Дополнительный материал по выполнению практических работ и домашних заданий по курсу «Основы технологических производственных процессов» (стр. 4 )

Каталитический крекинг осуществляют в присутствии ката­лизаторов, наличие которых позволяет вести процесс при более низких (490-540ºС) температурах и давлениях близких к атмосферному. Та­ким способом обычно получают авиационный бензин с октановым чис­лом 90-92. Выход его достигает 70 % массы исходного сырья, в каче­стве которого обычно выступают керосин и соляровые дистилляты. Наилучший катализатор процесса - алюмосиликаты (10-25 % оксидов алюминия и 75-90 % оксидов кремния), промотированные редкозе­мельными металлами. Доля газообразных продуктов составляет 12-15 %, в кокс переходит 4-6 % первоначального продукта.

Реакторы каталитического крекинга различаются по состоянию слоя катализатора: взвешенного и движущегося. Активность катализа­тора резко снижает образующийся высокодисперсный кокс, забиваю­щий его поверхность. Поэтому катализатор непрерывно циркулирует в реакторе между зоной катализатора и регенерации. Последнюю осу­ществляют, сжигая углерод воздухом при 580-680ºС.

Чтобы затормозить образование углеродистых отложений, применяют крекинг под давлением - каталитический риформинг. Его температура равна 480-540 ºС, катализатором служат платина, платино-рутениевые составы, оксиды хрома и молибдена, давление составляет 1,4-2,0 МПа. Каталитический риформинг позволяет полу­чать высокоактановые автомобильные топлива, жидкие ароматические углеводороды и газообразные предельные углеводороды (в количестве 5-15% от массы сырья).

При каталитическом риформинге происходит ароматизация бензинов. Для насыщения непредельных побочных продуктов риформинг проводят в присутствии водорода (гидрокрекинг). Сырьем для него служат мазут и другие тяжелые остатки нефтепродуктов, перера­батываемые с использованием платиновых, хромовых и молибденовых катализаторов.

При переработке исходного сернистого сырья (сернистых нефтей, мазутов и т. п.) гидрокрекинг проводят в две стадии. На пер­вой применяют сероустойчивые алюминий-кобальт-молибденовые ката­лизаторы. В их присутствии проходят десульфурация сырья при взаи­модействии водорода с серой и образование сероводорода с частичным удалением последнего. Вторая стадии аналогична гидрокрекингу бес­сернистого сырья.

Полученные при перегонке и крекинге сернистые, кислород-' содержащие, азотистые соединения и другие примеси обусловливают нестабильность свойств нефтепродуктов, способствуют образованию нагара в цилиндрах двигателей, появлению неприятных запахов и т. д. Поэтому нефтепродукты подвергают химическим (гидроочистка и очи­стка серной кислотой) и физико-химическим (адсорбция и экстракция) методам извлечения примесей.

Гидроочистка получила значительное распространение и за­ключается в использовании водорода для связывания и удаления примесей при 350-400°С и 3-5 МПа с применением алюмо-кобальто-молибденового катализатора. При взаимодействии водорода с серни­стыми, азотистыми и кислородсодержащими соединениями образуются легко удаляемые сероводород, аммиак и вода.

Сернокислотная очистка состоит в обработке нефтепродук­тов 90-93%~ной серной кислотой при обычной температуре. В осадок (кислый гудрон) переходят нежелательные примеси.

При адсорбционной очистке используют отбеливающие гли­ны и силикагель, при экстракции в качестве извлекающей фазы при­меняют нитробензол, фурфурол, жидкий диоксид серы, дихлорэтиловый эфир и др.

После очистки нефтепродукты стабилизируют ингибиторами-антиокислителями (фенолами, ароматическими аминами, аминофенолами и т. п.).

Несмотря на прогрессивность методов глубокий химической переработки нефти, в отечественной промышленности они носят вспо­могательный характер. На их долю, в частности каталитического кре­кинга и коксования тяжелых нефтяных остатков, приходится не более 10% общего объема нефтепереработки.

4. Загрязнение и защита окружающей среды в нефтяной отрасли

Добыча, переработки и транспортировка нефти сопряжены с существенным загрязнением окружающей среды.

