ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗОВ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА С ПОЛУЧЕНИЕМ ПРОПИЛЕНА

Нефтехимическая промышленность развивается прогрессивно и играет важную роль в экономическом развитии государства. Она является одной из наиважнейших, так как благодаря ее развитию другие отрасли промышленности обеспечиваются необходимым сырьем. Также параллельно развиваются новые направления. Развитие нефте­химии влечет за собой улучшения в производственных процессах других отраслей промышленности, которые напрямую зависят от нее. Новые разработки в химической отрасли способствуют ускорению процесса утилизации отходов, а также их переработке.

На сегодняшний день как нефтехимическая, так и перерабаты­вающая промышленность все в большей степени осознают потенциал своего сотрудничества. На НПЗ могут производиться все большее количество пропилена, и в сочетании с этой тенденцией также будет расти необходимое количество этилена. Ранее пропилен считался «другим олефином», что подразумевало относительную неважность пропилена по отношению к этилену. Баланс спроса и предложения становится более ощутимым, SRI Consulting прогнозирует рост спроса на пропилен более 4,5-5,0 % в год в течение следующих четырех лет, а в Азии с еще более сильным ростом почти на 6 % в год. Это превышает прогнозный темп роста этилена примерно на 0,5 %. С точки зрения заполнения рынка, пропилен производится как нецелевой продукт на заводах, произво­дящих этилен. В настоящее время около 61 % производится на заводах этилена, 34 % на нефтеперерабатывающих заводах и менее 3 % на производственных предприятиях, производящих только пропилен как основное сырье [1].

Пропилен – важное сырье для нефтехимической промышленности. Если в 2016 году для нефтехимии требовалось 12 млн. барр. нефти в сутки, то к 2025 году спрос увеличится до 15 млн. И самой значимой тенденцией является то, что мировой спрос на полиолефины будет продолжаться. Основной продукт, получаемый из пропилена – поли­пропилен. Также из пропилена получаются такие ценные сополимеры как акриловая кислота и акрилонитрил. Пропилен используется для получения масел, присадок, моющих средств (три- и тетраметры), растворителей [2]. Большая часть выпуска пропилена приходится на долю установок пиролиза, где он, как правило, побочный продукт производства этилена. Однако спрос на этилен растет медленнее спроса на пропилен. Поэтому идет поиск альтернативных методов получения пропилена. Применение метатезиса и других альтерна­тивных технологий крекинга олефинов (MOI, Superflex, Propylur и т. д.) могут увеличить выход пропилена в четыре раза [3]. Например, создание газохимического комплекса для Республики Казахстан создаст предпосылки для создания более 100 новых предприятий, которые в своем производстве будут использовать первичное нефтехимическое сырье – полиэтилен и полипропилен. Значимость этого проекта не только для нашей области, но и всего Казахстана подчеркивает тот факт, что он включен в республиканскую карту форсированного индустриально - инновационного развития страны. Интегрированный газохимический комплекс будет рассчитан на выпуск 1 миллиона 300 тысяч тонн полиэтилена и полипропилена в год на местном сырье.

На данный момент имеется всевозрастающая потребность получения пропилена альтернативными методами. Вот одни из них: повышение выхода пропилена в процессах пиролиза газового сырья и создание более селективных некаталитических процессов его получения [4]. Совместное (сопряженное) окисление пропана и этилена. Процесс может быть организован таким образом, что этилен в нем практически не расходуется, то есть фактически выступает в роли катализатора образования пропилена [5]. Крекинг в псевдоожиженном слое катализатора (FСС) и технологии, разработанные на его основе глубокий каталитический крекинг и каталитический пиролиз. Примером интеграции нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств может служить крупнейший проект компании Saudi Aramco-Sumitomo Chemical, реализуемый в г. Рабиг, Саудовская Аравия [6]. Крекинг с рециклом части науглероженного катализатора и др. Использование специальных присадок к катализаторам, способствующие повышению выхода легких олефинов в результате вторичных реакций крекинга олефинов бензиновых фракций на бутилены и пропилен. Одна из таких присадок под маркой «SuperZ» выпускается фирмой Intercat (США). Ее использование обеспечивает суммарный выход углеводородов C₃  – C₄ – 33 %, а пропилена до 13 % [7].

Возвращаясь к проекту газохимического комплекса, стоит отметить, строительство технологических установок комплекса глубокой переработки нефти на Атырауском НПЗ идет полным ходом. Сердцем данного производства является секция каталитического крекинга нефтяных остатков в кипящем слое «R2R» (лицензиар «Axens»). Назначение процесса каталитического крекинга – получение высоко­октанового компонента автомобильного бензина и жирных непредельных углеводородных газов из тяжелых видов сырья. Расчетная произво­дительность установки составляет 2388,54 тыс. т/год при минимально допустимой производительности, равной 50 % от производительности установки для «зимнего» варианта. Конечными продуктами являются: легкий газойль, бензин, сжиженный углеводородный газ, очищенный топливный газ [8].

Следует заметить, наряду с производством целевой продукции перед нефтеперерабатывающей промышленностью стоит проблема использования нефтяных заводских газов, которые являются экологи­чески чистым высококалорийным топливом и ценным сырьем для нефтехимического производства. В разные годы прилагались усилия для решения этой проблемы, но уровень утилизации нефтяного газа из-за нерентабельности многих мероприятий остается низким [9]. Основное условие для организации комплексной переработки такого сырья – разработка наиболее эффективного технологического решения. В связи с этим можно рассмотреть вариант использования газов кат. крекинга для получения нефтехимического сырья, в частности пропилена.

