|
Реферат
Основные источники углеводородного сырья и требования, предъявляемые к нему
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), 0
С
|
|
|
| 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., 0
С
|
40
|
44
|
47
|
81
|
54
|
| Выкипает, объемн. %
до 1000
С
|
30
|
27
|
22
|
35
|
36
|
| до 1500
С
|
65
|
63
|
64
|
55
|
83
|
| до 2000
С
|
83
|
80
|
78
|
72
|
92
|
| к. к., 0
С
|
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. % H2
S). 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.
|