5 до температуры
–20…–35 °С.
Образовавшийся в результате умеренного охлаждения углеводородный конденсат отделяется от остаточного газа в сепараторе 6. Газ направляется в га- зопровод, а конденсат − в деэтанизатор 7. В конденсате будут преобладать высо- кокипящие углеводороды (С
3+
).
Однако в его составе будут метан и этан. Они отгоняются из углеводород- ного конденсата в деэтанизаторе 7.
Пары орошения конденсируются в пропановом холодильнике 8, откуда газожидкостная смесь поступает в емкость 9. Жидкость орошения подается в колонну насосом 10, а продукт из верхней части колонны отводится в газовой фазе в магистральный этанопровод.
Тепло подводится в нижнюю часть деэтанизатора через кипятильник 11.
Теплоносителем является водяной пар. Деэтанизированный нестабильный газо- вый конденсат из нижней части колонны направляется потребителю.
Метан и этан, если их концентрация (молярная) в выпавшем из нефтяного
Рис. 33. Технологическая схема процесса НТК:
I – сырьевой газ; II – отбензиненный газ; III – этановая фракция;
IV – деэтанированный бензин; V – водяной пар
221 газа конденсате невелика (в сумме около 10 %), могут быть удалены в деэтани- заторе, работающем на холодном сырье без орошения. В этом случае холодный углеводородный конденсат непосредственно из сепараторов 6, минуя тепло- обменники 2 и 4, подается на вторую или третью (считая сверху) тарелку де- этанизатора. Режим колонны (деэтанизатора) в зависимости от состава углево- дородного конденсата регулируется изменением давления, температуры верхней и нижней частей колонны.
Низкотемпературная ректификация (НТР)
Процесс ректификации термодинамически более выгодный, чем процесс абсорбции. Схема НТР эффективнее НТА, а аппаратная реализация проще.
Принципиальное отличие схемы НТР от схемы НТК – сырье, поступающее на установку, после охлаждения (всего или части сырьевого потока) без предвари- тельной сепарации подается в ректификационную колонну, где происходит квалифицированное разделение сырого газа на сухой газ (уходит с верха ко- лонны) и ШФЛУ (уходит с низа колонны). В зависимости от принципиальной схемы процесса НТР основной узел технологической схемы – ректификацион- ные колонны – подразделяют на ректификационно-отпарные и конденсацион- но-отпарные.
Ректификационно-отпарной называется колонна, в среднюю часть кото- рой подается предварительно охлажденный поток сырого газа. Энергетически схемы с ректификационно-отпарными колоннами выгоднее схем НТК.
Конденсационно-отпарная колонна отличается от ректификационной тем, что разделяемая смесь подается в ней на верхнюю тарелку. Верхней укре- пляющей частью в ней служит конденсатор-холодильник орошения внешнего холодильного цикла.
На рис. 34 представлена схема установки НТР.
222
Процесс НТК по сравнению с процессом НТР имеет следующие преиму- щества:
после сепаратора из системы выводится
основная масса несконден- сировавшихся газов, которые в дальнейшем процессе на этой установке не участвуют, поэтому ректификационная колонна и другие аппараты имеют относительно небольшие размеры;
вследствие относительно небольшого содержания метана и этана в сырье деэтанизатора конденсацию паров орошения в холодильниках можно проводить при сравнительно высоких температурах
(от –5 до –30 °С).
К недостаткам схемы НТК следует отнести то, что сепарация конденса- та от газа происходит только после однократной конденсации, поэтому часть целевых компонентов теряется с остаточным газом.
Рис. 34. Технологическая схема процесса НТР:
1 – деэтанизатор; 2 – пропановый холодильник; 3 – теплообменник;
4 – рефлюксная емкость; 5 – насос; 6 – кипятильник;
I, II – сырьевой и отбензиненный газы; III – деэтанизированная ШФЛУ
223
Для глубокого извлечения пропана и более тяжелых углеводородов по способу НТК приходится вести процесс при относительно низких температурах, при которых в жидкую среду переходят большее количество целевых компо- нентов.
