Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Прикладная химия. Сырьевые ресурсы химической промышленности. Учебное пособие
.pdf
3.2.2.Осушка газов
Для осушки природных газов наиболее широко используют
абсорбционный процесс. В качестве абсорбентов применяются
диэтиленгликоль (ДЭГ), триэтиленгликоль (ТЭГ), пропиленгликоль
(ПГ). Принципиальная схема установки осушки приведена на рис. 3.2.
Рис. 3.2. Принципиальная схема установки осушки природного газа
гликолями:
I – сырой газ; II – осушенный газ; III – насыщенный гликоль; IV –
регенерированный гликоль; V – конденсат воды; VI – конденсат
углеводородов и воды;
1, 3 – сепараторы-каплеотбойники; 2 – абсорбер;
4 – теплообменник; 5 – десорбер; 6 – холодильник; 7 – паровой
кипятильник; 8 – конденсатор-холодильник; 9 – емкость - сборник
конденсата.
71
Процесс осушки газов включает 2 стадии: абсорбцию и
десорбцию влаги и осуществляется соответственно в двух аппаратах
колонного типа с тарелками (или насадками) – абсорбере и десорбере.
Абсорбция проводится при температуре около 200С и повышенном
давлении – 2 – 6 МПа, а десорбция – при пониженном давлении и
повышенной температуре 160 – 190 0С.
Сырой газ проходит сепаратор-каплеотбойник 1, в котором
происходит отделение конденсата углеводородов и воды, и поступает
в нижнюю часть абсорбера 2. Противотоком к нему в верхнюю часть
абсорбера подается регенерированный гликоль. При контакте газа с
жидкостью поглощаемый компонент растворяется в гликоле.
Осушенный газ уходит сверху абсорбера. Насыщенный раствор
гликоля нагревается в теплообменнике 4 за счет тепла
регенерированного гликоля и поступает в верхнюю часть десорбера 5
на регенерацию. Сверху десорбера уходят пары воды, охлаждаются в
конденсаторе-холодильнике, за счет подачи промышленной воды, и
поступают в емкость 9. Снизу десорбера отбирается
регенерированный гликоль, который охлаждается в теплообменнике
4, холодильнике 6 и возвращается в абсорбер 2. Часть
регенерированного гликоля циркулирует через паровой подогреватель
для поддержания необходимой температуры в десорбере.
3.3. Разделение газов
На НПЗ обычно имеется не менее двух ГФУ, одна из которых
предназначена для переработки предельных углеводородов, другая –
непредельных.
При переработке предельных углеводородов получаются следующие
продукты:
- этановая фракция – сырье пиролиза, хладоагент на установках
депарафинизации масел и др.;
- пропановая фракция – сырье пиролиза, хладоагент для многих
технологических установок, бытовой сжиженный газ;
- изобутановая фракция – сырье для производства синтетического
каучука (изопренового и бутилкаучука), используется на установках
алкилирования;
- бутановая фракция – сырье для получения бутадиена в производстве
синтетического каучука, сырье пиролиза и компонент сжиженного
72
бытового газа, добавка к автомобильному бензину для придания ему
требуемого давления паров;
- изопентановая фракция – сырье для производства изопренового
каучука, компонент в высокооктановых сортах бензинов;
- пентановая фракция – сырье для процессов изомеризации и
пиролиза, в производстве амилового спирта.
На ГФУ выделяют следующие фракции:
- пропан – пропиленовая – сырье для производства полимеров и
олигомеров, может быть использована как сырье установок
алкилирования;
- бутан – бутиленовая – сырье установок алкилирования и
полимеризации, в производстве синтетических каучуков, присадок к
маслам.
Для разделения смеси газов на индивидуальные компоненты
или фракции применяются следующие процессы: конденсация,
компрессия, ректификация и абсорбция. На ГФУ эти процессы
комбинируются в различных сочетаниях.
