Переработка нефтехимического сырья

ГБУ ВПО НИ ТПУ
ОАО «СИБУР Холдинг»
Продукты нефтехимии.
Нефтехимическое сырье и
методы его переработки.
Совместная программа повышения
квалификации ТПУ-СИБУР
В ноябре 2007 года Правительством Российской Федерации была разработана
«Стратегия развития химической и нефтехимической промышленности России
на период до 2015 года» – один из основных руководящих документов для
работников химической и нефтехимической промышленности в ближайшей
перспективе
По объему производства химической и
нефтехимической продукции Россия
находится на двадцатом месте в мире.
По объему производства на
душу населения – на одиннадцатом.
Доля отрасли в общем объеме
промышленного производства
составляет 10%.
2
Что такое нефтехимия?
Нефтехимическая промышленность – одна из важнейших отраслей
обрабатывающей индустрии
Нефтехимия производит синтетические
материалы, прочно вошедшие в жизнь современного человека
3
Что такое нефтепереработка ?
НПЗ г. Хабаровск
Нефть поступает на
нефтеперерабатывающие
заводы (НПЗ), где
разделяется на несколько
составных частей
4
Что такое дистилляция?
Для нефтехимии целевой является смесь компонентов нефти с
температурой кипения от точки начала кипения до примерно 180 °С
5
Каков химический состав нафты?
н-пентан
В состав прямогонного бензина входят такие цепочки, в
которых число атомов углерода колеблется от 5 до 9
6
Как происходит нефтепереработка?
7
Что такое каталитический крекинг?
Название процесса происходит
от английского слова «cracking» – расщепление
Из тяжелого сырья получаются более легкие
компоненты, которые становятся составной частью
бензинов для автомобилей
Выход фракции С4 (бутан-бутиленовой – ББФ)
составляет 7,6 % от массы сырья, фракции С3
(пропан-пропиленовой – ППФ) 3,6 %, из которых
большая часть – пропилен
8
Что такое каталитический риформинг?
Название процесса происходит от английского глагола
«to reform » – переделывать, улучшать
Этот процесс является важным
источником так называемых
ароматических углеводородов
Назначение процесса риформинга при
переработке нефти – превращение
длинных углеводородных цепочек в
ароматические углеводороды
9
Что такое ПНГ?
10
Что такое газопереработка?
Шебелинский ГПЗ
Природный и
попутный нефтяной
газ (ПНГ) собирается и
направляется на
газоперерабатывающ
ий завод (ГПЗ), где
разделяется на
самые легкие газы
(метан и этан) и смесь
других газов (ШФЛУ)
11
Как ценные фракции выделяют из попутного газа?
Низкотемпературная конденсация (НТК) – газы разделяются
по температурам сжижения. То есть, если газовую смесь
охладить,
из
нее
начнет
конденсироваться
жидкость,
содержащая пропан, бутан и более тяжелые компоненты, а в
газообразном состоянии останутся метан и этан
Низкотемпературная абсорбция (НТА) – основывается на
различии в растворимости газов в жидкостях. Колонны НТА
наполнены, например, циркулирующим жидким пропаном, а
через него барботируется исходный газ, при этом целевые
компоненты растворяются в жидком пропане, а метан и этан –
компоненты сухого газа – проходят без поглощения.
12
Газопереработка в СИБУРе?
В 2011 году заводы СИБУРа
переработали 18 млрд. м3
попутного нефтяного газа и
произвели 15,8 млрд. м3
сухого газа и 4,2 млн. тонн
жидких фракций в виде
ШФЛУ и смеси пропана и
бутана
Нефтехимическая отрасль
получила более 4 млн.
тонн сырья, а атмосферу
Земли удалось уберечь от
огромного количества
вредных выбросов
13
Переработка природного газа и конденсата?
Газовый конденсат – это бензин-керосиновые жидкие углеводороды
с растворенными в них легкими газами: метаном, этаном, пропаном
и бутанами
Выходя на поверхность, газовый конденсат начинает конденсироваться
в жидкость, которую отделяют от собственно природного газа прямо на
промыслах и отправляют на переработку.
Переработка или «стабилизация» конденсата заключается в выделении
растворенных в нем газов
14
Что такое газофракционирование ?
Газофракционирование – разделение широкой фракции легких
углеводородов или аналогичных смесей на составляющие ее
компоненты – индивидуальные углеводороды
Индивидуальные газы, такие, как пропан, бутан или изобутан,
а также их смеси разного состава сами по себе являются важным
и законченным товарным продуктом нефтехимической
промышленности. Эти газы или их смеси носят общее название
сжиженные углеводородные газы (СУГ)
15
Что такое газофракционирование ?
Наиболее крупнотоннажной в России является смесь пропанабутана технических (СПБТ) – этот продукт применяется для
топливных нужд и поставляется населению и промышленным
предприятиям, а также на экспорт
Далее по важности идут индивидуальные
высококонцентрированные фракции пропана и бутана,
технический бутан (менее чистый) и фракция изобутана
Газофракционирование позволяет выделять из углеводородного
сырья множество других важных компонентов: изобутанизобутиленовая фракция , нормальный и изопентан
16
Газофракционирование в СИБУРе?
Сжиженные газы СИБУР производит на трех
заводах, расположенных в разных регионах
России ( «Тобольск-Нефтехим», «Уралоргсинтез»,
«СИБУР-Химпром» )
17
Что является нефтехимическим сырьем?
Нефтехимическая промышленность
потребляет четыре основных вида сырья:
прямогонный бензин (нафту),
ШФЛУ,
сжиженные газы,
индивидуальные углеводороды
18
Что является нефтехимическим сырьем?
19
Что является нефтехимическим сырьем?
20
1.
Выделение из
нефтезаводских и
крекинг-газов
2.
Образование при синтезе
по методу ФишераТропша
3.
Выделение из
полукоксовых и коксовых
газов
4.
Термическое
дегидрирование пропана
5.
Каталитическое
дегидрирование пропана
6.
Получение из этилена и
этана
7.
Получение из бутана и
изобутана
8.
Путем пиролиза
углеводородов
Что такое пиролиз?
С точки зрения химии пиролиз – термическое разложение
предельных углеводородов (алканов), сопровождающееся
разнообразными и многочисленными параллельными
процессами
Дегидрирование – удаление молекул водорода
с образованием двойных связей
21
Что такое пиролиз?
Пиролиз – это 100 % мирового производства этилена и более
65 % пропилена, около 80 % дивинила и 40 % бензола
22
Что такое пиролиз?
23
Что такое пиролиз?
Пиролиз – основной процесс химической
промышленности служащий для получения
низших олефинов и ароматических
углеводородов
24
Что такое пиролиз?
25
Страна
Сырье
США
Этан (49,1 %)
Канада
Этан (69,7 %)
Россия
Этан (8 %)
Россия
СУГ – пропан, бутан (24 %)
Россия
Широкая фракция легких углеводородов (6,7 %)
Германия
Прямогонный бензин (57,4 %)
Китай
Прямогонный бензин (73,3 %)
Франция
Прямогонный бензин (60,0 %)
Япония
Прямогонный бензин (80,3 %)
Россия
Прямогонный бензин (61,3 %)
Германия
Гидроочищенные керосино-газойлевые фракции (32 %)
Китай
Гидроочищенные керосино-газойлевые фракции (26,7 %)
Что такое пиролиз?
26
Что такое пиролиз?
При пиролизе газообразного сырья:
• При низких температурах (~410°С) связи
С–С разрываются, прежде всего в
середине молекулы – происходит
изомеризация
• При средних температурах (выше 550°С)
- усиливаются реакции разрыва С–Нсвязи – происходит дегидрирование
Зависимость состава газа пиролиза
пропана от температуры:
1 – сумма олефинов, 2 – этилен, 3 –
водород, 4 – пропилен
27
• При повышенных температурах (выше
1000–1200°С) – интенсивное образование
кокса
Что такое пиролиз?
этан
бензин
t=900 °С
этилен
метан
пропилен
бутены
Влияние времени контакта на состав продуктов пиролиза
28
Что такое пиролиз?
↑ tконт. Ξ ↑ вторичные процессы
↓ tконт. Ξ ↑ выход целевых
продуктов
↓ tконт. приводит к снижению
степени переработки сырья за
проход, а значит
увеличиваются расходы на
рецикл
Зависимость конверсии пропана
от температуры и времени
пиролиза
29
0,1–0,5 секунды – оптимальное
время пиролиза
Что такое пиролиз?