Постоянным потенциальным источником ее дестабилизации является сеть нефтепроводов. Так, в СНГ ежегодно происходит до 700 крупных разрывов нефтепроводов, при этом потери достигают, по разным источникам, 7-20% добываемой нефти.

На угрожающем уровне находится нефтяное загрязнение Ми­рового океана. Межконтинентальная транспортировка нефти и нефте­продуктов, осуществляемая нефтеналивными судами, составляет почти половину общего объема морских перевозок. Каждый 50-й рейс тан­керов оказывается аварийным, и на каждый миллион тонн нефти об­разуется в среднем 160 т ее разливов. Особенно катастрофичны по последствиям аварии на супертанкерах. Крупнейшие из них потерпели «Амоко Кадис» с 270 тыс. т нефти на борту, севший на камни в Бискайском заливе в 1978 г. и переломившийся у надстройки, а также «Кастильо-де-Бельвер» с 250 тыс. т нефти, взорвавшийся на травер­зе Кейптауна в 1983 г. В настоящее время одна треть океанической поверхности покрыта нефтяной пленкой.

Общее поступление нефтяных углеводородов в морскую среду оценивается в 3,2 млн т ежегодно. Из наиболее существенных их источников отметим следующие, млн т: 1,1 - транспорт нефти; 0,7 - бытовые стоки; по 0,3 - поступления из атмосферы и дизельное топ­ливо; 0,2 - неочищенные промышленные воды.

Значительным фактором загрязнения окружающей среды яв­ляются предприятия нефтехимической и нефтеперерабатывающей от­раслей. Зона активного загрязнения ими почвы составляет 1-3 км от предприятия при общем распространении загрязняющих веществ, в том числе попадающих в сельскохозяйственные культуры, на расстоя­ние не менее 20 км. Большое количество нефти и нефтепродуктов попадает в сточные воды предприятий. Заметные выбросы серы по­ступают в атмосферу при переработке сернистой нефти. Обычно эту серу переводят в сероводород (при гидрогенизации или гидрокрекин­ге) или в сернистый ангидрид - при сжигании.

Методы очистки от нефти и нефтепродуктов достаточно мно­гочисленны, однако какого-либо универсального способа нет. Приме­нение того или иного метода определяется свойствами загрязненной среды, ее температурой, составом и свойствами нефти или нефтепро­дуктов, масштабом загрязнения, его расположением относительно на-

селенных пунктов, предприятий народного хозяйства и многими дру­гими факторами.

При ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов в водной среде на первой стадии обычно прибегают к локализации площади загрязнений с помощью боновых заграждений различной конструкции или пневмобарьеров. Ограничив распространение разливов, далее при­меняют механические средства для их удаления с поверхности воды, используя специализированные суда-нефтесборщики.

Наряду с механическими известны также физико-химические методы удаления нефти. Метод, основанный на использовании ПАВ, превращает разливы в эмульсии, которые биологически быстрее раз­лагаются. Применяют также способы очистки с помощью естествен­ных (солома, торф) и искусственных (полиуретановый пенопласт, кау­чуковый порошок, вспученная слюда) сорбентов. В ряде случаев при­годны технологии желатинизации нефти для предотвращения ее даль­нейшего растекания и облегчения сбора механическими средствами.

Определенное значение в борьбе с нефтяными загрязнениями вод имеют биологические методы с использованием бактерий, плесне­вых грибков и дрожжей, которые могут разлагать углеводороды.

В некоторых случаях при благоприятных условиях (свеже-разлитая или слегка эмульгированная нефть, сравнительно спокойная водная поверхность, слабый ветер) эффективно сжигание нефти и нефтепродуктов.

Одной из наиболее сложных проблем является удаление неф­тепродуктов из сточных вод предприятий. В этом случае, как и при борьбе с разливами нефти и нефтепродуктов, применяют механические (отстаивание, центрифугирование, фильтрование), термические и фи­зико-химические методы очистки (флотация, коагуляция и флокуляция, сорбция, обратный осмос, ультрафильтрация, электрохимические спо­собы), дополняя их химическими (озонирование и др.) и комбиниро­ванными технологиями очистки.

Выбросы сернистого ангидрида улавливают моноэтаноламином, фенолятом натрия, из которых далее регенерируют, обрабатывая паром. Из концентрированного сероводорода, используя различные методы окисления, получают элементарную серу.

