Технологии переработки пропан-пропиленновой газовой фракции

Введение
Для получения изопропилового спирта обычно используют пропан-пропиленовую фракцию крекинг - газа (содержит 25—50% пропилена), а также пропиленовую фракцию газов пиролиза (содержит 70—80% пропилена, остальное—пропан и небольшие примеси этана и углеводородов.
Одно из ведущих мест среди вторичных процессов нефтепереработки принадлежит процессу каталитического крекинга тяжелых дистиллятных фракций на мелкодисперсных катализаторах. Целевым назначением процесса является получение высокооктанового бензина. Газы, богатые пропан- пропиленовой фракцией , находят широкое применение в качестве сырья для производства высокооктанового компонента бензина – алкилата, а также в производстве синтетического каучука и в нефтехимии.
Пропан – пропиленовой фракции из газов термического крекинга извлекается в среднем 67,5%, из газов каталитического крекинга – 61% потенциала.
 Пропан-пропиленовая фракция – бесцветный горючий газ. При нормальных условиях обладает слабо токсичными свойствами наркотического действия.
Пропан-пропиленовая фракция отправляется на установку Э-200 для получения товарного пропилена.
Технологической схемой предусматривается возможность выделения товарного пропилена в колонне С-116/117 при неработающей установке Э-200.
Пропан – пропиленовая фракцияНизкомолекулярные олефиновые углеводороды получаются в процессах термической, термокаталитической переработки природного газа и нефтяных дистиллятов в виде сложных углеводородов. Газы пиролиза являются основными источниками получения этилена и пропилена и других компонентов. С целью рационального использования основных целевых и побочных компонентов, получаемых при термической и термокаталитической переработке углеводородов необходимо выделить эти компоненты в чистом виде. Для этого требуется не только высокая концентрация 99,9% и выше, но и что ещё важнее – тщательное удаление некоторых микропримесей, таких как влага, О2, СО, СН=СН, СО2 и другие.
Для разделения углеводородов газовых смесей в промышленности применяются три основных метода:
Абсорбционно-ректификационный;
Конденсационно-ректификационный;
Абсорбционный и другие.
Широкое применение в промышленности нашли первые два метода, в которых основные компоненты газа переводятся вначале в жидкое состояние, а затем разделение чёткой ректификацией. Сжижение газов по первому методу осуществляется под давлением с применением лёгких абсорбентов. Разрыв между температурой кипения лёгких компонентов газа начинается от С2 и кончая С3 позволяет выделить эти компоненты в виде узких фракций или в чистом виде обычными методами низкотемпературной ректификацией. Этилен и пропилен с достаточно высокой концентрацией, поэтому одной ректификацией невозможно разделить углеводороды С4, т.к. температуры кипения весьма близки, поэтому для выделения чистых углеводородов обычно наряду с ректификацией применяют и другие специальные физико-химические методы.
Абсорбция – процесс поглощения газа или жидкости поглотителем. Условия: применяются повышенные давления и пониженные температуры, перед процессом проводится осушка с помощью осушителей. Абсорбция основана на различной положительной способности компонентов сырья в поглотителях.
Адсорбция – процесс поглощения газообразных или парообразных углеводородов мелкопористыми твёрдыми телами, адсорбентами (уголь, селикагель). Адсорбция - извлечение компонентов на сорбенте до полного насыщения последнего.
Хемосорбция. При хемосорбции поглощающееся вещество образует с поглотителем химическое соединение, легко выделяемое из смеси, и легко регенерируется. Хемосорбция применяется для выделения индивидуальных компонентов или групп из исходной смеси.
Конденсационно-ректификационный метод – это метод более экономичен по сравнению с абсорбционными методами, благодаря меньшим энергозатратам и позволяет выделить олефины высокой степени частоты при более высоком коэффициенте извлечения целевых продуктов. При этом методе исходный газ после сжатия, щелочной промывки и осушки охлаждающиеся до 55-60оС за счёт теплообмена с продуктами разделения и хладогента. Низкая температура создаётся этиленовыми холодильным цинком, а также холодом, получаемым при дросселировании. Выделенная метанно-водородная фракция содержит около 1% этилена и является хорошим регистрирующим агентом большинства абсорбентов, в том числе и молекулярных, применяемых для осушки пирогаза и его компонентов. Температура орошения верха колонны зависит от соотношения в газе водорода и метана, и чем выше это соотношение, тем ниже должна быть температура орошения.
Фракция пропан-пропиленовая предназначается для производства изопропилбензола, акриловой кислоты, изопропанола методом каталитической гидратации, а также как сырье для пиролиза.
№ п/п Наименование показателя Норма по ТУ 0272-024-00151638-99 с изм. №1 для марок
«А» «Б» «В»
1 Массовая доля компонентов, % 2,0 4,0 6,0
— сумма углеводородов С2, не более — пропан не норм. не норм. не норм.
