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 этилен (или этилен ) и пропен (или пропилен ). Установки парового крекинга — это установки, на которых такое сырье, как нафта , сжиженный нефтяной газ (СУГ), этан , пропан или бутан , подвергается термическому крекингу с использованием пара в печах парового крекинга для получения более легких углеводородов. Процесс дегидрирования пропана можно осуществлять с помощью различных коммерческих технологий. Основные различия между каждым 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, поддерживающей крупнейшие химические процессы, например, производство этилена и пропилена. [2]
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. [3] Обычно температура реакции очень высокая, около 850 °C. Реакция протекает 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 закалочного коллектора с использованием закалочного масла. [2]
Продукты, образующиеся в реакции, зависят от состава сырья, соотношения углеводородов и пара, температуры крекинга и времени пребывания в печи. Легкое углеводородное сырье, такое как этан , сжиженный нефтяной газ или легкая нафта , дает в основном более легкие алкены, включая этилен, пропилен и бутадиен . Более тяжелые углеводороды (полный спектр и тяжелая нафта, а также другие продукты нефтепереработки) дают некоторые из этих продуктов, но также и продукты, богатые ароматическими углеводородами и углеводородами, подходящими для включения в бензин или мазут . [ нужна цитата ]
Более высокая температура крекинга (также называемая жесткостью) способствует производству этена и бензола , тогда как более низкая жесткость дает большее количество пропена , C4-углеводородов и жидких продуктов. Этот 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 между очистками от кокса. Для удаления кокса печь необходимо изолировать от процесса, а затем через змеевики печи пропустить поток пара или паровоздушной смеси. При этом твердый твердый углеродный слой преобразуется в окись углерода и диоксид углерода. После завершения реакции печь можно вернуть в эксплуатацию. [ нужна цитата ]
Площадки завода по производству этилена:
Поскольку производство этилена является энергоемким, много усилий было направлено на рекуперацию тепла из газа, выходящего из печей. Большая часть энергии, извлеченной из крекированного газа, используется для производства пара высокого давления (1200 фунтов на квадратный дюйм (8300 кПа)). Этот пар, в свою очередь, используется для привода турбин для сжатия крекированного газа, пропиленового холодильного компрессора и этиленового холодильного компрессора. Запущенному заводу по производству этилена не нужно импортировать пар для привода паровых турбин. Типичный завод по производству этилена мирового масштаба (около 1,5 миллиардов фунтов (680 тыс. тонн этилена в год) в год) использует компрессор крекинг-газа мощностью 45 000 лошадиных сил (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 на установке парового крекинга, в этом процессе образуется непреодолимое количество углекислого газа. На тонну этилена выделяется 1 – 1,6 т углекислого газа (в зависимости от сырья). [4] В результате ежегодно в атмосферу выбрасывается ошеломляющее количество - более 300 миллионов тонн углекислого газа, 70-90% которого напрямую связано со сжиганием ископаемого топлива. За последние несколько десятилетий в технологии парового крекинга было реализовано несколько достижений, направленных на повышение ее энергоэффективности . Эти изменения включают кислородно-топливное сжигание, 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 ограничить выбросы парниковых газов при паровом крекинге, 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 исследованиям и разработкам для изучения того, как установки парового крекинга нафты или газа могут работать с использованием возобновляемой электроэнергии вместо сжигания ископаемого топлива. [5] [6]
Несколько запатентованных разработок доступны по лицензии, которую должна приобрести у разработчика конструкции любая нефтеперерабатывающая компания, желающая построить и эксплуатировать установку парового крекинга данной конструкции.
Это основные разработчики и лицензиары печей парового крекинга: