Технология переработки попутного газа

4. Технологический режим с указанием основных факторов процесса, механизма  и катализаторов  процесса, температуры, давления, продолжительности контакта, соотношения компонентов, качества катализаторов, ограничений  по глубине отбора продукции, объемных скоростей процессов. 
 

В последние годы в связи с дефицитом нефтяного сырья проводятся интенсивные исследования по созданию процессов получения низших олефинов,   ароматических углеводородов и моторных топлив из дешевых видов сырья:   природного и попутного нефтяного газов и газовых конденсатов и других видов.   Несмотря на сокращение в России добычи нефти и газа,   проблема рационального использования компонентов природного и попутного нефтяного газов – углеводородов С2-С4,  остается неразрешенной. 

До недавнего времени значительная часть углеводородных компонентов природного и попутного нефтяного газов использовались лишь в качестве технологического топлива,   закачивалась обратно в пласт для повышения внутрипластового давления или сжигалась на факелах и не находила применения для синтеза химических продуктов. Сжигание газообразных углеводородов является самым простым и дешевым способом их утилизации,   но при этом безвозвратно теряется ценное углеводородное сырье и ухудшается экологическая обстановка в местах добычи нефти и природного газа. 

Наиболее перспективными катализаторами для переработки легкого углеводородного  сырья могут быть высококремнеземные цеолиты типа MFI,   которые благодаря своей уникальной микропористой структуре и молекулярно-ситовым свойствам проявляют высокую активность и селективность в реакциях превращения различных классов углеводородов сырья. 

Целью настоящей работы является исследование процесса конверсии попутных нефтяных газов С2-С4  на цеолитсодержащих нанокомпозитных катализаторах. 

Высококремнеземные цеолиты  (ВКЦ) получали из щелочных алюмокремнегелей при 180- 185 С в течение 2-4  суток с применением различных органических структурообразующих добавок:   гексаметилендиамина, «спиртовой фракции»  и  «Х-масла» (отходов производства капролактама).  Цеолитсодержащие нанокомпозитные катализаторы были получены   механохимическим смешиванием порошков синтезированных цеолитов с наноразмерными частицами металлов меди,  цинка,  молибдена,  хрома и других элементов. В качестве сырья для процесса превращения попутного нефтяного газа использовали смесь углеводородных газов состава:  метан – 0,7; этан – 6,3; пропан – 80,1;  н – бутан – 6,4;  изобутан – 2,6 %  мас. 

Каталитическую переработку попутных нефтяных газов С2-С4 проводили при атмосферном давлении с варьированием температуры реакции от 500  до 650 С,  объемной скорости подачи газовой смеси алканов  220   ч-1.   Анализ газообразных углеводородов проводили на набивной колонке,   наполненной Al2O3  (детектор катарометр)  и жидких продуктов процесса превращения прямогонных бензиновых фракций,   выкипающих в интервале н.к. – 195 С,  газового конденсата проводили на капиллярной колонке ZB-1,  длиной 30 м (детектор ПИД) на газовом хроматографе марки «Кристалл-5000.1».

Основными продуктами переработки попутных нефтяных газов С2-С4 на ВКЦ и цеолитных нанокомпозитных катализаторах,  модифицированных наноразмерными частицами меди, были газообразные углеводороды состава С1-С4 и жидкие углеводороды:  бензол,  толуол,   ксилолы (фракция БТК),  арены С9-С10,  нафталин,  метил- и диметилнафталины.

Результаты исследований активности и селективности исходного ВКЦ в Н-форме (НВКЦ)  и цеолита,   модифицированного наноразмерными частицами меди    (Cu/НВКЦ),   в процессе конверсии попутного нефтяного газа С2-С4 представлены в таблице.  

Исследование влияния температуры на состав продуктов конверсии попутного нефтяного газа на НВКЦ и Cu/НВКЦ показало,   что введение меди в цеолит значительноувеличивает активность и селективность образования аренов.   Введение меди в НВКЦ   приводит к значительному суммарному выходу   аренов с повышением температуры конверсии попутного нефтяного газа с 450  до 550 С с 24,3  до 47,7 %,   а на чистом НВКЦ    суммарныйвыход аренов с ростом температуры реакции с 450  до 550 С практически не изменяется и составляет 28,2-27,3 %,   и степень конверсии попутного нефтяного газа достигает 99.

Среди ароматических углеводородов наибольших выход наблюдается для бензола и толуола  22,8 %  и 16,7 %  при 550 С соответственно.   Среди газообразных продуктов наблюдается высокий выход метана и этана 28,8  и 14,9 %  при 550 С    соответственно,   что указывает на значительное протекание реакций крекинга попутного нефтяного газа. 

Таким образом,   цеолитные катализаторы,   модифицированные наноразмерными частицами меди,   обладают повышенной активностью,  селективностью в образовании алкилароматических углеводородов из попутного нефтяного газа и высокой термостабильностью  по сравнению с чистым  высококремнеземным  цеолитом. 

5. Материальный баланс.

Топливно-энергетический баланс (ТЭБ) является комплексным материальным балансом, охватывающим совокупность взаимозаменяемых топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). Данный баланс увязывает в единое целое частные балансы различных видов топлива и энергии, дает характеристику общего объема и структуры их добычи (производства), распределения и использования.

В статистической практике Российской Федерации сводный отчетный ТЭБ разрабатывался раз в пять лет, начиная с 1960 г. Последний сводный отчетный ТЭБ России был разработан по полной программе и развернутой схеме на отчетных данных 1990 г.

