Структурная схема промысловой переработки попутных нефтяных газов Газовые перспективы Казахстана

      Альтернативой методу Фишера-Тропша  является конверсия синтез-газа  в метанол. Процесс широко распространен,  в настоящее время является  основным источником метанола для промышленности. Реакцию проводят на оксидных цинк-хромовых катализаторах при высоких температурах и давлениях (330-400 °С, 250-300 атм) или на более активных катализаторах на основе металлической меди и оксида цинка в менее жестких условиях (220-270 °С, 50-100 атм). Производительность составляет 1000-1500 кг метанола с 1 м3 катализатора в час, срок службы – 5-7 лет. Получаемый метанол содержит воду и диметиловый эфир, а также примеси высокомолекулярных спиртов, эфиров, кетонов, углеводородов и аминов. Метанол низкого давления, как правило, более чистый, по сравнению с метанолом высокого давления. По сравнению с процессом Фишера-Тропша, производство метанола отличается более высокой производительностью, меньшими расходами на получение тонны продукции. Тем не менее, этот метод также не свободен от недостатков. К их числу относится необходимость транспортной инфраструктуры для перевозки больших количеств метанола, к тому же в настоящее время предложение на рынке метанола существенно превышает спрос. Поэтому разработаны процессы дегидратации метанола в смесь легких жидких углеводородов. В числе таких процессов следует отметить процессы MTO (methanol to olefins) компании UOP и MTP (methanol to propylene) компании Lurgi. Получаемые в процессах олефины олигомеризуют, иногда непосредственно в аппарате дегидратации. Несмотря на то, что введение дополнительной стадии переработки усложняет процесс, притом, что получаемый продукт, как правило, не пригоден для непосредственного использования, в настоящее время это направление интенсивно развивается. Известен также процесс конверсии метанола в смесь ароматических углеводородов на цеолитном катализаторе, реализованный в промышленном масштабе компанией Mobil. В настоящее время это производство остановлено в связи с экологическими ограничениями на содержание ароматики в бензинах.

    В настоящее время, однако, чаще используются катализаторы типа Циглера-Натта, как  правило, на основе комплексных соединений никеля и триалкилалюминия. Эти катализаторы отличаются высокой производительностью и селективностью, в зависимости от природы алюмоорганического компонента основным продуктом могут быть линейные или разветвленные олефины. Однако катализаторы высокочувствительны к качеству сырья (полное отсутствие серы, влаги, диеновых и ацетиленовых углеводородов в сырье) и требуют осторожного обращения. Олигомеризацию на металлоорганических катализаторах ведут при 30-80 ?С, 3-10 атм в растворителе – жидком продукте или бензине. Производительность составляет 1800-3000 кг/м3*ч. Известны как гомогенные (процесс Димерсол), так и гетерогенные (нанесенные на оксид алюминия или каучук) катализаторы, в последнем случае срок службы составляет 1-2 года. В отличие от остальных перечисленных катализаторов, гетерогенные металлорганические системы были отработаны только на опытно-промышленных установках и не применялись в многотоннажном производстве.

      Отдельно стоит упомянуть разработанный  компанией UOP процесс дегидроциклизации  C3-C4 углеводородов, проводимый на  цинк-цеолитном катализаторе (процесс Циклар). Процесс позволяет получить ароматические углеводороды из пропан-бутановой смеси в одну стадию, кроме того он позволяет конвертировать не только олефины, но и алканы. Условия проведения – 500 ?С, 5-10 атм, при этом производительность катализатора составляет 700-800 кг/м3/ч, селективность по ароматическим углеводородам – 45-50%..

    Также приведены принципиальные схемы  установок переработки газа на основе вышеперечисленных процессов (указаны  только химические превращения) 

1. Производство  на основе синтеза Фишера-Тропша

 

      

      Здесь а – метановая фракция  ПНГ, а’ – С2-С4 фракция ПНГ,  б – синтез-газ, в – «искусственная  нефть», г – жидкий углеводородный  продукт конверсии этан-бутановой  фракции ПНГ. Схема переработки  этой фракции более подробно  приведена ниже 

    2. Производство метанола. 

    

      Здесь а – метановая фракция  ПНГ, а’ – С2-С4 фракция ПНГ,  б – синтез-газ, д – метанол,  г – жидкий углеводородный  продукт конверсии этан-бутановой  фракции ПНГ, г’ – жидкий  углеводородный продукт конверсии  метанола. 

3. Пиролитическая переработка ПНГ 

    

      Здесь а – метановая фракция  ПНГ, а’ – С2-С4 фракция ПНГ,  е – этилен первичного пиролиза, г – жидкий углеводородный  продукт конверсии этилена. 

      Переработка этан-бутановой фракции  ПНГ и этилена первичного пиролиза  проводится описанными способами  (олигомеризация, дегидроциклизация). При желании получить неароматический продукт, мы должны предварительно превратить алканы ПНГ (этан, пропан, бутаны) в олефины каталитическим дегидрированием или пиролизом.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПРОМЫСЛОВОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПОПУТНЫХ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ

     

      На основе проведенных разработок  предлагается структурная схема  промысловой переработки ПНГ.  В предлагаемой схеме промысловой  переработки попутного нефтяного  газа представлен вариант с  полным набором технологических процессов, обеспечивающих наиболее глубокую степень переработки газа. Для каждого конкретного месторождения будут разрабатываться индивидуальные технологические схемы, учитывающие особенности состава газов и наличия транспортной инфраструктуры. 

 

    Состав комплекса и назначение основных узлов и блоков.

