Крекинг паром - Steam cracking
Крекинг с водяным паром - это нефтехимический процесс, в котором насыщенные углеводороды расщепляются на более мелкие, часто ненасыщенные углеводороды. Это основной промышленный метод получения более легких алкенов (или обычно олефинов ), включая этен (или этилен ) и пропен (или пропилен ). Установки парового крекинга - это установки, в которых сырье, такое как нафта, сжиженный нефтяной газ (СНГ), этан , пропан или бутан, подвергается термическому крекингу с использованием пара в печах парового крекинга для получения более легких углеводородов. Процесс дегидрирования пропана может осуществляться с помощью различных коммерческих технологий. Основные различия между каждым из них касаются используемого катализатора, конструкции реактора и стратегий достижения более высоких скоростей конверсии.
Олефины являются полезными предшественниками множества продуктов. Крекинг с водяным паром - это основная технология, которая поддерживает самые масштабные химические процессы, например, этилен и пропилен.
Описание процесса
Общий
При паровом крекинге газообразное или жидкое углеводородное сырье, такое как нафта , сжиженный нефтяной газ или этан , разбавляется паром и кратковременно нагревается в печи в отсутствие кислорода. Обычно температура реакции очень высока, около 850 ° C. Реакция происходит быстро: время пребывания составляет порядка миллисекунд. Скорость потока приближается к скорости звука . После достижения температуры крекинга газ быстро гасят, чтобы остановить реакцию в теплообменнике линии передачи или внутри коллектора закалки с использованием закалочного масла.
Продукты, полученные в результате реакции, зависят от состава сырья, отношения углеводородов к водяному пару, а также от температуры крекинга и времени пребывания в печи. Исходные легкие углеводороды, такие как этан , СНГ или легкая нафта, дают в основном более легкие алкены, включая этилен, пропилен и бутадиен . Сырье из более тяжелых углеводородов (полный спектр и тяжелая нафта, а также другие продукты нефтепереработки) дает некоторые из этих же продуктов, но также и продукты, богатые ароматическими углеводородами и углеводородами, подходящими для включения в бензин или мазут .
Более высокая температура крекинга (также называемая жесткостью) способствует образованию этена и бензола , в то время как более низкая температура приводит к большему количеству пропена , C4-углеводородов и жидких продуктов. Этот процесс также приводит к медленному осаждению кокса , формы углерода , на стенках реактора. Это снижает эффективность реактора, поэтому условия реакции спроектированы таким образом, чтобы минимизировать это. Тем не менее, печь парового крекинга обычно может работать только в течение нескольких месяцев между очистками от коксования. Коксы требуют, чтобы печь была изолирована от процесса, а затем поток пара или паровоздушной смеси проходит через змеевики печи. Это превращает твердый твердый углеродный слой в оксид углерода и диоксид углерода. После завершения реакции печь можно вернуть в эксплуатацию.
Детали процесса
Площадки завода по производству этилена:
- печи парового крекинга:
- первичная и вторичная рекуперация тепла с закалкой;
- систему рециркуляции разбавляющего пара между печами и системой закалки;
- первичное сжатие крекинг-газа (3 ступени сжатия);
- удаление сероводорода и диоксида углерода (удаление кислых газов);
- вторичное сжатие (1 или 2 ступени);
- осушка крекинг-газа;
- криогенная обработка;
- весь поток холодного крекинг-газа направляется в колонну деметанизатора. Верхний поток из колонны деметанизатора состоит из всего водорода и метана, которые были в потоке крекинг-газа. При криогенной обработке (−250 ° F (−157 ° C)) этого верхнего погона водород отделяется от метана. Извлечение метана имеет решающее значение для экономичной работы этиленового завода.