— пропилен, не менее 65,0 42,0 25,0
— сумма углеводородов С4, не более 5,0 6,0 8,0
— сумма углеводородов С5 и выше, не более отсутствие отсутствие 1,0
2 Массовая доля сероводорода, % не более 0,002 0,002 0,02
3 Содержание свободной воды и щелочи отсутствие
Таблица1- Физико-химические показатели фракции пропан-пропиленовой
Фракция пропан-пропиленовая малотоксична, пожаро- и взрывоопасна, имеет специфический характерный запах. По степени воздействия на организм относится к веществам 4-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007.
Хранение фракции пропан-пропиленовой по ГОСТ 1510.
Описание технологической схемыВ России пропилен дегидрированием пропана получают по технологии UOP "Олефлекс" с непрерывной регенерацией платинового катализатора.
Производство дегидрирования пропана представляет собой процесс каталитического дегидрирования пропана в пропилен с использованием непрерывной регенерации катализатора.
Производство дегидрирования пропана состоит из трех основных секций:
- секции очистки сырья;
- реакторной секции;
- секции выделения продукта.
Каждая из данных секций, в свою очередь, включает в себя узлы переработки потока сырья. Секция очистки сырья предназначена для удаления метанола и извлечения азотных компонентов, металлов, воды и тяжелых углеводородов из свежего пропанового сырья. Удаление метанола необходимо, чтобы избежать образования окиси углерода в реакторах дегидрирования, который может вызвать дезактивацию катализатора. Примеси также могут вызвать дезактивацию катализатора.
Свежее сырье - пропановую фракцию - подают в промывочную колонну, где встречным потоком циркуляционной воды из него вымывается метанол. Обогащенную метанолом воду выводят из промывочной колонны и после нагрева направляют в метанольную колонну, где происходит процесс очистки воды от метанола. Балансовое количество метанола выводят потребителям. Отпаренную воду после охлаждения возвращают на промывку пропана.
Очищенную от метанола пропановую фракцию направляют далее последовательно сверху вниз через защитные адсорберы для удаления соединений азота и следов металлов. Для удаления воды, содержащейся в сырье после промывки, поток направляют в коагулятор (где отделяется основная масса принесенной воды) и осушители (заполненные адсорбентом, где отделяется остаточное количество воды от пропанового потока). Очищенный пропан направляют в депропанизатор для удаления тяжелых углеводородов.
Перед подачей в депропанизатор сырьевой поток обезметаноленного пропана смешивают с рецикловым пропаном из узла разделения пропан-пропиленовой фракции и направляют в теплообменник, где нагревают до 106°С. Пропан из теплообменника направляют в депропанизатор в виде парожидкостной смеси. Пары очищенного от тяжелых углеводородов пропана конденсируют в воздушном холодильнике и направляют в систему сепарации. В системе сепарации очищенный пропан смешивают с потоком водорода, после чего направляют в реакторную секцию.
Кубовый продукт из депропанизатора направляют в колонну отпарки, где происходит отделение легких углеводородов, которые направляют в топливную сеть, тяжелые углеводороды выводят потребителям.
Перед подачей в реакторную секцию в сырьевой поток впрыскивают диметилдисульфид (ДМДС). ДМДС предупреждает обуглероживание стали за счет образования слоя сульфида хрома на поверхности труб реакторов и печей, а также снижает протекание реакции термического расщепления пропана. Сырьевой поток последовательно направляют через 4 реактора, перед каждым входом в реактор продуктовый поток нагревают в печи. Дегидрирование пропана протекает под небольшим избыточным давлением при температуре 635-650°С в присутствии водорода.
В результате основной реакции происходит образование пропилена:
Параллельно с основной реакцией протекают побочные реакции с образованием пропадиена, метилацетилена, этилена, метана, тяжелых фракций:
Узел непрерывной регенерации катализатора обеспечивает непрерывную транспортировку катализатора по реакторам и его регенерацию (удаление кокса с поверхности). Поток катализатора из нижней части каждого из реакторов под действием собственного веса поступает в приемники катализатора, где охлаждается и очищается от углеводородов путем продувки отходящим водородным газом системы сепарации. Охлаждение катализатора необходимо для предотвращения повреждений в системе трубопроводов перемещения катализатора. В последнем накопителе катализатор продувают азотом от остаточного количества водорода и углеводородов для исключения их попадания в кислородосодержащую среду колонны регенерации.
В колонне регенерации катализатор выжигают от кокса с помощью потока смеси азота с кислородом. Также для предотвращения агломерации платины на поверхности катализатора в систему дозируют незначительное количество газообразного хлора.
