книги из ГПНТБ / Паушкин Я.М. Производство олефинсодержащих и горючих газов из нефтяного сырья

На рис. 59 приведен общий выход газообразных продук­ тов (в вес. % на сырье) для двух температур пиролиза в зави­ симости от отношения С : Н.

Из приведенных данных видно, что выход газа (в вес. %) для сланцевого сырья совпадает с таковым для нефтяных фракций.

для нефтяного сырья с тем же отношением С:Н совершенно аналогичны. С увеличением С:Н выход газа (в вес. °/о„на сырье) уменьшается примерно линейно, хотя другие свойст­ ва сырья (содержание кокса, фракционный состав и др.) подчиняются иным закономерностям.

При повышении температуры пиролиза с 760 до 845° С наблюдается уменьшение общего выхода на 2—4 вес. %.

Объемный выход газа увеличивается с повышением тем­ пературы, но получаемый при этом газ содержит значительно

132

Глава V

СОВРЕМЕННЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ГАЗИФИКАЦИИ ЖИДКИХ ТОПЛИВ

За последние годы за рубежом построено большое число установок по конверсии различного нефтяного сырья: пропана и бутана в газы, отвечающие по своим свойствам бытовому газу, газификации нефтяных дистиллятных фракций, тяже­ лых нефтяных остатков и смол.

Эти процессы проводятся термически при 700—900° С или в присутствии катализаторов, способствующих расщеплению сырья и образованию олефинов, или же катализаторов, обу­ словливающих в присутствии водяного пара конверсию угле­ водородов на водород и окись углерода.

Указанные процессы, независимо от технической направ­ ленности (получение коммунального, энергетического газа или сырья для химической переработки), позволяют получать газы, содержащие большое количество олефинов или смеси водо­ рода с окисью углерода, и могут быть прекрасным исходным материалом для широкого нефтехимического синтеза.

Установки, в которых газификация нефтяного сырья про­ водится автотермически (т. е. без подвода тепла), в присут­ ствии воздуха дают только энергетические газы, так как содер­ жат много азота. На рис. 61 показаны основные направления процессов получения газа из нефтяного сырья.

УСТАНОВКИ ГАЗИФИКАЦИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЫТОВОГО И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ГАЗА

Различные технологические схемы газификации жидких топлив в целях получения бытового и энергетического газов

игазов, которые можно использовать для нефтехимического синтеза, естественно потребовали при промышленном осуще­ ствлении и разного аппаратурного оформления. В связи с этим

иустановки для них конструктивно подразделяются на три основные группы:

134

3. Процессы каталитической газификации:

а) процессы автотермического пиролиза и тяжелого неф­ тяного сырья;

б) процесс Сигаз; в) процесс ОНИА — ГЕГИ;

г) процесс ОНИА — ГЕГИ — ДЕМАГ.

Процессы некаталитической газификации нефтяного сырья

Процесс Пасифик Кост

Этот процесс применяется очень давно и в течение многих лет был в США наиболее важным методом получения из га­ зойля газа для коммунальных нужд [1]. Он является цикличе­ ским и слагается из двух этапов — периода нагрева насадки генератора, в течение которого происходит сжигание нефтяного топлива, и периода получения газа, в течение которого про­ исходит газификация нефтяного сырья с водяным паром. Об­ разующийся газ представляет собой смесь водяного газа, по­ лучающегося при реакции водяного пара с углеродом кокса, отложившегося на насадке или при пиролизе нефтяного сырья, и газа, образовавшегося из нефтяного сырья. Таким образом, газ содержит предельные и непредельные углеводороды, водо­ род и окись углерода. Обычно установки по этому процессу дают газ с теплотворностью 4900—5070 ккал)мъ. При работе установок образуется большое количество кокса, часть кото­ рого отлагается на поверхностях нагрева, а остальное коли­ чество остается в виде взвеси газовой сажи в газе. Одновременно образуется вязкая смола с высоким содержа­ нием ароматических углеводородов и нафталина,.

