ПОЛУЧЕНИЕ ЭТИЛЕНА ИЗ ОЛЕФИНОВ C3+ ПУТЕМ КОМБИНИРО-ВАНИЯ РЕАКТОРОВ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА И МЕТАТЕЗИСА

PRODUCTION OF ETHYLENE FROM C3+ OLEFINS BY COMBINING CATALYTIC CRACKING AND METATHESIS REACTORS

Ekaterina Ostapenko

Student, Omsk State Technical University, Russia, Omsk

Аннотация. В данной статье рассмотрено возможное комбинирование процессов каталитического крекинга и метатезиса с целью получения этилена из олефинов C₃₊ путем расчета процесса в ПО "Aspen HYSYS" с последующим расчетом экономической эффективности.

Abstract. This article discusses the possible combination of catalytic cracking and metathesis processes in order to obtain ethylene from C3+ olefins by calculating the process in Aspen HYSYS software with subsequent calculation of economic efficiency.

Ключевые слова: нефтехимическое производство, полиэтилен, метатезис, комбинированные процессы, система разделения

Keywords: petrochemical production, polyethylene, metathesis, combined processes, separation system

На протяжении пяти последних десятилетий во всём мире растет потребление пластиков и других полимеров. По данным мониторинга, спрос на полиэтилен растёт высокими темпами: +39% за 5 лет и к 2025 году будет достигать 4101 тысяч тонн в год, что является одной из причин, стимулирующих рост производства этилена. Повышенный интерес к новым технологиям получения этилена объясняется его высокой востребованностью в качестве сырья для производства полиэтилена, окиси этилена, этиленгликоля, полигликоля, этиленхлоргидрина, этилового спирта, синтетических смол и других крупнотоннажных продуктов нефтехимического синтеза [1].

Выпуск пропилена в России в 2020 году достиг 1,8 млн т. (ежегодно растёт на 8%), а также отмечается значительное увеличение мощностей по выработке олефинов C₃₊, связанное с внедрением и модернизацией углубляющих процессов нефтепереработки, в частности процесса каталитического крекинга. Часто на нефтеперерабатывающих предприятиях олефинсодержащие фракции не могут быть реализованы в качестве высокомаржинальных продуктов, поэтому их целесообразно использовать в качестве сырья для производства базовых мономеров – этилена и пропилена. Последние разработки в области крекинга легкого углеводородного сырья [2] дают большие возможности, прежде всего, по синтезу пропилена из олефинов C₄₊. Этилен в таких процессах образуется в качестве побочного продукта. Низкомаржинальные олефины могут быть переработаны в процессе метатезиса с получением этилена и пропилена высокой чистоты. Комбинирование процессов каталитического крекинга и метатезиса на нефтеперерабатывающих предприятиях позволит увеличить выход этилена.

Цель: Разработка новых подходов к модернизации существующих объектов нефтепереработки и нефтехимии на примере получения этилена из олефинов C₃₊ путем комбинирования реакторов каталитического крекинга и метатезиса

Задачи:

1. Анализ существующей технологической схемы установки Г-43-103 для поиска узких мест с последующей модернизацией;
2. Разработка новой технологической схемы процесса;
3. Разработка компьютерной модели процесса получения этилена в ПО «Aspen Hysys»;
4. Расчет режимов работы реакторов крекинга и метатезиса, а также аппаратов системы разделения.
5. Анализ тендерных площадок для оценки актуальности комбинированных процессов;
6. Расчет экономической эффективности.

Моделирование подобных процессов и прогнозирование получаемых результатов возможно с помощью программного обеспечения Aspen HYSYS (рис. 1).

Рисунок 1. Модель процесса каталитического крекинга и метатезиса пропилена в программе Aspen HYSYS

Используя традиционный состав сырья каталитического крекинга и условия проведения процесса 590 °С и 0,14 МПа [3], для достижения максимальной селективности и выхода низших олефинов первоначально рассчитан материальный баланс реактора каталитического крекинга производительностью 200 тыс. т/год и его геометрические параметры.

Для получением этилена чистотой не менее 97,7% из продуктов каталитического крекинга спроектирована система разделения состоящая из деметанизатора, деэтанизатора, депропанизатора, этиленовой и пропиленовой колонн. Произведен расчет габаритов основного оборудования (диаметр, высота) и определены показатели работы (температура, давление) при использовании в качестве сырья каталитического крекинга бутан-бутиленовой фракции.

Таблица 1.

 Материальный баланс реактора крекинга

При проектировании реактора метатезиса производительностью 150 тыс. т/год использовали результаты исследований процесса на молибдено-кобальтовом катализаторе [4]. Со-Мо-катализатор требует относительно низкой температуры (150 – 160 °C), но высокого давления (3,2 МПа), обеспечивая высокую селективность (94%) и степень конверсии пропилена (43%). Его доступность, хорошая воспроизводимость, стойкость к ядам обуславливает его применение в данном процессе.

На основании полученных материальных балансов реакторов и системы разделения спроектирована схема комбинированного процесса каталитического крекинга бутан-бутиленовой фракции и метатезиса пропилена. Рассчитан материальный баланс технологического процесса (табл. 2).

Таблица 2.

 Материальный баланс комбинированного процесса каталитического крекинга и метатезиса пропилена

Конверсия сырья за проход составляет 90,4 %, выход и селективность этилена – 35,0 и 38,9 % соответственно.

Помимо процессов каталитического крекинга и метатезиса возможны комбинации многих других нефтеперерабатывающих и нефтехимических процессов, таких как, каталитическая гидроочистка, гидропереработка масложирового сырья и других оксигенатов, гидродепарафинизация, олигомеризации и т.п. Проектирование и расчет подобных процессов, а также дополнительного оборудования и выполнение трассировки позволит расширить специфику работы проектных институтов. Об актуальности подобных работ свидетельствует большое количество тендерных заявок, некоторые из которых приведены в таблице 3.

Таблица 3.

 Анализ актуальных тендерных площадок

Таким образом, проводя анализ технологической схемы производства каталитического крекинга, пиролиза и метатезиса – процессов, благодаря которым представляется возможным получение этилена можно разработать технологическую схему производства этилена путем комбинирования процессов каталитического крекинга и метатезиса, который приведет к увеличению целевой фракции и дальнейшему увеличению прибыли.