Конденсация – первая стадия разделения газов. С помощью
конденсации газ превращается в двухфазную систему жидкость – газ,
которую затем механически разделяют на газ и жидкость.
Компрессия применяется совместно с конденсацией. При
повышении давления газов создаются наиболее благоприятные
условия конденсации углеводородов. Из скомпримированного
(сжатого) газа в первую очередь конденсируются наиболее тяжелые
компоненты.
Абсорбция – процесс разделения газовых смесей, основанный
на избирательном поглощении отдельных компонентов сырья жидким
поглотителем – абсорбентом.
Ректификация является завершающей стадией разделения газовых
смесей. Ректификация сжиженных газов проводится при повышенных
давлениях в колоннах, поскольку для создания жидкостного орошения
необходимо сконденсировать верхние продукты колонн в обычных
воздушных и водяных холодильниках, не прибегая к искусственному
холоду.
Конкретный выбор схемы (последовательности) разделения,
температуры, давления и числа тарелок в колоннах определяется
составом исходной газовой смеси, требуемой чистотой и заданным
ассортиментом получаемых продуктов.
73
На НПЗ для разделения нефтезаводских газов применяются
преимущественно 2 типа ГФУ, в каждый из которых входят блоки
компрессии и конденсации:
- ректификационный – сокращенно ГФУ;
- абсорбционно – ректификационный – АГФУ.
На рис. 3.3 приведена схема для разделения предельных газов.
В деэтанизаторе 1 из газового сырья извлекают сухой газ,
состоящий из метана и этана. На верху колонны 1 поддерживают
низкую температуру подачей орошения, охлаждаемого в аммиачном
конденсаторе–холодильнике 2. Кубовый остаток деэтанизатора
поступает в пропановую колонну 3, где разделяется на пропановую
фракцию, выводимую с верха этой колонны, и смесь углеводородов С4
и выше, направляемую в бутановую колонну 4.
Ректификатом этой колонны является смесь бутанов, которая в
изобутановой колонне 5 разделяется на изобутановую и бутановую
фракции. Кубовый продукт колонны 4 подается далее в пентановую
колонну 6, где в виде верхнего ректификата выводится смесь
пентанов, которая в изопентановой колонне 7 разделяется на
изопентан и н-пентан. Нижний продукт колонны 6 - фракция С6 и
выше - выводится с установки.
На рис. 3.4 приведена схема для фракционирования жирного газа и
стабилизации бензина каталитического крекинга.
Для деэтанизации газов каталитического крекинга на
установках АГФУ используется фракционирующий абсорбер 1. Он
представляет собой комбинированную колонну абсорбер - десорбер. В
верхней части фракционирующего абсорбера происходит абсорбция,
то есть поглощение из газов целевых компонентов (С3 и выше), а в
нижней - частичная регенерация абсорбента за счет подводимого
тепла.
В качестве основного абсорбента на АГФУ используется
нестабильный бензин каталитического крекинга. Для доабсорбции
унесенных сухим газом бензиновых фракций в верхнюю часть
фракционирующего абсорбера подается стабилизированный (в
колонне 4) бензин. Абсорбер оборудован системой циркуляционных
орошений для съема тепла абсорбции (на схеме не показано).
Тепло в низ абсорбера подается с помощью «горячей струи». С верха
фракционирующего абсорбера 1 выводится сухой газ (C1-С2), а с
низа вместе с тощим абсорбентом выводятся углеводороды С3 и выше.
74
и выше.
