Химическая переработка углеводородов нефти

Нефть долгое время применялась только в качестве топлива. В небольших масштабах производилась разгонка ее с отбором легкокипящей фракции — бензина, находившего лишь ограниченное применение, средних фракций — керосина и осветительных масел и, наконец, тяжелых фракций - смазочных масел и вазелинов. Нефтяные остатки от перегонки - мазут - опять-таки применялись как топливо. С развитием применения двигателей внутреннего сгорания и их специализацией (авто- и авиамоторы, тракторные двигатели, судовые двигатели и т. п.) возрастала потребность в легкокипящих видах топлива, которые не могли быть получены в достаточном количестве простой разгонкой нефти. Кроме того, возникла необходимость выпуска специальных видов топлива, вообще не получающихся из нефти без химической переработки входящих в нееуглеводородов.

Главными преимуществами каталитического крекинга по сравнению с термическим являются: большой выход бензинов и их высокое октановое число, попутное удаление серы из нефтепродуктов (обессеривание) и более ценный состав газов крекинга (больше пропана и бутана, меньшеметана и этана). Правда, при каталитическом крекинге требуется периодическая регенерация катализатора, загрязняемого отлагающимся на немкоксом, однако тепло, выделяющееся при выжигании кокса, не теряется, а используется для поддержания высокой температуры процесса крекинга. Между тем в термическом крекинге для ведения процесса при достаточно высокой температуре расходуется ценное топливо.

Среди процессов риформинга наиболее важное место занимают в настоящее время гидроформинг и платформинг. Гидроформинг проводится ватмосфере водорода на окисных катализаторах. При платформинге используются катализаторы, содержащие немного платины (менее 1%), отложенной на носителе, обладающем кислотными свойствами (окись алюминия, алюмосиликаты).

В схемах с движущемся слоем катализатора последний применяется либо в виде крупных зерен, либо в виде пыли. В первом случае слойкатализатора медленно продвигается в реакционной камере, затем поступает в камеру регенерации и, пройдя через нее, возвращается в реакционную камеру. Самая ранняя из предложенных схем этого типа получила название термофор-процесса. В схемах, в которых применяется пылевидный катализатор, его подают в реакционную камеру взвешенным в парах перерабатываемого нефтепродукта или вдувают струей газа. В восходящем потоке жидкого нефтепродукта, протекающего через реакционную камеру, образуется тонкая взвесь катализатора. Такой процесс называется процессом в псеедоожиженном слое или флюид-процессом. Поскольку слой катализатора по виду напоминает кипящий, очень распространено также название процесс в кипящем слое.

Первоначально указанные выше схемы были разработаны для каталитического крекинга, а впоследствии были применены (с заменой катализатора) и для каталитического риформинга.

1.3.4 Переработка угля

Получаемые из угля синтетические топлива могут быть твердыми, жидкими и газообразными. К твердым синтетическим топливам относится большое количество облагороженных или улучшенных топлив типа "чистый уголь", угольные брикеты, полукокс, термоуголь, автоклавированный уголь. Преимуществами "чистого угля" являются снижение выбросов SO2 и твердых частиц при сжигании, а также повышение теплотворной способности по сравнению с исходным углем. При получении топлива для коммунально-бытовых целей используется брикетирование угольной мелочи: В результате происходит снижение выбросов твердых частиц при сжигании и может повышаться теплотворная способность топлива. В некоторых случаях в брикеты вводят специальные химические добавки, снижающие выход смол, сажи, серы и других вредных продуктов при сжигании.

Состав и теплотворная способность продуцируемого газа зависят не только от режимов газификации, но и от конструкции используемогогазогенератора. Применение топливного газа позволяет решать экологические технологические проблемы в энергетике, металлургии и других отрасляхпромышленности. Особенностью получаемого заменителя природного газаявляется низкое содержание СО и, следовательно, относительно низкаятоксичность, что позволяет широко применять этот газ в бытовых целях.

Синтез-газ используется для химической переработки в метанол, моторныетоплива или для получения водорода.

При получении котельного топлива (заменителя нефтяного мазута) имоторных топлив требуется дополнительное применение процессовгидропереработки жидких угольных продуктов с целью уменьшения содержаниясеры и других нежелательных примесей. Наиболее легко перерабатывается"угольная нефть", получаемая в процессе каталитической гидрогенизации угля.

Альтернативным направлением производства синтетических жидких топлив является совмещение процессов получения из угля синтез-газа и его химической переработки в соответствии со схемой:. Жидкие топлива из синтез-газа экологически намного безопаснее, чемтоплива, получаемые прямым ожижением угля. Последние содержат высокое количество канцерогенных полициклических соединений.