- нижний поток из колонны деметанизатора направляется в колонну деэтанизатора. Верхний поток из колонны деэтанизатора состоит из всех C2, которые находились в потоке крекинг-газа. Поток C2 содержит ацетилен, взрывоопасный при давлении свыше 200 кПа (29 фунтов на кв. Дюйм). Если ожидается, что парциальное давление ацетилена превысит эти значения, поток C2 частично гидрируется. Затем C2 переходят к разветвителю C2. Продукт этилен отбирается из верхнего погона колонны, а этан, поступающий из нижней части разделителя, рециркулирует в печи для повторного крекинга;
- нижний поток из башни деэтанизатора направляется в башню депропанизатора. Верхний поток из башни депропанизатора состоит из всех C3, которые находились в потоке крекинг-газа. Перед подачей C3 в разделитель C3 поток гидрируют для преобразования смеси метилацетилена и пропадиена ( аллена ). Затем этот поток отправляется на разделитель C3. Верхний поток из разделителя C3 представляет собой пропилен, а нижний поток - пропан, который направляют обратно в печи для крекинга или используют в качестве топлива.
- Нижний поток из башни депропанизатора подается в башню дебутанизатора. Верхний поток из дебутанизатора - это все C4, которые были в потоке крекинг-газа. Нижний поток из дебутанизатора (легкий пиролизный бензин) состоит из всего, что находится в потоке крекированного газа, которое является C5 или более тяжелым.
Поскольку производство этилена является энергоемким, много усилий было направлено на рекуперацию тепла из газа, выходящего из печей. Большая часть энергии, извлекаемой из крекинг-газа, используется для производства пара под высоким давлением (1200 фунтов на кв. Дюйм (8300 кПа)). Этот пар, в свою очередь, используется для привода турбин для сжатия крекинг-газа, холодильного компрессора пропилена и холодильного компрессора этилена. Когда завод по производству этилена работает, ему не нужно импортировать пар для привода своих паровых турбин. Типичный завод по производству этилена мирового масштаба (около 1,5 миллиарда фунтов (680 тыс. Тонн в год) этилена в год) использует компрессор крекинг-газа мощностью 45 000 л.с. (34 000 кВт), компрессор пропилена мощностью 30 000 л.с. (22 000 кВт) и компрессор мощностью 15 000 л.с. (11 000 кВт). этиленовый компрессор.
Несмотря на тщательную интеграцию энергии в установку парового крекинга, этот процесс производит непреодолимое количество углекислого газа. На тонну этилена образуется 1 - 1,6 тонны диоксида углерода (в зависимости от сырья). В результате в атмосферу ежегодно выбрасывается ошеломляющее количество - более 300 миллионов тонн диоксида углерода, 70-90% которого напрямую связано с сжиганием ископаемого топлива. За последние несколько десятилетий в технологии парового крекинга было реализовано несколько достижений с целью повышения ее энергоэффективности. Эти изменения включают сжигание кислородного топлива, новую технологию сжигания и трехмерную геометрию реактора. Однако, как это часто бывает в зрелых технологиях, эти изменения привели лишь к незначительному повышению энергоэффективности. Чтобы резко сократить выбросы парниковых газов при паровом крекинге, электрификация действительно предлагает решение, поскольку возобновляемая электроэнергия может быть напрямую преобразована в тепло, например, с помощью резистивного и индуктивного нагрева. В результате несколько нефтехимических компаний объединили свои усилия, что привело к разработке нескольких совместных соглашений, в которых они объединяют усилия в области НИОКР, чтобы исследовать, как установки парового крекинга нафты или газа могут эксплуатироваться с использованием возобновляемой электроэнергии вместо сжигания ископаемого топлива.
Лицензиары печей парового крекинга
Некоторые патентованные разработки доступны по лицензии, которая должна быть приобретена у разработчика конструкции любой нефтеперерабатывающей компанией, желающей построить и эксплуатировать установку парового крекинга данной конструкции.
Это основные разработчики и лицензиары печей парового крекинга:
- Lummus Technology
- TechnipFMC (ранее Technip )
- Linde
- KBR