Паровой крекинг — это нефтехимический процесс, в котором насыщенные углеводороды расщепляются на более мелкие, часто ненасыщенные углеводороды. Это основной промышленный метод производства 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 быть осуществлен с помощью различных коммерческих технологий. Основные различия между каждой из них касаются используемого катализатора, конструкции реактора и стратегий достижения более высоких скоростей конверсии. [1]
Олефины являются полезными предшественниками множества продуктов. Паровой крекинг является основной технологией, которая поддерживает самые масштабные химические процессы, т.е. этилен и пропилен. [2]
При паровом крекинге газообразное или жидкое углеводородное сырье, такое как нафта , сжиженный нефтяной газ (СНГ) или этан , смешивается с очень горячим паром и кратковременно нагревается в печи при отсутствии кислорода. [3] Температура реакции очень высокая, около 850 °C. Это заставляет углеводороды распадаться на более мелкие молекулы, такие как небольшие олефины и водород. Реакция происходит быстро: время пребывания составляет порядка миллисекунд. Скорости потока приближаются к скорости звука . После достижения температуры крекинга газ быстро охлаждается в теплообменнике линии передачи или внутри «закалочного коллектора» с использованием закалочного масла, чтобы предотвратить дальнейшие реакции, такие как разложение на углерод и водород. [2]
Продукты, получаемые в ходе реакции, зависят от состава сырья, соотношения углеводородов к пару, а также от температуры крекинга и времени пребывания в печи. Легкое углеводородное сырье, такое как этан , сжиженные нефтяные газы или легкая нафта , в основном дает более легкие алкены, включая этилен, пропилен и бутадиен . Более тяжелое углеводородное сырье (полный спектр и тяжелая нафта, а также другие продукты нефтепереработки) дает некоторые из этих же продуктов, но также и те, которые богаты ароматическими углеводородами и углеводородами, подходящими для включения в бензин или мазут . [ требуется ссылка ]
Более высокая температура крекинга (также называемая жесткостью) благоприятствует производству этилена и бензола , тогда как более низкая жесткость дает большее количество пропена , углеводородов C4 и жидких продуктов. Процесс также приводит к медленному отложению кокса , формы углерода , на стенках реактора. Это снижает эффективность реактора, поэтому условия реакции разрабатываются так, чтобы свести это к минимуму. Тем не менее, печь парового крекинга обычно может работать только несколько месяцев подряд между декоксовками. Декоксы требуют, чтобы печь была изолирована от процесса, а затем поток пара или паровоздушной смеси пропускается через змеевики печи. Это преобразует твердый слой углерода в оксид углерода и диоксид углерода. После завершения этой реакции печь может быть возвращена в эксплуатацию. [ необходима цитата ]
Площадь завода по производству этилена составляет:
Поскольку производство этилена является энергоемким, много усилий было направлено на рекуперацию тепла из газа, выходящего из печей. Большая часть энергии, извлеченной из крекинг-газа, используется для производства пара высокого давления (1200 фунтов на кв. дюйм (8300 кПа)). Этот пар, в свою очередь, используется для привода турбин для сжатия крекинг-газа, пропиленового холодильного компрессора и этиленового холодильного компрессора. Заводу по производству этилена, когда он запущен, не требуется импортировать пар для привода паровых турбин. Типичный завод по производству этилена мирового масштаба (около 1,5 млрд фунтов (680 кт/год) этилена в год) использует компрессор крекинг-газа мощностью 45 000 лошадиных сил (34 000 кВт), пропиленовый компрессор мощностью 30 000 л. с. (22 000 кВт) и этиленовый компрессор мощностью 15 000 л. с. (11 000 кВт).
Несмотря на полную энергетическую интеграцию в установку парового крекинга, этот процесс производит непреодолимое количество углекислого газа. На тонну этилена производится 1–1,6 тонны углекислого газа (в зависимости от исходного сырья). [4] В результате в атмосферу ежегодно выбрасывается ошеломляющее количество углекислого газа — более 300 миллионов тонн, из которых 70–90% напрямую связано со сжиганием ископаемого топлива. За последние несколько десятилетий было реализовано несколько достижений в технологии парового крекинга для повышения ее энергоэффективности . Эти изменения включают сжигание кислородного топлива, новую технологию горелок и трехмерную геометрию реактора. [4] Однако, как это часто бывает в зрелых технологиях, эти изменения привели лишь к незначительному повышению энергоэффективности. Чтобы радикально сократить выбросы парниковых газов парового крекинга, электрификация действительно предлагает решение, поскольку возобновляемая электроэнергия может быть напрямую преобразована в тепло, например, с помощью резистивного и индукционного нагрева. [4] В результате несколько нефтехимических компаний объединили свои усилия, что привело к разработке нескольких совместных соглашений, в которых они объединяют усилия по НИОКР для изучения того, как установки парового крекинга нафты или газа могут работать с использованием возобновляемой электроэнергии вместо сжигания ископаемого топлива. [5] [6]
Несколько запатентованных конструкций доступны по лицензии, которую любая нефтеперерабатывающая компания, желающая построить и эксплуатировать установку парового крекинга заданной конструкции, должна приобрести у разработчика конструкции.
Основные проектировщики и лицензиары печей парового крекинга:
{{cite encyclopedia}}: Неизвестный параметр |tile=проигнорирован ( |title=предложено) ( помощь )