Kraking katalityczny: Przeszliśmy długą drogę do wielkiego celu
Rafineria Ropy Naftowej w Jarosławiu
Potężny budynek technologii rafinacji ropy naftowej ma jeszcze jedno piętro: kraking katalityczny. Dla tych, którzy znają z treścią poprzedniej serii, nie będzie trudno zrozumieć, że jest to również rozkład termiczny destylatów ropy naftowej, ale zachodzi on w obecności katalizatora, który przyspiesza i ułatwia ten proces.
Kraking katalityczny nadal stanowi podstawę produkcji benzyny, na szczęście po II wojnie światowej pojawiło się wiele jego odmian i wariantów. Jednak w latach międzywojennych i częściowo wojennych kraking katalityczny poczynił pierwsze kroki, by stać się potężną technologią przemysłową.
Często mówi się o nim z zapartym tchem, a ja czytałem nawet poruszające artykuły o „benzynie Ipatiewa”, która rzekomo pomogła pokonać Hitlera. Mowa o generale poruczniku, akademiku Władimirze Nikołajewiczu Ipatiewie. Piszą o nim, że sam wynalazł kraking katalityczny, że wynalazł benzynę wysokooktanową i inne tego typu bzdury. Ipatiew wniósł wielki wkład w rozwój przemysłu chemicznego w Rosji i petrochemii. Ale jego głównym wynalazkiem, dokonanym wspólnie z chemikiem Henrym Pinesem (polskim Żydem, który przeniósł się do Stanów Zjednoczonych w 1928 roku), był izobutan i jego produkcja.
Talent i odwaga w jednym Francuzie
Reakcję leżącą u podstaw krakingu katalitycznego badali już w 1877 roku francuski chemik Charles Friedel i amerykański chemik James Crafts. Metodę tę po raz pierwszy zastosował w 1915 roku Almer McAfee w Gulf Refining Company, wykorzystując chlorek glinu. Działała, ale katalizator był drogi.
Proces, który później rozwinął się w nowoczesny kraking katalityczny, został opracowany przez francuskiego inżyniera i wynalazcę Eugene'a Goudry'ego. Był on niezwykłym człowiekiem. Ukończył szkołę ze złotym medalem, studiował w Narodowej Szkole Sztuk i Rzemiosł, a następnie pracował w zakładzie metalurgicznym należącym do jego ojca. Podczas I wojny światowej wstąpił do wojska i był artylerzystą. W 1917 roku został przeniesiony do załogi czołgu i wyróżnił się w bitwie pod Malmaison, która odbyła się 23-25 października 1917 roku. czołgi, z których część została uszkodzona przez ogień wroga, a Houdry podjął próbę ich naprawy pod ostrzałem, został ranny i w rezultacie odznaczony Krzyżem Wojskowym oraz tytułem Kawalera Legii Honorowej.
Po wojnie Eugene Houdry zainteresował się motoryzacją i produkcją paliw. Poszukując rozwiązania problemu wysokiej jakości paliwa, które nie byłoby podatne na detonację, opracował metodę produkcji benzyny z węgla brunatnego. Jego zakład działał w latach 1929-1930, ale wkrótce został zamknięty. Podczas swoich eksperymentów Houdry odkrył, że „ziemia fulerska”, czyli glina, składająca się z glinokrzemianów, używana do wybielania tkanin, pomaga w przetwarzaniu oleju ciężkiego wydobywanego z węgla brunatnego w benzynę. Kontynuował swoje eksperymenty i osiągnął konwersję odparowanego oleju opałowego w benzynę w obecności tego katalizatora.
W 1930 roku Goodry został zaproszony do USA, do Vacuum Oil Company, gdzie w 1933 roku zbudował pierwszą pilotażową, przemysłową instalację krakingu katalitycznego. Czasy, należy zaznaczyć, były trudne. USA wstrząsnął Wielki Kryzys. Ale tutaj doświadczenie wojskowe Goodry'ego najwyraźniej zadziałało na jego korzyść. Po naprawie czołgów pod ostrzałem niemieckich dział, pozostałe trudności wydawały mu się nie do pokonania.
