книги из ГПНТБ / Суханов, В. П. Переработка нефти учебник

хромистые стали. В условиях умеренной коррозии применяют ста­ ли с содержанием 5—8% хрома марок Х5, Х8, Х5М, ХЗВФ.

Корпуса и днища ряда аппаратов, в том числе корпуса тепло­ обменников реакторного отделения, для сокращения расхода леги­ рованных никельсодержащих сталей изготовляют из двухслойной стали — обычной углеродистой стали (Ст. 3) и высоколегированной, например ЭИ496. Высоколегированной стали берут тонкий слой, так как она более дорогая, и этот слой соприкасается с коррозионной средой.

На конструкцию реакторов влияют многие показатели процесса (температурный эффект реакции, гидравлическое сопротивление, величина циркуляции, объемная скорость подачи сырья и т. д.). Раз­ мер или число реакторов зависит в первую очередь от объемной скорости подачи сырья, т. е. от объема загружаемого катализато­ ра. Температурный эффект реакции влияет на число слоев катали­ затора, между которыми вводится охлаждение: газ, сырье, газо­ сырьевая смесь и т. д..Гидравлическое сопротивление в реакторах

221

кольцо; 3 —штуцер для вхо­

решетка с сеткой; 6 — шту­ цер для выгрузки катализа­ тора; 7 — фарфоровые ша­ рики; S— пространство для катализатора; 9 — футеровка реактора (торкретбетон, ар­

мированный панцирной сет­ кой); 10 — распределитель­ ная тарелка (для равномер­ ного распределения катали­

пич; 14 — отбойный шнток

5

понижается с уменьшением скорости газо-продуктивной смеси в сво­ бодном сечении реактора, т. е. с увеличением площади сечения реактора.

На рис. 104 приведена схема устройства реактора гидроочистки дизельных топлив. Он представляет собой цилиндрический верти­ кальный'сосуд с шаровыми днищами. Катализатор загружают в реактор через верхний штуцер, а выгружают через нижний. Во из­ бежание «удара» паров продукта и газа и вследствие этого исти­ рания катализатора в верхней части реактора имеется распредели­ тельная тарелка. Паро-газовая смесь через слой катализатора про­ ходит в аксиальном направлении. Остальная аппаратура, оборудо­ вание и контрольно-измеритёльные приборы установки имеют очень много общего с оборудованием, аппаратурой и приборами, приме­ няемыми на установках для каталитического риформинга.

По окончании процесса гидрирования, длительность которого определяется степенью падения активности катализатора, один из блоков установки переводят на регенерацию катализатора — выжиг отложившихся на катализаторе кокса и серы. Оба блока имеют об­ щую систему регенерации, которая рассчитана на регенерацию ка­ тализатора с одного блока.

На каждом нефтеперерабатывающем заводе имеются инструк­ ции по пуску, эксплуатации и остановке установки. На установках для гидроочистки много такого же оборудования, как на других, уже описанных установках. Остановимся на особенностях пуска установки для гидроочистки на примере одной из них (Л-24-6).

Загрузка катализатора. Катализатор перед загрузкой просеи­ вают на сите с ячейками 3X3 мм для отделения мелочи. Загружают катализатор через брезентовый рукав, опущенный до уровня загру­ жаемой тарелки; по мере загрузки рукав поднимают для уменьше­ ния механического разрушения гранул катализатора.

С этой же целью в нижней части аппарата перед загрузкой ка­ тализатора размещают слой фарфоровых шариков; такими же ша­ риками покрывают верхний слой катализатора (после его загрузки в реактор). .

Прием инертного газа. После заполнения системы инертным га­ зом (по инструкции) поднимают давление до 30—32 кгс/см2, затем включают центробежный компрессор и налаживают циркуляцию инертного газа. Одновременно производят отдув части его по линии сброса в линию топочного газа до тех пор, пока содержание кис­ лорода в циркулирующем газе будет не более 0,3% (объемн.).

