Установка пиролиза нефтяного сырья

Назначением процесса пиролиза — наиболее же­сткой формы термического крекинга — является получение углеводородного газа с высоким содержа­нием непредельных, и в первую очередь этилена, поэтому часто установки пиролиза называют этиле­новыми установками. Процесс может быть направлен и на максимальный выход пропилена или бутиленов и бутадиена [18, 19].

Получаемый с помощью пиролиза этилен идет на производство оксида этилена, пластических масс и полимеров. Образующийся в процессе пиролиза пропилен используется в основном для производства полипропилена, акрилопитрила и бутадиена.

Сырьем для процесса пиролиза служат угле­водородные газы, легкие бензиновые фракции, газо-конденсатьт, рафинаты каталитического рнформинга, керосиновые и газойлевые фракции; ведутся иссле­дования по пиролизу нефтей и нефтяных остатков. Выбор сырья определяется целью пиролиза, а также доступностью сырья, его количеством, стоимостью, а также экономическими показателями процесса. От качества сырья и технологического режима уста­новки зависят выходы продуктов пиролиза. Наи­больший выход этилена получается при пиролизе этана. По мере утяжеления сырья выход этилена снижается с одновременным увеличением выхода пиролизной смолы {углеводородов С₆ и выше) и кокса. С повышением температуры процесса и умень­шением времени реакции выход этилена увеличи­вается. Для повышения выхода непредельных и снижения коксообразования в реакционную смесь подают различные разбавители, например водяной пар, водород, метан или метано-водородную смесь.

Известны различные варианты пиролиза: с твер­дым теплоносителем, в перегретом водяном паре, в электроразрядных трубках, в вольтовой дуге, в системе с катализатором. Наибольшее же распро­странение в промышленности получил пиролиз в трубчатых печах.

Основными продуктами современных пиролиз-ных установок являются: этилен чистотой 99,9% (масс.), пропилен чистотой 99,9% (масс.), бутан-бутадиеновая фракция, содержащая 30—40% (масс.) бутадиена, 25—30% (масс.) изобутилена и 15—30% (масс.) н-бутилена, и смола пиролиза. Смола пиролиза разгоняется на фракции по разным вариан­там. Например, на установке ЭП-300 выделяют аро­матизированную фракцию н.к.—150°С, содержа­щую 25—30 % (масс.) бензола, 20—25 % (масс.) толуола и 10—15% (масс.) ксилолов для экстрак­ции ароматических углеводородов; фракция 150— 250°С служит дистиллятным топливом, а фракция 250—400^СС — компонентом котельного топлива. На одной из зарубежных установок (ФРГ) смолу раз­гоняют на бензин до 200°С и остаток. На некоторых заводах СССР из смолы получают следующие фрак­ции: н.к.—70°С, являющуюся компонентом бен­зина; 70—130 °С, используемую для извлечения ароматических углеводородов; 130—160^оС, иду­щую на полимеризацию с получением полимеров стирола; 160—190°С, полимеризуемую в инден-кумароновую смолу; 190—230^оС, используемую для извлечения нафталина, и остаток >230°С — пек пиролиза, используемый для получения кокса, пеков или технического углерода.

Установка пиролиза состоит из реакторного блока, секции выделения пирогаза и разделения смолы, секции компримирования, очистки и осушки газа пиролиза и секции газоразделения. На рис. III-8 изображена упрощенная технологическая схема установки пиролиза ЭП-300, спроектированная Уфимским филиалом ВНИПИнефть. Сырьем уста­новки служит фракция 62—180^оС прямогоиного бензина и фракция 62—140°С бензина-рафината каталитического риформинга. Предусмотрен также пиролиз этана и пропана, получаемых в процессе и с заводских ГФУ.

