Технология STAR по оксидегидрированию легких парафинов до олефинов. Проспект фирмы Uhde

27 Pages·11.693 MB·Russian

Технология STAR®
по оксидегидрированию
легких парафинов
до олефинов

Компания группы
«ThyssenKrupp
Technologies»
- 2 -
Содержание
Страница

1. Профиль деятельности компании 3

2. Введение 4
2.1 Паровой риформинг и производство олефинов по технологиям компании Uhde 7

3. Основные принципы оксидегидрирования 8

4. Технология оксидегидрирования STAR® 10
4.1 Катализатор STAR® 10
4.2 Технологическое давление 10
4.3 Рабочий цикл 10
4.4 Окислитель 11
4.5 Выход продукции на единицу времени и объема катализатора 11
4.6 Реакционная секция установки оксидегидрирования STAR® 12
4.7 Рекуперация тепла 13
4.8 Сепарация и фракционирование газа 13

5. Оборудование собственной разработки 14
5.1 Печь риформинга STAR® 14
5.2 Реактор окисления (оксиреактор) STAR® 16
5.3 Парогенератор 17

6. Сравнение существующих технологий дегидрирования 18
6.1 Общее 18
6.2 Последовательно соединенные адиабатические реакторы 18
6.3 Параллельные адиабатические реакторы 19
6.4 Технология оксидегидрирования STAR® 20

7. Области применения оксидегидрирования STAR® 21
7.1 Оксидегидрирование пропана до пропилена 21
7.2 Оксидегидрирование бутанов 22
7.2.1 Оксидегидрирование до алкилата 22
7.2.2 Оксидегидрирование до димеров 24

8. Комплексный подход компании «Uhde» 26

На обложке:
Технология STAR® - современный способ дегидрирования
Пропилен и бутилены являются важными химикатами для нефте-
химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Покрывать
их растущий спрос можно только с помощью высокоэффективных
целевых технологий производства, таких как дегидрирование легких
парафинов. Применив принцип оксидегидрирования к технологии
9
0 дегидрирования STAR® при использовании проверенного оборудо-
0
4/2 вания и катализатора STAR®, компании Uhde удалось довести до
0 нового уровня экономические показатели процесса дегидрирования.
- 3 -

1. Профиль деятельности компании

Головной офис компании Uhde в Дортмунде, Германия

На сегодняшний день немецкая инжиниринговая компания Uhde, штат которой
насчитывает около 4 900 высококвалифицированных специалистов, располагающая
международной сетью филиалов и дочерних компаний, успешно завершила более
2 000 проектов по всему миру.

Компания Uhde получила признание на международном уровне благодаря успешному
воплощению принципа Инжиниринг с идеями, предлагая своим заказчикам
экономически выгодные и высокотехнологичные решения. Профессиональные «ноу-
хау», комплексный подход, инжиниринг высочайшего качества, а также безупречная
пунктуальность компании – все это позволяет отвечать постоянно возрастающим
требованиям, предъявляемым к процессам и прикладным технологиям в области
химической и нефтехимической промышленности, энергосбережения и защиты
окружающей среды.

Благодаря ее широкому опыту в проектировании и создании химических установок
компания Uhde является идеальным подрядчиком для проектирования установок
дегидрирования на базе усовершенствованной технологии STAR®.
- 4 -
2. Введение
По средне- и долгосрочным прогнозам следует ожидать роста спроса на технологии
целевого производства олефинов (например, пропилена и бутилена), таких как
дегидрирование легких парафинов.

Сегодня пропилен в основном получается как сопутствующий продукт парофазного
крекинга (ок. 57 %) и побочный продукт жидкофазного каталитического крекинга (ФКК)
(ок. 35 %). Лишь 6–8 % пропилена производится на основе технологий целевого
производства, таких как дегидрирование пропана или метатезиса.

Однако в будущем ожидаются более высокие годовые темпы роста спроса на
пропилен, чем на этилен. Дополнительно в области парофазного крекинга
наблюдается постепенный переход с нафты или сжиженного углеводородного газа
(СУГ) на этановое сырье, обеспечивающее улучшенную экономику процесса. В связи с
тем, что при использовании этана выход по пропилену значительно ниже, чем при
применении нафты или СУГ, получается недостаток в пропилене. Как экономичное
решение для его покрытия рекомендуется технология дегидрирования пропана
STAR®.