Затем проверяют на проходимость аварийные линии установки, а также факельную линию, по которой подается газ для снятия теп­ ла в реакторе, тем же инертным газом. При этом устраняют все замеченные дефекты в системе.

Если выявится необходимость в прокалке катализатора, то по­ вышают температуру газо-воздушной смеси до 550—560° С (на вы­ ходе из печи) и концентрацию кислорода до 1,5%.

223

Г л а в а 7

ПРОЦЕССЫ ПЕРЕРАБОТКИ ЛЕГКИХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

§ 28. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Легкие углеводороды содержатся в природных горючих газах, а также в газах, получаемых при переработке нефти, особенно с применением термоконтактных процессов.

Природные горючие газы состоят в основном из смеси углеводо­ родов парафинового ряда. Кроме углеводородов в состав .газовой смеси могут входить азот, двуокись углерода, пары воды, сероводо­ род и иногда гелий и аргон.

Месторождения, где добывают природные газы, делятся на три основные группы.

1. Чисто газовые месторождения. Все поры продуктивных пла­ стов этих месторождений заполнены сухим газом, практически сво­ бодным от тяжелых углеводородов. Пластовое давление достигает

100кгс/см2 и более.

2.Газо-нефтяные месторождения, в пластах которых газ рас­

творен в нефти или находится в газовой шапке. Количество газа в м3, приходящееся на 1 т добытой нефти (в стандартных условиях — давление 1 кгс/см2 и температура 20°С), называется газовым фак­ тором. Он колеблется от 5 до 500 для различных месторождений.

3. Газоконденсатные месторождения. Вследствие повышенного давления, доходящего иногда до 250—300 кгс/см2, в газах этих ме­ сторождений растворено некоторое количество высококнпящих углеводородов '(включая фракции дизельного топлива). На некото­ рых газоконденсатных месторождениях на 1 м3 извлеченного из пласта газа приходится до. 500 см3 жидких углеводородов (бргатых нафтеновыми углеводородами). ■

Примерный состав природных газов некоторых месторождении

СССР приведен в табл, 21.

Природные и горючие газы перерабатывают на газоперерабаты­ вающих заводах, которые строятся на крупных нефтяных и газо­ вых промыслах. Основные продукты первичной переработки этих газов — газовый бензин, сжиженные и сухие газы, технические углеводороды: этан, пропан, изобутан, н-бутан, пентан и изопентан.

Для улучшения качества продуктов и условий эксплуатации обо­ рудования газоперерабатывающих заводов газы предварительно очищают от механических примесей (частиц пыли, песка, продуктов коррозии газопроводов и т. д.), осушивают и очищают от серово­ дорода и двуокиси углерода.

224

Т а б л и ц а 21. Примерный состав природных газов некоторых месторождений СССР

П р и м е ч а н и е . Часть легких углеводородов остается в нефти. Например, волжско-уральская нефть содержит метана 0,2%, этана 0,7, пропана 4,4% и т. д. Большая часть их теряется при хранении в открытых резервуарах.

Другими источниками получения легких углеводородов являют­ ся продукты стабилизации нефти на промыслах и продукты выде­ ления при переработке конденсатов с газоконденсатных месторож­ дений. Конденсат содержит как легкие углеводороды, так и более тяжелые, входящие в состав бензинов и дизельного топлива.

На нефтеперерабатывающих заводах, особенно на тех, которые широко используют термокаталитические процессы, также получа­ ют легкие углеводороды. Следует отметить, что газ, получаемый на таких заводах, содержит не только предельные парафиновые угле­ водороды, но и непредельные — олефины. Этим и отличается со­ став газа, получаемого на нефтеперерабатывающих заводах, от со­ става газа, получаемого при стабилизации нефти на промыслах и на газобензиновых заводах.