При понижении температуры процесса конденсации выход конденсата повышается. Прежде всего, повышается степень извлечения из газа целевых уг- леводородов: пропана, изобутана и н-бутана. При понижении температуры в конденсате также увеличиваются концентрации метана и этана. Необходимо учитывать, что в процессах НТК и НТР максимального извлечения пропана можно достигнуть при одновременной конденсации значительного количества этана и метана.
Для поддержания заданной температуры конденсации важно обеспечить нормальную работу теплообменной и холодильной аппаратуры. Прежде всего, необходимо, чтобы температура газа, поступающего из предыдущей стадии про- цесса (в частности, с установок осушки и очистки), не превышала значения, за- данного по технологической карте. Кроме того, газ должен быть осушен до оп- ределенной точки росы. При недостаточной осушке газа работа установок НТК и НТР может быть нарушена в результате образования гидратов, закупорки труб, забивки аппаратуры, арматуры и т.д. Для разрушения уже образовавшихся гид- ратов в систему НТК вводится метанол, который, вступая в контакт с гидратом, образует спиртоводный раствор с низкой температурой застывания. Должен быть тщательно осушен и пропан, циркулирующий в системе охлаждения.
Нормальная работа установки НТР зависит от устойчивости теплового режима деметанизатора. Недостаточное выпаривание метана в деметанизаторе
(вследствие чрезвычайно низкой температуры в кубе колонны) и превышение заданной температуры верхней части детаэнизатора могут быть причиной уноса значительного количества пропана с несконденсировавшимися парами, отходя- щими с верхней части деэтанизатора. К этому может привести и повышение температуры в нижней части деэтанизатора. При понижении температуры в нижней части деэтанизатора увеличивается содержание этана в ШФЛУ.
224
Способы разделения нефтяных попутных газов на целевые продукты
Выбор технологии обработки газа определяется, в первую очередь, требуемой глубиной извлечения целевых компонентов (см. табл. 20).
Другим определяющим фактором является состав обрабатываемого газа.
При содержании в газе углеводородов С
3+
до 3 % мол. преимуществом об- ладает процесс НТА; при их содержании до 12,6 % оба процесса равнозначны.
Для газа, содержащего 12,64 % углеводородов С
3+
по приведенным затра- там установки, НТА с трехступенчатой абсорбцией и НТК примерно одинаковы.
Чем беднее газ по содержанию С
3+
, тем эффективнее процесс НТА по сравнению с НТК. Для более жирных газов процесс НТС неоспоримо выгоднее.
Таблица 20
Предпочтительные области применения
различных технологических процессов
Наименование процесса
Глубина ох- лаждения,
°С
Степень извлечения, %
С
2
Сз
С
4
Абсорбция без применения искусственного холода
10–45 25–30 40–60 60–80
НТА
–40 30–40 90 97
НТС с использованием дроссель-эффекта
–25 25–30 40–60 60–80
НТК с пропановым холодильным циклом
–40 35–40 90 97
НТК с пропан-этановым холодильным циклом
–80 60–80 95 99
НТК с пропановым и детандер- ным холодильным циклом
–(80–90)
60–90 95 99
НТК с этан-этиленовым и детан- дерным холодильным циклом
–120 85 95 99
225
11.8. Производство метанола Метанол − метиловый спирт, химическая формула СН
3
ОН, бесцветная ядовитая жидкость с запахом, подобным запаху этилового спирта, один из ос- новных продуктов на мировом и региональных рынках нефтехимической про- дукции.
Метанол является одним из важнейших по значению и масштабам произ- водства органическим продуктом, выпускаемым химической промышленно- стью. Транспортируется метанол в железнодорожных цистернах.
Таблица 21
Основные характеристики метанола Характеристика
Значение
Внешний вид
Бесцветная прозрачная жидкость без нерастворимых примесей
Массовая доля метанола, %, не менее
99,95
Массовая доля воды, %
0,02−0,05
Массовая доля этанола, %
0,001−0,01
Испытания с перманганатом калия, мин., не менее
75
Описание технологии производства Способы получения метилового спирта могут быть различны:
сухая перегонка древесины;
термическое
разложение формиатов;
гидрирование метилформиата;
омыление метилхлорида;
каталитическое неполное окисление метана, каталитическое гидриро- вание окиси и двуокиси углерода.
