Синтез в газовой фазе

Технологическая схема синтеза углеводородов при атмосферном давлении в газовой фазе представлена на рис. I.1. Очищенный синтез-газ нагревается в подогревателе 2 и поступает в реактор 1. После реактора паро-газовая смесь охлаждается в оросительном холодильнике 4 оборотной водой. При охлаждении выделяется конденсатное масло, которое в смеси с водой выводится снизу холодильника. После отделения масла газовая смесь проходит установку адсорбции 5, где активным углем извлекают газовый бензин и газойль (смесь углеводородов С₁-С₆ с небольшим количеством СО, СО₂, N₂, Н₂). Адсорбер периодически продувается паром получаемым с сепараторе 3. Паро-газовая смесь направляется на разделение. Синтез-газ после адсорбера 5 проходит подогреватель 6 и поступает в реактор второй ступени 7. Далее процесс аналогичен первой ступени.

РИС. I.1. Схема двухступенчатого синтеза углеводородов при атмосферном давлении:

1-реактор первой ступени; 2, 6-подогреватели газа; 3-сепараторы; 4, 8-оросительные холодильники; 5, 9-угольные адсорберы; 7-реактор второй ступени;

I-охлаждающая вода; II-пар; III-синтез-газ; IV-газовая смесь; V-вода оборотная; VI-вода и конденсатное масло; VII-газойль, бензин; VIII-пар; IX-синтез-газ на вторую ступень; X-паро-газовая смесь; XI-остаточный газ.

Реактор синтеза представляет собой цилиндрический аппарат с проходящими через него трубками по которым циркулирует охлаждающая вода. Катализатор засыпан в пространство между трубками. Температура на входе в реактор 170 ⁰С на выходе 190-195 ⁰С.

Конечными продуктами синтеза являются углеводородный газ, бензин, компоненты дизельного топлива, парафиновый гач (фракция 320-380 ⁰С) и твердые парафины (в случае синтеза при среднем давлении к этим веществам добавляются спирты, выделяемые при переработке реакционной воды).

Отличительными особенностями синтеза при среднем давлении являются меньший выход бензина, а также высокая концентрация парафина и кислородсодержащих соединений, в состав которых входят жирные кислоты, корродирующие конденсационную аппаратуру. Поэтому в отличие от процесса при атмосферном давлении продукты синтеза, пройдя парафиноотделитель, поступают вначале на нейтрализацию, а затем на конденсацию.

РИС. I.2. Схема трехступенчатого синтеза углеводородов при среднем давлении:

1-компрессор; 2-реактор первой ступени; 3-насос циркуляционной воды; 4-сепараторы; 5-парафиноот-делители; 6-градирня; 7-нейтрализаторы; 8-конденсаторы; 9-газгольдер; 10-подогреватели газа; 11-реактор второй ступени; 12-реактор третьей ступени; 13-абсорбер;

I-синтез газ; II-охлаждающая вода; III-парафин и тяжелое масло; IV-паро-газовая смесь; V-пар; VI-щелочной раствор; VII-масло и щелочной раствор; VIII-масло; IX-теплоноситель; X-свежее масло; XI-насыщенное масло; XII-остаточный газ.

Остаточный газ вместе с легким бензином и газообразными продуктами синтеза (С₁-С₄) поступает в реактор второй ступени 11. Образующиеся продукты вновь проходят парафиноотделителъ 5 и направляются на нейтрализацию и конденсацию. Остаточный газ после второй ступени поступает на третью ступень 12. Продукты с третьей ступени, пройдя парафиноотделитель 5 и конденсатор 8, направляются в масляный абсорбер 13, а остаточный газ после сброса давления собирается в газгольдере 9.

После конденсации жидких продуктов с третьей ступени синтеза в газе содержится газового бензина 50-60 г/нм³, а газа (С₃+С₄) 66-70 г/нм³. При масляной абсорбции извлекается до 99% бензина и до 87% углеводородов (Сз+С₄). Насыщенное поглотительное масло после десорбции вновь воз­вращается в цикл. В результате десорбции получаются легкий бензин и углеводороды С₃+С₄.

