СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ПИРОГАЗА Российский патент 2006 года по МПК C10G9/14 

Способ охлаждения пирогаза относится к способам получения низших олефинов, в частности к способам разделения продуктов пиролиза.

Низшие олефины получают в процессе пиролиза углеводородного сырья. Пиролиз осуществляют при низком давлении и в присутствии водяного пара для достижения низкого парциального давления углеводородов в смеси, обычно ниже 0,2 МПа. Низкое давление благоприятно для увеличения выхода олефинов и снижения выхода побочных продуктов. Продукты пиролиза получают при температуре 700-900°С и давлении на выходе из реактора - змеевика пиролизной печи - 0,16-0,25 МПа (давление на входе в реактор выше на величину его гидравлического сопротивления и обычно составляет 0,25-0,45 МПа) и быстро охлаждают (закаляют) в закалочно-испарительном аппарате до 300-500°С, при теплообмене получая пар высокого давления. Дальнейшее охлаждение продуктов пиролиза (или пирогаза - их паровой фазы) осуществляют ступенчато, конденсируя тяжелые компоненты и отделяя их от пирогаза. Продуктами этого процесса являются охлажденный до 35-40°С пирогаз при давлении немного выше атмосферного, жидкие продукты пиролиза (бензин, легкая и тяжелая смолы) и вода. Газ направляют на компрессию и далее на разделение, а жидкие продукты направляют на переработку.

Газообразные продукты пиролиза разделяют методами низкотемпературной абсорбции и низкотемпературной ректификации, которые наиболее экономично производить при давлении 3-4 МПа. Компрессию пирогаза до давления в системе газоразделения осуществляют многоступенчато, с промежуточным охлаждением. Повышение давления газа, поступающего на компрессию, позволяет снизить затраты энергии на его сжатие и расход воды на промежуточное охлаждение.

Условиями высокой эффективности технологии пиролиза является, с одной стороны, снижение давления реакционной смеси для повышения выхода целевых продуктов, а с другой стороны, получение охлажденного пирогаза при более высоком давлении для снижения затрат на его компрессию.

На практике «получают охлажденный пирогаз с минимальным для компрессии давлением, обычно 0,13-0,15 МПа, а давление на входе в печь - пиролиза превышает его на гидравлическое сопротивление реактора и системы охлаждения пирогаза.

Пиролиз описан в монографии Степанова А.В. (Производство низших олефинов. Киев: Наукова думка, 1978 г., с.151, прототип). В зависимости от сырья пиролиза, определяющего состав его продуктов, обычно применяют не менее трех ступеней охлаждения пирогаза, в том числе включающие прямой теплообмен с охлаждающими агентами и теплообмен через поверхность. Наиболее общий случай представляет способ охлаждения продуктов пиролиза бензина, включающий несколько ступеней охлаждения и разделения пирогаза.

Продукты пиролиза из зоны реакции быстро охлаждают в поверхностном теплообменнике - закалочно-испарительном аппарате - обычно до 400-450°С, затем дозакаляют в смесительном масляном холодильнике впрыском в поток пирогаза охлажденного тяжелого масла пиролиза, и далее пирогаз при температуре 170-200°С охлаждают и в колонне промывки маслом, орошаемой углеводородами, хотя бы пироконденсатом, выделяемым из продуктов пиролиза при его дальнейшем охлаждении. После трех ступеней охлаждения из продуктов пиролиза выделяют охлажденный до 105-120°С пирогаз и сконденсированные тяжелые жидкие продукты (тяжелое масло пиролиза), из которого отфильтровывают сажу и кокс. Далее пирогаз охлаждают в поверхностных холодильниках или в колонне промывки водой, конденсируя оставшиеся жидкие углеводороды и воду. Из конденсата в разделителе получают пироконденсат и воду, а пирогаз, содержащий незначительное количество углеводородов C₅-C₈, направляют на компримирование. При использовании колонны контактного охлаждения пирогаз выводят с верха колонны, в разделитель направляют выведенный из колонны конденсат, а для орошения используют воду, выделенную в разделителе из конденсата.

При пиролизе газов применяют упрощенную схему водяного охлаждения пирогаза, включающую после закалки в закалочно-испарительном аппарате охлаждение при прямом контакте с водой при впрыске (дозакалку) и в колонне водяного охлаждения. Из колонны выводят пирогаз на компрессию, а сконденсированные жидкие продукты (бензин, пиросмолу, воду) выводят из разделителя.