До промышленного освоения каталитического способа метанол получали в основном сухой перегонкой древесины. «Лесохимический метиловый спирт» загрязнен ацетоном и другими трудноотделимыми примесями. В настоящее
226 время этот метод получения метанола практически не имеет промышленного значения.
По причинам технического и главным образом экономического характера промышленное развитие получил метод синтеза метанола из окиси углерода и водорода. Сырьем для производства метанола служил водяной газ, полученный газификацией кокса. В настоящее время основное количество метанола выраба- тывается на базе природного газа.
Технология получения метанола достаточно хорошо опробована на дей- ствующих производствах и не несет в себе каких-либо технологических рисков.
В промышленности метанол получают из окиси углерода (СО) и водорода (Н
2
).
В свою очередь, окись углерода и водорода получают путем каталитической конверсии природного газа. После очистки от механических примесей и серо- водорода природный газ поступает в реактор риформинга, где в присутствии никелевого катализатора и водяного пара происходит следующая реакция:
СН
4
+ Н
2
О = СО + ЗН
2
Образовавшийся в реакторе конверсии синтез-газ охлаждается и поступа- ет в реактор синтеза метанола, где в присутствии медного катализатора проис- ходит следующая реакция:
СО + 2Н
2
= СН
3
ОН.
Процесс синтеза осуществляется при 250−300 кгс/см
2
и 380 °С.
После реактора синтеза метанол поступает в колонну ректификации, где его концентрация доводится до 95−96 %. Метанол, доведенный до требований
ГОСТ 2222-95, направляется в товарно-сырьевой парк и далее отгружается по- требителям.
Процесс получения бензина осуществляется по технологии «Цеосит».
Метанол поступает в реактор синтеза бензина, где в присутствии фирменного катализатора происходит реакция образования бензина из метанола.
Суммарный выход бензина составляет 40 % от массы поданного мета- нола. Выделившаяся в ходе технологического процесса вода проходит очистку и вновь направляется на технологию. В процессе производства бензина и мета-
227 нола образуются газообразные побочные продукты, состоящие из смеси Н
2
, СО,
СО
2
и углеводородов C
i
−С
4
, которые используется на газотурбинной установке
(ГТУ). Полученная электроэнергия позволяет обеспечить до 80 % потребностей в энергопотреблении технологической установки.
Сферы применения метанола Бурный рост производства метанола обусловлен постоянно возрастаю- щим количеством многообразных сфер его применения. Основные отрасли промышленности, применяющие метанол:
химическая и нефтехимическая промышленность;
газо- и нефтедобывающая промышленность;
газо- и нефтеперерабатывающая промышленность.
Метанол является сырьем для получения таких продуктов, как формаль- дегид (около 50 % от всего выпускаемого метанола), синтетический каучук
(11 %), метиламин (9 %), а также диметилтерефталат, метилметакрилат, пен- таэритрит, уротропин. Его используют в производстве фотопленки, аминов, по- ливинилхлоридных,
карбамидных и ионообменных смол, красителей и полу- продуктов, в качестве растворителя в лакокрасочной промышленности. В большом количестве метанол потребляют для получения различных химикатов, например хлорофоса, карбофоса, хлористого и бромистого метила и различных ацеталей.
В газовой промышленности метанол применяется для предупреждения гидратообразования в технологических трубопроводах при добыче и подготов- ке природного газа. Сырьем для получения метанола является природный газ.
Сырье для производства метанола Технологический исходный газ для синтеза метанола получается в ре- зультате конверсии (превращения) углеводородного сырья: природного газа, синтез-газа после производства ацетилена, коксового газа, жидких углеводоро- дов (нефти, мазута, легкого каталитического крекинга) и твердого топлива (уг- ля, сланцев).
228
Исходный газ для синтеза метанола можно получить почти из всех видов сырья, которые используют при получении водорода, например, в процессах синтеза аммиака и гидрирования жиров. Поэтому производство метанола мо- жет базироваться на тех же сырьевых ресурсах, что и производство аммиака.
