Обзор способов производства низших олефинов

Система получения низших мономеров олефинового ряда обычно состоит из нескольких блоков:
подготовка газа к разделению, которая состоит из трех стадий – сжатие, очистка и осушка исходного газа;
проведение процесса пиролиза в печах;
охлаждение в закалочно-испарительных аппаратах;
извлечение (концентрирование) целевого компонента из исходной смеси;
фракционирование, полученного в ходе разделения концентрата.
Система производства низкомолекулярных олеинов во всех различных методах имеет общие черты, отличается технологическим оформлением, применяемым оборудованием. Система газофракционирования является энергоемким процессом и требует до 80 % капиталовложений. Поэтому является важной частью процесса производства этилена.
Распространенным методом получения низших олефинов является метод пиролиза в трубчатых печах, а также процесс каталитического крекинга [37].
1.4.1 Технологии пиролиза ведущих фирм.
В наше время внедрение инновационных решений является крайне необходимым для развития технологий производства продукции.
Компаниями-лидерами в сфере разработки и внедрения новых технологий являются такие, как: Chevron (США), Petro China (Китай), British Petroleum (Великобритания), Dutch Shell (Нидерланды), ExxonMobil (США), Total (Франция), Technip (Франция), ABB Lummus Global (Голландия), Linde (Германия), Kellogg Brown & Root (США), Stone & Webster (США) [38].
1.4.1.1 Обзор установки газоразделения на примере схемы «Linde».
Особенностью данной схемы является то что в начале газ подвергают разделению на широкие фракции под высоким давлением с использованием аммиачных хладагентов (рисунок 1.4). Последовательно идут метановый, этиленовый и пропановый холодильные циклы, с последовательным снижением давления. Метан-водородную фракцию выделяют при давлениях 0,15 – 0,20 МПа, этан-этиленовую фракцию при давлении около 0,13 МПа.
Метановая колонна работает при следующих параметрах: температура верха минус 152 оС, температура низа минус 78 оС, абсолютное давление 0,15 – 0,20 МПа. Этиленовая колонна работает при температуре верха минус 97 оС и низа минус 81 оС, абсолютное давление, около 0,13 МПа.
В четырехступенчатом компрессоре (1) пирогаз подвергается сжатию, где после третьей ступени газ подают в адсорберы (2). После этого на щелочную промывку, чтобы удалить сероводород и двуокись углерода. На выходе из четвертой ступени газ охлаждается в теплообменнике (3), охлаждаясь холодными потоками газа до 0 оС. После этого поступает в адсорбер на предварительную осушку (5а), который заполнен алюмогелем. В межступенчатых сепараторах конденсат отделяется от воды и поступает в колонну тяжелой фракции (4).
Легкие фракции (С1-С3) с верха колонны идут на смешение с основным потоком газа, с низа колонны отбирается фракция (С4+). Данная колонна работает при 2 МПа и охлаждается аммиаком или пропиленом. Осушенный газ подается через холодильник в колонну (6), где отделяется от фракции С3-С4 и поступает в пропановую колонну (11). Из нее газ идет на осушку (5б) и далее в низкотемпературный блок, где разделяется из-за резкого спада давления.
1 – компрессор; 2 – адсорбер щелочной отмывки; 3 – теплообменник;
4 – колонна тяжелой фракции; 5 – адсорбер предварительной осушки;
6 – ректификационная колонна для отделения фракции С3 и выше;
7 – метановая колонна; 8 – абсорбционная колонна отмывки ацетоном;
9 – этиленовая колонна; 11 – ректификационная колонна для отделения пропан пропилена; 12 – этиленовая колонна; 13 – ректификационная колонна регенерации ацетона
Рисунок 1.4 — Принципиальная технологическая схема установки газоразделения «Linde»
С верха метановой колонны (7) отделяется метан-водородная фракция, с низа фракция С2, которая идет в колонну (8) где подвергается промывке ацетоном, с целью удаления ацетилена при температуре минус 65 оС

. Дистиллят данной колонны поступает в этиленовую колонну (9) для выделения этилена высокой чистоты 99,9 %.
С верха колонны (11) фракция С3 поступает в колонну (12) где выделяют пропан с чистотой до 99,5 %. Охлаждение колонн (7) и (9) осуществляется метановым и этиленовым холодильными циклами.
Отличительной особенностью является то, что осуществляется регенерация холода выходящих потоков, а также низкотемпературный блок находится в специальной теплоизоляции.
1.4.1.2 Обзор установки получения этилена на примере схемы «Technip».
В процессе фирмы Technip пиролиз осуществляют в печах при повышенных температурах с вводом водяного пара (рисунок 1.5) [39].
Сырье перегревают в смеси с водяным паром в печи, на выходе из змеевиков типа GK5, GK6, SMK температура продуктов пиролиза достигает 815 – 870 оС (рисунок 1.6). Далее оно охлаждается в закалочно-испарительных аппаратах с выработкой пара высокого давления.
Охлажденный продукт разделяется и очищается в колонне первичного фракционирования (2) путем контактирования с маслом от тяжелой смолы пиролиза.
1 – перегрев сырья; 2 – подогрев питательной воды; 3 – перегрев пара высокого давления; 4 – нагрев технологического пара; 5 – радиантная камера;
6 – закалочно-испарительный аппарат
Рисунок 1.5 – Принципиальная технологическая схема процесса пиролиза фирмы Technip
Легкие компоненты пиролиза после колонны водной закалки подвергают сжатию в многоступенчатом компрессоре (3). В отпарных колоннах (4) из углеводородных конденсатов высокого и низкого давления отпаривают легкие углеводороды, бензин и фракции С3+. Газы очищают от кислых примесей в колонне щелочной промывки (5).
1 - трубчатая печь; 2 - колонна первичного фракционирования;
3 - многоступенчатый компрессор; 4 - сепаратор; 5 - колонна щелочной отмывки; 6 - узел осушки и захолаживания; 7, 8 - деметанизаторы первой и второй ступени; 9 - низкотемпературный абсорбер; 10 - деэтанизатор;
11 - реактор гидрирования ацетилена; 12 - ректификационная колонна разделения этилена и этана; 13 - ректификационная колонна депропанизации; 14 - реактор гидрирования метилацетилена и пропадиена; 15 - пропан пропиленовая ректификационная колонна; 16 - дебутанизатор
Рисунок 1.6 - Принципиальная технологическая схема получения этилена
и пропилена фирмы Technip
В узле осушки и захолаживания, сжатый до 3,1 МПа газ, отделяется от низкотемпературного конденсата. Далее газ в дэтанизаторах первой и второй ступени (7, 8) газ последовательно отделятся от этана и поступает в колонну отдувки этана (10). Такой принцип разделения позволяет снизить флегмовое число колонн. Продукт детанизатора подвергается селективному гидрированию в реакторе от ацетилена (11).
Остаточные продукты из колонны отпарки этана поступает в двухколонную систему депропанизации (13). При различных давлениях в ней отгоняют углеводороды С3 из смеси С4+. Это позволяет снизить загрязнение колонн полимерами и сократить энергозатраты.
На выходе с колонны депропанизации продукты подвергаются селективному гидрированию в реакторе (14) от ацетиленовых (метилацетилена) и пропадиена