Для выделения легких углеводородов разработан ряд процессов, которые осуществляются ша . газофракционирующей установке (ГФУ), абсорбционно-фракционирующей установке (АГФУ) ицент- рально-газофракционирующей установке (ЦГФУ). На ГФУ пере­ рабатывают газы, не содержащие непредельных углеводородов, на АГФУ — газы со вторичных термоконтактных процессов, содержа­ щие непредельные углеводороды, а на ЦГФУ — газы широкого фракционного состава с газоперерабатывающих (природный газ) заводов и с установок на нефтепромыслах (комплексных по подго­ товке нефти и нефтестабилизационных). Некоторые из газов, полу­ чаемых на этих установках, поступают на последующую перера­ ботку в процессах полимеризации, алкилирования и изомеризации. Остальные газы используют как топливо (сухой газ) и сырье для получения водорода и нефтехимических продуктов.

Применяя эти процессы, можно получить много цепных продук­ тов, необходимых для повышения качества бензинов и являющихся сырьем для химической промышленности.

Природные и попутные нефтяные углеводородные газы, так же как и газы с нефтеперерабатывающих заводов, являются ценным сырьем как для производства топлива, так и для нефтехимической промышленности.

В некоторых случаях для увеличения ресурсов непредельных углеводородов их дополнительно получают путем пиролиза углеводородного сырья; в зависимости от используемого сырья, а также устанавливаемого режима, в процессе пиролиза можно получать различный выход непредельных углеводородов.

Иногда не ограничиваются применением процессов, при помощи которых по­ лучают непредельные углеводороды с одной двойной связью (олефины), а ведут технологический процесс с применением различных катализаторов для получения непредельных углеводородов с двумя двойными связями (диенами) или даже с

тройной связью (ацетиленом).

С двумя двойными связями путем дегидрирования в одну или две ступени по­ лучают дивинил из бутана и изопрен из изопентана. Эти углеводороды, обычно называемые мономерами, используют для получения каучуков. Особенно ценится изопреновый каучук, так как по своим свойствам он превосходит натуральный.

Этилен и пропилен, получаемые в значительных количествах при пиролизе, обычно используют в нефтехимических процессах для получения полиэтилена, окиси этилена, этилбензола, синтетического этилового спирта и др. (при перера­ ботке этилена), изопропилбензола, полипропилена, бутилового спирта, НАКа и др. (при переработке пропилена).

§ 29. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

Основные методы разделения газовых смесей

Основными физическими методами разделения газовых смесей являются компрессионный, абсорбционный, адсорбционный, ректи­ фикация и конденсационный (основной при разделении газов пиро­ лиза).

Компрессионный метод основан на сжатии газа компрессорами и охлаждении его в холодильнике. При сжатии газов они частично переходят из газовой фазы в жидкую, которая и представляет со­ бой нестабильный газовый бензин. С повышением давления и пони­ жением температуры количество жидкой фазы возрастает, причем сконденсировавшиеся углеводороды облегчают переход более лег­ ких компонентов в жидкое состояние, так как последние растворя­ ются в жидких компонентах. Для большинства попутных газов оп­ тимальное давление при компрессии от 20 до 40 кгс/см2. Газ сжи­ мают в две или три ступени компрессорами. Сжатый газ после каждой ступени охлаждается в холодильнике и поступает в газосепаратор, откуда конденсат направляется в емкость нестабильного газового бензина, а газ — на следующую ступень сжатия.

Конденсат от всех ступеней сжатия подвергают стабилизации для получения стабильного газового бензина и сжиженных газов, а газ после последней ступени сжатия поступает в систему сухого газа или на фракционирование для получения технических инди­ видуальных углеводородов.

226

Компрессионный метод применяют для отбензинивания жирных газов, содержащих более 150 г/м3 тяжелых углеводородов.

