CC BY
147
УДК 665.654.2
Г. Г. Гарифзянова
ПРИМЕНЕНИЕ ПАРОВОДЯНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ
ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ГУДРОНА
Разработан способ переработки гудрона с применением пароводяного плазмотрона. При этом получаются синтез-газ, этилен, ацетилен, метан.
Прогнозируемые и уже происходящие в настоящее время сырьевые изменения не влияют на основной набор продуктов, производимый из нефти. Запасы легкой и обессеренной нефти постепенно уменьшаются, но существуют богатые залежи высоковязкой, высокосернистой нефти (ВВН) и природных битумов.
Использование тяжелой фракции ВВН в качестве дополнительного источника углеводородного сырья для производства этилена в действующей технологии является трудной технической и экономической задачей.
Одним из способов переработки гудрона - остатка атмосферно-вакуумной перегонки является висбрекинг, который служит для получения котельного топлива (Т = 450оС, Р = 20-70 атм.). Недостатками этого процесса являются значительное содержание серы и накопление никеля и ванадия в котельном топливе. Диоксид серы, получаемый при сжигании топлива, взаимодействуя с влагой, образует серную кислоту и является источником кислотных дождей, а ванадий превращается в канцерогенный пентоксид диванадия (У20б), концентрация которого в воздухе получается выше ПДК составляющего 0,002 мг/м3.
При переходе нефтехимии с бензинов на тяжелые фракции появляются новые технические проблемы, например, необходимость утилизации побочных смол. Вакуумный газойль и гудрон наихудшее сырье для производства этилена, получаемых в трубчатых печах, например, из тонны вакуумного газойля получают ~ 180 кг этилена, а из бензина -300 кг.
В связи с этим разработан новый способ каталитического пиролиза гудрона в плазменной струе водяного пара и водородсодержащего газа. Ранее нами было изучен пиролиз гудрона водородной плазмой [1].
Плазмохимический пиролиз является мощным деструкционным процессом химической технологии [2]. Высокая температура плазмы, высокая энергия плазмы позволяют ускорить деструкцию молекул веществ, входящих в состав гудрона. В качестве сырья использовали гудрон со следующими физико-химическими характеристиками: плотность -991 кг/м ; с содержанием серы - 3,1% мас., ванадия - 0,046% мас., никеля - 0,014% мас.
В качестве катализатора использован технический углерод, содержащий в своем составе сульфиды металлов никеля и ванадия.
Был применен паровихревой электродуговой плазмотрон ЭДП-215, предназначенный для получения пароводяной плазмы с температурой до 3500 К. Пароводяной плазмотрон генерирует пароводяную плазму, состоящую из двух компонентов: водорода и кислорода (рис.1). Плазменная струя является теплоносителем и реагирующей каталитической средой.
Рис. 1 - Схема паровихревого электродугового плазмотрона
На рис.2 показана схема лабораторной установки каталитического пиролиза гудрона в пароводяной плазме. Подогретое сырье (до 150-200оС) подавалось в сырьевую форсунку 5 плазмоагрегата. Для распыления сырья в форсунку применялся водород. Пуск установки производился на вакуумном газойле, а пуск плазмотрона 1 - на азоте.
Расход водяного пара регулировался ротаметрами. Водяной пар генерируется в парогенераторе 4 (ППЭ-318 с температурой водяного сухого перегретого пара 250-350оС), в который подается обессоленная вода.
В реакторе 2 происходил пиролиз гудрона. Температура в зоне реактора регулировалась в диапазоне 1100-1200оС.
Продукты пиролиза после реактора 2 поступали в закалочное устройство 3, в радиальную форсунку которого подавался пропан-бутановая фракция. Расход пропан-бутановой фракции регулировался ротаметром. В рубашку закалочного устройства 3 подавалась охлаждающая вода. Г азы пиролиза после закалочного устройства 3 через сепаратор сбрасывались в атмосферу. На линии сброса было установлено пробоотборное устройство. В сепараторе от газа отделялся технический углерод, в котором были сконцентрированы ванадий и никель.
Охлаждение деталей и узлов плазмоагрегата производилось обессоленной водой, циркулирующей по охлаждающему контуру.
Рис. 2 - Схема лабораторной установки для пиролиза гудрона: 1 - пароводяной плазмотрон; 2 - реактор; 3 - закалочное устройство; 4 - парогенератор; 5 - распылительная форсунка; 6 - источник питания
При каталитическом пиролизе гудрона в струе пароводяной плазмы были получены: синтез-газ - 27% мас., этилен - 35% мас., метан - 16% мас., ацетилен - 4% мас., сероводород - 3,5% мас, технический углерод - 7,5% мас., пропан-бутановая фракция - 7% мас.
Выводы
1. Разработана экологически безопасная технология для переработки тяжелых нефтяных остатков - гудрона, позволяющая:
— синтезировать ценные химические вещества;
— превратить полностью серу, содержащую в гудроне в газ - сероводород, который методом экстракции извлекается из пирогаза и перерабатывается в серу и водород.
2. Редкие металлы ванадий и никель осаждены на поверхности техуглерода, используемого в качестве сырья в металлургии.
Литература
1. Гарифзянова Г.Г., Гарифзянов Г.Г. Пиролиз гудрона плазмохимическим методом// ХТТМ. 2006. №3. С. 15-17.
2. Жуков М.Ф., Засыпкин И.М. и др. Электродуговые генераторы термической плазмы. Новосибирск: Наука, 1999. 740 с.
© Г. Г. Г арифзянова - докторант ЦНИТ КГТУ.