В описанных известных способах охлаждения продуктов пиролиза снижение перепада давления пирогаза от печного агрегата, включающего трубчатку печи пиролиза и закалочно-испарительный аппарат, до входа на первую ступень компрессии составлять до 0,1 МПа.

Целью настоящего изобретения является снижение перепада давления и повышение давления в системе охлаждения пирогаза. С этой целью частичное охлаждение пирогаза осуществляют при его сжатии с использованием жидкостного эжектора, активным потоком в котором является охлажденный компонент пирогаза, выделенный при охлаждении. При этом может быть исключено охлаждение пирогаза в поверхностных теплообменниках, имеющих наиболее высокое гидравлическое сопротивление из всего оборудования, применяемого в системе охлаждения. Снижение потери давления пирогаза при использовании нового способа его охлаждения позволяет снизить давление в зоне пиролиза и/или повысить давление поступающего на компримирование пирогаза. При снижении давления в зоне пиролиза повышается выход целевых продуктов пиролиза - этилена и пропилена.

Предлагаемый способ охлаждения продуктов пиролиза включает по крайней мере одну ступень его прямого контакта с охлаждающими агентами - жидкими продуктами пиролиза, выделенными при охдаждении пирогаза, или водой и отличается тем, что хотя бы на одной ступени прямой контакт пирогаза с охлаждающими агентами осуществляют с одновременным повышением его давления при использовании эжектора «жидкость-газ».

Полученный таким способом охлажденный пирогаз находится в смеси со сконденсированными при его охлаждении компонентами и активным потоком эжектора. Далее осуществляют выделение пирогаза в разделителе или выделение и охлаждение пирогаза при прямом контакте с охлаждающим агентом в контактной колонне. Выделенный таким образом пирогаз может быть далее охлажден при повторном применении описанного способа, и так далее, до охлаждения пирогаза ниже 40°С.

Принцип ступенчатой конденсации компонентов смеси и уменьшения массы охлаждаемого продукта сохраняется в описываемом способе охлаждения продуктов пиролиза, поэтому используемые обычно ступени охлаждения и разделения сохраняются. Так, в предпочтительном случае сохраняется закалка продуктов в закалочно-испарительном аппарате.

Следующая ступень охлаждения обеспечивает конденсацию тяжелого масла пиролиза при прямом контакте закаленного пирогаза и охлажденного тяжелого масла. Эту ступень охлаждения осуществляют с повышением давления пирогаза с использованием эжектора, причем в качестве активного потока используют тяжелое масло. Параметры активного потока - его расход, температура и давление - домины обеспечивать повышение давления пирогаза и конденсацию паров тяжелых продуктов пиролиза. Необходимые параметры активного потока поддерживают с помощью холодильника и насоса.

Смесь пирогаза и тяжелого масла далее обычно направляют в контактную колонну, где происходит отделение тяжелого масла и охлаждение пирогаза при его контакте с пироконденсатом. В некоторых случаях колонну охлаждения и выделения тяжелого масла дополняют колонной отпарки пиробензина и осуществляют первичное фракционирование тяжелых продуктов пиролиза, выделяя тяжелое и дистиллятное топливо и очищая таким образом часть циркулирующего тяжелого масла от смол и полимеров. С верха колонны отводят пирогаз в смеси с парами пироконденсата при температуре 105-120°С.

Полученный пирогаз включает газообразные и жидкие при нормальных условиях продукты пиролиза - компоненты пироконденсата, а также пары воды. Дальнейшее его охлаждение осуществляют при непосредственном контакте с водой в одну или две ступени. Последнее предпочтительно, поскольку позволяет снизить отвод тепла при получении пирогаза требуемой температуры. Хотя бы одну из этих ступеней охлаждения предпочтительно осуществлять с одновременным повышением давления пирогаза при использовании эжектора «жидкость-газ». В качестве активного потока эжектора используют воду. На первой ступени осуществляют конденсацию основного количества воды, содержащейся в пирогазе, при охлаждении предпочтительно до 80-90°С с соответствующим расходу и давлению активного потока повышением давления пирогаза. После выделения пирогаза из полученной после эжектора смеси в предпочтительном случае его направляют на следующую ступень охлаждения и эжекции. В качестве активного потока эжектора на этой ступени также предпочтительно использовать воду. Полученную после эжектора парожидкостную смесь разделяют в разделителе и получают охлажденный хотя бы до 40°С пирогаз, воду и пироконденсат (бензин). В предпочтительном случае выделяемая из жидкой фазы после каждой такой ступени охлаждения и эжекции вода циркулирует через эжектор, разделитель, насос и холодильник, обеспечивающие рабочие параметры активного потока.