В дальнейшем ожидаются высокие темпы роста спроса на целевые технологии по
производству пропилена и бутилена для получения следующих производных:

Производные пропилена* Производные изобутилена
Полипропилен** МТБЭ/ЭТБЭ
Окись пропилена** Алкилат
Кумол Димеры
Акрилонитрил ММА
Акриловая кислота Спирты/МЭК
Оксо-спирты Бутиловый спирт
* Uhde - авторизованный подрядчик ** Совместная Uhde и Evonik технология

Установка по производству
изобутана компании Coastal
Chemical Inc. в г. Чейен,
Вайоминг, США,
мощностью 100 тыс. т/год
- 5 -
Факел
Резервуарный
парк Склад ПП
ОЗХ
Пр-во ПП
Дегидриров.
пропана

3D-макет комплекса дегидрирования пропана/производства ПП компании Egyptian Propylene and
Polypropylene Company (EPP).

Колонна выделения фракции С на стройплощадке компании EPP.
3
- 6 -
Технология активного парового риформинга STAR (аббревиатура STeam Active
Reforming Process) представляет собой проверенную промышленную технологию по
дегидрированию, первоначально разработанную компанией Phillips Petroleum Com-
pany, Бартлсвилль, Оклахома, США.

Эту технологию со всеми технологическими ноу-хау и патентами, связанными с
процессом и катализатором, компания Uhde GmbH, Дортмунд, Германия, приобрела у
компании Phillips в декабре 1999 года.

По первоначальной технологии STAR® работают две промышленные установки по
дегидрированию изобутана в изобутилен, интегрированные в производство МТБЭ:
• установка фирмы Coastal Chemical Inc., Чейен, Вайоминг, США, мощностью
100 тыс. т/год изобутилена, которая была запущена в эксплуатацию в 1992 году;
• установка фирмы Polybutenos, Аргентина, мощностью 40 тыс. т/год изобутилена,
которая была запущена в эксплуатацию в 1994 году.

Успешная работа этих установок подтвердила высокую стабильность работы
катализатора STAR®.

В период с 2000 по 2004 год компания Uhde улучшила характеристики первоначальной
технологии STAR® внедрением в схему дополнительной стадии окислительного
дегидрирования.

Компания Uhde имеет многолетний и богатый опыт в проектировании и вводе в
эксплуатацию оборудования, используемого в технологии STAR®, а также установок
по получению олефинов и их производных.

В 2006 г. компания Uhde получила контракт на условиях твердой цены «под ключ» на
создание комплекса дегидрирования пропана и производства полипропилена на
площадке компании Egyptian Propylene & Polypropylene Company (EPPC) в Порт-Саиде,
Египет.
- 7 -
2.1 Паровой риформинг и производство олефинов по технологиям
компании Uhde
Uhde и паровой риформинг
Нижеследующие цифры отражают опыт компании Uhde в отношении реакционной
секции и парогенераторного оборудования, используемого в технологии STAR®. На
сегодняшний день компанией Uhde построены

• более 60 печей парового риформинга (являющихся основой риформинга STAR®)
• более 40 реакторов вторичного риформинга (являющихся основой оксиреактора)
• более 65 жаротрубных котлов (охладитель технологического газа).

Uhde и олефины
Компанией Uhde спроектированы и успешно запущены в эксплуатацию установки по
производству олефинов и их производных для широкого спектра применений при
использовании технологий, указанных в таблице 1. В сочетании с процессом STAR®
компания Uhde предлагает завершенные технологические цепи для

• производства полипропилена (ПП) или окиси пропилена (ОП) из пропана

• производства из бутана МТБЭ или других высокооктановых компонентов для
компаундирования бензина (например, алкилаты или димеры).

Другое преимущество заказчика при выборе технологии STAR® заключается в том, что
компания Uhde синергически объединяет функции собственника/лицензиара техноло-
гии и генерального подрядчика по проектированию и созданию таких установок на
условиях «под ключ», т. е. предоставляет все услуги «из одних рук».

Продукт Лицензиар
Дихлорэтан Vinnolit
Окись этилена Shell Chemicals
Этиленгликоль Shell Chemicals
Окись пропилена Evonik / Uhde
Полиэтилен низкого давления LyondellBasell
Полиэтилен высокого давления LyondellBasell
Полипропилен LyondellBasell
Алкилаты UOP, ConocoPhillips, Stratco
МТБЭ/ЭТБЭ Uhde
Димеры Axens, UOP
Олефины Uhde

Таблица 1. Портфель компании Uhde по технологиям производства олефинов и их производных
- 8 -
3. Основные принципы оксидегидрирования
Дегидрирование протекает как равновесная эндотермическая реакция. Конверсия
парафинов повышается со снижением давления и повышением температуры. Как
правило, с уменьшением числа атомов углерода температура процесса повышается
для поддержания конверсии при определенном давлении. Как указано ниже для
пропана и бутана, основной реакцией является конверсия парафина в олефины.

