальный баланс процесса

 

Взято

ББФ 95% масс.

в том числе

изо-бутилен 10% масс.

свежий метанол 5% масс.

Получено

МТБЭ 14% масс.

Отработанная ББФ 85% масс.

в том числе

изо-бутилен 0,05% масс.

Потери 1,0% масс.

 

Рисунок 18 - Производство метилтретбутилового эфира

ПЕРЕРАБОТКА ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ

3.4.1 Полукоксование твердых топлив (рисунок 19)

 

Полукоксование - процесс термической переработки твердых горючих ископаемых при высоких температурах без доступа воздуха. При этом происходит распад органической массы топлива, сопровождающийся выделением газообразных и жидких продуктов, вследствие чего получаемый твердый остаток по составу и свойствам существенно отличается от исходного топлива. Полукоксование проводится в интервале 500-550 °С. позволяют получать

Конечными продуктами процесса являются газ, смола, пирогенетическая вода (т.е. вода, образующаяся в результате термического распада топлива) и твердый остаток-полукокс. Из жидких фракций (смолы) и газовых смесей, путем разделения и очистки которых можно получить товарные продукты, либо использовать их в качестве сырья для синтеза моторных топлив и органических продуктов.

Метод Cogas один из перспективных процессов, в котором сочетаются многоступенчатый пиролиз угля и последующая частичная газификация полукокса.

Уголь, предварительно высушенный, измельченный (размер частиц 3 мм) и нагретый до 350 °С, подвергают полукоксованию в псевдоожиженном слое последовательно в трех пиролизеpax 1, 2 и 3 при температурах 450, 540 и 870°С соответственно. Продукты полукоксования отбирают только из двух первых аппаратов, а парогазовую смесь из третьего используют в качестве теплоносителя в первом и втором. В свою очередь, теплоносителем для третьего пиролизера служат продукты, получаемые при газификации полукокса в газогенераторе 4. В этом аппарате газифицируют не весь полукокс. Некоторую его часть направляют в печь 5, где он частично сжигается в воздухе, а нагретая при этом оставшаяся часть полукокса возвращается в газогенератор 4 как твердый теплоноситель.

 

Примерный материальный баланс процесса

 

Полукокс 54,4% (масс.)

Смола 23,6% (масс.),

Пирогенетическая вода 7% (масс.)

Газ 15% (масс.)

в том числе СО 21,1% (об.),

Н₂ 51% (об.),

СН₄ 20,9% (об.)

С₂Н₆ 6,0% (об.).

 

 

1, 2, 3 - пиролизеры, 4 - газогенератор, 5 – печь.

 

Рисунок 19 – Принципиальная схема процесса полукоксования твердых топлив

3.4.2 Газификация каменного угля (рисунок 20)

Газификация - высокотемпературный процесс взаимодействия углерода топлива с окислителями, проводимый с целью получения горючих газов (Н₂, СО, СН₄). В качестве окислителей, которые иногда называют газифицирующими агентами, используют кислород (или обогащенный им воздух), водяной пар, диоксид углерода либо смеси указанных веществ. В зависимости от соотношения исходных реагентов, температуры, продолжительности реакции и других факторов можно получать газовые смеси самого разного состава.

В настоящее время выявились следующие наиболее экономически эффективные области применения рассматриваемого метода: газификация сернистых и многозольных топлив с последующим сжиганием полученных газов на мощных тепловых электростанциях; газификация твердых топлив для крупномасштабного производства заменителей природного газа; газификация твердых топлив с целью получения синтез-газа, газов-восстановителей и водорода для нужд химической, нефтехимической и металлургической промышленности.

В газогенераторе Lurgi исходный уголь (размер частиц 5-30 мм) из бункера 2 периодически загружают в шахту 7 газогенератора, снабженную водяной рубашкой 12. При помощи охлаждаемого вращающегося распределителя 5 и перемешивающего устройства 6 топливо равномерно распределяется по сечению аппарата. Парокислородное дутье подают под вращающуюся колосниковую решетку 11, на которой находится слой золы. Этот слой способствует равномерному распределению газифицирующего агента. При вращении колосниковой решетки избыточное количество золы с помощью ножей 8 сбрасывают в бункер 14. Образующийся в аппарате газ проходит скруббер 10, где предварительно очищается от угольной пыли и смолы (в случае необходимости смолу можно возвратить в шахту газогенератора). Вращение распределителя 5 и колосниковой решетки 11 осуществляется от электродвигателей 4 и 9.