Почвы, загрязненные нефтью и нефтепродуктами, санируют механическими, физико-химическими, термическими и биологическими методами, а также биовентилированием. Так, эффективной может ока­заться обработка твердых поверхностей сжатым воздухом с абразив­ными частицами. Относительно вязкие нефтепродукты, не проникаю­щие в почву, удаляют бульдозерами и захороняют в специально выры­тых траншеях. Простым способом очистки является экстракция загрязнений горячей водой или паром. Экстракция пропаном дает ре­зультаты подобные сжиганию, но при существенно меньших затратах. Использование термических методов выжигания нефти и нефтепродук­тов уничтожает биологическую активность почв, но она восстанавлива­ется добавлением компоста и минеральных веществ. Биологические методы особенно эффективны при дополнении их биовентилированием (продувкой почвы воздухом).

5. Комплексная переработка природных газов сложного состава

Мировая добыча природного газа в 1992 г. превысила объем 2,1 трлн м, из них в Восточной Европе и СНГ - более 800 млрд мг, Северной Америке - 635 млрд м. Газоперерабатывающая про­мышленность в последние годы в ряде высокоразвитых стран обошла по темпам развития нефтеперерабатывающую отрасль.

Природный газ большинства месторождений представляет уг­леводородное сырье, основным компонентом которого является метан, и в значительной степени используется как высококалорийное эколо­гически чистое топливо практически во всех отраслях народного хозяй­ства. Вместе с тем газ ряда месторождений России (Оренбургской, Самарской, Астраханской и других областей) характеризуется высо­ким содержанием неуглеводородных компонентов: до 3,6 % Н2, 0,2-2,6 % СО2, 6-36 % суммы азота и редких газов. Сочетание столь разнородных по свойствам веществ обусловливает необходимость глу­бокой комплексной переработки природного газа, например, по схеме, используемой на объединении «Оренбурггазпром» .

В соответствии со схемой, первая стадия технологии заключа­ется в абсорбционном извлечении из газа основных неуглеводородных соединений водным раствором диэтаноламина с последующей их реге­нерацией паром. Выделенные вещества кислотного характера, в основ­ном сероводород и диоксид углерода, отправляются на установки по выработке элементарной серы. Газ, освобожденный от основных неуг­леводородных веществ, после осушки поступает на адсорбционную очистку гранулами цеолита №Х. В одном кубометре газа после очи­стки содержится не более 20 мг Н28, 400 мг К8Н и до 1 мг Н2О. Концентрация воды и КЗН снижается до уровня достаточного для дальнейшего разделения компонентов природного газа. По мере сни­жения поглощающей способности цеолита его термически регенериру­ют при 350иС. Срок службы цеолита составляет 1-1,5 г.

Дальнейшее криогенное разделение природного газа осущест­вляется его низкотемпературной конденсацией с последовательным четырехступенчатым обогащением газа гелием. Продуктами разделения являются метановая и этановая фракции, углеводороды С2-С5, вклю­чающие остатки не удаленных при адсорбционной очистке сернистых соединений, и гелиевый концентрат, содержащий свыше 80 % гелия.

Метан используется как топливо, смесь углеводородов С2-С5 подвергается ректификации с получением этана, содержащего более 96 % основного вещества, и широкой фракции летучих углеводородов (ШФЛУ).

Гелиевый концентрат очищают от примесей водорода, азота микропримесей, а также от неона. Очистка от водорода производится его окислением при 190-210°С в воду на алюмоплатиновом катализа­торе до остаточного содержания менее 0,005%. Другие примеси из гелия удаляются адсорбцией на активированном угле в две стадии. На первой гелиевый концентрат очищают от наиболее адсорбционно-активных азота, кислорода, водорода, метана и диоксида углерода, на второй - от неона. Такая последовательность объясняется тем, что неон поглощается только на начальной стадии адсорбционного процес­са, а затем он постепенно вытесняется из слоя угля другими, более адсорбционно-активными, веществами. Чистота получаемого конечного гелия (99,995%) отвечает экспортным требованиям.

Таким образом, комплексная технология переработки природ­ного газа сложного состава позволяет эффективно выделять и квали­фицированно использовать основные его компоненты.