Использование того или иного вида сырья для синтеза метанола опреде- ляется рядом факторов, но, прежде всего, его запасами и себестоимостью в вы- бранной точке строительства.
Природный и попутный газы представляют наибольший интерес как с экономической точки зрения, так и с точки зрения конструктивного оформле- ния процесса подготовки исходного газа (конверсия, очистка и компримирова- ние). Кроме того, они содержат меньше нежелательных примесей, чем газы, полученные газификацией твердого топлива.
Состав природного газа в зависимости от месторождения различен. Ос- новным компонентом природного газа является метан; наиболее значительно меняется содержание гомологов метана (этан, пропан, бутан) и инертных газов.
Большинство крупных производств метанола базируется на использовании природного газа. Для получения исходного газа углеводородное сырье подвер- гают конверсии различными окислителями: кислородом, водяным паром, дву- окисью углерода и их смесями.
В зависимости от используемых видов окислителей или их смесей разли- чают следующие способы конверсии:
− паро-углекислотная при атмосферном или повышенном давлениях;
− паро-углекислотная с применением кислорода;
− высокотемпературная и паро-углекислородная газификация жидких или твердых топлив.
Выбор окислителя или их комбинации определяется назначением полу- чаемого исходного газа (для синтеза метанола на цинк-хромовом или медьсо- держащем катализаторах) и технико-экономическими факторами.
В качестве сырья для производства метанола используют также синтез- газ после производства ацетилена методом окислительного пиролиза (на 1 т
229 ацетилена обычно образуется до 10 000 м
3
газа). Этот газ содержит водород и окись углерода в соотношениях, близких к стехиометрическому для реакции синтеза метанола. Остаточный метан является нежелательной примесью, по- этому до поступления в отделение синтеза газ проходит и каталитическую кон- версию.
Выпуск метанола Предприятия по выпуску метанола размещены в различных экономиче- ских районах страны, поэтому и виды используемого сырья различны. Наибо- лее дешевый метанол получают при использовании в качестве сырья природно- го газа (рис. 35). Это и стимулирует перевод предприятий по производству ме- танола на природный газ.
Выпуск метанола значительно превышает темпы роста производства мно- гих продуктов химической промышленности. Увеличение выпуска метанола
проводится путем интенсификации процесса, расширения существующих и строительства новых производств. Строительство крупных однолинейных ус- тановок с использованием турбоциркуляционных компрессоров вместо порш- невых машин и применение новых катализаторов позволяет проводить процесс при относительно низком давлении (50−150 кгс/см
2
).
Несмотря на достигнутые успехи, производство метанола продолжает со- вершенствоваться. Разрабатываются более активные и селективные катализато- ры, совершенствуются цинк-хромовые катализаторы, методы получения и под- готовки исходного технологического газа, аппаратурное оформление процесса.
Более полно используется тепло, выделяющееся при синтезе метанола.
Разрабатываются технологические схемы на основе прогрессивной тех- ники. Новые мощные агрегаты синтеза метанола производительностью до
30 тыс. т/г в энергетическом отношении будут автономны – для ведения про- цесса практически не потребуется подводить извне энергию и пар.
230
Рис. 35. Принципиальная схема получения метанола и бензина из природного газа
231
12. ПРОБЛЕМЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ ПОЛИТИКИ В РОССИИ Бесценный опыт получен многими, особенно развитыми энергодефицит- ными странами после повышения в разы стоимости нефти арабскими постав- щиками в 70-е годы XX века. Был дан старт повсеместному энергосбережению как индикатору конкурентоспособности, значимость которого растет с ростом цен на топливно-энергетические ресурсы (ТЭР). Беды развитых стран, небога- тых энергоресурсами, практически не коснулись тогдашнего СССР, естествен- но, как и резкий рост потребности в энергоэффективных технологиях, меха- низмах финансирования энергосбережения и пр. Проблемы энергоэффектив- ности и энергосбережения в РФ имеют ряд причин. Остановимся лишь на неко- торых.