Одним из недостатков компрессионного метода является нечет­ кое отделение легких углеводородов от тяжелых в сепараторах, что приводит к попаданию части легких углеводородов в газовый бензин и потере части тяжелых углеводородов с газовой фазой. В результате снижается его отбор от потенциала и газовый бензин получается все же нестабильным. Для углубления отбора пропано­ вой фракции компрессионный метод применяют в комбинации с другими, более эффективными методами, рассматриваемыми ниже.

Абсорбционный метод. Абсорбцией называется процесс поглоще­ ния газов или паров из газовых или паро-газовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). При физической абсорбции, проис­ ходящей в рассматриваемом методе, поглощаемый газ (абсорбтив) не взаимодействует химически с абсорбентом *. Физическая абсорб­ ция в большинстве случаев обратима, на этом свойстве основано выделение поглощенного газа из жидкости — десорбция. Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно применять погло­ титель и выделять из него поглощенный компонент в чистом виде.

Абсорбционный метод разделения газов основан на избиратель­ ном поглощении жидкостью (бензин, керосин, дизельный дистиллят) отдельных компонентов газовой смеси. Чем выше молекулярный вес углеводородов, содержащихся в исходном газе, тем больше их рас­ творяется в абсорбенте. Количество растворенных углеводородов возрастает также с повышением давления и понижением темпера­ туры (при абсорбции выделяется тепло в количестве, равном при­ мерно теплоте конденсации растворенного углеводорода).

Принципиальная схема маслоабсорбционной установки для от­ бензинивания простая. Газ под давлением 5—12 кгс/см2 поступает в абсорбер, оборудованный обычно 20 тарелками. Насыщенный аб­ сорбент последовательно нагревается в теплообменниках и подо­ гревателе и поступает в низ десорбера, куда подается острый водя­ ной пар. Обычно десорбция проходит под давлением 3—5 кгс/см2 и температуре внизу десорбера 120—150° С.

Наверху десорбера отпаренные углеводороды поступают в кон­ денсатор-холодильник, а оттуда в паро-жидкой фазе — в водоотде­ литель. Воду спускают в канализацию, а бензин через переливную перегородку стекает в емкость орошения. Несконденсированные пары идут на повторную абсорбцию или используются как топливо.

Часть нестабильного бензина из емкости орошения подают на орошение, а большую часть перекачивают в товарную емкость или на стабилизацию. Регенерированный абсорбент из низа десорбера самотеком отводится через теплообменники и холодильники в про­ межуточную емкость, откуда вновь подается в абсорбер.

Для уменьшения потерь пропана из-за неполноты конденсации паров из десорбера несконденсированные пары подвергают повтор­

* Если же абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение, то та­ кой процесс называется хемсорбцией.

ной компрессии, охлаждению и конденсации. Принципиальная схе­ ма такой установки показана на рис. 105.

При использовании этого метода удается извлечь только около 50% имеющегося в исходном газе пропана. Для повышения степени извлечения сжиженных газов применяют фракционирующий абсор­ бер (абсорбер— десорбер), представляющий собой комбинирован­ ную колонну, в верхнюю часть которой с меньшим диаметром по-

Рис. 105. Принципиальная схема маслоабсорбционной установ­ ки с рекомпрессией:

ступает холодный абсорбент, а нижней сообщается тепло (рие. 106). Жирный газ подают в среднюю часть аппарата. В этом аппарате обычно бывает 40—50 тарелок, которые распределяются примерно поровну между абсорбционной и десорбционной секциями. Из верх­ ней части фракционирующего абсорбера выводят сухой газ С]—С2, а из нижней насыщенный абсорбент.

Применение абсорбционного метода с фракционирующим абсор­ бером позволяет извлечь из исходного сырья 70—90% пропана, 97—98% бутана, весь пентан и более тяжелые компоненты.

Аде-орбционный метод. Адсорбция — это процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора твердым веществом — адсорбентом. Поглощаемое вещество назы­ вается адсорбат, или адсорбтив. Процессы адсорбции обычно обра­ тимы. На этом свойстве основано выделение из адсорбента погло­ щенных им веществ — проведение десорбции.

Сущность метода заключается в способности пористых твердых тел — таких, как активированный уголь, силикагель, молекулярные сита, — адсорбировать на своей поверхности различные углеводо­ роды. Количество адсорбированных углеводородов зависит от при­ роды адсорбента, состава газа и режима. Так, в пределах одного и того же класса углеводородов количество вещества, адсорбируе­ мого активированным углем, возрастает с повышением его молеку­ лярного веса. Повышение температуры и понижение давления от-

2 2 8

рицателыю влияют на показатели процесса адсорбции. Обычно ад­ сорбцию проводят при температуре окружающего воздуха и давле­ нии 2—5 кгс/см2. Регенерируют адсорбенты продувкой газом или

•водяным паром при повышенных температурах и атмосферном дав­ лении. При средней продолжительности адсорбционного цикла 24—25 мин полную замену адсорбента производят после 1—2 лет его работы.

разделении природного газа на фракции. Метод гиперсорбции ме­ нее экономичен, чем абсорбционный.

Недостатком метода адсорбции является необходимость обя­ зательно удалять из газовой смеси тяжелые углеводороды, так как при десорбции они плохо удаляются из адсорбента.

229

Метод ректификации. Он является основным методом разделе­ ния газов. Фракционировать газы на компоненты непосредственно из газовой фазы затруднительно. Чаще всего газ разделяют на две широкие фракции: низкомолекулярных углеводородов в газообраз­ ном виде и высокомолекулярных в жидком виде. Выделение из газа жидкой фазы достигается понижением температуры и повышением давления. Охлаждение газовой смеси до низких температур позво­ ляет несколько снизить давление, необходимое для сжижения угле­ водородов. Для охлаждения газов применяют различные холодиль­ ные системы: аммиачные ' (до —50°С), этано-аммиачные (до —82° С) и с дроссельным охлаждением, при котором возможны еще более низкие температуры (эффект дросселирования основан на способности сжатых газов сильно охлаждаться при быстром пони­ жении давления).

Выбор той или иной схемы, а также температур и давлений, оп­ ределяется составом исходной газовой смеси, назначением продук­ тов разделения, заданным числом фракций и требуемой чистотой индивидуальных углеводородов. В заводской практике обычно огра­ ничиваются выделением фракций по.числу атомов углерода. Искус­ ственные газы при этом фракционируются на метан, этан-этилено- вую, пропаи-пропиленовую, бутан-бутиленовую и пентан-амилено- вую фракции.

Иногда, особенно когда получают сырье для нефтехимии, не 'только разделяют газы на фракции по числу атомов углерода, но некоторые фракции — на индивидуальные компоненты. Например, этан-этиленовуго фракцию можно хорошо разделить на этановую и этиленовую ректификацией под давлением, так как разница между их температурами кипения достигает 15° С. Наиболее трудной зада­ чей является разделение бутиленовой фракции. Температура кипе­

В ряде случаев, особенно для разделения углеводородных га­ зов, полученных при пиролизе углеводородного сырья, используют

конденсационный метод (см. стр. 140).

Вещества, имеющие близкие температуры кипения и не разде­ ляющиеся обычным фракционированием, выделяют методом азео­ тропной ректификации. В этом случае к разделяемым углеводоро­ дам добавляют компонент, который с одним из углеводородов об­ разует азеотропную смесь (с постоянной температурой кипения), значительно отличающуюся по температуре кипения от исходных веществ. Это дает возможность осуществить их ректификацию. Рек­ тификацией сначала отделяют один из компонентов, не образующих азеотропной смеси, а затем азеотропную смесь.

Промышленные установки ГФУ и АГФУ

На промышленных установках для фракционирования газов осуществляются процессы разделения газа — конденсация, ком­ прессия, ректификация, а в ряде случаев абсорбция и десорбция.

230