Бензин, нагретый в теплообменнике 1 за счет тепла фракции 250—400°С, подается в девять парал­лельно работающих трубчатых печей 2 (на схеме показана одна), а этан-пропановая фракция, подо­гретая в теплообменнике 6 фракцией 150—250°С, подается в одну, десятую, трубчатую печь 5. На вы­ходе из камеры конвекции в сырье вводится водяной пар в количестве 50% (масс.) по бензину и 30% (масс.) по этан-пропану. Температура на выходе из змеевиков печей 810—840^оС, продолжитель­ность реакции 0,3—0,6 с. Продукты реакции далее попадают в трубы закалочных аппаратов 3, работаю­щих по принципу котлов-утилизаторов. В межтруб­ное пространство из паровых барабанов 4 под дав­лением 12 МП а подается горячая вода. За счет тепла продуктов реакции вода превращается в пар высо­кого давления, которым питается турбокомпрес­сор 26.

Продукты пиролиза выходят из закалочных ап­паратов 3 с температурой 400°С и направляются в низ промывочной ректификационной колонны 11. Здесь они встречаются с охлажденным потоком фрак­ции 150—250°С (квенчннгом), подаваемым в сере­дину колонны 11, охлаждаются до 180^оС и отмы­ваются от твердых частиц углерода. Тяжелый кон­денсат с низа колонны забирается насосом 12 и по­дается на ректификацию в колонну 16. Газы и пары, поднимающиеся из нижней части колонны 11, про­ходят глухую тарелку и дополнительно промы­ваются и охлаждаются до 100°С, контактируя с флег­мой, создаваемой верхним холодным орошением. Конденсат с глухой тарелки забирается насосом 10 и направляется па ректификацию также в колонну 16. Выходящий с верха колонны 11 газ с парами легких фракций охлаждается в водяном холодильнике 14 до 30°С и направляется в сепаратор 20. С верха се­паратора газ забирается I ступенью турбокомпрес­сора 26. Конденсат с низа сепаратора 20 насосом 19 подается на орошение в колонну 11 и на ректифи­кацию в колонну 16. Нижний продукт колонны 16 -компонент котельного топлива (фракция 250— 400°С) — забирается насосом 17, прокачивается че­рез теплообменники 1, нагревая сырье, затем ох­лаждается в аппарате воздушного охлаждения 13 и удаляется с установки.

Из средней части колонны 16 насосом 18 выво­дится дистиллятная фракция 150—250°С, которая подогревает воду в теплообменнике 8, этан-пропановую фракцию в теплообменнике 6 и охлаждается воздухом в аппарате 9. Часть этой фракции цирку­лирует в качестве квенчипга через колонну 11, а балансовое количество идет в промежуточный парк установки.

Пары фракции н. к. —150°С, выходящие с верха колонны 16, конденсируются в конденсаторе-холо­дильнике 15 и с температурой около 30 °С поступают в сепаратор 21. С низа сепаратора фракция и. к. 150°С насосом 22 подается на орошение колонны 16, а балансовое количество выводится с установки. Газы с верха сепаратора 21 идут на I ступень турбо­компрессора 26,

Турбокомпрессор работает на паре давлением 3 МПа, поступающем из котлов-утилизаторов уста­новки. Отработанный водяной пар используется для разбавления сырья и подается в печи, а избыток отводится в заводской паропровод.

Компримирование газа до 6,5 МПа осуществ­ляется в пять ступеней. После каждой ступени сжа­тия газ охлаждается в холодильниках 25 и отделяется, от конденсата в газосеиараторах 24. Конденсат на­сосом 23 возвращается в сепаратор 20. После IV ступени компримироваиия газ проходит очистку рас­твором МЭА в колоннах 28 и 30. На верх колонны 28 подается охлажденный в водяном холодильнике 29 15%-ный водный раствор МЭА, который погло­щает из газа, поднимающегося с низа колонны, серо­водород и диоксид углерода. Очищенный газ воз­вращается на V ступень турбокомпрессора, а насы­щенный раствор МЭА нагревается в паровом подогре­вателе 31 и подается на регенерацию в колон­ну 30.