Po krótkiej przerwie, w 1936 roku Socono-Vacuum Oil Company i Sun Oil Company postanowiły udoskonalić tę technologię. W Paulsboro w stanie New Jersey, stara instalacja krakingu termicznego została przebudowana na instalację krakingu katalitycznego. W 1937 roku, w rafinerii Marcus Hock w Pensylwanii, zbudowano pierwszą przemysłową instalację krakingu katalitycznego. Od tego momentu sytuacja się poprawiła i w 1940 roku działało już 14 instalacji o wydajności 140 19 baryłek (6,9 XNUMX ton) dziennie, czyli XNUMX miliona ton rocznie. Następnie wynaleziono instalację z regeneracją katalizatora, którą aktywnie budowano w latach wojny.
Co ciekawe, Niemcy również przez pewien czas stali w miejscu, gdy narodził się kraking katalityczny. W 1938 roku konsorcjum pięciu dużych firm naftowych, na czele ze Standadr Oil z New Jersey, dwiema firmami inżynieryjnymi oraz nazistowską IG Farbenindustrie, rozpoczęło prace nad krakingiem katalitycznym, ale na swój własny sposób. Konsorcjum odniosło sukces. W maju 1940 roku uruchomiono pierwszą instalację pilotażową w Baton Rouge w Luizjanie. Konsorcjum uruchomiło swoją pierwszą rafinerię z instalacją krakingu katalitycznego w maju 1942 roku. Niemcy wypowiedziały wojnę Stanom Zjednoczonym 11 grudnia 1941 roku, więc Niemcy dysponowali tą technologią.
Etanol i tetraetyloołów
Wiadomo, że w silniku spalinowym, w pewnych warunkach, może dojść do detonacji mieszanki paliwowo-powietrznej, czyli spalania z prędkością naddźwiękową i powstania fali uderzeniowej. Rezultatem jest metaliczny stuk, drgania silnika, dymienie spalin i spadek mocy. Zjawisko to jest niebezpieczne, detonacja może unieruchomić silnik w ciągu kilku minut.
Nikolaus Otto zetknął się już z problemem detonacji. Jednak w początkach motoryzacji problem ten znalazł satysfakcjonujące rozwiązanie: stosunkowo niski stopień sprężania 3-4:1 oraz dodatek etanolu lub benzenu do benzyny. Dzięki takim dodatkom benzyna, nawet niskiej jakości, uzyskiwała dobre właściwości przeciwstukowe.
Pierwsze samochody w swojej początkowej erze najczęściej jeździły na etanolu lub mieszance etanolu z benzyną. Na przykład firma Standard Oil produkowała benzynę z dodatkiem 6-12% etanolu. Liczba oktanowa etanolu wynosi 100-105 (w zależności od metody badawczej). W Niemczech tradycyjnym dodatkiem do benzyny był benzen, produkowany przez firmy metalurgiczne w ich koksowniach. Liczba oktanowa benzenu wynosi 111-116. Używano również etanolu, zarówno osobno, jak i w mieszaninie z benzenem.
Jednak wkrótce pojawił się problem czysto ekonomiczny. Gwałtowny rozwój motoryzacji i konsumpcji benzyny był już z trudem wspierany przez ten sam etanol. Jednocześnie ta okoliczność spowodowała gwałtowny rozwój krakingu termicznego, który produkował benzynę o wyższej liczbie oktanowej, a po dodaniu etanolu nawet przekształcał ją w benzynę wysokooktanową, a także poszukiwania innego dodatku przeciwstukowego.
W 1921 roku amerykański chemik Thomas Midgley po raz pierwszy użył tetraetyloołowiu. Substancję tę odkrył w 1853 roku niemiecki chemik Karl Löwig. Jednak Midgley, który w 1916 roku przypadkowo odkrył, że dodanie jodu do benzyny zwiększa jej odporność na detonację, wypróbował wiele związków, ale albo nie dawały żadnego efektu, albo były drogie, albo powodowały korozję silnika. Uparty chemik spróbował nawet tellurku dietylu. Był to dobry środek przeciwstukowy, ale spaliny miały ostry, czosnkowy zapach. W końcu, w grudniu 1921 roku, udało mu się ustalić, że tetraetyloołów w stężeniu 0,25% jest tym, czego potrzeba.