На выходе из реакторов сырье охлаждают и направляют в компрессор продуктового потока. В компрессоре пропиленсодержащий поток сжимают и далее направляют в адсорбер на очистку от соединений хлора с помощью нерегенерируемого оксида алюминия. Приводом компрессора служит паровая турбина. Пар получают в трех паровых котлах (бойлерах) высокого давления за счет утилизации выделенных легких углеводородов и водорода.
Продуктовый поток направляют в узел осушки для удаления воды и сероводорода, который может вызвать отравление катализатора селективного гидрирования, а также ухудшить качество пропиленового продукта и топливного газа. После этого продуктовый поток направляют в систему сепарации.
Регенерацию осушителей обеспечивают подачей снизу вверх через адсорберы регенерирующего газа - смеси отходящего газа ректификационной секции деэтанизатора, водородного газа из системы сепарации и отходящего газа системы очистки водорода. Поток газа регенерации из адсорберов направляют в скруббер газов регенерации, где содержащийся в газовой смеси сероводород поглощается циркулирующим водным раствором щелочи. Очищенный углеводородный газ с верха колонны направляют в топливную сеть, отработанный раствор из куба колонны с максимальным конечным содержанием сульфидов натрия до 60 г/л направляют в емкость дегазации щелочи и далее в блок очистки. Технология очистки сульфидных стоков Shell-Paques представляет собой биологический процесс обезвреживания сульфидных стоков с применением живого биохимического катализатора - серобактерий, которые преобразуют серосодержащие соединения до конечных продуктов окисления - сульфатов, при этом отходящий очищенный поток после биореактора содержит менее 1 мг/л сульфидов.
Система сепарации предназначена для выделения из продуктового потока водорода, направляемого в систему очистки водорода, а также для получения смешанного потока сырьевого пропана с водородом.
На начальном этапе в системе сепарации продуктовый поток после охлаждения разделяют в сепараторе высокого давления на два потока: газовый (водородосодержащий поток) и жидкий (пропан-пропиленовый поток). Далее газовый поток направляют в сепаратор среднего давления, где разделяют на два потока (газовый и жидкий). На следующем этапе оставшийся газовый поток направляют через турбодетандеры в сепаратор низкого давления, где отделяются оставшиеся углеводороды С3. Жидкий пропан-пропиленовый поток направляют из всех сепараторов в испарительную емкость, где отделяются легкие углеводороды, которые возвращают в систему. Пропан-пропиленовый поток направляет в реактор селективного гидрирования.
Избыточный поток водородсодержащего газа из узла сепарации направляют в систему очистки водорода, где методом короткоцикловой адсорбции разделяют на водород (99,99%) и поток углеводородного газа. Основную часть водорода возвращают в реакторную секцию для восстановления и нагрева катализатора, часть потока водорода компримируют и направляют на производство полипропилена и в реактор селективного гидрирования. Углеводородный газ из системы очистки водорода направляют в топливную сеть.
Процесс селективного гидрирования Huels представляет собой высокоселективную технологию с неподвижным слоем катализатора, предназначенную для гидрирования ацетиленовых углеводородов и диолефинов водородом в моноолефины. Вследствие своей высокой селективности глубина превращения ацетиленов и диенов составляет до 100%, потери пропилена при насыщении являются минимальными.
Далее пропан-пропиленовый поток направляют в деэтанизатор.
На входе деэтанизатора пропан-пропиленовый поток смешивают с рецикловым потоком производства полипропилена. Кубовый продукт с низа отпарной колонны направляют на разделение в пропан-пропиленовую колонну, пары с верха колонны направляют в ректификационную секцию деэтанизатора. Кубовый продукт ректификационной секции деэтанизатора возвращают в качестве орошения в отпарную колонну деэтанизатора, пары с верха ректификационной секции направляют на регенерацию осушителей продуктового потока.
Пропан-пропиленовая колонна состоит из 180 ректификационных тарелок, такое количество обусловлено близкими температурами кипения пропана и пропилена. С куба колонны непреобразованный пропан возвращают в депропанизатор. С тарелок отбирают непрореагировавшие ацетиленовые углеводороды и диолефины, поток которых возвращают в реактор селективного гидрирования. Пары с верха пропан-пропиленовой колонны направляют на всас компрессора теплового насоса. После первой ступени компрессора теплового насоса пары пропилена направляют в ребойлеры пропан-пропиленовой колонны. В ребойлерах утилизируют тепло пропиленового газового потока, образованное в процессе сжатия на первой ступени компрессора, пары конденсируют и направляют на орошение пропан-пропиленовой колонны. Сжатый пропиленовый газ со второй ступени компрессора конденсируют и также возвращают на орошение пропан-пропиленовой колонны, балансовое количество направляют в буферные емкости промежуточного хранения пропилена и далее на производство полипропилена.
