 |
Основные источники углеводородного сырья и требования, предъявляемые к нему
|
|
|
|
Реферат
Содержание
стр.
Введение 3
1. Основные источники сырья 4
2. Требования к углеводородному сырью 10
Список литературы 11
Введение
В нефтехимических процессах могут использоваться различные виды углеводородного сырья. Подбор исходного сырья имеет большое значение и нередко оказывает решающее влияние на технико-экономические показатели процесса. Это связано с тем, что в нефтехимических производствах основная доля затрат (65 – 70 %) приходится на сырье. Сырье должно быть доступным, дешевым и иметь стабильный состав, что очень важно для нормальной работы промышленного предприятия.
Как будет показано ниже, одни и те же виды сырья могут быть получены из разных источников. Точно так же одни и те же продукты могут быть синтезированы из различных видов сырья.
1. Основные источники сырья
В качестве сырья для нефтехимического синтеза применяются различные газообразные, жидкие и твердые углеводороды:
1. Насыщенные углеводороды (метан, этан, пропан, бутаны и др.);
2. Ненасыщенные углеводороды: моноолефины (этилен, пропилен, бутены, пентены, высшие олефины), ацетилен и диеновые (бутадиен – 1,3, изопрен) углеводороды;
3. Ароматические углеводороды (бензол, толуол, алкилбензолы, нафталин);
4. Алициклические углеводороды: нафтеновые (циклопентан, циклогексан), циклоолефины (циклогексен), циклодиены (циклопентадиен, циклогексадиен и др.).
|
|
|
Сырье для нефтехимических производств поставляют нефтяная и газовая промышленность. Синтез ненасыщенных углеводородов осуществляют на специальных установках; они образуются также попутно в процессах нефтепереработки.
Основными источниками сырья для нефтехимического синтеза являются:
1. Попутный нефтяной газ;
2. Газовый бензин;
3. Природный газ;
4. Жидкие и газообразные углеводороды газоконденсатных месторождений;
5. Газы нефтеперерабатывающих заводов;
6. Жидкие нефтепродукты (дистилляты и остатки).
1. Попутный нефтяной газ. Так принято называть газообразные углеводороды, сопровождающие сырую нефть. В условиях пластового давления газ растворен в нефти и в процессе ее добычи выделяется вследствие снижения давления. При добыче нефти попутный газ отделяют от нефти в специальных сепараторах. Однако при этом в нефти все-таки остается часть растворенных газообразных углеводородов, а в попутный газ переходит некоторое количество легких бензиновых фракций. Для более полного извлечения газообразных углеводородов и снижения последующих потерь, газообразных и жидких углеводородов нефть подвергают физической стабилизации, а попутный газ вместе с газом стабилизации нефти направляют на газобензиновый завод для извлечения из него жидких углеводородов и разделения на фракции.
Попутный нефтяной газ состоит из ненасыщенных углеводородов от метана до пентанов и обычно содержит некоторое количество инертных газов; попутные газы некоторых месторождений содержат также свободный сероводород. Состав попутных нефтяных газов приведен в таблице 1. Для этих газов характерно высокое содержание метана и наличие значительных количеств ценных углеводородных компонентов – этана, пропана и бутанов.
Таблица 1
|
|
|
Состав попутных нефтяных газов некоторых месторождений России
| Компоненты | Содержание, объемн. % | |||||
| Туймазинское (Башкирская АССР) | Ромашкинское (Татарская АССР) | Шаимское (Ханты-Мансийский нац. округ) | Усть-Балыкское (Тюмень) | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Метан | 42,0 | 39,0 | 73,4 | 33,9 | 87,7 | 61,7 |
| Этан | 21,0 | 20,0 | 7,1 | 16,9 | 3,9 | 11,3 |
| Пропан | 18,4 | 18,5 | 7,9 | 29,3 | 3,2 | 14,5 |
| 2-Метилпропан (изобутан) | 6,8 | 6,2 | 1,3 | 5,2 | 0,6 | 2,7 |
| Н-Бутан | 6,8 | 6,2 | 1,9 | 7,7 | 1,0 | 5,2 |
| 2-Метилбутан (изо-пентан) | 4,6 | 4,7 | 0,4 | 1,5 | 0,3 | 1,2 |
| Н-Пентан | 4,6 | 4,7 | 0,3 | 1,4 | 0,3 | 1,6 |
| Углеводороды С6 и выше | 4,6 | 4,7 | 0,3 | 1,4 | 0,3 | 1,3 |
| Сероводород | 4,6 | 4,7 | Отсутствует | Отсутствует | Отсутствует | Отсутствует |
| Двуокись углерода | 0,1 | 0,1 | 2,3 | 2,7 | Нет | Нет |
| Азот | 7,1 | 11,5 | 5,1 | Нет | 2,7 | 0,5 |
2. Газовый бензин. Это легкая бензиновая фракция, состоящая из насыщенных углеводородов и получаемая в результате отбензинивания попутного газа. Газовые бензины содержат ценные углеводородные компоненты, в частности 2-метилбутан (изопентан) и н-пентан. Характеристика газовых бензинов приведена в таблице 2.
