Способ очистки пирогаза закалочным маслом
PYROGAS CLEANING METHOD WITH QUENCHING OIL

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к способам получения этилена пиролизом углеводородного сырья.
На производствах этилена пиролизом углеводородного сырья основное назначение узла очистки пирогаза состоят в эффективном удалении тяжелых смол, кокса и охлаждении потока пирогаза до стадии компримирования. Технологическое оформление указанного узла существенно зависит от типа используемого сыры пиролиза. Так, при пиролизе прямогонного бензина на стадиях фракционирования пирогаза и разделения пирогаза формируются потоки пиролизной смолы собственного производства, в основном состоящие из тяжелых ароматических соединений, обладающие способностью эффективно улавливать смолы и кокс из потока пирогаза. Используемое на стадии очистки пирогаза закалочное масло должно обладать высоким сродством к этим примесям. На установках пиролиза легкого газового сырья (этан, пропан, н-бутан) используют варианты водной закалки и обработку закалочным маслом. Вариант водной закалки преимущественно применяется лишь на установках пиролиза этанового сырья. Данная технология приводит к формированию загрязненных сточных вод и малоэффективна для установок пиролиза пропана, н-бутана, тем более для случая пиролиза прямогонного бензина. Особо следует отметить особенности установок пиролиза легкого газового сырья (пропан, н-бутан). При пиролизе газового сырья, из-за образования незначительного количества тяжелых продуктов пиролиза, для обеспечения аффективного удаления тяжелых смол и кокса из потока пирогаза используют высококипящие углеводородное закалочное масло, закупаемое на стороне. Основными требованиями к закалочному маслу являются совместимость с продуктами пиролиза, высокая растворяющая способность тяжелых смол и кокса, а также химическая инертность по отношению к химическим продуктам пирогаза и возможность многократного рецикла в системе. (Т.Н. Мухина и др. "Пиролиз углеводородного сырья", М., "Химия", 1987, 240 с. Патент РФ №2286378, опубл. 27.10.2006 г.).
Известен способ охлаждения и подготовки продуктов пиролиза углеводородного сырья к компрессии и газоразделению, включающий последовательное охлаждение в закалочно-испарительных аппаратах, в колонне первичного фракционирования и в колонне водной промывки. В поток кубового продукта колонны первичного фракционирования, подающийся на охлаждение продуктов пиролиза прямым контактом и в виде орошения в среднюю часть колонны первичного фракционирования, добавляют фракцию углеводородов, выкипающих внутри интервала температур 160-310°С, а на орошение верхней части колонны первичного фракционирования добавляют фракцию углеводородов, выкипающих внутри интервала температур 35-190°C. (Патент РФ №2215774, опубл. 10.11.2003 г.).
По указанному способу в качестве сырья пиролиза используют смесь углеводородов, состоящую, в основном, из сжиженных углеводородов с возможной долей прямогонного бензина менее 50% мас. Этим объясняется необходимость введения в циркуляционное закалочное масло фракции углеводородов, выкипающих внутри интервала температур 160-380°С, в количестве 2,5-6,0% мас. от сырья пиролиза, таких как, например, дизельное топливо, керосиновая фракция, полиалкилбензолы, что приводит к увеличению затрат. Основными недостатками данного способа также являются необходимость проведения двухступенчатой промывки пирогаза закалочным маслом и водой, что приводит к формированию загрязненной сточной воды и свидетельствует о низкой эффективности используемой закалочной смеси.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу (прототипом) является способ ступенчатого охлаждения и очистки пирогаза закалочным маслом (Патент РФ №2172763, опубл. 27.05.2001 г.).
В описанном способе охлаждение и очистку пирогаза от смол, кокса осуществляют двухступенчатым контактом пирогаза с закалочным маслом, при поддержании содержания смол в циркуляционном закалочном масле постоянным за счет сепарации смол и кокса из закалочного масла после первой ступени масляной закалки. В качестве закалочного масла используется дизельное топливо, для поддержания в циркуляционном масле содержания смол на заданном уровне часть потока циркуляционного масла после колонны закалки проходит очистку в механическом фильтре. Для восполнения потерь циркуляционного масла осуществляется подача свежего дизельного топлива в колонну разделения смеси пирогаза и масла.
Недостатками данного способа являются низкая эффективность используемого закалочного масла, и, следовательно, двухступенчатой закалки пирогаза, а также необходимость поддержания вязкости циркулирующего масла не выше 5 сСт. Недостатками данного способа являются низкая эффективность используемого закалочного масла ввиду недостаточного растворения смолистых соединений в закалочном масле, что приводит к образованию крупных агломератов сажи и кокса и, как следствие, к закоксовыванию аппаратов, или забивке оборудования, а также необходимость поддержания концентрации смол на заданном уровне требует большого потребления свежего закалочного масла.
Целью и техническим результатом заявленного технического решения является улучшение показателей процесса очистки пирогаза за счет повышения эффективности закалочного масла по поглощению смол, кокса, снижение образования отложений в аппаратах и трубопроводах, сокращение потребления свежего закалочного масла, а также исключение уноса смол и кокса с потоком пирогаза на стадию компрессии пирогаза.
Указанный технический результат достигается способом очистки пирогаза путем его закалки в закалочно-испарительном аппарате с последующим его прямым контактом с циркуляционным закалочным маслом в аппаратах масляной закалки, при этом в составе закалочного масла присутствуют высококипящие серосодержащие соединения. Содержание серосодержащих соединений в закалочном масле составляет 0,1-2,5% мас. в пересчете на серу, при этом в качестве высококипящего серосодержащего соединения используют соединения с температурой кипения выше 180°C. В качестве закалочного масла могут быть использованы дизельное топливо или газойль с температурой кипения 190-500°С.
Введение в состав закалочного масла высококипящих серосодержащих соединений позволяет повысить эффективность закалочного масла по поглощению смол, кокса, в результате чего достигается предотвращение отложений на технологическом оборудовании при повышении содержания смол в циркуляционном масле. Кроме того, при использовании предлагаемого состава закалочного масла охлаждение и эффективная очистка пирогаза от смол и кокса обеспечивается в режиме одноразового контакта закалочного масла и пирогаза.
Принципиальная технологическая схема реализуемого способа представлена на фиг. 1, где позиции обозначают следующее:
1 - поток пирогаза;
2 - закалочный аппарат;
3 - поток циркуляционного закалочного масла;
4 - поток свежего закалочного масла с содержанием высококипящих серосодержащих соединений;
5, 11 - теплообменник;
6 - сепаратор;
7 - отстойная емкость;
8 - поток закалочного масла после отстойника;
9 - поток воды после отстойника;
10 - механический фильтр.
В качестве сырья могут быть использованы: этан (этановая фракция), пропан (пропановая фракция), бутан (бутановая фракция), смесь сжиженных газов, бензин или легкие газойли. Пирогаз (поток 1) после печи пиролиза и закалочно-испарительного аппарата с поступает в нижнюю часть закалочного аппарата 2 узла масляной закалки. В закалочном аппарате 2 происходит охлаждение пирогаза и очистка его от смол и кокса. Для этого в поток пирогаза впрыскивается часть циркуляционного закалочного масла (поток 3) с температурой 110-130°С, а остальная часть циркуляционного масла смешивается со свежим закалочным маслом (поток 4), содержащим высококипящие серосодержащие соединения, и подается в верхнюю часть закалочного аппарата 2. Отходящий из закалочного аппарата 2 поток пирогаза через теплообменник 5 поступает на разделение в сепаратор 6, откуда направляется на компримирование. Оставшаяся в сепараторе 6 смесь воды и закалочного масла поступает в отстойную емкость 7, откуда закалочное масло (поток 8) возвращается на орошение в верхнюю часть закалочного аппарата 2, а вода (поток 9) после очистки направляется в другие технологические процессы.
Циркуляционное закалочное масло (поток 3) снизу закалочного аппарата 2 после очистки от сажи и кокса в механическом фильтре 10 и охлаждения в теплообменнике 11 возвращается на орошение в верхнюю часть закалочного аппарата 2.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Испытания проводились путем введения в закалочное масло добавок высококипяших серосодержащих соединений с температурой кипения выше 180°С. В качестве серосодержащих соединений могут быть использованы: дифенилсульфид дибензотофен, диалкилсульфид общей формулы R-S-R' или диалкилдисульфид общей формулы R-SS-R', где R, R' - алкильные радикалы с числом атомов углерода более 4.
В настоящем изобретении в качестве закалочного масла использовалось дизельное топливо и высококипящий тяжелый газойль с температурой кипения 190-500°C. Изучено влияние высококипящих серосодержащих соединений в различных концентрациях на эффективность очистки пирогаза от кокса и смол закалочным маслом. Эффективность очистки пирогаза от смол и кокса оценивали по потреблению свежего закалочного масла, концентрации смол в циркуляционном закалочном масле, вязкости циркуляционного закалочного масла, концентрации смол в отводимом закалочном масле.
Пример 1 (прототип).
Пирогаз с расходом 10 т/ч после печи пиролиза и закалочно-испарительного аппарата поступает на двухступенчатую систему масляной закалки. Суммарное содержание смол и кокса в пирогазе составляет 0,75% мас., что составляет 75 кг/ч. В закалочном аппарате первой ступени масляной закалки происходит охлаждение пирогаза до 230°С и очистка его от смол и кокса. Для этого в поток пирогаза впрыскивается циркуляционное закалочное масло с температурой 130°С в количестве 11 т/ч. Образовавшаяся газо-парожидкостная смесь поступает на разделение в сепаратор, из которого выводится загрязненное закалочное масло с содержанием смол 20%. Смесь пирогаза и закалочного масла после сепаратора поступает на вторую ступень масляной закалки, где происходит доохлаждение пирогаза до 180°C за счет подачи в аппарат 1 циркуляционного закалочного масла в количестве 30 т/ч с температурой 130°С. Образовавшаяся газомаслянная смесь подается в колонну разделения, куда в качестве орошения в верхнюю часть колонны подаются циркуляционное закалочное масло в количестве 10 т/ч и свежее закалочное масло в количестве 300 кг/ч. Отводимое снизу колонны циркуляционное закалочное масло после очистки в механическом фильтре и охлаждения в холодильнике до температуры 130°С возвращается в цикл масляной закалки с содержанием смол 3% и вязкостью 3,54 сСт. В качестве свежего закалочного масла используется товарное дизельное топливо по ГОСТ 305-82.
Пример 2 (предлагаемый способ).
Пирогаз (поток 1) с расходом 10 т/ч после печи пиролиза и закалочно-испарительного аппарата поступает в нижнюю часть закалочного аппарата 2 узла масляной закалки. Суммарное содержание смол и кокса в пирогазе составляет 0,75%. В закалочном аппарате 2 происходит охлаждение пирогаза до 180°С и очистка его от смол и кокса. Для этого в поток пирогаза впрыскивается часть циркуляционного закалочного масла (поток 3) с температурой 110-130°С в количестве 10 т/час, а остальная часть циркуляционного масла количества 10 т/час смешивается со свежим закалочным маслом (поток 4) в количестве 100 кг/час, содержащим высококипящие серосодержащие соединения в количестве 2,2% мас., в пересчете на серу, и подается в верхнюю часть закалочного аппарата 2. Отходящий из закалочного аппарата 2 поток пирогаза через теплообменник 5 поступает на разделение в сепаратор 6, откуда направляется на компримирование. Оставшаяся е сепаратора 6 смесь воды и закалочного масла поступает в отстойную емкость 7, откупа закалочное масло (поток 8) возвращается на орошение в верхнюю часть закалочного аппарата 2, а вода (поток 9) после очистки направляется в другие технологические процессы.
Циркуляционное закалочное масло (поток 3) снизу закалочного аппарата 2 после очистки от сажи и кокса в механическом фильтре 10 и охлаждения в теплообменнике 11 до температуры 110-120°С возвращается на орошение в верхнюю часть закалочного аппарата 2. В качестве закалочного масла в данном примере используется дизельное топливо. Свежее дизельное топливо имеет кинематическую вязкость 2,85 сСт при 20°С. Циркуляционное закалочное масло характеризуется вязкость 6,65 сСт при 20°С.
Стабильная работа процесса очистки пирогаза от смол и кокса обеспечивается при достижении вязкости циркулирующего масла 6,65 сСт при 20°С и при содержании смол 5,5% мас. Количество свежего закалочного масла, подаваемого в закалочный аппарат, составляет 100 кг/час.
Выводимое с фильтра 8 загрязненное закалочное масло содержит 27% смол.
Пример 3.
Очистку пирогаза проводят в условиях примера 2, но в качестве свежего закалочного масла используется дизельное топливо с содержанием серосодержащих соединений в количестве 0,1% мас., в пересчете на серу, и имеющее вязкость 2,75 сСт при 20°С.
Стабильная работа процесса очистки пирогаза от смол и кокса обеспечивается при достижении вязкости циркулирующего масла 6,16 сСт при 20°С и при содержании смол 4,3% мас. Количество свежего закалочного масла, подаваемого в закалочный аппарат, составляет 120 кг/час.
Выводимое с фильтра 8 загрязненное закалочное масло содержит 25% смол.
Пример 4.
Очистку пирогаза проводят в условиях, примера 2, но в качестве закалочного масла используют вакуумный газойль, выделяющийся при вакуумной разгонке сернистой нефти. Используемый свежий газойль характеризуется следующими свойствами: вязкость - 58,0 сСт при 20°С, температура начала кипения 196°С, температура при отгонке 50% продукта 428°С, температура вспышки 182°С, количество серосодержащих соединений в свежем закалочном масле составляет 1,7% мас., в пересчете на серу.
Стабильная работа процесса очистки пирогаза от смол и кокса достигается при следующих показателям циркуляционного закалочного масла: вязкость - 67,6 сСт при 20°С, содержание смол в циркуляционном масле 5,8% мас. Количество свежего закалочного масла, подаваемого в закалочный аппарат, составляет 58 кг/час.
Выводимое с фильтра 8 загрязненное закалочное масло содержит 28% смол.
Показатели процесса очистки пирогаза в соответствии с примерами 1-4 приведены в таблице 1.
Сравнительный анализ показателей процесса очистки пирогаза показывает, что введение в состав закалочного масла высококипящих серосодержащих соединений в количестве 0,1-2,5% мас. в пересчете на серу позволяет повысить эффективность закалочного масла по поглощению смол, кокса. Потребление свежего закалочного масла по предложенному способу значительно снижается, вязкость циркуляционного закалочного масла и концентрация смол в отводимом загрязненном закалочном масле повышаются, что характеризует высокую эффективность удаления смол из пирогаза. Использование в качестве закалочного масла газойля, несмотря на исходную высокую вязкость, также характеризуется высокой эффективностью удаления смол из пирогаза.
Таким образом, введение е состав закалочного масла высококипящих серосодержащих соединений позволяет повысить эффективность закалочного масла по поглощению смол, кокса, и предотвращает их отложение на технологическом оборудовании. Кроме того, при использовании предлагаемого состава закалочного масла эффективная очистка пирогаза от смол и кокса может обеспечиваться в режиме одноразового контакта закалочного масла и пирогаза.