В целях оценки изменений в структуре производства и потребления топлива и энергии, а также определения направлений развития ТЭКа страны в промежуточные годы между отчетными топливно-энергетическими балансами Госкомстатом России разрабатывается ежегодный расчетный ТЭБ на федеральном уровне по краткой схеме.

Расчетный топливно-энергетический баланс представляет собой аналитическую таблицу, содержащую перечень видов топливно-энергетических ресурсов и основные показатели, характеризующие источники формирования ресурсов и направления их использования.

Этот баланс, несмотря на ограниченные размеры, в основных чертах повторяет сводный отчетный ТЭБ страны, содержит все основные показатели его, но имеет меньшую степень детализации и ряд отличий.

Например, в расчетном балансе:

в разделе "Природное топливо" строка "Уголь-всего" раскрывается двумя позициями: "Уголь каменный" и "Уголь бурый", а в отчетном ТЭБе эти данные, кроме того, детализируются по бассейнам и месторождениям;

в разделе "Продукты переработки топлива" агрегированные группы энергоресурсов "Прочие продукты переработки твердого природного топлива " и "Прочие продукты переработки природного и попутного газа" представлены одним показателем, а в отчетном ТЭБе, эти группы ТЭР представлены отдельными балансовыми строками;

в разделе "Ресурсы" добыча (производство) ТЭР представлены как в валовом выпуске, так и товарной продукцией, а в отчетном ТЭБе - в валовом выпуске;

в разделах "Ресурсы" и "Распределение" сводные показатели представлены в двух итоговых строках: "Баланс первичных топливно-энергетических ресурсов" и "Баланс котельно-печного топлива", а в отчетном ТЭБе эти балансовые строки не рассчитываются. Номенклатура ТЭР, учитываемая в расчетном балансе, значительно сокращена по сравнению со сводным отчетным ТЭБом.

Для расчета материального баланса в качестве сырья выбраны бурый уголь и попутный нефтяной газ. Исходные данные и результаты показаны в таблице.

                                Расчет материального баланса.

6. Технико-экономический показатель установок.

Технико-экономические показатели работы установок с электрофильтрами на алебастровых и гипсовых заводах приведены ниже.

Технико-экономические показатели работы установок каталитического реформинга в значительной мере определяются работоспособностью катализатора. Контроль же за состоянием катализатора на большинстве установок проводится только по косвенным показателям, правильная и однозначная интерпретация которых затруднена из-за сложности процесса реформинга а многообразия факторов, влияющих на его протекание.

Очевидно, что технико-экономические показатели работы установки - адсорбционной осушки улучшатся при реализации режима, обеспечивающего минимальную температуру точки росы обработанного газа.

Эффективность работы электрофильтров на улавливании золы с высоким удельным элек-тричесяим сопротивлением при вводе в газы серного ангидрида ( данные по трем различным установкам. К факторам, определяющим технико-экономические показатели работы установок искусственного холода, относятся энергетические затраты на выработку холода, затраты на сооружение установок, зависящие от суммарной поверхности теплообменников испарителей и конденсаторов, типов компрессорных агрегатов.

С учетом ограничений по температуре рассчитаны технико-экономические показатели работы установок при периодическом варианте экстрагирования.

При планировании работы технологических установок необходимо учитывать технико-экономические показатели работы установки, которые характеризуются следующими коэффициентами.

В результате усовершенствования процесса и отдельных узлов технико-экономические показатели работы установки газогенератора ГИАП непрерывно из года в год улучшаются.

Перечисленные особенности коксования остатков высокопа-рафинистых нефтей, в частности мангышлакской, снижают технико-экономические показатели работы установок. При переработке остатков таких нефтей необходимо больше внимания уделять их подготовке - главным образом в направлении снижения содержания парафиновых углеводородов и увеличения содержания ароматических углеводородов и асфальто-смолистых веществ, что повлечет за собой повышение выхода кокса, а также исключит или хотя бы ослабит влияние указанных факторов на процесс коксования. В данной работе рассматриваются два способа подготовки сырья из мангышлакской нефти: глубоковакуумная перегонка-остатков и термическое крекирование остатков и тяжелых дистиллятов.

Гидровыгрузка представляет собой заключительный этап процесса получения нефтяного кокса и непосредственно влияет на производительность технико-экономические показатели работы установки.

При отложениях золы на поверхностях нагрева котлов и на лопатках газовых турбин резко снижаются технико-экономические показатели работы установок. ероятностные ограничения модели определяются на основе анализа условий работы каждого технологического процесса в отдельности и НПП в целом, обработки статистической информации, отражающей технико-экономические показатели работы установок и НПП, а также на основе анализа динамики связей НПП с поставщиками и другими предприятиями.

Технология гидроудаления являющаяся первым этапом разрушения монолита кокса в реакторах УЗК, непосредственно влияет на формирование первичного гранулометрического состава кокса и, как следствие на технико-экономические показатели работы установок замедленного коксования.

Работа аппарата автоматизирована на базе приборов и регуляторов отечественного производства, в результате чего достигнут оптимальный режим концентрирования раствора на выходе из аппарата, что на 10 % повысило технико-экономические показатели работы установки. При этом снижен расход газообразного топлива на единицу полученного продукта и облегчена работа последующих технологических процессов производства вследствие постоянства химического состава температуры упаренного раствора.