Cm  n H 2( m  n )  2  Cm H 2 m  Cn H 2 n  2
расщепление
парафинов
ΔG0Т = 75200 – 142 · Т (кДж/моль)
C p H 2 p2  C p H 2 p  H 2
ΔG0Т = 125400 – 142 · Т (кДж/моль)
дегидрирование
парафинов
G – мера термодинамической возможности осуществления
процесса (≤0 – реакция возможна)
Обе реакции эндотермичны и протекают с
увеличением объема, следовательно, чтобы
сместить равновесие в сторону расщепления сырья
и образования олефинов, необходимо ↑ Т и ↓ Р и t.
30
Что такое пиролиз?
Для снижения давления углеводородов применяют
водяной пар:
этан разбавляют на 20–30 % масс.,
бутан – 40 % масс.,
прямогонный бензин – 50–60 % масс.,
атмосферный газойль – 70–80 % масс.
+ снижение количества
тепла, требуемого для
нагрева труб
+ снижение
коксообразования
31
- увеличение затрат
энергии на нагрев
- Увеличение
инвестиций
Что такое пиролиз?
Оптимальные условия проведения пиролиза:
• быстрый подвод значительного количества тепла,
• снижение парциального давления углеводородов,
• минимальное время контакта,
• минимальное время охлаждения газов пиролиза,
выходящих из реактора
32
Что такое пиролиз?
Страны производители этилена (тыс.тонн/год)
Страна
Мощн-ть
27653
7576
5640
5450
5415
5377
4988
3900
3433
2810
Компании производители этилена (тыс.тонн/год)
Компания
33
Тыс. т/год
Компания
Тыс. т/год
Dow Chemical Co.
12900
BP PLC
6009
Exxon Mobil Corp.
11467
Shell Chemicals Ltd.
8432
Chevron Phillips
Chemicals Co.
3993
Sinopec
3505
Atofina
5653
Nova Chemicals Corp.
3537
Saudi Basic Industries
Corp.
6890
Equistar Chemical LP
4880
Что такое пиролиз?
Российские компании производители этилена и пропилена
34
Что такое пиролиз?
Проекты строительства пиролизных мощностей в РФ
Предприятие/название
комплекса
Год ввода
Этилен, тыс. т/год
ООО «Тобольск-Полимер»
ОАО «Газпром нефтехим
Салават»
Саянский ГХК
Каспийский ГХК
2013 г.
500 по пропилену
2016 г.
700
2016 г.
2016 г.
610
600
ООО «Тобольск-Нефтехим»
2017 г.
1200
Балтийский НХК 2018-2019 гг.
ОАО «Нижнекамскнефтехим»
Всего
35
3050
2020 г.
1000
2010-2020 гг.
7660
Что такое пиролиз?
Принципиальная схема материальных
потоков нефтехимического комплекса
олефинового типа (в т/год)
36
Что такое дегидрирование?
В качестве сырья выступают индивидуальные алканы,
которые получаются на установках газофракционирования
Большим преимуществом дегидрирования с точки
зрения технологии является почти полное
отсутствие побочных реакций
37
Продукты нефтехимии?
38
Продукты нефтехимии?
39
Продукты нефтехимии?
Полистирол
Большая часть корпусов техники делается из
специальных марок полистирола.
Всем известные пластиковые стаканчики,
тарелки и приборы делают из полистирола
и даже одноразовые бритвенные станки.
Но самой, наверно, важной формой
полистирола является пенопласт.
40
Продукты нефтехимии?
41
Продукты нефтехимии?
Синтетические каучуки – это тоже полимеры, однако от всех
описанных выше они отличаются тем, что не являются
термопластами, а относятся к классу эластомеров, то есть
обладают высокоэластичными свойствами
Основа всех каучуков – так называемые сопряженные диены
– мономеры, содержащие не одну, а две двойные связи
дивинил
42
изопрен
Продукты нефтехимии?
Каучук находит применение в санитарной и вентиляционной
технике, гидравлическом, пневматическом и вакуумном
оборудовании.
Самым важным направлением использования синтетических
каучуков является изготовление резины для шин.
Термоэластопласты
используются при изготовлении
кровельных материалов, ряда
резинотехнических изделий.
Синтетические латексы
применяются для изготовления
красок на латексной основе.
43
Продукты нефтехимии?
Полиэтилентерефталат
Окись этилена
Моноэтиленгликоль
Бутиловые спирты
Ацетон
Фенол
Метил-трет-бутиловый эфир
44