Газ собирается в газгольдере и поступает на отмывку от СО₂, затем компримируется и направляется совместно с легким бензином на стабилизацию. Стабилизация – процесс удаления из бензина углеводородных газов и непредельных углеводородов. Отделившийся после компримирования неконденсируемый газ направляется в газгольдер. После стабилизации получают С₃+С₄ и стабильный бензин. Стабильный бензин промывают щелочью и водой, после чего он поступает на склад готовой продукции.

Поглотительное масло, получаемое при дистилляции продуктов синтеза, применяется для улавливания бензина и газ в абсорберах. Это масло после десорбции периодически регенерируют, подвергая разгонке.

В результате дистилляции конденсатного масла получают тяжелый бензин, дизельное масло и остаток, состоящий в основном из парафина. Тяжелый бензин после промывки щелочью и водой поступает на смешение с легким бензином или после соответствующей обработки может выпускаться как растворитель. Дизельное масло выпускается как высокоцетановая присадка к дизельному топливу или как сырье для производства моющих средств. Парафиновый гач, собранный в парафиноотделителях, смешивают с остатком от разгонки конденсатного масла и продуктами, полученными при экстракции катализатора, и подают на вакуум-дистилляцию с получением масла, мягкого и твердого парафина. Мягкий и твердый парафины после соответствующей очистки выпускают как товарные продукты. Реакционная вода после первой и второй ступени поступает на дистилляцию для выделения спиртового концентрата, отправляемого на дальнейшую переработку. Примерный материальный баланс первичных продуктов синтеза представлен на рис.I.3.

РИС. I.3. Примерный материальный баланс первичных продуктов синтеза углеводородов.

Синтез углеводородов над давлением можно проводить и с рециркуляцией газа. В этом случае исходный газ представляет собой смесь свежего синтез-газа с остаточным газом (рециркулятом) после отделения от него газового бензина и газойля. При синтезе с рециркуляцией газа при соответствующей температуре достигается большая нагрузка по газу с меньшим образованием метана; повышается выход продукта на 1 нм³ газа; улучшается теплоотвод; удлиняется срок службы катализатора; облегчается и ускоряется запуск реактора на свежем катализаторе; в одном реакторе удается получить такие же выходы, как и при двухступенчатом синтезе. Таким образом, применение рециркуляции позволяет заменить трехступенчатый синтез на двухступенчатый. В этом случае процесс можно осуществлять следую­щим образом: на первой ступени с рециркуляцией газа, а на второй - с прямым проходом газа.

В зависимости от применяемого катализатора и условий проведения синтеза меняется и состав продуктов. Обычно жидкие и твердые углеводороды состоят главным образом из парафиновых и олефиновых углеводородов нормального строения.

Содержание изопарафинов достигает 5-16% (масс.), причем они представлены в основном монометилзамещенными. При синтезе на железных катализаторах содержание олефинов выше, чем на кобальтовых. В случае применения железомедных катализаторов при атмосферном давлении в значительных количествах образуются олефины с двойной связью у второго углеродного атома.

При синтезе на стационарном слое плавленого железного катализатора при 320-330 ⁰С, 2 МПа и объемной скорости подачи синтез-газа 270 ч^-1 суммарная глубина его превращения достигает 80% при одноступенчатом процессе и 92-93% при двухступенчатом.

Содержание олефинов в бензиновой фракции достигает 70% (масс.), а в дизельном топливе 50% (масс.). В состав кислородсодержащих соединений, выделенных из реакционной воды, входят ацетальдегид-10% (масс.), ацетон-5% (масс.), этанол-55% (масс.), н-пропанол-20% (масс.), н-бутанол и высшие спирты- 10% (масс.).

Данные о работе промышленных установок по синтезу углеводородов из СО и Н₂ в газовой фазе на стационарном катализаторе показывают, что существующие установки различаются давлением (атмосферное или среднее), катализаторами (кобальтовые, железные, железомедные), числом ступеней (одна или несколько), наличием или отсутствием рециркуляции, производительностью по исходному газу, составом и выходом продуктов, а также использованием различных технологических приемов для обеспечения постоянной производительности катализатора в течение продолжительной работы (регенерация или экстракция). Все эти показатели, вместе взятые, свидетельствуют о большой гибкости процесса, которая особенно проявляется в случае применения железных катализаторов.

Поиск по сайту: