Результат интеллектуальной деятельности: Способ очистки пирогаза

Изобретение относится к области нефтехимии, а именно - к способам получения этилена пиролизом углеводородного сырья, в частности, к стадии подготовки продуктов пиролиза к дальнейшей переработке.

Стадия подготовки продуктов пиролиза к дальнейшей переработке включает в себя, наряду с прочими стадиями, охлаждение и очистку пирогаза от смолистых соединений, сажи, кокса и т.д. Первоначальная очистка пирогаза закалочным маслом происходит в колонне первичной ректификации и одной из причин ее нестабильной работы является накопление смолистых соединений в закалочном масле, а также образование отложений во внутренних устройствах колонн, теплообменниках и трубопроводах. Поэтому в настоящее время особо остро стоит проблема снижения образования отложений смол и кокса в оборудованиях производства олефинов.

Известен основной способ подготовки пирогаза к дальнейшей переработке (Т.Н. Мухина и др. "Пиролиз углеводородного сырья". М.: "Химия", 1987, с. 143-144). Парогазовая смесь, охладившись до 175-180 °С в результате смешения с циркулирующим котельным топливом, поступает в колонну первичного фракционирования, где охлаждается и очищается от смолистых соединений и кокса. Из куба этой колонны отводится обезвоженная тяжелая фракция - котельное топливо, а сверху - более легкие фракции. Поток, уходящий с верха колонны первичной ректификации, охлаждается в теплообменниках до 40 °С и поступает в сепаратор, где пирогаз отделяется от сконденсировавшихся углеводородов и воды, которые затем разделяются в отстойнике. Часть пироконденсата подается в колонну первичной ректификации в качестве орошения.

В описанном способе в качестве углеводородного сырья используется этановая фракция, в которой содержание кокса и тяжелых смол незначительно и для их удаления достаточно легкой фракции, образовавшейся в процессе пиролиза. Однако при использовании в качестве углеводородного сырья пиролиза пропана и бутана, склонных к повышенному коксообразованию, количество образовавшегося в процессе пиролиза легкой фракции недостаточно для промывки пирогаза от кокса, тяжелых смол и для поддержания вязкости закалочного масла в требуемых пределах. В результате в систему требуется вводить дополнительное количество свежего закалочного масла, что приводит к увеличению затрат на производство.

Известен способ охлаждения и очистки пирогаза закалочным маслом (патент РФ №1181305, опубл. 20.12.1995 г.). Пирогаз после его охлаждения до 450 °С и смешения с циркулирующим закалочным маслом поступает в колонну разделения, где происходит очистка пирогаза от смолистых соединений закалочным маслом, которое требует дополнительной очистки. Очистка загрязненного закалочного масла осуществляется при использовании изопентана или н-пентана, а также их смесей, в результате чего происходит высаживание смол из циркулирующего закалочного масла. Недостатком данного способа является сложность технологической схемы и условий осуществления процесса охлаждения и очистки пирогаза, обусловленная проведением большого количества дополнительных промежуточных стадий, что приводит к дополнительным материальным затратам. Кроме того, введение в цикл очистки закалочного масла пентана или изопентана может привести к образованию взрывоопасных газовых выбросов.

В патенте РФ №2215774, опубл. 10.11.2003 г., выявлен способ охлаждения и подготовки продуктов пиролиза углеводородного сырья к компрессии и газоразделению, включающий последовательное охлаждение в закалочно-испарительных аппаратах, в колонне первичного фракционирования и в колонне водной промывки. В поток кубового продукта колонны первичного фракционирования, подающийся на охлаждение продуктов пиролиза прямым контактом и в виде орошения в среднюю часть колонны первичного фракционирования, добавляют фракцию углеводородов, выкипающих внутри интервала температур 160-380 °С, а на орошение верхней части колонны первичного фракционирования добавляют фракцию углеводородов, выкипающих внутри интервала температур 35-190 °С.

Описанный способ характеризуется сложностью технологической схемы, обусловленной включением в технологию охлаждения и подготовки продуктов пиролиза к компрессии и газоразделению колонны водной промывки пирогаза. Добавка фракции углеводородов, выкипающих внутри интервала температур 160-380 °С, составляет 2,5-6,0 % мас. от сырья пиролиза, что приводит к увеличению затрат. Кроме того, добавка фракции углеводородов, выкипающих внутри интервала температур 160-380 °С, в закалочное масло увеличивает вязкость продукта, усложняя откачку из системы, что приводит к забивке оборудования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ ступенчатого охлаждения и очистки пирогаза закалочным маслом (Патент РФ №2172763, опубл. 27.08.2001 г.). В описанном способе образовавшаяся смесь пирогаза и масла после стадии закалки поступает на разделение в колонку К-1. В качестве орошения в колонну К-1 подаются циркуляционное закалочное масло в количестве М₃ и свежее закалочное масло в количестве М₄, которое обеспечивает восполнение потерь циркуляционного масла и поддержание в нем содержания смол на заданном уровне. Снизу колонны К-1 отводится циркуляционное закалочное масло, которое после очистки от мелких частиц кокса в механическом фильтре Ф-1 и охлаждения в холодильнике Х-1 до 130 °С возвращается в цикл масляной закалки. Количество подаваемого свежего закалочного масла и содержание смол и кокса в отводимом из системы отработанном масле можно регулировать за счет режима работы и размеров сепаратора СМ. В качестве свежего закалочного масла можно использовать товарное дизельное топливо, отвечающее требованиям ГОСТ 305-82.

Недостатком описанного способа является недостаточное растворение смолистых соединений в закалочном масле, которое приводит к образованию крупных агломератов сажи и кокса и, как следствие, к закоксовыванию аппаратов и к внеплановым остановам для очистки оборудования, а повышенная вязкость закалочного масла - к значительным затратам на расход свежего дизельного топлива, являющегося дорогостоящим товарным продуктом. Кроме того, введение свежего дизельного топлива приводит к увеличению затрат на производство.

Целью и техническим результатом заявленного технического решения является улучшение показателей процесса очистки пирогаза снижение процесса укрупнения частиц кокса и сажи за счет растворения смолистых соединений в закалочном масле, снижение образования отложений в аппаратах и трубопроводах и, соответственно, сокращение потребления свежего закалочного масла, а также его потерь с использованием отходов производства.

Указанный технический результат достигается способом очистки пирогаза от смолистых соединений и кокса прямым контактом пирогаза с циркуляционным закалочным маслом в колонне первичной ректификации, отличающийся тем, что в циркуляционную систему закалочного масла добавляют фракцию ароматических углеводородов. При этом в качестве фракции ароматических углеводородов используют побочный продукт производства получения фенола и ацетона - бутил-бензольную фракцию (ББФ).

Добавка ББФ в закалочное масло позволяет эффективно растворять смолистые соединения, в результате чего достигается предотвращение отложений в колоннах первичной ректификации, теплообменных аппаратах и трубопроводах узла масляной очистки пирогаза. Кроме того, добавление ББФ в закалочное масло позволяет сократить использование дорогостоящего товарного продукта - дизельного топлива, что приводит к значительной экономии материальных средств, так как ББФ является недорогим побочным продуктом производства фенола и ацетона.

Заявленное техническое решение поясняется представленной схемой очистки пирогаза, где позиции обозначают следующее:

1 - поток пирогаза;

2 - колонна первичной ректификации;

3 - поток циркуляционного закалочного масла;

4 - поток легкого масла;

5 - холодильник;

6 - сепаратор;

7, 9 - насосы;

8 - поток парового конденсата;

10 - механический фильтр;

11 - поток ББФ;

12 - поток свежего закалочного масла.

Пирогаз (поток 1) после водной и масляной закалки с температурой 150-220 °С поступает в нижнюю часть колонны первичной ректификации 2. В нижней части колонны первичной ректификации 2 происходит промывка и очистка пирогаза от сажи и кокса циркуляционным закалочным маслом (поток 3), подаваемым в среднюю часть колонны первичной ректификации 2 с температурой 130-190 °С. В верхней части колонны первичной ректификации 2 происходит охлаждение пирогаза до температуры 95-130 °С за счет испарения легкого масла (поток 4), подаваемого на орошение в верхнюю часть колонны первичной ректификации 2 с температурой 20-45 °С.