Таблица 2
Характеристика газовых бензинов некоторых газобензиновых заводов (ГБЗ) России
| Показатели | Туймазинский ГБЗ | Минибаевский ГБЗ |
| 1 | 2 | 3 |
| Относительная плотность | 0,736 | - |
продолжение таблицы 2
| 1 | 2 | 3 |
| Фракционный состав (по ГОСТ 1576 – 42), 0С | ||
| н. к. | 26 | 27 – 30 |
| 10 % | 33 | 33 – 37 |
| 50 % | 46 | 43 – 46 |
| 90 % | 100 | 85 – 89 |
| к. к. | 121 | 110 - 114 |
| Углеводородный состав, масс. % | ||
| 2-метилпропан (изобутан) | 12,9 | Следы |
| н-бутан | 12,9 | 2,5 |
| 2-метилбутан (изопентан) | 25 - 30 | 30,2 |
| н-пентан | 20 - 25 | 30,2 |
| диметилбутаны | 3,5 – 4,5 | 13,3 |
| Метилпентаны | 8,5 – 10 | 13,3 |
| н-гексан | ≥ 5,0 | 17,4 |
| метилциклопентан | Нет | 1,4 |
| Циклогексан | Нет | 2,5 |
| бензол | 0,4 | 0,5 |
| изогептан | 10,0 | 5,9 |
| Углеводороды С8 и выше | 1,5 – 2,5 | - |
3. Природный газ. Природным газом принято называть газ чисто газовых месторождений. По составу он значительно отличается о попутного газа. Содержание метана в природном газе больше, чем в попутном, и может достигать 98 %; содержание углеводородов С2 и, особенно, С3 – С4 в природном газе, как правило, невелико. Во многих природных газах содержится значительное количество инертных (N2, CO2) и редких газов (Ar, He и др.). Состав некоторых природных газов приведен в таблице 3. В состав природного газа, так же как и попутного, входят только насыщенные углеводороды.
|
|
|
Таблица 3
Состав природных газов некоторых месторождений России
| Компоненты | Содержание, объемн. % | ||||
| Нибельское (Коми АССР) | Дашавское (УССР) | Елмано-Курфомское (Саратовская обл.) | Северо-Ставропольское | Введеновское (Башкирсая АССР) | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Метан | 87,9 | 97,5 | 93,3 | 96,86 | 70,87 |
| Этан | 1,3 | 0,5 | 2,0 | 0,1 | 8,0 |
| Пропан | 0,15 | 0,2 | 0,5 | 0,03 | 4,3 |
| 2-Метилпропан (изобутан) | 0,06 | 0,1 | 0,2 | 0,01 | 0,5 |
| н-Бутан | 0,03 | 0,1 | 0,1 | 0,01 | 0,7 |
| 2-Метилбутан (изопентан) | 0,03 | 0,1 | Нет | Нет | 0,2 |
| н-Пентан | 0,03 | Нет | 0,1 | Нет | 0,12 |
| Углеводороды С6 и выше | Нет | Нет | Нет | Нет | 0,01 |
| Двуокись углерода | 0,04 | 0,1 | 0,1 | 2,0 | 0,2 |
| Азот | 10,5 | 1,6 | 3,8 | 1,0 | 15,1 |
4. Жидкие и газообразные углеводороды газоконденсатных месторождений. Некоторые газовые месторождения с высоким пластовым давлением отличаются тем, что в газе содержится значительное количество жидких углеводородов. В соответствии с условиями фазового равновесия в надкритической области, при снижении давления эти жидкие углеводороды конденсируются и могут быть отделены от газа (это явление получило название ретроградской конденсации). Жидкость, выделенную из газа, принято называть конденсатом, а месторождения – газоконденсатными. По составу газ газоконденсатных месторождений близок к природному газу, а конденсат содержит бензиновые и керосиновые фракции.
Характеристика газа и конденсата важнейших газоконденсатных месторождений России приведена в таблице 4. В конденсатах некоторых месторождений содержится до 40 % нафтеновых углеводородов, что делает эти конденсаты ценным сырьем для нефтехимии.