6
Рис. 3.3. Принципиальная схема газофракционирующей установки (ГФУ):
колонна; 8, 10, 12, 14, 16, 18 – паровые кипятильники; 19, 20, 21, 22, 23, 24 – емкости
1 – деэтанизатор; 2, 9, 11, 13, 15, 17 – конденсаторы-холодильники; 3 – пропановая колонна;
4 – бутановая колонна; 5 – изобутановая колонна; 6 – пентановая колонна; 7 – изопентановая
фракция; VI – изопентановая фракция; VII – пентановая фракция; VIII – фракция С
I – сырье; II – сухой газ; III – пропановая фракция; IV – изобутановая фракция; V – бутановая
75
Деэтанизированный бензин, насыщенный углеводородами С3 и
выше, подается в стабилизационную колонну 2, нижним продуктом
которой является стабильный бензин, а верхним - головка
стабилизации. Из нее (иногда после сероочистки) в пропановой
колонне 3 выделяют пропан - пропиленовую фракцию. Кубовый
продукт пропановой колонны разделяется в бутановой колонне 4 на
бутан - бутиленовую фракцию и остаток (С5 и выше), который
объединяется со стабильным бензином.
4. ЛЕСОХИМИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО
4.1. Химический состав древесины
Дерево в процессе роста поглощает углекислоту (СО2) из
воздуха и воду из почвы с содержащимися в ней минеральными
солями. Зеленые растения обладают способностью превращать
энергию видимого света солнечных лучей в потенциальную
химическую энергию органических соединений.
В листьях деревьев, содержащих зеленый пигмент хлорофилл,
идет процесс фотосинтеза, т.е. из углекислоты и воды при участии
солнечного света образуется органическое вещество. При этом
вырабатываются углеводы и другие химические соединения, которые,
видоизменяясь, служат материалом для построения клеток древесины.
Этот процесс сходен у всех древесных пород, поэтому органическая
часть любой древесины содержит примерно постоянное количество
химических элементов:
углерода - 49 - 51 масс.%,
водорода – 6.1 – 6.3 масс.%,
азота ~ 0,1 масс.%,
кислорода почти 44 масс.%.
Минеральная часть древесины – зола составляет 0.3 – 1% от ее
массы, а иногда и больше. В нерастворимой в воде части золы
преобладают соединения кальция (углекислый кальций CaCO3), а в
растворимой – соединения калия (углекислый калий, или поташ
K2CO3).
В растущих деревьях различных пород из одних и тех же
исходных веществ образуется неодинаковое количество конечных
76
V – бутан - бутиленовая фракция; VI - стабильный бензин
1 - фракционирующий абсорбер; 2 - стабилизационная колонна; 3 - пропановая колонна;
Рис. 3.4. Принципиальная схема абсорбционно-газофракционирующей установки (АГФУ):
4 - бутановая колонна; 5, 6, 7, 8 – конденсаторы-холодильники; 9, 10, 11, 12 – паровые кипятильники,
77
I - очищенный жирный газ; II - нестабильный бензин; III - сухой газ; IV – пропан - пропиленовая фракция;
соединений, входящих в состав клеточной стенки древесины. Поэтому
химические свойства древесины различных пород неодинаковы.
Основными составными частями древесины любой породы являются
полисахариды и лигнин. В древесине также содержатся смолы и
терпены, жиры, камеди (полисахариды древесины, растворимые в
воде), дубильные, красящие и другие вещества.
Полисахариды подразделяются на целлюлозу и
гемицеллюлозу.
Целлюлоза – это высокомолекулярный полисахарид общей формулы
(С6Н1005)n, где n = x1000 x100000. Цепочка целлюлозы имеет вид
спирали. Целлюлоза - основной строительный материал растительных
тканей. Она выполняет в растениях опорные функции и придает им
механическую прочность.
Прочность древесины на разрыв определяется прочностью
цепей целлюлозы, а жесткость древесине придает лигнин.
В состав гемицеллюлозы входят гексозаны (С6Н10О5)n и пентозаны
(C5H8O4)n. В отличие от целлюлозы количество звеньев (n) не
превышает 150. В древесине хвойных пород преобладают гексозаны, в
лиственных – пентозаны.
Из пентозанов древесины известны ксилан и реже
встречающийся арабан, из гексозанов – маннан, галактан, фруктан и
глюкан.