Пирогаз (поток 1) сверху колонны первичной ректификации 2 поступает в холодильник 5 для окончательного охлаждения до температуры 20-35 °С, при этом за счет снижения температуры пирогаза происходит конденсация легкого масла и водяных паров из пирогаза. Образующаяся смесь пирогаза, легкого масла и парового конденсата поступает в сепаратор 6, откуда пирогаз (поток 1) направляется на компримирование, легкое масло (поток 4) насосом 7 возвращается на орошение в верхнюю часть колонны первичной ректификации 2, а паровой конденсат (поток 8) после очистки направляется в другие технологические процессы.

Циркуляционное закалочное масло (поток 3) снизу колонны первичной ректификации 2 насосом 9 после очистки от сажи и кокса в механическом фильтре 10 отводится в аппараты масляной закалки. Часть закалочного масла (поток 3) возвращается на орошение в среднюю часть колонны первичной ректификации 2 для промывки пирогаза, при этом в циркуляционную систему закалочного масла подается ББФ (поток 11).

Вязкость циркуляционного закалочного масла поддерживается вводом свежего закалочного масла (поток 12).

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Способ очистки пирогаза по прототипу

Очистку пирогаза проводят в соответствии с описанной схемой, при этом в качестве циркуляционного закалочного масла используют дизельное топливо. По мере расходования вязкость закалочного масла растет, для его снижения в колонну подается дополнительное количество свежего закалочного масла в количестве 5-6 % мас. от сырья пиролиза.

Пример 2. Способ очистки пирогаза по заявленному способу

Очистку пирогаза осуществляют также как и в примере 1, но в циркуляционную систему закалочного масла добавляют ББФ в количестве 0,2-0,3 % мас. от сырья пиролиза.

При этом ввод свежего закалочного масла (дизельного топлива) сокращается до 2-3 % мас. от сырья пиролиза.

Заявленный способ прошел промышленные испытания в ПАО «Казаньоргсинтез».

Для доказательства достижения поставленной цели были проведены исследования по определению количества осадка, осаждающегося в отработанном дизельном топливе при хранении.

Результаты исследования по определению образования осадка при хранении отработанного закалочного масла (дизельного топлива) в течение 5, 15, 30 дней представлены в таблице 1.

Таблица 1. Образование осадка при хранении отработанного закалочного масла (дизельного топлива)

Сравнительный анализ образования осадков при хранении отработанного закалочного масла (дизельного топлива) по прототипу и заявленному способу показывает, что применение смеси дизельного топлива и ББФ приводит к лучшему растворению тяжелых пиролизных смол и количество образованного осадка значительно ниже, в среднем на 0,51 % мас. Следовательно, образование отложений и кокса на оборудовании также должно быть значительно ниже, что подтвердилось при дальнейших исследованиях.

Проведенный визуальный осмотр состояния аппаратов узла масляной очистки пирогаза показал, что накопленные отложения в кубовой части колонн значительно меньше, по внешнему виду, они рыхлые, мягкие, легко удаляются из системы.

ББФ является дешевым отходом производства фенола и ацетона. Таким образом, добавление ББФ в дизельное топливо приводит к снижению забивки оборудования коксом и снижению потребления дорогостоящего товарного продукта - дизельного топлива и, соответственно, удешевлению технологического процесса (таблица 2).

Таблица 2. Потребление свежего дизельного топлива и бутил-бензольной фракции

Из таблицы 2 видно, что потребление дизельного топлива уменьшилось на 34% в год, что является существенным снижением расхода дорогостоящего товарного продукта.

Таким образом, из изложенного выше можно сделать вывод, что заявителем достигнуты поставленные цели и заявленный технический результат - использование предлагаемого изобретения позволяет улучшить показатели очистки пирогаза от смолистых соединений, кокса и сажи. Добавление ББФ в свежее закалочное масло снижает процесс укрупнения частиц кокса и сажи за счет эффективного растворения смолистых соединений в закалочном масле, позволяет снизить накопление отложений в аппаратах и трубопроводах в процессе эксплуатации, и, следовательно, снизить внеплановые остановы для очистки оборудования. Кроме того, использование ББФ позволяет снизить расход закалочного масла, в частности, дизельного топлива, являющегося дорогостоящим товарным продуктом.