Buhar çatlaması - Steam cracking

Ludwigshafen/Almanya'daki BASF tesisinde Steamcracker II

Buhar kırma , doymuş hidrokarbonların daha küçük, genellikle doymamış hidrokarbonlara ayrıldığı petrokimyasal bir işlemdir . Eten (veya etilen ) ve propen (veya propilen ) dahil olmak üzere daha hafif alkenleri (veya yaygın olarak olefinleri ) üretmek için başlıca endüstriyel yöntemdir . Buhar kırma üniteleri, nafta, sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG), etan , propan veya bütan gibi bir hammaddenin, daha hafif hidrokarbonlar üretmek için buhar kırma fırınlarında buhar kullanılarak termal olarak parçalandığı tesislerdir. Propan hidrojen giderme işlemi, farklı ticari teknolojilerle gerçekleştirilebilir. Bunların her biri arasındaki temel farklar, kullanılan katalizör, reaktörün tasarımı ve daha yüksek dönüşüm oranları elde etmek için stratejiler ile ilgilidir.

Olefinler , sayısız ürün için faydalı öncülerdir. Buhar kırma, etilen ve propilen gibi en büyük ölçekli kimyasal süreçleri destekleyen temel teknolojidir.

Süreç açıklaması

Genel

Buharla parçalamada, nafta , LPG veya etan gibi gaz veya sıvı bir hidrokarbon beslemesi , buharla seyreltilir ve oksijen yokken bir fırında kısaca ısıtılır. Tipik olarak, reaksiyon sıcaklığı, yaklaşık 850 °C'de çok yüksektir. Reaksiyon hızla gerçekleşir: kalma süresi milisaniye düzeyindedir. Akış hızları ses hızına yaklaşır . Kırma sıcaklığına ulaşıldıktan sonra, gaz, bir transfer hattı ısı eşanjöründe veya söndürme yağı kullanılarak bir söndürme başlığının içinde reaksiyonu durdurmak için hızla söndürülür .

Reaksiyonda üretilen ürünler, beslemenin bileşimine, hidrokarbon/buhar oranına ve çatlama sıcaklığına ve fırında kalma süresine bağlıdır. Etan , LPG'ler veya hafif nafta gibi hafif hidrokarbon beslemeleri , esas olarak etilen, propilen ve bütadien dahil olmak üzere daha hafif alkenler verir . Daha ağır hidrokarbon (tam kapsamlı ve ağır naftalar ile diğer rafineri ürünleri) beslemeleri bu aynı ürünlerden bazılarını verir, fakat aynı zamanda aromatik hidrokarbonlar ve benzin veya akaryakıta dahil edilmeye uygun hidrokarbonlar açısından zengin olanları da verir .

Daha yüksek bir çatlama sıcaklığı (şiddet olarak da adlandırılır), eten ve benzen üretimini desteklerken, daha düşük şiddet, daha yüksek miktarlarda propen , C4-hidrokarbonlar ve sıvı ürünler üretir . Proses ayrıca , bir karbon formu olan kok kömürünün reaktör duvarlarında yavaş birikmesiyle de sonuçlanır . Bu, reaktörün verimliliğini düşürür, bu nedenle reaksiyon koşulları bunu en aza indirecek şekilde tasarlanmıştır. Bununla birlikte, bir buharla parçalama fırını genellikle kok giderme işlemleri arasında yalnızca birkaç ay çalışabilir. Dekoklar, fırının prosesten izole edilmesini gerektirir ve ardından fırın bobinlerinden bir buhar akışı veya bir buhar/hava karışımı geçirilir. Bu, sert katı karbon katmanını karbon monoksit ve karbon dioksite dönüştürür. Bu reaksiyon tamamlandıktan sonra fırın tekrar hizmete alınabilir.

İşlem ayrıntıları

Bir etilen fabrikasının alanları şunlardır:

  1. buhar kırma fırınları:
  2. söndürme ile birincil ve ikincil ısı geri kazanımı;
  3. fırınlar ve söndürme sistemi arasında bir seyreltme buharı geri dönüşüm sistemi;
  4. parçalanmış gazın birincil sıkıştırılması (3 sıkıştırma aşaması);
  5. hidrojen sülfür ve karbon dioksit giderimi (asit gazı giderimi);
  6. ikincil sıkıştırma (1 veya 2 aşama);
  7. çatlamış gazın kurutulması;
  8. kriyojenik tedavi;
  9. soğuk parçalanmış gaz akışının tamamı demethanizer kulesine gider. Demethanizer kulesinden gelen üst akış, parçalanmış gaz akışında bulunan tüm hidrojen ve metandan oluşur. Bu üst akışın kriyojenik olarak (−250 °F (−157 °C)) işlenmesi hidrojeni metandan ayırır. Metan geri kazanımı, bir etilen tesisinin ekonomik çalışması için kritik öneme sahiptir.
  10. demethanizer kulesinden gelen alt akım, deetanizer kulesine gider. Deetanizasyon kulesinden gelen üst akış, parçalanmış gaz akışında bulunan tüm C2'lerden oluşur. C2 akışı, 200 kPa'nın (29 psi) üzerinde patlayıcı olan asetilen içerir. Asetilenin kısmi basıncının bu değerleri aşması bekleniyorsa, C2 akımı kısmen hidrojenlenir. C2'ler daha sonra bir C2 ayırıcıya geçer. Kulenin tepesinden etilen ürünü alınır ve ayırıcının altından gelen etan tekrar kırmak üzere fırınlara geri döndürülür;
  11. etan giderici kuleden gelen alt akım, propan giderici kuleye gider. Propan giderici kuleden gelen üst akış, parçalanmış gaz akışında bulunan tüm C3'lerden oluşur. C3'leri C3 ayırıcıya beslemeden önce akım, metilasetilen ve propadien ( alen ) karışımını dönüştürmek için hidrojenlenir . Bu akış daha sonra C3 ayırıcıya gönderilir. C3 ayırıcıdan gelen üst akış ürün propilendir ve alt akış, kırma için fırınlara geri gönderilen veya yakıt olarak kullanılan propandır.
  12. Propan giderici kuleden gelen alt akım, büdenize edici kuleye beslenir. Debutanizerden gelen üst akış, parçalanmış gaz akışındaki tüm C4'lerdir. Debutanizerden (hafif piroliz benzini) gelen alt akım, parçalanmış gaz akımındaki C5 veya daha ağır olan her şeyden oluşur.

Etilen üretimi enerji yoğun olduğu için, fırınlardan çıkan gazdan ısının geri kazanılması için çok çaba harcanmıştır. Parçalanmış gazdan geri kazanılan enerjinin çoğu, yüksek basınçlı (1200 psig (8300 kPa)) buhar yapmak için kullanılır. Bu buhar, sırayla, parçalanmış gazı sıkıştırmak için türbinleri, propilen soğutma kompresörünü ve etilen soğutma kompresörünü çalıştırmak için kullanılır. Bir etilen tesisi çalışır durumdayken, buhar türbinlerini çalıştırmak için buhar ithal etmeye ihtiyaç duymaz. Tipik bir dünya ölçeğinde etilen fabrikası (yılda yaklaşık 1.5 milyar pound (680 KTA) etilen) 45.000 beygir gücü (34.000 kW) kırık gaz kompresörü, 30.000 hp (22.000 kW) propilen kompresör ve 15.000 hp (11.000 kW) kullanır. etilen kompresör.

Bir buhar parçalama tesisi içindeki kapsamlı enerji entegrasyonuna rağmen, bu süreç aşılmaz miktarda karbondioksit üretir. Ton etilen başına 1 - 1,6 ton karbondioksit (hammaddeye bağlı olarak) üretilmektedir. Bu, yıllık olarak atmosfere salınan ve %70-90'ı doğrudan fosil yakıtın yanmasına atfedilen 300 milyon tondan fazla karbondioksitin şaşırtıcı bir miktarıyla sonuçlanır. Son birkaç on yılda, enerji verimliliğini artırmak için buharla parçalama teknolojisinde birkaç gelişme uygulanmıştır. Bu değişiklikler arasında oksi-yakıt yanması, yeni brülör teknolojisi ve 3D reaktör geometrileri yer alıyor. Ancak, olgun teknolojilerde yaygın olduğu gibi, bu değişiklikler enerji verimliliğinde yalnızca marjinal kazanımlara yol açtı. Yenilenebilir elektrik, örneğin dirençli ve endüktif ısıtma yoluyla doğrudan ısıya dönüştürülebildiğinden, buhar kırmanın sera gazı emisyonunu büyük ölçüde azaltmak için elektrifikasyon bir çözüm sunar. Sonuç olarak, birkaç petrokimya şirketi güçlerini birleştirdi ve nafta veya gaz buhar kırıcılarının fosil yakıt yakma yerine yenilenebilir elektrik kullanılarak nasıl çalıştırılabileceğini araştırmak için Ar-Ge çabalarını birleştirdikleri birkaç ortak anlaşmanın geliştirilmesiyle sonuçlandı.

Buhar kırma fırınları lisans verenleri

Belirli bir tasarımın Steam Cracking ünitesini inşa etmek ve işletmek isteyen herhangi bir petrol arıtma şirketi tarafından tasarım geliştiricisinden satın alınması gereken bir lisans altında birkaç tescilli tasarım mevcuttur.

Bunlar başlıca buhar kırma fırınları tasarımcıları ve lisans verenleridir:

Ayrıca bakınız

İlgili Makaleler

Notlar ve referanslar