На материале статьи Флоранс Пентро и Тодда Беркса, Evonik Catalysts, www.digitalrefining.com
Глобальный экономический климат отличается переменчивостью, и поддержание рентабельности производства является постоянным вызовом для операторов переработки углеводородов. Оставаться конкурентоспособным в постоянно меняющейся экономической среде – непростая задача. Помочь операторам переработки углеводородов обрести гибкость и надежность и адаптироваться к меняющейся экономической среде, при этом поддерживая прибыльность производства на должном уровне, может применение в своей сфере новых технологий и процессов. Естественно, что необходимость поддерживать рентабельность производства ведет к оптимизации и максимизации производительности и минимизации операционных расходов. Критически важно при этом не поступиться безопасностью и надежностью предприятия и не допустить снижения их уровня.
Одной из таких постоянно меняющихся отраслей промышленности является нефтехимическая промышленность, а в особенности – производство пропилена.
Пропилен – второй по объёму производства олефин. Ему далеко до этилена, но при мировом производстве более 120 миллионов тонн в год он все же является вторым по объёму производства структурным элементом нефтехимической промышленности. Пропилен производят посредством нескольких различных процессов. Самый главный на сегодняшний день – паровой крекинг. Но при этом существует тенденция, направленная на развитие специальных технологий, таких как дегидрогенизация пропана, диспропорционирование и другие. Пропилен производится во всем мире на нефтеперерабатывающих заводах посредством процесса FCC. Большая часть пропилена применяется для производства полипропилена. Также он применяется для производства спиртов, таких как бутанолы. Пропилен, а в особенности пропилен FCC, содержит примеси, которые несовместимы с дальнейшей переработкой. Каждый год в очистке нуждается около 35 миллионов тонн пропилена FCC. Пропилен FCC должен быть очищен для того, чтобы отправиться на дальнейшую обработку, но в некоторой степени очистка нужна и для пропилена из других процессов.
Одна из главных задач при очистке пропилена – добиться необходимого уровня чистоты. Но что еще крайне важно - и специфично для олефинов, так это то, что необходимо поддерживать высокий уровень производственной безопасности процесса, так как олефины очень реактивны. Самой трудной задачей является объединение этих двух факторов – чистота и безопасность. Начнем с чистоты.
В отношении чистоты продукта, проблемой является наличие в пропилене, а в особенности в пропилене FCC, большого количества примесей. Такими примесями являются кислые газы (H2S, COS, CO2), органические полярные соединения (оксигенаты – спирты, эфиры; нитрогенаты – NH3, нитрилы; сернистые соединения – меркаптаны, сульфиды), вода, многие другие типы примесей (AsH3, PH3, прочие), и эти примеси могут стать ядами для процессов ниже по потоку, но мы сейчас сосредоточимся на кислых газах, органических полярных соединениях и воде. Второй аспект – процессы ниже по потоку требуют очень высокого уровня чистоты, поэтому существует необходимость удалить широкий спектр примесей, при этом их уровень в продукте должен не превышать несколько ppm, а в некоторых случаях даже несколько ppb. Каким образом найти процесс, который позволит удалить так много разных примесей до уровней >ppm или даже >ppb? Одно из решений – адсорберы с неподвижным слоем, которые хорошо подходят для таких процессов очистки и могут удалять все следовые концентрации различных примесей до уровней ниже предела обнаружения.
В мире для очистки олефинов применяется два основных типа адсорбента – промотированный активированный оксид алюминия и молекулярные сита (цеолиты). Промотированный активированный оксид алюминия – просто кристаллические решетки оксида алюминия, в который могут быть введены некие промоторы, например, оксиды металлов или какие-то другие вещества, и адсорбция на таком типе адсорбента происходит посредством хемисорбции, что-то вроде механизма ключа и замка – примесь, которая может реагировать с промотором, при попадании на поверхность адсорбента оказывается захвачена.
Промотированный активированный оксид алюминия может удалять кислые газы, но не органические полярные соединения. Что касается воды, промотированный активированный оксид алюминия представляет собой хороший десикант, он может удалять воду и мог бы быть хорошим кандидатом на эту роль, но он не может удалять воду до уровня ниже предела обнаружения, что требуется для выполнения поставленной задачи. Так что, раз нужно удалить воду и полярную органику, необходимо обратиться к другому решению, которым могут быть цеолиты, или молекулярные сита, действующие совершенно другим способом. Они не реагируют с примесями химически, а очистка происходит посредством физической сорбции. Всё достаточно маленькое и достаточно полярное для того, чтобы войти в маленькие ячейки молекулярного сита, оказывается адсорбированным.
Молекулярные сита представляют собой кристаллические, микропористые, трехмерные решетки алюминосиликатов, в которых катионами образованы поры. Для очистки олефинов обычно применяются два типа молекулярных сит. Первый – молекулярные сита 3А, имеющие очень узкие поры размером 3Å, вторые – молекулярные сита 13Х, размер пор которых составляет около 10Å. Маленькие молекулярные сита могут адсорбировать воду, так как у воды маленькие полярные молекулы, но не могут захватывать ни полярную органику, ни кислые газы, так как их молекулы просто-напросто слишком велики для пор размером 3Å. Второй тип молекулярных сит с более крупным размером пор может адсорбировать воду и полярные органические соединения, так как их молекулы достаточно малы для проникновения в их поры, но не могут адсорбировать кислые газы, так как они недостаточно полярны, чтобы проникнуть в ячейки молекулярного сита. В зависимости от ситуации, необходимо применять либо промотированный оксид алюминия, либо молекулярное сито, либо их комбинацию.