Основным продуктом производства является пропилен с концентрацией не менее 99,5% масс. Описание процесса дегидрирования пропана приведено в таблице 2, принципиальная схема представлена на рисунке 1.
Входной поток Стадия Выходной поток Основное Природо-
технологического процесса Основные, побочные и промежуточные продукты Эмиссии технологическое оборудование охранное оборудова-ние
1 2 3.1 3.2 4 5
Пропановая фракция Удаление метанола Обезметаноленный пропанМетанол потребителям Промывочная колоннаМетанольная колонна Обезметаноленный пропан Осушка пропана Осушенный пропан Осушитель пропана Абсорбер защитный
Осушенный пропанРецикловый пропан со стадии газоразделения Удаление тяжёлых углеводородов Тяжелые углеводороды потребителямПропан Колонна Пропан. Очищенный продуктовый поток со стадии осушки продуктового потока и очистки регенерационного газа Сепарация и очистка водорода Пропан + водород на стадию дегидрирования.Пропан-пропиленовый продукт на стадию гидрирования Адсорбер. Турбодетандер Пропан + водород. Отрегенерированный катализатор со стадии непрерывной регенерации. Топливный газ Дегидрирование Продуктовый поток на стадию компримирования. Закоксованный катализатор на стадию непрерывной регенерации Реактор дегидрирования. Трубчатая печь. Бойлер пара высокого давления Закоксованный катализатор со стадии дегидрирования. Воздух Непрерывная регенерация катализаторе* Отрегенерированный катализатор на стадию дегидрирования Колонна регенерации ___________________* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных. 

Продуктовый поток со стадии дегидрирования Компримирование продуктового потока Компримированный продуктовый поток Компрессор Компримированный продуктовый поток. Щелочь. Гидрокарбонат натрия. Адсорбенты. Биомасса Осушка продуктового потока и очистка регенерационного газа Очищенный продуктовый поток на стадию сепарации и очистки водорода Очищенные стоки Осушитель Скруббер газа регенерации Адсорбер соединений хлора. Биореактор очистки сульфидно-щелочных стоков
Пропан-пропиленовый продукт со стадии сепарации и очистки водорода. Водород Гидрирование Пропан-пропиленовый продукт Реактор селективного гидрирования Пропан-пропиленовый продукт. Рецикл пропилена от производства полипропилена Газоразделение ПропиленРецикловый пропан на стадию удаления тяжелых углеводородов Ректификационная колоннаОтпарная Таблица 2 - Описание технологического процесса дегидрирования пропана
Рисунок 1 - Принципиальная схема процесса дегидрирования пропана
ЗаключениеПолезная модель относится к области получения низших олефинов, в частности, к установкам по выделению пропилена из ППФ различного происхождения, в том числе и пиролизного.
Установка выделения пропилена из ППФ любого происхождения, включающая депропанизатор, узел гидрирования ацетиленистых в ППФ и колонну выделения пропилена из ППФ, дополнительно перед депропанизатором содержит одну или две колонны для выделения из пропан-пропиленовой фракции непиролизного происхождения углеводородов С1-C2, С5+,, и других нежелательных примесей и подогреватель для очищенной ППФ непиролизного происхождения, выходная линия которого соединена с патрубками подачи данной фракции, расположенными выше 20 тарелки и ниже 27 тарелки депропанизатора.
Технический результат - увеличение выработки пропилена полимеризационной чистоты.
Список использованной литературы1. Анисимов И. В. Автоматическое регулирование процесса ректификации. М: 2015. - 180 с.
2. Капустин В.М., Гуреев А.А. Технология переработки нефти. М: КолосС, 2017. – 456 с.
3. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Уфа : Гилем, 2015. – 672с.
12. Кадырбекова, Ю. Д. Ведение технологического процесса при всех способах добычи нефти, газа и газового конденсата. Учебник / Ю.Д. Кадырбекова, Ю.Ю. Королева. - М.: Издательский центр "Академия", 2015. - 320 c.
3. Андреев, А.Ф. Основы проектного анализа в нефтяной и газовой промышленности / А.Ф. Андреев, В.Ф. Дунаев, В.Д. Зубарева, и др.. - М.: Олита, 2018. - 342 c.
5. Бакулин, В.Н. Газовые топлива и их компоненты. Свойства, получение, применение, экология. Справочник / В.Н. Бакулин. - М.: Московский энергетический институт (МЭИ), 2018. - 206 c.
6. Берс, Л. Математические вопросы дозвуковой и околозвуковой газовой динамики / Л. Берс. - М.: [не указано], 2018. - 834 c.
7. Богоявленский, О.И. Методы качественной теории динамических систем в астрофизике и газовой динамике / О.И. Богоявленский. - М.: [не указано], 2016. - 859 c.