Таблица 4
Характеристика газа и конденсата некоторых газоконденсатных месторождений России
| Компоненты | Краснодарское (Россия) | Щебелинское (УССР) | Березянское (Краснодар) | Вуктылское (Коми АССР) | Газлинское (Узбекская ССР) | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
| Состав газа, объемн. % | |||||||
| Метан | 86,0 | 93,6 | 87,7 | 75,7 | 94,2 | ||
| Этан | 6,0 | 4,0 | 4,9 | 9,1 | 3,0 | ||
| Пропан | 2,0 | 0,6 | 1,9 | 3,1 | 0,9 | ||
| Бутаны | 1,0 | 0,7 | 0,9 | 0,7 | 0,4 | ||
| Углеводороды С5 и выше | 1,5 | 0,4 | 1,0 | 7,5 | 0,5 | ||
| Двуокись углерода | 1,5 | 0,1 | 2,5 | 0,2 | 0,4 | ||
| Азот | 2,0 | 0,6 | 1,1 | 3,8 | 0,6 | ||
| Характеристика конденсата
| |||||||
| Фракционный состав: | |||||||
| н. к., 0С | 40 | 44 | 47 | 81 | 54 | ||
| Выкипает, объемн. % до 1000С | 30 | 27 | 22 | 35 | 36 | ||
| до 1500С | 65 | 63 | 64 | 55 | 83 | ||
| до 2000С | 83 | 80 | 78 | 72 | 92 | ||
| к. к., 0С | 300 | 289 | 315 | 360 | 220 | ||
| Групповой состав, масс. % Ароматические углеводороды | 25 | 14 | 33 | 15 | 26 | ||
| Нафтены | 35 | 32 | 44 | 25 | 29 | ||
| Парафины | 40 | 54 | 23 | 60 | 45 | ||
5. Газы нефтеперерабатывающих заводов. В нефтезаводских газах содержатся насыщенные и ненасыщенные углеводороды от С1 до С4. Кроме того, в состав этих газов обычно входят водород, сероводород и небольшое количество органических сернистых соединений.
Состав газа нефтеперерабатывающего завода зависит от того, какие процессы осуществляются на данном заводе. Основным источником газа являются процессы деструктивной переработки нефти (термический и каталитический крекинг, коксование, каталитический риформинг); на установках прямой перегонки нефти выделяется лишь небольшое количество газа (газ, растворенный в нефти). В газах крекинга и коксования наряду с насыщенными углеводородами содержится довольно много олефинов и некоторое количество водорода. Газ каталитического риформинга богат водородом (до 60 объемн. %) и содержит только предельные углеводороды. Такое различие состава газов, выделяющихся при разных процессах нефтепереработки, обуславливает неодинаковый состав газов разных заводов и колебания состава газа даже в пределах одного завода. Нестабильность состава нефтезаводских газов несколько усложняет их переработку.
6. Жидкие нефтепродукты (дистилляты и остатки). В них содержится ряд ценных компонентов, используемых в нефтехимии. Так, в бензинах прямой перегонки и крекинга содержатся пентаны, пентены, циклопентан, метилциклопентан, циклогексан и его гомологи. В керосиновых и газойлевых фракциях присутствуют твердые и жидкие насыщенные углеводороды (так называемый мягкий парафин), а в масляных фракциях – твердые насыщенные углеводороды (твердый парафин).
2. Требования к углеводородному сырью
К углеводородному сырью для нефтехимических процессов обычно предъявляются значительно более жесткие требования, чем к сырью для переработки нефти. Реакции, используемые в нефтехимическом синтезе, большей частью каталитические или радикально-цепные, причем для получения требуемых продуктов необходима высокая селективность катализатора, совершенно недопустимы побочные реакции и т. д. Поэтому требуется высокая степень чистоты сырья. Так, для производства этилового спирта прямой гидратацией этилена требуется 97 – 98 % этилен, практически свободный от сероводорода (до 0,002 объемн. % H2S). Для производства полиэтилена высокого давления требуется 99,99 % этилен, совершенно свободный от ацетилена, а при получении полиэтилена низкого давления на катализаторах Циглера – 99 % этилен и т. д. Для ряда процессов недопустимо наличие в газе паров воды и двуокиси углерода, а также окиси углерода, сероводорода, аммиака и других реакционноспособных примесей.
|
|
|
Другой особенностью подготовки сырья для нефтехимического синтеза является необходимость разделять компоненты, близкие по температуре кипения или кипящие при очень низких температурах. В связи с указанными особенностями помимо общепринятых процессов ректификации и абсорбции для разделения компонентов используют адсорбцию, азеотропную и экстрактивную перегонку, экстракцию селективными растворителями, кристаллизацию и термодиффузию. В некоторых случаях приходится применять процессы хемосорбции (например, выделение бутадиена из бутен-бутадиеновой фракции путем его хемосорбции аммиачным раствором ацетата закисной меди) или осуществлять специальные химические превращения (например, селективное гидрирование при очистке этилена от ацетилена).
Список литературы
1. Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. М., Химия. 1988. – 592 с.
2. Паушкин Я. М., Адельсон С. В., Вишнякова Т. П. Технология нефтехимического синтеза. М., 1973. – 448 с.
|
|
|