В шахте газогенератора поддерживают давление ~3 МПа, поэтому, чтобы обеспечить безопасную загрузку топлива и выгрузку золы, каждый из бункеров 2 и 14 снабжают двумя конусообразными затворами (1, 3, 13 и 15). При загрузке топлива в бункер 2 затвор 1 открыт, а затвор 3 закрыт. Для передачи топлива в шахту затвор 1 закрывают, по обводной газовой линии соединяют бункер с шахтой газогенератора (для выравнивания давления) и открывают затвор 5. Перед следующей загрузкой топлива в бункер 2 закрывают затвор 3, сбрасывают газ в линию низкого давления, продувают бункер азотом или водяным паром, а затем открывают затвор 1. Аналогично осуществляют выгрузку золы из бункера 14. Типичный газогенератор Lurgi имеет диаметр 4—5 м, высоту 7-8 м (без бункеров) и производительность по углю 600-1000 т в сутки.

 

Рисунок 20 - Газогенераторе Lurgi для газификации каменного угля

ПРОИЗВОДСТВО НЕФТЯНЫХ МАСЕЛ

3.5.1 Процесс деасфальтезации гудрона в сжиженном пропане (рисунок 23)

 

Назначение процесса – удаление смолисто-асфальтеновых веществ, полициклоароматических соединений из гудрона (полугудрона) с целью снижения коксуемости и получения сырья для процессов гидрокрекинга, каталитического крекинга, производства остаточных масел.

В качестве растворителей используют пропан, бутан, легкий бензин.

Продукты – деасфальтизат (идет на селективную очистку, гидрокрекинг, каталитический крекинг), и асфальт (компонент котельного топлива, битумов).

Сырьё насосом 1 через паровой подогреватель 2 подается вверх колонны деасфальтизации 3. Из емкости 21 насосом 22 через теплообменник 23 в низ деасфальтизационной колонны 3 подаётся пропан. Колонна 3 сверху оборудована встроенным паровым подогревантелем для регулирования качества деасфальтизата.

Сверху 3 раствор деасфальтизата проходит клапан регулятор 4, (давление снижают с 4,0 до 2,5 МПа), затем подается в горизонтальный испаритель высокого давления 5. Сверху 5 отводится пропан, а снизу раствор деасфальтизата, содержащий 20% пропана, поступает в горизонтальный испаритель низкого давления 6. Сверху 6 удаляется пропан. Деасфальтизат с 3 % пропана поступает в отпарную колонну 7. Снизу 7 деасфальтизат насосом 8 через холодильник 9 откачивается в товарный парк. Сверху 7 пары воды и пропана идут в конденсатор смешения 14.

С низа деасфальтизационной колонны 3 раствор асфальта поступает в печь 10, где нагревается до температуры 260-280 ^оС, затем в сепаратор 11, сверху которого отводится пропан, а снизу асфальт, содержащий до 2% пропана, через клапан регулятор 12 подается в отпарную колонну 13. Снизу 13 асфальт насосом 15 прокачивается через холодильник 16 и отводится в товарный парк. Сверху 13 пары воды и пропана поступают в конденсатор смешения 14, куда подаётся холодная вода. Сверху 14 пропан отводится в каплеотбойник 17, затем сжимается в компрессоре 18, охлаждается в конденсаторе-холодильнике 19 и собирается в емкости 21. Сверху 5, 6, 11 пропан поступает в пропановую линию, после компремирования охлаждается в конденсаторе-холодильнике 20 и также собирается в емкости 21. В емкость 21 предусмотрена подача свежего пропана.

Кратность пропана к сырью в зависимости от качества сырья 3-8: 1. Температура в колонне деасфальтизации: верха – 65-85 ^оС, низа – 55-65 ^оС. Температура ввода сырья – 130-170 ^оС.

 

 

Рисунок 23 – Принципиальная технологическая схема деасфальтезации гудрона в сжиженном пропане