Τεχνολογίες Εκμετάλλευσης...

transcript

Τεχνολογίες Εκμετάλλευσης καιΑξιοποίησης Υδρογονανθράκων

Δρ. Στέλλα Μπεζεργιάννη

Καταλυτική ΠυρόλυσηΘερμική Πυρόλυση

ΙξωδόλυσηΕξανθράκωσηΓλύκανση

Παραγωγή ΥδρογόνουΑνάμιξη

Μάθημα 6ο

Τεχνολογίες Εκμετάλλευσης και Αξιοποίησης Υδρογονανθράκων 2© Στέλλα Μπεζεργιάννη 2009

Καταλυτική Πυρόλυση

Μονάδα «κλειδί» για ένα διυλιστήριο- Εξισορρόπηση των αναγκών της αγοράς σεελαφριά και βαριά κλάσματα με την φυσικήσύσταση του αργού πετρελαίου (πλειοψηφίαβαριών κλασμάτων

Καταλυτική διεργασία πυρόλυσης αεριελαίουσε ρευστοποιημένη κλίνη- Fluid Catalytic Cracking ή FCCΚύριο προϊόν βενζίνη υψηλού αριθμούοκτανίου

Ατμοσφ.Στήλη

ΘερμικήΚατεργασία

ΑναβάθμισηΒαρέων

Κλασμάτων

ΚαταλυτικήΠυρόλυση

ΚαταλυτικήΑναμόρφωση

Ισομερισμός

Πολυμερισμός

Αλκυλίωση

ΣτήληΚενού

Βαρύ Αεριέλαιο

Υδρογονο-επεξεργασία

ΕπεξεργασίαΛιπαντικών

Νάφθα

Ελαφρύ Αεριέλαιο Κενού

Βαρύ Αεριέλαιο Κενού

Κωκ

Άσφαλτοι

Λιπαντικά Έλαια

Καύσιμο Αέριο και Βενζίνη

Μεσαία Κλάσματα Υδρογονοπυρόλυσης

Βενζίνη Υδρογονοπυρόλυσης

Ελαφρείς Υδρο/κες C1-C4

Ισομερίωμα

Αναμόρφωμα

Βενζίνη Πολυμερισμού

Αλκυλίωμα

Βενζίνη Αλκυλίωσης

Κηροζίνη απευθείας απόσταξης

Ντίζελ απευθείας απόσταξης

Βενζίνη καταλυτικής

Ντήζελ καταλυτικής

ΕπεξεργασίακαιΑ

νάμειξη

Καύσιμο

Υγραέρια

Καύσιμα

Ντήζελ

Αμόλυβδη

Καύσιμα

Βενζίνη

Αέριο

Θέρμανσης

Αεροπορίας

Θερμικής Κατεργασίας

πυρόλυσης

Υρογονο-πυρόλυση

Καταλυτική ΠυρόλυσηΜετατροπή βαρέων κλασμάτων σε αέρια, βενζίνη και κοκΤροφοδοσία 230 … >560oC (C18-C35)- Ελαφρύ αεριέλαιο (230-340οC)- Βαρύ αεριέλαιο (340-560οC)- Υπόλειμμα στήλης κενού (>560oC)- Αεριέλαιο εξανθράκωσης (230-450οC)Προϊόντα- Αέρια (C1-C2)- Νάφθα, ελαφρύ και βαρύ cycle-oil

Αποδόσεις 70-80% σε προϊόντα <220oC)- Κωκ

Θερμική Διάσπαση Δεσμών

CH3 CH3

Η αρχική διάσπαση των πιοασθενών δεσμών δημιουργείελεύθερες ρίζες.

Στη συνέχεια οι αντιδράσεις τωνελεύθερων ριζών οδηγούν σεδιάσπαση περισσότερων δεσμών.

Οι ελεύθερες ρίζες προσθέτονταιστους αρωματικούς δακτυλίους καιοδηγούν στο σχηματισμό κωκ.