1.3.5 Технологическая переработка угля

Пиролиз и коксование

Современные процессы низкотемпературного пиролиза бурых углей ориентированы преимущественно на получение синтетического жидкого топлива иполукокса. Гидрогенизацией смол пиролиза можно получать моторные топлива, однако их стоимость пока выше, чем моторных топлив из нефти. Твердые продукты пиролиза бурого угля имеют более широкое применение в качестве облагороженного энергетического топлива, брикетированного топлива коммунально-бытового назначения, восстановителей в цветной и черной металлургии, компонентов шихты при получении металлургического кокса, а также углеродных сорбентов. Среди известных методов получения полукокса из бурого угля весьма перспективен для промышленного освоения предложенный с участием автора каталитический пиролиз в кипящем слое катализатора окисления. При коксовании каменных углей получают кокс, используемый в основном в черной и цветной металлургии для выплавки металлов, а в качестве побочнях продуктов получают парогазовую смесь, содержащую множество химических соединений.

Путем конденсации и адсорбции из нее извлекают бензол,каменноугольную смолу, состоящую из смеси конденсированных ароматических и гетероциклических соединений, нафталин, фенолы, аммиак и прочие вещества.Всего в качестветоварных продуктов коксования производят около 250химических веществ. Для коксования используют дорогостоящие спекающиесяугли, способные образовать кокс.

1.3.5 Переработка природного газа

Установки по переработке природного газа и по его возврату в цикл добычи извлекают товарные жидкости из газового потока, поступающего непосредственно из газовых скважин или из обычных сепараторов нефти и газа на нефтяных скважинах. Размеры и производительность таких установок варьируются в очень широких пределах: от нескольких миллионов до нескольких сот миллионов кубических футов газа в день.

1.3.6 Производство силикатных изделий

Особенностью автоклавного производства силикатобетонных изделий является возможность получения изделий различной плотности и прочности при одних и тех же исходных материалах и процессах их подготовки по технологическим схемам, в своей основе аналогичным при производстве бетонных и железобетонных изделий.

Производство силикатных изделий обычно складывается из следующих операций: приготовления известково-кремнеземистой смеси, приготовления и гомогенизации силикатобетонной смеси, формования изделий, твердения изделий в автоклавах в среде насыщенного водяного пара при давлении 0,9...1,6 МПа и температуре 175...200°С.

Некоторые технологические переделы в зависимости от исходного сырья и вида выпускаемых изделий могут изменяться или дополняться другими операциями. Например, в производстве силикатного кирпича иногда отсутствует операция помола известково-кремнеземистой смеси, но необходима операция гашения извести в смеси с песком, которую осуществляют в специальных сило-сах или в гасильном барабане. При изготовлении ячеистых силикатно-бетонных изделий процесс приготовления смеси дополняется приготовлением устойчивой пены или суспензии газообразователя и их смешиванием с известково-песчаной смесью.

Последняя и самая важная стадия производственного процесса — твердение силикатно-бетонных изделий — осуществляется в автоклавах. Автоклав представляет собой горизонтально расположенный стальной цилиндр диаметром 2 м и более, длиной 20...30 м, с торцов герметически закрытый крышками (8.1). В нижней части автоклава уложены рельсы, по которым передвигаются загружаемые в него вагонетки с изделиями.

1.3.7 Производство строительных материалов и утилизация промышленных отходов

Промышленность строительных материалов — базовая отрасль строительного комплекса. Она относится к числу наиболее материалоемких отраслей промышленности. Материалоемкость определяется отношением количества или стоимости израсходованных на производство продукции материальных ресурсов к общему объему продукции. В ряде случаев применение сырья из отвалов промышленных предприятий практически полностью удовлетворяет потребности отрасли в природных ресурсах.

В настоящее время доменные шлаки являются ценным сырьевым ресурсом для производства многих строительных материалов и прежде всего портландцемента. Использование доменных шлаков как активного компонента цемента позврляет существенно увеличить его выпуск.

2. КОЛОННЫ СИНТЕЗА АММИАКА

2.1 Процесс производства аммиака

Соединения азота имеют исключительно большое значение для всего народного хозяйства. В связи с этим азотная промышленность по темпам развития опережает другие подотрасли химической промышленности.

Известно несколько соединений азота с водородом: аммиак NH3, гидразин NaH4, азотистоводopодная кислота HN3. Непосредственно из элементов могут быть получены аммиак и гидразин.

Однако в условиях промышленного синтеза аммиака гидразин не образуется – синтез аммиака является простой реакцией, протекающей без образования побочных продуктов.

Любая реакция между газообразными веществами, протекающая на поверхности катализатора, может быть расчленена на пять последовательных стадий: перенос газообразных реагирующих веществ к поверхности катализатора; адсорбция; реакция на поверхности; десорбция продукта реакции с поверхности; перенос продукта реакции от поверхности в объем газовой фазы.