Все они построены из остатков соответствующих моносахаридов:
ксилозы, арабинозы, маннозы, галактозы, фруктозы, глюкозы, которые
при кислотном гидролизе переходят в пентозаны и гексозаны.
D-ксилоза D-арабиноза
78
CHO
Вещества,
Смолы
Сосна
4.8 5.4 51.6 25.1 9.7 Ель 3.2 1.9 55.2 27.0 11.2 Пихта
3.0 2.8 50.7 29.3 7.9 Лиственница
12.8 2.4 51.6 24.3 1
0.3 Береза
2.2 1.2 50.3 19.5 26.4 Осина
3.0 1.5 49.2 22.6 22.7 Бук 1.4 0.9 49.6 21.8 25.6 Клен
1.4 1.6 48.0 23.1 25.0
HO
HO
H
H
OH
H
OH
H
CH2OH CH2OH
HO
HO
H
H
CHO
OH
H
H
OH
CH2OH
C O
HO
H
OH
H
OH
H
CH2OH CH2OH
CHO
H
HO
H OH
H
OH
H
OH
D-манноза D-галактоза D-фруктоза D-глюкоза
Лигнин – природный полимер сложной структуры. Мономером
лигнина являются жирно-ароматические соединения – производные
фенилпропана. Кроме того, он содержит значительные количества
гидроксильных (в основном метоксильных и фенольных) и
карбонильных групп. Поэтому при переработке древесины получают
ароматические соединения и метиловый спирт. Лигнин играет роль
цементирующего вещества, склеивающего пучки целлюлозных
волокон для придания устойчивости стеблям и стволам.
В табл. 4.1 приведен средний химический состав древесины разных
пород.
Таблица 4.1. Содержание основных компонентов в древесине
различных пород ( масс.%):
Из табл. 4.1 видно, что целлюлоза (клетчатка) составляет около
половины (48-56 масс.%) массы древесины, лигнин – одну пятую (или
больше) в лиственных породах (19-23 масс.%) и свыше четверти в
хвойных (24-30 масс.%), и наконец, пентозаны – одну десятую в
хвойных (7-10 масс.%) и четверть в лиственных (22-26 масс.%).
Порода
растворимые в
горячей воде
и
жиры
79
Целлю-
лоза
Лигнин
Пенто-
заны
Таким образом, главное отличие состава лиственных пород от
хвойных заключается в несколько меньшем содержании целлюлозы и
лигнина (а также гексозанов) и в значительно большем содержании
пентозанов.
Содержание основных составных частей древесины в
различных деревьях одной и той же породы и в различных частях
одного и того же дерева изменяется не очень значительно, а
содержание экстрактивных веществ, наоборот, иногда резко
колеблется. Так, в древесине лиственницы содержится от 6 до 25
масс.% веществ, растворимых в воде (лиственная камедь). Обычно
содержание камеди тем выше, чем больше возраст дерева. В
древостоях до 200-летнего возраста в среднем 10-12 масс.%, 250 – 300летнего возраста 14 масс.% и выше. Содержание смолистых веществ в
сосновой древесине изменяется от 2 до 8 масс.%. Сильно колеблется
содержание дубильных веществ или таннидов, являющихся в
химическом отношении производными многоатомных спиртов –
пирогаллола, пирокатехина и флороглюцина.
OH
OHHO
HO
OH
OH
Пирогаллол Пирокатехин Флюроглюцин
(бензентриол-1,2,3) (бензендиол-1,2) (бензентриол-1,3,5)
Их содержание в древесине дуба 3-9 масс.%, в коре дуба и ивы 8-14
масс.%, ели 7-12 масс.%, лиственницы 8-16 масс.%.
4.2. Основные направления химического использования
древесины
Способы химической обработки и переработки древесины
весьма разнообразны и зависят от того, какие компоненты или
свойства древесины при этом учитываются.
80
HO
OH
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]