Одним из способов получения пропилена с газов каталитического крекинга и более тяжелых компонентов из отходящих газов НПЗ является процесс «Сryo-Plus», разработанный фирмой Pro-QuipCorp.С помощью данного процесса можно экономически эффективно выделять ценные углеводороды, в настоящее время сбрасываемые в топливную сеть НПЗ [10].

Рисунок 1. Технологическая схема установки каталитического крекинга с прямоточным реактором в комбинации с процессом «Сryo-Plus»: 1. Молекулярные сита; 2.Турбокомпрессор; 3.Теплообменник; 4.Холодильник; 5.Сепаратор; 6.Куб низкого давления; 7.Куб колонны

Остановимся непосредственно на процессе «Сryo-Plus»: Отходящие газы НПЗ, полученные на установках каталитического крекинга, или из других источников, сначала осушаются молекулярными ситами (1). Осушенный газовый поток, сжатый турбокомпрессором (2), охлаждается теплообменом с внутренними потоками установки (3). В зависимости от насыщенности газа высшими компонентами, может потребоваться дополнительный холодильник (4) для дальнейшего охлаждения газа перед его подачей в первичный сепаратор газа/жидкости (5). Из сепаратора легкие газы идут в турбодетандер, где за счет расширения охлаждаются еще сильнее. Поток из турбины входит в куб колонны низкого давления (6), а в ее верхнюю часть поступает головной продукт колонны высокого давления, охлажденный газом из колонны. В кубе колонны (7) собираются пропилен и более тяжелые компоненты исходной газовой смеси [10].

Таким образом, преимущества данного процесса — это низкие капиталовложения, высокая степень извлечения пропилена (99%), низкое энергопотребление, малая площадь, занимаемая установкой, которая может поставляться в модульном виде, простота эксплуа­тации, широкий диапазон рабочих нагрузок. Окупаемость составляет 1-2 года [10].

На данный момент нефтехимическую отрасль можно с уверен­ностью назвать одной из наиболее динамично развивающихся в мире. Казахстан имеет все шансы не только производить продукты нефтехимии для покрытия собственных нужд, но и экспортировать их на внешние рынки. Как известно, нефтехимическая промышленность наряду с энергетикой входят в число приоритетных направлений страны. Решение проблемы углубления переработки нефти до 85 % к 2020 году будет определяться наличием углубляющих процессов, освоения новых технологий для вовлечения в глубокую переработку нефтяных остатков, в том числе каталитического крекинга. Высокая окупаемость и трое­кратный эффект на смежные отрасли делают предприятия нефтехими­ческого сектора весьма привлекательными для вложения инвестиций. А темпы роста населения планеты являются гарантией стабильного увеличения потребления полимерной продукции, как в Европе, так и в странах Юго-Восточной Азии. Такие показатели, как растущий потреби­тельский спрос и высокая производительность труда определяют перспек­тивное будущее нефтехимической отрасли. Развитие нефтехимического комплекса важно. Сельское хозяйство, а также повседневный быт требуют производства все новых и новых разновидностей той или иной продукции. Предприятия нефтехимической промышленности играют немалую роль в выпуске инновационной электроники, лекарственных препаратов, косметических средств и т. д. Применение новых технологи­ческих методов может частично ликвидировать дефицит пропилена производством его из парафиновых дистиллятов, газойля и остаточных продуктов.

Список литературы:

1. Булкатов А.Н. Основные направления развития технологий для производства этилена и пропилена // Нефтепереработка и нефтехимия. 2008. №2.С. 8-9.
2. http://b2b.sibur.ru/pages_new_ru/catalog/catalog_apps.jsp?app=82&portal=ORGSYN.
3. http://www.ssa.ru/articles/entry/6144FC4B5.
4. Zabetakis M.G. Flammability characteristics of combustible gases and vapors // Washington U.S. Dept of the Interior. Bureau of Mines .1965. 121. Арутюнов В.С., Крылов О.В. Окислительные превращения метана. Москва: Наука. 1998. R. Burch and Eleanor M. Crabb.Homogeneous and heterogeneous contributions to the oxidative dehydrogenation of propane on oxide catalysts. Appl.Catal. A, 1993, 100(1), 111-130
5. Погосян Н.М., Погосян М.Д., Арсентьев С.Д и др. Совместное окисление пропана и этилена как источник пропилена // Нефтехимия. 2016 (в печати).\
6. New FCC catalyst // Hydrocarbon Processing. –2006. – № 3. – С. 29_35.
7. Knight J. Maximize propylene from your FCC unit / J. Knight, К. Mehlberg // Hydrocarbon Processing. – 2011. – № 9. – С. 91-95.
8. https://www.anpz.kz/press_center/news/?ELEMENT_ID=26406.
9. УДК 665.6 Технология переработки газов каталитического крекинга. Г.Р. Мустафаева, Н.А. Салимова, С.Р. Расулов.
10. Key.R., Z. Malik, “Technology advances improve liquid recovery from refinery offgases”, San Antonio, paper Am-00-06.
11. http://www.chemistry-expo.ru/ru/ui/17132.