Jaka jest różnica? Fakt, że nieznaczny dodatek czteroetyloołowiu wagowo gwałtownie zwiększa liczbę oktanową benzyny komercyjnej. Na przykład benzyna lotnicza B-70 bez czteroetyloołowiu ma liczbę oktanową 70, a z 5 ml czteroetyloołowiu na 1 kg benzyny – 90. Dla benzyny krakingowej bez czteroetyloołowiu – 65, z 3 ml na 1 kg – 74. Istnieje różnica między 120 gramami alkoholu a 8,25 gramami czteroetyloołowiu. W dużych ilościach wytwarzanie benzyny komercyjnej z czteroetyloołowiem okazało się bardziej opłacalne niż z alkoholem etylowym. Amerykańscy kapitaliści byli dobrzy w liczeniu pieniędzy i w 1923 roku General Motors, Du Pont i Standard Oil utworzyły wspólną spółkę Ethyl Gasoline Corporation. Czteroetyloołów miał długą żywotność i całkowicie wyszedł z użycia na całym świecie dopiero w 2021 roku. Tak, był trochę trujący i Midgley o tym wiedział. Ale pieniądze, jak mówią, nie mają zapachu.
Przygotowanie laboratoryjne benzyny lotniczej
В lotnictwo W przypadku benzyny wszystko okazało się nieco bardziej skomplikowane, chociaż benzyna lotnicza również zaczynała od etanolu i benzenu. W latach 1920. i 1930. XX wieku benzynę lotniczą często produkowano na bazie benzyny destylowanej. Na przykład w ZSRR firma Grozneft produkowała benzynę pierwszego gatunku o temperaturze wrzenia od 1% do 40 stopni Celsjusza i końcowej temperaturze wrzenia do 100 stopni Celsjusza, o liczbie oktanowej 175. Azneft destylował benzynę pierwszego gatunku z ropy naftowej Bałachani o temperaturze wrzenia od 56% do 1 stopni Celsjusza i końcowej temperaturze wrzenia 60 stopni Celsjusza, o liczbie oktanowej 100.
Aby poprawić jakość, z benzyny klasy 1, metodą destylacji wtórnej, destylowano frakcję o temperaturze wrzenia nieprzekraczającej 130 stopni Celsjusza i liczbie oktanowej wyższej niż benzyna pierwotna, wynoszącej około 80-82. Benzyny takiej było jednak niewiele. Na przykład, benzyna z ropy naftowej Majkop, produkowanej w Krasnodarskiej Rafinerii Nafty przed wojną: liczba oktanowa 89,3 – zakres wrzenia 28-85 stopni Celsjusza, 0,6% objętości ropy; liczba oktanowa 85,5 – 28-120 stopni Celsjusza, 1,4% objętości ropy; liczba oktanowa 72 – 28-180 stopni Celsjusza, 6,2% objętości ropy.
Dlatego pierwsze benzyny lotnicze były już mieszane. Czasami do bazy benzyny destylowanej dodawano 10% stabilizowanej benzyny gazowej (produkowanej w zakładzie Grozneft z lekkich gazów ropopochodnych; do stabilizacji destylowano z niej frakcję butanową), a także 40–60% oczyszczonego benzenu lub 25–50% etanolu. Więcej benzenu dodawano do letnich odmian benzyny lotniczej, mniej do zimowych (z 20% benzenem benzyna zamarzała w temperaturze 25 stopni), a w przypadku silnych mrozów lub w regionach arktycznych – do benzyny gazowej lub etanolu.
Przykładowo w USA stosowano takie samo podejście, często poddawano destylacji wtórnej tylko benzynę krakingową, którą następnie mieszano z benzyną destylowaną zachowawczo i/lub naturalną, a do tego dodawano benzen.
To podejście rozwiązało wiele problemów, mimo że silniki lotnicze szybko zwiększyły stopień sprężania do 5:1 i więcej. Na przykład silnik lotniczy Rolls-Royce'a Griffon miał stopień sprężania 6:1, silnik lotniczy M-63 – 7,2:1 itd. Sprężanie, doładowanie i zwiększanie prędkości wymagały benzyny wyższej jakości, ale do pewnego stopnia problem ten rozwiązano, stosując bazę w postaci dobrej benzyny destylacyjnej z dodatkiem benzenu lub tetraetyloołowiu.