Давление пирогаза на одной ступени охлаждения, включающей эжектор, может быть повышено в предпочтительном случае на 0,03-0,05 МПа. В описанном способе охлаждения пирогаза его давление снижается только в закалочно-испарительном аппарате и в контактной колонне в сумме на 0,03-0,05 МПа и в предпочтительном случае - увеличивается, поскольку три ступени эжекции могут повысить давление пирогаза по меньшей мере на 0,1 МПа. При использовании описанного способа охлаждения пирогаза вместо известного, использующего поверхностные теплообменники для конденсации воды из пирогаза, повышение давления подаваемого на компрессию пирогаза может быть не ниже 0,15 МПа.

Описанный способ охлаждения продуктов пиролиза может быть использован в процессах пиролиза газов и бензинов следующим образом.

Пример 1.

В процессе пиролиза 29 т/час пропана получают пирогаз, содержащий 6 т паров воды и 29 т углеводородов следующего состава (в мас.%): 0,23 СО+CO₂, 4,42 Н₂, 11,20 CH₄, 46,35 С₂H₄, 32,53 С₂H₆, 0,38 С₂Н₂, 1,44 С₃Н₆, 0,49 C₃H₈, 0,40 C₄H₈+C₄H₁₀, 0,80 С₄H₆, 1,76 смола. На выходе из закалочно-испарительного аппарата температура пирогаза 400°С, давление 0,18 МПа. Охлаждение и первичное разделение закаленного пирогаза известным способом осуществляют по упрощенной схеме (фиг.1), в две ступени, при прямом контакте пирогаза с водой, причем водную промывку газа и охлаждение совмещают в одном аппарате. На схеме обозначены смеситель 1, колонна водяного охлаждения 2, разделитель 3, воздушный холодильник 4, водяной холодильник 5, насосы 6-8. Пирогаз I смешивают с 11 т охлажденной до 55°С воды II и полученную парожидкостную смесь III, имеющую температуру 100°С, направляют в колонну, на орошение которой подают поток VII - 142 т воды, охлажденной до 55°С, и поток VIII - 71 т воды, охлажденной до 35°С. С верха колонны на компрессию отводят охлажденный до 38°С пирогаз Х при давлении 0,17 МПа, а кубовый продукт IV направляют в разделитель, в котором выделяют воду и смолы IX. Циркулирующую воду V охлаждают в воздушном холодильнике 4 до 55°С и часть ее - в водяном холодильнике 5. Избыток воды VI выводят из системы. В такой системе получают минимальную потерю давления пирогаза, в основном в колонне водяного охлаждения.

На фиг.2 представлена включающая эжектор схема охлаждения пирогаза по предлагаемому новому способу. Первую ступень охлаждения закаленного пирогаза при прямом контакте с водой осуществляют с одновременным повышением его давления при использовании эжектора «жидкость-газ», и полученный поток направляют в колонну водной промывки, где осуществляют вторую ступень охлаждения пирогаза при контакте с водой. При давлении питающего колонну потока 0,18 МПа проведен расчет характеристик активного потока II эжектора, повышающего давление пирогаза на 0,04 МПа. При этом давление пирогаза на входе в печной агрегат может быть снижено на эту же величину.

Пирогаз I направляют в эжектор 1. Активный поток II подают в эжектор в количестве 306 т/час насосом 8 при давлении 5,5 МПа, охлажденным в воздушном холодильнике 4 до 55°С. Получают парожидкостную смесь III с температурой 78°С и направляют ее в колонну 2, где происходит дальнейшее охлаждение пирогаза при прямом контакте с 82 т/час охлажденной до °С воды - орошением VII и отделяется конденсат. Конденсат IV выводят из колонны и в разделителе 3 из него выделяют смолы VIII. Циркулирующую воду V охлаждают в воздушном холодильнике 4 до 55°С и часть этого потока - орошение колонны - затем охлаждают в водяном холодильнике 5. Избыток воды VI выводят из системы. С верха колонны отводят пирогаз IX, охлажденный до 38°С при давлении 0,17 МПа.

На первую ступень компрессии в обоих способах разделения поступает пирогаз при одинаковой температуре и давлении, однако давление на входе в реактор пиролиза при использовании эжектора снижено на 0,04 МПа, что повышает выход этилена и пропилена на 2%. При этом энергозатраты в блоке пиролиза и охлаждения пирогаза возрастают на 7,2%.