135

Процесс Джонса

Этот процесс был разработан в 1928 г.

Основные затруднения, с которыми приходится встречаться при переработке нефтяного сырья на газ,— это образование кокса, особенно при газификации сырья с высокой коксуе­ мостью (по Конрадсону). Для устранения этих трудностей Джонс разработал так называемый регенеративный процесс, при котором воздушное дутье подогревается в период регене­ рации вслед за выжигом коксовых отложений на насадке генератора, через который пропускается поток воздуха. Наряду с этим способом удаления кокса часть углерода (сажа) улав­ ливается непосредственно из газа как товарный продукт.

Таблица 32

Данные о работе установок газификации по процессу Джонса [2, 3]

Рабочий цикл установок при процессе Джонса складывает­ ся из следующих операций (рис. 62).

Первичный воздух (с добавлением или без добавления водяного пара) поступает под решетку одного из фильтру­ ющих генераторов установки и подогревается за счет выжига частиц сажи, образовавшейся после очистки газа; при этом образуется рабочий газ, который проходит в рабочую камеру генератора, где встречает вторичный воздух, подогретый в

136

Рис 62. Газогенератор Джонса:

J — верхняя камера; д — насадка из огнеупорного кирпича; д — первичная камера» газификации; 4, 5 — насадки; 6 — вторичная камера газификации.

верхней секции насадки генератора. Продукты сгорания обо­ гревают остальную часть установки.

В камеру, где происходит газификация, впрыскивается рас­ пыленное нефтяное сырье, которое подвергается крекингу в атмосфере перегретого водяного пара и водяного газа.

137

Образующийся газ очищается от частичек сажи, проходя "через фильтрующий генератор. После соответствующей про­ дувки водяным паром процесс проводится в обратном на­ правлении.

Процесс Холла [4]

Отличительной чертой этого процесса является то, что реге­ неративный принцип применен в нем как по отношению к воз-

.духу, так и по отношению к водяному пару, т. е. оба компо­ нента подогреваются в регенераторе после выжига коксовых отложений. Проведенные испытания показали, что из нефтя­ ных остатков с коксуемостью по Конрадсону 13% можно по­ лучать газ теплотворностью 8800 ккал/м3.

Первоначальная установка (1947 г.) состояла из двух бло­ ков производства водяного газа, в каждом из которых было по одному карбюратору и перегревателю. Верхние части кар­ бюраторов (называемых в этом процессе генераторами) соеди­ нены газоходом. Верх перегревателей соединен с трехходо­ вым клапаном, нижний отвод от которого присоединяется к общей промывной камере. В последующем были внесены из­ менения, позволяющие к одному трехходовому клапану при­ соединить две промывные камеры, работающие параллельно. В верхней части каждого генератора расположены комбини­ рованные форсунки для распыливания нефтяного сырья во время производства газа и в период нагрева (рис. 63).

Вверху каждого из четырех аппаратов имеются патрубки для подачи воздуха, а вверху обоих перегревателей — пат­ рубки для подачи водяного пара.

Работа установки разбивается на циклы, продолжитель­ ностью каждый по 5—7 мин. Цикл, в свою очередь, содержит две последовательные фазы равной продолжительности; каж­ дая фаза состоит из четырех различных периодов [5, 6].

Первая фаза

В первую фазу работы установки происходит обогрев и кре­ кинг мазута в группе В. По продолжительности фаза зани­ мает 50% времени цикла.

Первый период (рис. 64). В этот период осуществ­ ляется выжигание углерода, отложившегося за предыдущий цикл на насадке перегревателя и генератора группы Л, и обо­ грев перегревателя и генератора группы В. Период занимает приблизительно 25% полного цикла. Указанная операция осу­ ществляется следующим образом: необходимый для сжигания углерода воздух подается в перегреватель Si через задвижку Дь Здесь воздух подогревается на насадке, одновременно вы­

138

жигает отложившуюся на ней сажу и с температурой около <600° С поступает в генератор Gb где также происходит выго­ рание углерода, отложившегося в виде сажи на генераторной

избытком кислорода поступают в генератор группы В.