Адсорбция при гетерогенно-газовых каталитических реакциях характеризуется, в большинстве случаев, относительно высокой энергией активации и сопровождается выделением значительного количества тепла (от 10 до 100 ккал на 1 г-мол адсорбированного газа). Такая адсорбция называется активированной.

Производство синтетического аммиака состоит из 3-х основных технологических стадий: 1) получение исходной азото-водородной смеси (синтез-газа); 2) очистка синтез-газа от примесей; 3) каталитический синтез аммиака.

Аммиак используется для получения азотной кислоты, азотсодержащих солей, мочевины, синильной кислоты, соды по аммиачному методу. Так как жидкий аммиак имеет большую теплоту испарения, то он служит рабочим веществом холодильных машин. Жидкий аммиак и его водные растворы применяют как жидкие удобрения. Большие количества аммиака идут на аммонизацию суперфосфата и туковых смесей.

Аммиак ядовит. Он сильно раздражает слизистые оболочки. Острое отравление аммиаком вызывает поражения глаз и дыхательных путей, одышку, воспаление лёгких. Предельно допустимой концентрацией аммиака в воздухе производственных помещений считается 0,02 г/м3. Аммиак хранят в стальных баллонах, окрашенных в жёлтый цвет, с чёрной надписью – Аммиак.

Краткое описание технологической схемы производства аммиака

Для достижения высокой производительности аппарата процесс синтеза аммиака следует вести, не стремясь к получению равновесных выходов. Напротив, надо пропускать газ с такой объемной скоростью, при которой выходящая из аппарата газовая смесь далека от состояния равновесия и содержание аммиака в ней невелико. Поэтому необходимо, выделив аммиак из газа, вновь направить азотоводородную смесь на синтез, что может быть осуществлено двумя приёмами. Можно соединить последовательно ряд агрегатов для синтеза аммиака, пропуская газ через все агрегаты (схема с открытой цепью). Каждый агрегат состоит из колонны синтеза, холодильника (в котором газ охлаждается и конденсируется аммиак) и газоотделителя для разделения газа и жидкого аммиака. Можно проводить процесс в одном агрегате, направляя азотоводородную смесь после выделения аммиака и добавки к ней соответствующего количества свежей смеси обратно в колонну синтеза. Такой циклический процесс благодаря своим преимуществам, прежде всего компактности и простоте регулирования, применяется в настоящее время почти на всех установках.

Автоматическое управление агрегатом синтеза

Схема агрегата с автоматическим управлением процессом синтеза аммиака показана на рис. 1. При таком управлении агрегатом автоматически регулируются следующие параметры процесса: температура в колоннах синтеза; уровни жидкого аммиака в сепараторе и конденсационной колонне; температура газа, выходящего из аммиачного конденсатора; состав циркуляционного газа по содержанию инертных примесей (СН4 и Аг); выдача жидкого аммиака из газоотделителя на склад; давление в газоотделителе.

Общий принцип действия системы можно пояснить на примере автоматического регулирования температуры в колонне синтеза.

1 – колонна синтеза; 2 – водяной конденсатор; 3 – сепаратор жидкого аммиака; 4 – конденсационная колонна; 5 – испаритель; 6 – центробежный циркуляционный компрессор; 7 – газоотделитель; 8 – регулирующий клапан; T – измерители температуры; L – измерители уровня; P – измеритель давления; C – регулятор состава.

Рисунок 2.1 – Агрегат синтеза аммиака с автоматическим управленим.

Электродвижущая сила (э. д. с.), возникающая в термопаре (датчике), пропорциональна температуре, которая отсчитывается на шкале измерительного прибора. Отклонение температуры от заданной преобразуется специальным устройством в импульс давления воздуха, приводящий в действие систему регулирования. Чем больше отклонение, тем сильнее воздействие, передаваемое регулятором органу управления.

При повышении температуры открывается вентиль холодного байпаса, при снижении он прикрывается. Если этот прием регулирования не приводит к повышению температуры при закрытом байпасе, регулирование производится изменением объемной скорости. При этом регулятор начинает подавать сигнал на открытие вентиля "длинного байпаса", вследствие чего уменьшается количество газа, подаваемого в колонну циркуляционным компрессором.

Производительность колонн во многом зависит от конструкции их насадок, совершенство которых оценивается простотой и надежностью работы, а также возможностью создания наиболее благоприятного температурного режима синтеза аммиака. В идеальном случае распределение температур по высоте слоя катализатора должно соответствовать оптимальной температурной кривой. Для обеспечения оптимального режима должно быть правильно определено соотношение размеров предварительного теплообменника и катализаторной коробки и организован отвод тепла из зоны реакции таким образом, чтобы исключалась возможность как перегрева, так и переохлаждения катализатора.

Дата добавления: 2015-08-02