После V ступени компримирования газ прохо­дит осушку цеолитами в колонне 27, охлаждается в холодильниках 32, 33 и 34 за счет холодных по­токов пропилена, этилена и метана и подается в ко­лонну 35 для выделения метана (деметанизатор). Колонна работает при давлении 6,1 МПа и темпера­туре верха —30 ^СС. Выходящая с верха водородо-метановая смесь охлаждается пропаном в холодиль­нике 36 и отделяется от конденсата в сепараторе 37. Конденсат насосом 39 подается как орошение в ко­лонну 35, а водороде-метановая смесь через тепло­обменник 34 удаляется с установки.

Остаток из "колонны 35 перетекает в колонну 40 (деэтанизатор), работающую при давлении 4,41 -4,7 МПа. Выходящая с верха этан-этиленовая фрак­ция разбавляется водородом, подогревается паром в подогревателе 41 и поступает в реактор селектив­ного гидрирования ацетилена 42 на катализаторе ГИПХ-108 при давлении 1,96—2,45 МПа. Катализат охлаждается в холодильнике 43 и отделяется от водорода в сепараторе 44. Водород поступает на IV ступень турбокомпрессора, а этан-этиленовая фракция насосом 45 подается на орошение колонны 40 и на разделение в этиленовую колонну 46, работаю­щую при давлении 1,47—1,57 МПа и температуре верха 15^оС (предусмотрена возможность увеличе­ния давления до 2,8 МПа и снижения температуры до — 15^оС). Верх колонны охлаждается пропаном. Этилен проходит газосепаратор 47, теплообменник 33 и покидает установку. С низа колонны 46 выводится этап, который направляется в печь пиролиза 6. Остаток из колонны 40 перетекает в колонну 49 (депропанизатор). Выходящая с верха этой колонны пропан-лропиленовая фракция после подогрева па­ром в подогревателе 50 подвергается селективному гидрированию в реакторе 51. Охлажденный в холо­дильнике 52 гидрогенизат отделяется от водорода в сепараторе 53. Водород забирается IV ступенью турбокомпрессора, а пропан-прониленовая фракция насосом 54 подается в пропиленовую колонну 55. Часть этой фракции циркулирует в качестве ороше­ния через колонну 49. Давление в пропиленовой колонне 1,96—2,16 МПа, температура верха 40— 45°С. Пропилен, выходящий с верха колонны 55, охлаждается и конденсируется в холодильнике 56, собирается в сборнике 57, откуда насосом 59 частично подается па орошение колонны 55, остальное коли­чество через теплообменник 32 покидает установку. Пропан с низа колонны 55 идет на пиролиз или вы­водится с установки.

Остаток из колонны 49 перетекает в бутановую колонну 60 (дебутанизатор), давление в которой 0,69 МПа, температура верха 50°С. Выходящая с верха колонны бутан-бутиленовая фракция кон­денсируется в холодильнике 61, стекает в сборник 62 и насосом 64 откачивается с установки. Часть ее служит орошением колонны 60. С низа колонны от­качивается смола пиролиза. Низ колонн 35, 46, 55 и 60 обогревается с помощью паровых кипятиль­ников 38, 48, 58 и 63. В остаток колонны 40 на пути в колонну 49 предусмотрен ввод очищенной завод­ской пропан-пропиленовой фракции (фракция С₃).

Материальный баланс установки ЭП-300:

Взято Прямогонный бензин Бензин-рафинат Заводская пропан-пропиленовая фракция	% (масс.) 67,2 25,5 7,3	тыс. т/год 791,3 300,0 83,2
Итого	100,0	1174,5
Получено Водородно-метановая фракция Этилен Пропилен Пропан Бутан-бутилены Фракция н.к.-150оС Фракция 150-250оС Остаток >250оС Потери	% (масс.) 17,7 25,5 16,2 1,0 12,2 19,9 1,5 3,3 2,7	тыс. т/год 206,4 300,3 190,2 11,8 144,8 233,1 17,5 38,7 31,7
Итого	100,0	1174,5

Технико-экономические показатели установки на 1 т этилена:

Сырье, т Вода, м3 Электроэнергия, кВт ч Пар (с ТЭЦ), Дж Топливо, 1 т условного топлива

3,82 570,40 209,30 1,67 0,22