Продолжение следует.
Глобальный экономический климат отличается переменчивостью, и поддержание рентабельности производства является постоянным вызовом для операторов переработки углеводородов. Оставаться конкурентоспособным в постоянно меняющейся экономической среде – непростая задача. Помочь операторам переработки углеводородов обрести гибкость и надежность и адаптироваться к меняющейся экономической среде, при этом поддерживая прибыльность производства на должном уровне, может применение в своей сфере новых технологий и процессов. Естественно, что необходимость поддерживать рентабельность производства ведет к оптимизации и максимизации производительности и минимизации операционных расходов. Критически важно при этом не поступиться безопасностью и надежностью предприятия и не допустить снижения их уровня.
Одной из таких постоянно меняющихся отраслей промышленности является нефтехимическая промышленность, а в особенности – производство пропилена.
Пропилен – второй по объёму производства олефин. Ему далеко до этилена, но при мировом производстве более 120 миллионов тонн в год он все же является вторым по объёму производства структурным элементом нефтехимической промышленности. Пропилен производят посредством нескольких различных процессов. Самый главный на сегодняшний день – паровой крекинг. Но при этом существует тенденция, направленная на развитие специальных технологий, таких как дегидрогенизация пропана, диспропорционирование и другие. Пропилен производится во всем мире на нефтеперерабатывающих заводах посредством процесса FCC. Большая часть пропилена применяется для производства полипропилена. Также он применяется для производства спиртов, таких как бутанолы. Пропилен, а в особенности пропилен FCC, содержит примеси, которые несовместимы с дальнейшей переработкой. Каждый год в очистке нуждается около 35 миллионов тонн пропилена FCC. Пропилен FCC должен быть очищен для того, чтобы отправиться на дальнейшую обработку, но в некоторой степени очистка нужна и для пропилена из других процессов.
Одна из главных задач при очистке пропилена – добиться необходимого уровня чистоты. Но что еще крайне важно - и специфично для олефинов, так это то, что необходимо поддерживать высокий уровень производственной безопасности процесса, так как олефины очень реактивны. Самой трудной задачей является объединение этих двух факторов – чистота и безопасность. Начнем с чистоты.
В отношении чистоты продукта, проблемой является наличие в пропилене, а в особенности в пропилене FCC, большого количества примесей. Такими примесями являются кислые газы (H2S, COS, CO2), органические полярные соединения (оксигенаты – спирты, эфиры; нитрогенаты – NH3, нитрилы; сернистые соединения – меркаптаны, сульфиды), вода, многие другие типы примесей (AsH3, PH3, прочие), и эти примеси могут стать ядами для процессов ниже по потоку, но мы сейчас сосредоточимся на кислых газах, органических полярных соединениях и воде. Второй аспект – процессы ниже по потоку требуют очень высокого уровня чистоты, поэтому существует необходимость удалить широкий спектр примесей, при этом их уровень в продукте должен не превышать несколько ppm, а в некоторых случаях даже несколько ppb. Каким образом найти процесс, который позволит удалить так много разных примесей до уровней >ppm или даже >ppb? Одно из решений – адсорберы с неподвижным слоем, которые хорошо подходят для таких процессов очистки и могут удалять все следовые концентрации различных примесей до уровней ниже предела обнаружения.
В мире для очистки олефинов применяется два основных типа адсорбента – промотированный активированный оксид алюминия и молекулярные сита (цеолиты). Промотированный активированный оксид алюминия – просто кристаллические решетки оксида алюминия, в который могут быть введены некие промоторы, например, оксиды металлов или какие-то другие вещества, и адсорбция на таком типе адсорбента происходит посредством хемисорбции, что-то вроде механизма ключа и замка – примесь, которая может реагировать с промотором, при попадании на поверхность адсорбента оказывается захвачена.
Промотированный активированный оксид алюминия может удалять кислые газы, но не органические полярные соединения. Что касается воды, промотированный активированный оксид алюминия представляет собой хороший десикант, он может удалять воду и мог бы быть хорошим кандидатом на эту роль, но он не может удалять воду до уровня ниже предела обнаружения, что требуется для выполнения поставленной задачи. Так что, раз нужно удалить воду и полярную органику, необходимо обратиться к другому решению, которым могут быть цеолиты, или молекулярные сита, действующие совершенно другим способом. Они не реагируют с примесями химически, а очистка происходит посредством физической сорбции. Всё достаточно маленькое и достаточно полярное для того, чтобы войти в маленькие ячейки молекулярного сита, оказывается адсорбированным.
Молекулярные сита представляют собой кристаллические, микропористые, трехмерные решетки алюминосиликатов, в которых катионами образованы поры. Для очистки олефинов обычно применяются два типа молекулярных сит. Первый – молекулярные сита 3А, имеющие очень узкие поры размером 3Å, вторые – молекулярные сита 13Х, размер пор которых составляет около 10Å. Маленькие молекулярные сита могут адсорбировать воду, так как у воды маленькие полярные молекулы, но не могут захватывать ни полярную органику, ни кислые газы, так как их молекулы просто-напросто слишком велики для пор размером 3Å. Второй тип молекулярных сит с более крупным размером пор может адсорбировать воду и полярные органические соединения, так как их молекулы достаточно малы для проникновения в их поры, но не могут адсорбировать кислые газы, так как они недостаточно полярны, чтобы проникнуть в ячейки молекулярного сита. В зависимости от ситуации, необходимо применять либо промотированный оксид алюминия, либо молекулярное сито, либо их комбинацию.
Продолжение следует.