Διάγραμμα Ροής FCC

Πηγή: Fundamentals of Petroleum Refining (www.pdhengineer.com)

Καταλύτες FCCΑργιλοπυριτικές ενώσεις- SiO2/ Al2O3- Ενεργοποιημένες με οξύΣυνεχής αναγέννηση καταλύτηΚαταλύτης βρίσκεται σε αιώρησημε τη βοήθεια αέρα- Κυκλοφορία μεταξύ αντιδραστήρακαι αναγεννητή

- Υψηλοί ρυθμοί μεταφοράς μάζας καιενέργειας μεταξύ καταλύτη καιαντιδρώντων => υψηλοί βαθμοίμετατροπής

Πηγή: Scalable Informatics LLC

Συνεχής Αναγέννηση Καταλύτη

Αέρας

Αναγεννητής

Προϊόνπρος

κλασμάτωση

Αντιδραστήρας

Αεριέλαιο Ατμοσφαιρικό(GO) ή κενού (VGO)

αναγεννημένοςκαταλύτης

χρησιμοποιημένος

καταλύτης

Ρευστοαιώρηση ΚαταλύτηΣταθερήΚλίνη

(Fixed Bed)

ΑρχικήΡευστοποίηση

(Incipient Fluidization)

ΡευστοποίσηΠυκνής Φάσης

(Dense-Phase Fluidization)

ΡευστοποίησηΑραιής-Φάσης

(Dilute-Phase Fluidization)Στερεάσωματίδια

Συγκράτησησωματιδίων

Είσοδοςαερίου

ΤαχύτηταΑερίου(ft/s,m/s)

<0.01, .003 0.01, .003 0.5-3, 15-91 >=6, 1.8

Πυκνότηταστερώνσωματιδίων(lb/ft3,g/cc)

>55, 0.9 55, 0.9 25-45, .4-.7 1-10, 0.016-.16

Ιδιότητες Ρευστοστερεών Κλινών

Επιτρέπει τη χρήση λεπτών σωματιδίων μεμεγάλη επιφάνειαΓίνεται καλή ανάμιξη των στερεώνH θερμοκρασία είναι ομοιόμορφη, ακόμη καιόταν λαμβάνουν χώρα ενδόθερμες ήεξώθερμες αντιδράσειςΟ ρυθμός μεταφοράς θερμότητας είναι υψηλόςΕίναι δυνατή η συνεχής προσθήκη ήαπομάκρυνση στερεών

Αντιδράσεις FCC

Οι αντιδράσεις στοχεύουν στην μετατροπήδιάσπαση μεγάλων μορίων σε μικρότερα- Υδρογόνωση ολεφινών- Αφυδρογονοκυκλίωση παραφινών- Διάσπαση παραφινών, ναφθενίων και πλευρικώναλυσίδων αρωματικών ενώσεων

- Οι αρωματικοί δακτύλιοι δεν διασπώνταιΣειρά δραστικότητας- Ολεφίνες > αλκυλοβενζόλα > ναφθένια > πολυμεθυλο-αρωματικά > παραφίνες > αρωματικές ενώσεις

Αντιδράσεις FCC

Υδρογόνωση ολεφινών

CH3(CH2)2CH3CH3 CH2 CH CH2 + H2

Υδρογόνωση

Αφυδρογονωκυκλίωση παραφινών

CH3(CH2)5CH3

CH3 CH3

Παράμετροι Λειτουργίας FCC

Θερμοκρασία : 500-540oC- Θερινοί μήνες μεγαλύτερες θερμοκρασίες

Παράγωγη βενζίνη- Χειμερινοί μήνες μικρότερες θερμοκρασίες

Παραγωγή ντίζελ

Πίεση : 2-3 atmCatalyst/oil (wt/wt): 2 … 5Χαρακτηριστικά τροφοδοσίας- Πυκνότητα, S, N, μέταλλα, αρωματικά

Προϊόν FCC

Κύριο προϊόν βενζίνη- Αέρια (C1-C2)- Νάφθα, ελαφρύ και βαρύ cycle-oil

Αποδόσεις 70-80% σε προϊόντα <220oC)Παραφίνες, ολεφίνες, ναφθένια και αρωματικές ενώσεις

- ΚωκΕλαφρύ και βαρύ cycle oil- Παραγωγή μαζούτΕλαφρύ cycle oil- Σ.Ζ. παρόμοια με ντίζελ- Κυρίως ενώσεις αρωματικές- Χαμηλός αριθμός κετανίου

Προϊόντα wt% Αέρια 3-8Νάφθα 14-27

Ελαφρύ Cycle Oil 14-20Βαρύ Cycle Oil 35-55

Θερμική Πυρόλυση

Κλασμάτων

Αλκυλίωση

Νάφθα

Κωκ

Άσφαλτοι

Αλκυλίωμα

νάμειξη

Καύσιμο

Υγραέρια

Καύσιμα

Ντήζελ

Αμόλυβδη

Καύσιμα

Βενζίνη

Αέριο

Θέρμανσης

πυρόλυσης

Θερμική Πυρόλυση

Πρώτη διεργασία που χρησιμοποιήθηκε γιααύξηση απόδοση αργού πετρελαίουΘερμική κατεργασία ατμοσφαιρικούυπολείμματος σε υψηλή πίεση- Thermal CrackingΜετατροπή μεγάλων μορίων σε μόρια τηςπεριοχής της βενζίνης και του ντίζελ

Διάγραμμα Ροής Θερμικής Πυρόλυσης

Υπόλειμμα

ΑσφαλτούχοΥπόλειμμα

Ατμός

ΣτήληΣυνδυασμού

Κυκλώνας

ΑσφαλτούχοΥπόλειμμα

ΒαρύΠυρολυμένοGasoil

ΕλαφρύΠυρολυμένοGasoil

Νάφθα Πυρόλυσης

Αέρια

Αντιδράσεις Θερμικής ΠυρόλυσηςΟι αντιδράσεις στοχεύουν στην μετατροπήδιάσπαση μεγάλων μορίων σε μικρότερα- Διάσπαση / σχάση- Αφυδρογόνωση παραφινών και ναφθενίων- Ισομερισμός ολεφινών- Πολυμερισμός ολεφινών- Αφυδρογόνωση ολεφινώνΣειρά δραστικότητας- Παραφίνες > ναφθένια > αρωματικά- Για παραφίνες, όσο μεγαλύτερο το μήκος της αλυσίδας, τόσο ευκολότερη η πυρόλυση

- Για ναφθένια και αρωματικά με παραφινική πλευρικήαλυσίδα, η ευκολία διάσπασης εξαρτάται από τηνπλευρική αλυσίδα

Αντιδράσεις Θερμικής Πυρόλυσης

CH3(CH2)5CH3 CH3(CH2)3CH3 + CH2 CH2

Διάσπαση

Αφυδρογόνωση

Αφυδρογόνωση παραφινών και ναφθενίων

RCH2CH3 CH CH2R + H2

+ 3 H2

CH3CH3

Αντιδράσεις Θερμικής Πυρόλυσης

CH3 CH2 CH CH2 CH3 CH CH CH3

CH3 CH2 CH CH22 CH3 C

Ισομερισμός ολεφινών

Πολυμερισμός ολεφινών

Περαιτέρω αφυδρογόνωση ολεφινών

CH3 CH2 CH CH2 CH2 CH CH CH2 + H2

Παράμετροι Λειτουργίας Θερμικής Πυρόλυσης

Θερμοκρασία : 450-500oCΠίεση : 10-15atm

Προϊόν Θερμικής ΠυρόλυσηςΚύριο προϊόν βενζίνη- Αέρια (C1-C2)- Νάφθα, ελαφρύ και βαρύ πυρολυμένο αεριέλαιο

(gas-oil)- Βαρύ ασφαλτούχο υπόλειμμαΠροϊόντα έχουν υψηλή περιεκτικότηταολεφινών- Τάση για πολυμερισμό- Ολεφίνες κατευθύνονται προς μονάδααλκυλίωσης

Προϊόντα θερμικής πυρόλυσης θεωρούνταιχαμηλής ποιότητας

Ιξωδόλυση

Ιξωδόλυση (Visbreaking)

Ήπια μορφή θερμικής πυρόλυσηςΣτόχος η ελάττωση του ιξώδους βαρεώνυπολειμμάτων της ατμοσφαιρικής απόσταξηςκαι απόσταξης υπό κενό- Παραγωγή μαζούτ χωρίς την ανάμιξη μεγάλωνποσοτήτων μεσαίων κλασμάτων

Προδιαγραφές μαζούτ

Διάγραμμα Ροής Ιξωδόλυσης

ΥπόλειμμαΑτμός

ΣτήληΑπόσταξης

ΘάλαμοςΑντίδρασης

ΙξωδολυμένοΥπόλειμμα

ΒαρύGasoil Ιξωδόλυσης

ΕλαφρύGasoil Ιξωδόλυσης

Νάφθα Ιξωδόλυσης

Αέρια

Παράμετροι Λειτουργίας Ιξωδόλυσης

Θερμοκρασία : ~500oCΠίεση : ~20 atmΜονάδα απαιτεί συντήρηση (shut-down) κάθε3-9 μήνες- Για καθαρισμό των σωληνώσεων του φούρνου

Προϊόν Ιξωδόλυσης

Οι αποδόσεις των προϊόντων εξαρτώνταιαπό το είδος της τροφοδοσίας- Συνήθως 18-30% της τροφοδοσίας μετατρέπεται

Από 370οC+ σε 370οC-

Κυρίως βαριά προϊόντα- Νάφθα : 4-8%- Αεριέλαιο (gas-oil) : 12-15%- Βαρύ ασφαλτούχο υπόλειμμαΤα ελαφρά προϊόντα είναι χαμηλήςποιότητας- Υψηλή περιεκτικότητα ολεφινών

Εξανθράκωση

Διεργασία θερμικής επεξεργασίας γιαδιάσπαση υπολειμμάτων απόσταξης σε«λευκά προϊόντα» και κωκΣημαντική διεργασία- Ιδιαίτερα για διυλιστήρια που απευθύνονται σεαγορές περιορισμένες σε μαζούτ

Μεγαλύτερο κόστος από μονάδα ιξωδόλυσης

Διάγραμμα Ροής Εξανθράκωσης

Υπόλειμμα

ΣτήληΚλασμάτωσης

ΒαρύGasoilΕξανθράκωσης

ΕλαφρύGasoilΕξανθράκωσης

ΝάφθαΕξανθράκωσης

Αέρια

C3/C4=

Δοχεία Εξανθράκωσης

Παράμετροι Λειτουργίας Εξανθράκωσης

Θερμοκρασία : ~500oCΠίεση : 1-7 atmΤαχύτητα χώρου (LHSV)- Όταν ελαττώνεται αποφεύγεται η εναπόθεση κωκστις σωληνώσεις του φούρνου

- Μεγαλύτερος χρόνος παραμονής από αυτούςστη μονάδα ιξωδόλυσης

http://resources.schoolscience.co.uk/Exxonmobil/infobank/4/2index.htm?furnace.html

Online video για καύση σε φούρνο

Προϊόν Εξανθράκωσης

Οι αποδόσεις των προϊόντων εξαρτώνται απότο είδος της τροφοδοσίας (αργό πετρέλαιο)Καθαρή απόδοση καθαρού προϊόντος 60-70%- Αέρια : 7-10%- Νάφθα : 9-20%- Αεριέλαιο (gas-oil) : 42-51%- Κωκ: 25-40%Τα ελαφρά προϊόντα είναι χαμηλής ποιότητας- Υψηλή περιεκτικότητα ολεφινών- Ολεφίνες κατευθύνονται προς μονάδα αλκυλίωσης

Χρήση Κωκ*

45%30%

Καύσιμη ύλη:ΤσιμεντοβιομηχανίαΠαραγωγή ενέργειας

Θερμική κατεργασία:TiO2 (χρώματα, κεραμικά, ημιαγωγούς)

Εξαρτήματα γραφίτηΗλεκτρόδια

Άλλες χρήσεις:Χημικά

Εξειδικευμένα καύσιμα

* Εξαιρείται το κωκ καταλυτικής πυρόλυσης

Γλύκανση

Διεργασία εξευγενισμού τελικού προϊόντοςΣτόχος η ελάττωση της περιεκτικότητας τωνμερκαπτάνων (RSH)- Περιέχονται σε ελαφρά προϊόντα (βενζίνη, κηροζίνη)

- Προκαλούν δυσοσμία και διάβρωση

Διεργασίας Γλύκανσης MeroxΑναγεννητής

Εκχυλιστήρας

Αέρας

Δισουλφίδια

Νάφθα ήκηροζίνη

Έκπλυσημε

Αντιδραστήρας

Διαχωριστής

Αέρας

ΠροϊόνΓλύκανσης

ΧρησιμοποιημένοNaOH

Αντιδράσεις Γλύκανσης

Οι αντιδράσεις στοχεύουν στην μετατροπήμερκαπτανών σε δισουλφίδια

+4RSH O2 2RSSR + 2H2O

Παραγωγή Υδρογόνου

ΥδρογόνοΠολλές διεργασίες απαιτούν Η2- Υδρογονοεπεξεργασία (HDS, HDN), υδρογονοπυρόλυση (HDC) κτλ

Η προσθήκη υδρογόνου προσφέρει σταθεράπροϊόντα- Δεν παρουσιάζουν τάση για σχηματισμόκομμιωδών ουσιών

Η παραγωγή υδρογόνου από μονάδακαταλυτικής αναμόρφωσης δεν επαρκεί- Υδρογόνο καταλυτικής αναμόρφωσης δεν είναιυψηλής καθαρότητας

Παραγωγή Η2

Στηρίζεται στην σχάση ελαφρών υδρ/κων(υγραερίων ή νάφθας)

+CH4 H2O CO + 3H2

Ή γενικά:

+CnHm nH2O nCO + (0.5m+n)H2

Διάγραμμα Ροής Υδρογόνου

LPG ήΝάφθα

ΑτμόςΑποθείωση

Οξείδωση

σεCO

Απομάκρυνση

ΣυγκρότημαΚαθαρισμού

Υδρογόνο

Τροφοδότηση Αερίων στην Κάμινο

Ανάμιξη

Κλασμάτων

Αλκυλίωση

Νάφθα

Κωκ

Άσφαλτοι

Αλκυλίωμα

νάμειξη

Καύσιμο

Υγραέρια

Καύσιμα

Ντήζελ

Αμόλυβδη

Καύσιμα

Βενζίνη

Αέριο

Θέρμανσης

πυρόλυσης

Ανάμιξη Προϊόντων Διυλιστηρίου

Απαιτείται ανάμιξη δύο τουλάχιστον ρευμάτωνγια παραγωγή ενός τελικού προϊόντος- Βασίζεται στις ιδιότητες των ρευμάτων και τουτελικού προϊόντος ανάμιξης

Η ανάμιξη (blending) αποτελεί την ποιο καίριαδιεργασία παραγωγής του τελικού προϊόντος- Εξασφάλιση απαιτούμενης ποσότητας καιποιότητας τελικών προϊόντων

Πολυπλοκότητα αυξάνει από διεργασίεςμετατροπής

Προγραμματισμός ΑνάμιξηςΗ ανάμιξη στοχεύει- Ικανοποίηση προδιαγραφών- Διατήρηση ποιότητας προϊόντος- Εξασφάλιση απαιτούμενου όγκου παραγόμενουπροϊόντος

- Χρήση όλων των προϊόντων διυλιστηρίουΜοντέλα και υπολογιστικά πακέτα- Προγράμματα βελτιστοποίησης

Δυνατότητα χρήσης ενός ρεύματος σε δύο ήπερισσότερα τελικά προϊόντα

- Μη γραμμικές σχέσεις ανάμιξης- Offline και online blending

Τεχνολογίες Εκμετάλλευσης...

Documents