    1. Блок приёма, очистки и двухфазного  сжатия ПНГ.

      Назначение блока – первичная  подготовка газа, в блоке представлены  следующие процессы:

     - централизованный сбор ПНГ с  3-ёх ступеней сепарации нефти, 

     - очистка газа от сероводорода,

     - двухфазное эжекционное сжатие  газа совмещённое с абсорбционным  выделением углеводородных групп:  фракции парафинов нормального  строения С4 и выше (стабильного  газового бензина), пропан-изобутаной  фракции. 

    2. Печь высокотемпературного пиролиза метан-содержащего газа.

      Назначение блока – разложение  метана и синтез высокомолекулярных  углеводородных соединений, блок  состоит из:

     - печи высокотемпературный пиролиз  метан-содержащего газа,

     - устройства закалки газа пиролиза  с производством технологического пара.

    3. Блок фракционирования продуктов  первичного пиролиза.

      Назначение блока – выделение  фракций синтезированных углеводородов: 

     - метано-водородного газа,

     - этилен-пропиленовой фракции для  последующей переработки на узлах олигомеризации и узле вторичного пиролиза,

     - целевого продукта – тяжёлой  фракции.

    4. Узел фракционирования метано-водородного  газа.

      Назначение блока – выделение  водородосодержащего газа для  процессов гидрирования и энергетических  нужд и рециклового потока метана.

    5. Блок каталитического синтеза  углеводородов с повышенным молекулярным  весом. Назначение блока: 

     - олигомеризация этилен-пропиленовой  фракции, 

     - гидрирование синтезированных  олигомеров,

     - производство алкилатов из пропан-изобутановой  фракции.

    6. Блок фракционирования продуктов.

      Назначение блока: 

     - выделение конденсируемой гидрирование  синтезированных олигомеров фракции  углеводородов из продуктов процессов  олигомеризации и алкилирования,

     - выделение остаточной этилен-пропиленовой  фракции из продуктов олигомеризации,

    7. Печь вторичного пиролиза этилен-пропиленовой  фракции. 

      Назначение блока: 

     - среднетемпературный пиролиз этилен-пропиленовой  фракции, 

     - закалка газа пиролиза с производством  технологического пара. 

    8. Блок фракционирования продуктов вторичного пиролиза.

      Назначение блока: 

     - выделение ароматических и непредельных  углеводородов из продуктов вторичного  пиролиза,

     - гидрирование непредельных углеводородов,

     - выделение рециклового потока  этилен-пропиленовой фракции.

    9. Энергетический комплекс.

      Назначение блока: 

     - производство электроэнергии с  требуемыми характеристиками для  питания электрооборудования, 

     - производство электроэнергии с  характеристиками, согласованными  для питания нагревателей печей  пиролиза,

     - утилизация тепла для производства теплофикационной воды. 

      Процесс переработки ПНГ новейших технологии в настоящее время базируется на преимущественном применении для этих целей физических способов высокоэнергетического воздействия на составляющие ПНГ.

      Существующие известные способы переработки базируются на химическом воздействии с применением широкого набора каталитических систем (процессы GТL, «Бициклар» и другие). Эти способы характеризуются достаточно дорогостоящими материалами катализаторов, необходимостью тонкой регулировки технологического процесса, широкой номенклатурой применяемых химико-технологических аппаратов. Эксплуатационные затраты при этом имеют значительную составляющую, связанную с транспортировкой невозобновляемых на месте переработки (на месторождениях) материальных потоков.

      В отличие от существующих  «химических» технологий переработки  ПНГ предлагается максимально использовать имеющийся на месторождениях главный ресурс в виде энергетического потенциала ПНГ при минимизации дополнительных технологических приемов. Дополнительные технологические приемы направлены на увеличение стоимости получаемого продукта при условии наличия для него системы транспортировки.

      В основе лежит высокотемпературный  пиролиз всей смеси ПНГ после  очистки от сернокислотных газов и сжатия до давления значительно, превышающего давление пиролиза в существующих серийных установках. В блоке приема, очистки и двухфазного сжатия газы 2-й и 3-й ступеней сепарации с помощью конденсационных эжекторов нашей разработки доводятся до давления газа первой ступени. Выделяющийся при этом конденсат при необходимости стабилизируется и направляется в нефтяной поток (парафины нормального ряда). Нестабильная головка, содержащая большое количество изо-бутана может быть использована в блоке алкилирования для связывания олефиновых углеводородов пиролиза с получением фракций триметилпентана и других нефтяных компонент [5].

      Процесс высокотемпературного пиролиза  метано-содержащего газа (с преимущественным  содержанием метана) разработан  ранее с целью получения этилена как основного продукта. Под «печью пиролиза» понимается энерговыделяющая установка как электрического, так и горелочного принципа. Окончательное оформление вида блока пиролиза (пиролизной печи) разрабатывается после детальной проектной проработки под конкретные условия месторождения. При этом использование электроэнергетической установки заведомо удовлетворяет (как показали наши эксперименты) условию необходимой высокой плотности передаваемого теплового потока.

      Для технологического электронагрева электрогенерирующая часть оборудования представляет собой максимально упрощенную электротехническую систему без преобразователя частоты, трансформации, стабилизации напряжения и других дорогих компонентов. На выходе из печи первичного пиролиза (высокотемпературного пиролиза) как показали наши эксперименты на чистом метане в газовой фазе содержатся только фракции С1-С3. Кроме этого при определенных условиях фиксировался значительный выход (до 40-50%) конденсированной фазы.