Дегидрирование пропана:
C H C H + H
3 8 3 6 2

Дегидрирование бутана:
C H C H + H
4 10 4 8 2

%]
[

а
н
а
п
о
р
п

и
и
с
р
е
в
н
о
к

ь
н Без кислорода
е
п Соотношение O2/УВ = 0,05
е
т Соотношение O2/УВ = 0,01
С
Температура [°C]

Рис. 1. Термодинамическое равновесие (парциальное давление 1 бар, молярные соотношения
кислород-пропан)

При этом также образуются низшие углеводороды (т. е. с более низким числом атомов
углерода, чем исходное сырье). Протекают и дополнительные побочные реакции такие
как крекинг, в первую очередь термический, с образованием небольшого количества
кокса.

Очевидно, конверсия ограничивается термодинамическим равновесием при опреде-
ленном давлении и определенной температуре. С приближением конверсии к равно-
весию скорость реакции уменьшается, и активность катализатора используется не
эффективно.

Однако при подаче в систему кислорода, который с частью водорода образует H O,
2
происходит сдвиг равновесия в сторону повышенной конверсии. На Рис. 1 показан этот
сдвиг равновесия в сторону повышенной конверсии пропана в пропилен. H O
2
образуется в ходе экзотермической реакции, которая поставляет необходимое тепло
для дальнейшей эндотермической конверсии парафина в олефины.
- 9 -

Для этого необходимо, чтобы
• катализатор сохранил свою активность для дегидрирования и не преобразовал
углеводороды в оксиды углерода и водород («паровой риформинг»);
• катализатор был стабильным в присутствии пара и кислорода.
Катализатор STAR® полностью удовлетворяет эти требования.
Технология оксидегидрирования STAR® объединяет эти преимущества за счет
последовательного соединения традиционного способа дегидрирования (в печи
риформинга STAR®) с окислительным дегидрированием (в оксиреакторе).

В принципе оксидегидрирование уже оправдало себя в коммерческих установках по
конверсии 1-бутена в бутадиен (технология «Oxo-D» компании «Petro-Tex Corp.»). С
1963 по 1983 гг. были построены семь установок такого типа (пять из них на террито-
рии США), а их мощности варьировались в диапазоне от 65 до 350 тыс. т/год
бутадиена. Совокупная установленная мощность этих установок составляет более
миллиона тонн в год. Окислителем служит воздух.

Установка компании SINCOR C. A. в Хосе, Венесуэла, мощностью 2 х 97770 Нм3/водорода.
- 10 -
4. Технология STAR®
4.1 Катализатор STAR®
Катализатор STAR® базируется на носителе из алюминатов цинка и кальция,
промотированном различными металлами, и показывает отличные свойства
дегидрирования с очень высокой селективностью при конверсии, близкой к
равновесной. Благодаря своим основным свойствам, катализатор является весьма
стабильным в присутствии пара и кислорода при высоких температурах. В процессе
STAR® этот катализатор, промотированный благородным металлом и хорошо
зарекомендовавший себя в коммерческих установках, используется в виде твердых
частиц.
4.2 Технологическое давление
Реакция по технологии STAR® происходит в присутствии пара, что уменьшает
парциальное давление реагентов. Это выгодно, так как эндотермическая конверсия
парафина в олефины повышается с уменьшением парциального давления углеводо-
родов. В других предлагаемых технологиях дегидрирования реактор работает при
давлении немного выше атмосферного или даже под вакуумом. В процессе STAR®
давление на выходе реактора составляет ок. 5 бар, что обеспечивает достаточный
перепад давления для эффективной утилизации тепла отходящего газа реактора и
позволяет рассчитать компрессор сырого газа на давление всасывания как минимум
3 бар, что уменьшает инвестиционные и эксплуатационные расходы.

Пар ВД
Воздух
Горючий газ
Подогреватель
сырья
Печь
рифор-
минга
Компрессия Горючий газ
STAR
сырого газа
О2/воздух Олефин-
Рекуперация Сепарация Фракциони- продукт
Окси- тепла газа рование
реактор
Углеводородное сырье
Питательная вода котла Рециркуляция углеводородов
Технологический конденсат
Технологический пар

Рис. 2. Общая блок-схема технологии STAR® по оксидегидрированию пропана

4.3 Рабочий цикл
Во время нормальной работы на катализаторе осаждается небольшое количество
кокса, что требует регулярной регенерации катализатора. Основная часть коксовых
отложений с присутствующим в системе паром преобразуется в двуокись углерода,
т. е. при окислительной регенерации остается лишь выжигать незначительное