Ponadto, w okresie międzywojennym, benzynę lotniczą produkowano w niewielkich ilościach. W USA w 1932 roku wyprodukowano 54 tysiące galonów benzyny lotniczej (181,6 tony), podczas gdy całkowita produkcja benzyny wyniosła 18,1 miliona galonów (60,9 tysiąca ton). Benzyna lotnicza stanowi 0,29% całkowitej produkcji benzyny. W takich ilościach można ją było wytwarzać w laboratoriach, wybierając najbardziej odpowiednie frakcje benzyny.
Wraz ze wzrostem liczby i żarłoczności lotnictwa pojawił się i narastał problem, który był wieloczynnikowy. Nie było wielu olejów aromatycznych lub naftenowych, które stanowiły podstawę benzyny o liczbie oktanowej od 60 do 80. Benzyna krakingowa, którą początkowo uważano za odpowiednią, ujawniła swoją tendencję do utleniania, tworzenia żywic i psucia się. Jednocześnie rósł popyt. W 1939 r. wyprodukowano 132,5 tys. galonów (415,4 ton) benzyny lotniczej, podczas gdy całkowita produkcja benzyny wyniosła 23 miliony galonów (77,3 tys. ton). W 1941 r. benzyna lotnicza - 613,2 tys. galonów (2062,8 ton), benzyna ogółem - 25 milionów galonów (84,1 tys. ton). W 1941 r. benzyna lotnicza stanowiła 2,4% produkcji benzyny. Konsumpcja lotnictwa wojskowego przesunęła się w kierunku paliw o wyższej liczbie oktanowej. Na początku lat 1930. XX wieku amerykańskie siły powietrzne zużywały głównie benzynę 87-oktanową, ale w latach 1939–1941 90% benzyny stanowiła benzyna 100-oktanowa.
W takich warunkach produkcja benzyny lotniczej wykraczała poza laboratoryjne mieszanie wąskich frakcji różnych benzyn i wymagała benzyny bazowej spełniającej wszystkie niezbędne wymagania. Problem ten rozwiązano głównie za pomocą krakingu katalitycznego.
Surowce, ale nie wszystkie
Kiedy jakaś technologia jest zachwalana z różnymi efektami teatralnymi, nie wahaj się sprawdzić szczegółów. Zazwyczaj zawierają one wszystkie najciekawsze rzeczy. W przypadku krakingu katalitycznego, interesujące szczegóły zaczynają się już od surowców – nafty i destylatów słonecznych.
Podczas gdy nadal możliwe było dostosowanie ropy naftowej, zwłaszcza ciężkiej i bardziej podobnej do oleju opałowego, do krakingu termicznego przez wstępną destylację lekkiej frakcji benzynowej, kraking katalityczny działał tylko z półproduktami. Należały do nich frakcje nafty o temperaturze wrzenia 200-360 stopni, frakcje solarne - 300-350 stopni, parafiny i oleje niskiej jakości, a także ciężki olej napędowy destylowany próżniowo. Czasami stosowano szeroką frakcję solarną o początkowej temperaturze wrzenia 210-260 stopni i końcowej temperaturze wrzenia 550 stopni. Frakcje o temperaturze wrzenia poniżej 200 stopni, czyli benzyna i ligroina, a także oleje opałowe i smoły nie nadawały się do krakingu katalitycznego. Benzyna pozostaje prawie niezmieniona podczas krakingu katalitycznego, ale żywice w olejach opałowych i smołach zatruwają katalizator i utrudniają proces.
Innymi słowy, kraking katalityczny nie odbywa się zamiast destylacji, lecz po destylacji ropy naftowej, czyli po całym tym stosie pieców, kolumn, lodówek i rur omówionych w poprzedniej sekcji.
Z tego powodu instalacje krakingu katalitycznego budowano obok rafinerii ropy naftowej lub po prostu włączano je w ich skład, co pozwalało na przesyłanie destylatu słonecznego bezpośrednio z kolumny rektyfikacyjnej atmosferycznej do instalacji krakingu katalitycznego.