Пример 2.

Продукт пиролиза бензина (состав пирогаза: углеводороды - 130 т/час, вода - 60 т/час) на выходе из печного агрегата имеет давление 0,24 МПа и температуру 450°С. Схема охлаждения закаленного пирогаза приведена на фиг.3. На схеме обозначены эжекторы 1, 3 и 9 соответственно первой, второй и третьей ступеней охлаждения и эжекции, колонна масляной промывки 2, разделителя 4 и 10, насосы 5, 7 и 11, теплообменники 6, 8 и 12. При охлаждении пирогаза до 40°С осуществляют три ступени эжекции с использованием эжекторов "жидкость-газ". Контур циркуляции активного потока на каждой ступени включает теплообменник и насос, создающий в потоке давление 4 МПа.

На первой ступени расход активного потока - тяжелых продуктов пиролиза из куба колонны масляной промывки, охлажденных до 140°С - 1700 т/час. Смесь их эжектора при температуре 190°С поступает в колонну, где охлаждается при контакте с легкой смолой пиролиза, выделенной после второй ступени охлаждения и эжекции. С верха колонны выводят 275 т/час пирогаза при температуре 105°С и давления 0,18 МПа.

На второй ступени охлаждения и эжекции при расходе активного потока воды при температуре 35°С - 550 т/час давление пирогаза повышается на 0,03 МПа при его охдаждении до 80°С. Парожидкостную смесь из эжектора направляют в разделитель, откуда выводят циркулирующие потоки воды, легкой смолы пиролиза и пирогаз при давлении 0,21 МПа. Балансовое количество конденсата - 58 т/час легкой смолы и 22 т/час воды выводят с установки.

Пирогаз направляют на третью ступень эжекции и охдаждения. При расходе активного потока воды при температуре 35°С - 1600 т/час давление пирогаза повышается на 0,05 МПа при его охдаждении до 40°С. Парожидкостную смесь из эжектора направляют в разделитель, откуда выводят циркулирующий поток воды, 35,7 т/час воды из пирогаза, 58 т/час легкой смолы пиролиза и 128,3 т/час пирогаза при давлении 0,26 МПа. Это значит, что в системе охлаждения пирогаза его давление не понизилось.

В описанной системе охлаждения на компрессию подают пирогаз при давлении 0,26 МПа, тогда как в системе с поверхностными теплообменниками вместо второй и третьей ступеней охлаждения и эжекции на выходе получают охлажденный пирогаз при давлении 0,14 МПа. В этом случае может быть исключена первая ступень компрессии пирогаза в системе газоразделения или на 0,12 МПа может быть снижено давление в зоне пиролиза, что приведет к увеличению выхода этилена и пропилена по крайней мере на 5 мас.%.

Изобретение относится к способам получения низших олефинов, в частности к способу охлаждения пирогаза. Способ охлаждения пирогаза включает по крайней мере одну ступень его прямого контакта с охлаждающими агентами - жидкими продуктами пиролиза, выделенными при охлаждении пирогаза. При этом хотя бы на одной ступени прямой контакт пирогаза с охлаждающими агентами осуществляют с одновременным повышением давления пирогаза при использовании эжектора «жидкость-газ». Изобретение способствует увеличению выходов этилена и пропилена. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ охлаждения пирогаза, включающий по крайней мере одну ступень его прямого контакта с охлаждающими агентами - жидкими продуктами пиролиза, выделенными при охлаждении пирогаза, или водой, отличающийся тем, что хотя бы на одной ступени прямой контакт пирогаза с охлаждающими агентами осуществляют с одновременным повышением давления пирогаза при использовании эжектора «жидкость-газ».2. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает по крайней мере две ступени прямого контакта пирогаза с жидкими продуктами, выделенными при охлаждении пирогаза, или водой, из которых первую осуществляют с использованием эжектора, получают смесь пирогаза с охлаждающим агентом и направляют эту смесь на вторую ступень контакта, которую осуществляют с использованием контактного аппарата колонного типа.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает по крайней мере две ступени прямого контакта пирогаза с жидкими продуктами, выделенными при охлаждении пирогаза, или водой, из которых первую осуществляют с использованием эжектора, получают смесь пирогаза с охлаждающим агентом, выделяют пирогаз из этой смеси и направляют его на вторую ступень прямого контакта, которую осуществляют с использованием эжектора.