Рис. 63. Принципиальная схема установки Холл:

А и В - группы аппарата; Ait А2, А/ и А2' — воздушные задвижки ;

обогрева установки; Vi и V2 — паровые задвижки.

Второй период. В этот период производится продувка паром. Этот период занимает приблизительно 4% цикла. Для осуществления продувки аппаратов паром воздушные за­ движки Д1 и Д/ должны быть закрыты, а паровая задвижка V] •—открыта. Подачей большого количества пара через эту задвижку производится продувка перегревателей и генерато­ ров групп А и В.

Третий период (рис. 65). В этот период производится крекинг мазута в группе В. По своей продолжительности пери­ од занимает приблизительно 17% полного цикла. При этом за­ движка мазута для •крекинга F2 открывается, и через нее по­ дается мазут в генератор G2. Перед подачей мазута клапан С2 на выхлопной трубе закрывается, а подача пара через паро­ вую задвижку Vi сокращается. Одновременно с подачей

139

Рис. 65. Схема установки «Холл» в третий период работы:

Л1 и А' — воздушные задвижки; Si и S2 — перегреватели; Gt и (?2 — генераторы; F\ и F2 — мазут для крекинга; Уь V/, V2 и V2 — паровые задвижки; VG2 — выход газа крекинга; С, и С2 - клапаны выхлопных труб; 1><1 — открытая задвижка; ►-•ч — закры­ тая задвижка.

ch,

Рис. 66. Схема установки «Холл» в четвертый период работы:

крытая задвижка.

140

мазута в генератор 02 может быть начата подача его и в генератор Gx. В начале третьего периода воздушные задвижки Ai и А' закрываются.

Четвертый период (рис. 66). В этот период про­ изводится продувка паром генераторов и перегревателей, а также изменение направления движения газовых потоков на обратное. Период занимает около 4% всего цикла.

Для выполнения всех операций четвертого периода задвиж­ ка мазута для крекинга F2 и паровая задвижка V\ закрыва­ ются. Задвижка выхода крекинг-газа группы A (VGj) откры­ вается, а задвижка выхода крекинг-газа группы В (VG2) закрывается. Для продувки паром перегревателей и генераторов за время четвертого периода открывается паровая задвижка V2. Поступающий через нее в аппаратуру пар вы­ тесняет газы к промывателю группы А, откуда они направля­ ются на дальнейшую очистку.

Вторая фаза

Во вторую фазу приводится обогрев группы А и крекинг в ней мазута. По продолжительности она занимает 50% вре­ мени цикла. В этой фазе имеют место те же периоды, что и в первой фазе для группы В. Операции с перекрытием задви­ жек такие же, как и в первой фазе. На схемах процесса (см. рис. 63) следует только заменить нижние индексы (]) при буквенных обозначениях на индексы (2), а группу А на группу В. Необходимо отметить, что задвижки выхода газа VGX или VG2, каждая по очереди, открыты 50% времени цик­ ла, так как для предохранения от попадания дымовых газов из перегревателя через промыватель в последующую газо­ очистную аппаратуру достаточно одного гидравлического за­ твора на газоотводных трубопроводах в промывателях.

Генераторы и перегреватели установки Холла имеют цилиндрическую форму с внутренним диаметром 2,03 м, на­ ружным — 2,64 м и высотой 7,4 м. Они изготовлены из листо­ вого железа и внутри футерованы огнеупорным кирпичом. В генераторе уложено 25 рядов кирпичной насадки; общее количество кирпичей—4500 штук. Кирпич верхних И рядов насадки изготовлен из карборунда, а остальные 14 рядов — из алюмосиликата.

Следует указать, что в первоначальном варианте установ­ ки Холла в генераторах было уложено по 15 рядов насадки, из них 14 рядов из карборунда и один ряд из силиката. При переработке тяжелых мазутов эта установка работала без осо­ бых осложнений. Но когда на ней стали проводить опыты по крекингу более легких мазутов, то было обнаружено слишком

141