1. На фоне масштаба российских ресурсов сложилась твердая уверен- ность в том, что у нас в России всего много, в том числе и ископаемых углево- дородов.
2. Наличие мощного российского ТЭКа и, главное, соответствующего могучего лобби, желающего сохранить свои прибыли и влияние, породило не- принятие энергосбережения и возобновляемых источников энергии. Был запу- щен такой термин, как нетрадиционные источники энергии (при этом к ним от- несли энергию солнца, ветра и воды).
3. Присутствующая в энергосбережении коррупционная составляющая, например, при проведении тендеров на энергетические обследования. Когда
выигрывают не профессионализм и знание, а демпинг и сговор. Удивительно, что это срабатывало при ФЗ № 94 от 21 июля 2005 года, сохранилось и при вве- дении ФЗ № 44 от 5 апреля 2013 года. Даже «победители» тендеров те же.
4. Отсутствие стройной системы управления энергосбережением как на национальном, так и на региональном уровне. Классика энергосбережения под- разумевает наличие следующих четырех составляющих: закон по энергосбере- жению, программа по энергосбережению, механизм финансирования энерго- сбережения и создание управляющей структуры (организации) с правами ми-
232 нистерства, отвечающей за энергосбережение рублем. Если на сегодня в РФ существуют вполне современные закон и программа по энергосбережению и энергоэффективности, то с финансированием нет ясной картины, всем правит тендер, не учитывающий ни региональную составляющую, ни качество выпол- нения работ по энергоэффективности. Не до конца понятна роль Российского энергетического агентства. Видимо, нужна стратегическая программа энерго- эффективности России, по значимости соответствующая ГОЭЛРО.
5. Недостаточное понимание глобальности и комплексности энергосбе- режения и сопутствующих ему эффектов, его роли в снижении нагрузки на ок- ружающую среду и изменение климата при реализации проектов энергосбе- режения (энергоэффективности).
На рис. 36 представлена схема комплексного экономического эффекта от энергосбережения. Он предполагает к рассмотрению, кроме экономического вклада от экономии энергоресурсов, экологическую, и подход является базой низкоуглеродной (зеленой) экономики – той, в которой экономический рост со- провождается повышением энергоэффективности, снижением нагрузки на ок- ружающую среду и климат за счет предотвращенного экологического ущерба и сокращения выбросов парниковых газов. То есть, занимаясь энергосбережени- ем, мы улучшаем экологическую и климатическую ситуацию своего региона, нашей страны, планеты.
6. Ну, и еще одна беда нашей современности − это воинствующий диле- тантизм и безответственность в энергосбережении и энергоэффективности.
Так, заказчики выполнения энергоаудита или схемы теплоснабжения объекта бюджетной сферы и ЖКХ очень отдаленно представляют ту работу, которую заказывают и будут принимать у исполнителя. А 70 % исполнителей распола- гают аналогичным, с позволения сказать, опытом и знаниями. И здесь, конеч- но же, главным мерилом выступают цена и демпинг. Огромный вред наносят электронные торги. К примеру, в ходе электронных торгов на проведение энергетического обследования объектов УМВД России по Тюменской области в апреле 2013 года цена была снижена с 2 500 000 до 11 750 рублей, после чего
233 аукцион развернулся на повышение. В итоге победившая в аукционе контора должна была заплатить 11 000 предприятию за право бесплатно выполнить работы. В такой ситуации, естественно, профессионалы-энергоаудиторы чув- ствуют себя лишними.
7. По словам Председателя Правительства Д.А. Медведева, ежегодно только из федерального бюджета тратится на энергосбережение 7 млрд рублей, а результата нет. По классике энергосбережения, каждый вложенный рубль должен давать 3–4 рубля. Надо
попытаться с научной точки зрения разобраться, почему не идет в России энергосбережение? Видимо, необходимо выполнить серьезное социологическое исследование на эту тему по разным направлениям с точки зрения поставщика и потребителя, ученого, чиновника и бизнесмена, студента, рабочего, фермера, домохозяйки. И многое станет ясным.
Рис. 36. Синергетический эффект энергосбережения
Скачать 4.01 Mb.