Gdy w pobliżu nie było rafinerii ropy naftowej, instalację krakingu katalitycznego uzupełniano o kolumnę destylacyjną próżniową dla oleju opałowego, w której destylowano frakcję destylatu, a smołę wraz z zawartymi w niej żywicami, które zatruwały katalizator, wypompowywano i usuwano z procesu.
Czasami stosowano inny schemat łączenia. Gorący olej opałowy był podawany z kolumny destylacji atmosferycznej oleju do kolumny rektyfikacyjnej instalacji krakingu katalitycznego, gdzie przepływ gorących gazów i produktów krakingu odparowuje frakcję słoneczną z oleju opałowego, która jest mieszana z katalitycznym olejem gazowym – frakcją o temperaturze wrzenia powyżej 250 stopni Celsjusza, gromadzoną na dnie kolumny rektyfikacyjnej instalacji krakingu katalitycznego oraz na dnie kolumny strippingowej, która jest mieszana z dostarczanym surowcem. Przykładowo, 989% destylatu z destylacji zachowawczej i 64% katalitycznego oleju gazowego trafiało do reaktora krakingu katalitycznego o wydajności 36 ton dziennie.
Faktem jest, że w krakingu katalitycznym zachodzą dwa procesy. Pierwszy to rozkład termiczny, w którym węglowodory parafinowe rozpadają się na węglowodory nienasycone o wiązaniach podwójnych i potrójnych, zwłaszcza alkeny (etylen), alkiny (acetylen) i dieny (butadien), podobnie jak w krakingu termicznym, w którym alkeny stanowią 40-50% powstającej benzyny. Katalizator przyspiesza i ułatwia rozkład różnych węglowodorów. Drugi to synteza katalityczna, w której alkeny na katalizatorze ulegają izomeryzacji, polimeryzacji i tworzą związki aromatyczne (benzen, toluen, ksylen, duren, etylobenzen, kumen, naftalen itp.). Benzyna z krakingu katalitycznego zawiera 20-30% węglowodorów aromatycznych, zamiast 12-14% w benzynie z krakingu termicznego. Substancje te są stabilne i mają wysoką liczbę oktanową, co jest ważne dla wysokiej jakości benzyny.
W związku z tym węglowodory, które nie uległy całkowitemu rozłożeniu w trakcie procesu lub nie przeszły pożądanej konwersji katalitycznej, zostały zebrane w postaci katalitycznego oleju gazowego i ponownie wprowadzone do procesu.
Piec z małymi kamiennymi kulkami w środku
Pierwsza część procesu: podgrzewanie i odparowywanie surowca, przepuszczanie oparów przez katalizator i regeneracja katalizatora.
Ogólny schemat procesu krakingu katalitycznego
Proces podgrzewania i odparowywania surowca zmieszanego z olejem gazowym katalitycznym odbywał się w znanym nam piecu rurowym. Surowiec był najpierw podgrzewany w wymiennikach ciepła ciepłem gorących produktów, następnie gazami z regeneracji katalizatora, a następnie podawany do pieca rurowego, gdzie był podgrzewany do temperatury około 400-500 stopni Celsjusza, w zależności od właściwości surowca. Stopniowe podgrzewanie pozwalało zaoszczędzić paliwo do ogrzewania w piecu. Całkowicie odparowany surowiec trafiał do reaktora, gdzie spotykał się z katalizatorem.
Katalizatorem były cylindry o wysokości 3-4 mm, kulki o średnicy 3-6 mm, a nawet proszek lub pył glinokrzemianów. Są to związki ogniotrwałe i stabilne termicznie, a jednocześnie charakteryzujące się wysoką aktywnością chemiczną. Kulki, cylindry i proszek są porowate, a powierzchnia ich mikroskopijnych porów sięgała 600 metrów kwadratowych na 1 gram.
Reaktor, w którym zachodziły jednoczesne procesy rozszczepienia i syntezy, był pionowym stalowym zbiornikiem o wysokości 15-20 metrów i średnicy od 3 do 5 metrów. Posiadał on złożoną konstrukcję wewnętrzną, która zapewniała kontakt katalizatora z parami surowca.
Sekcja reaktora
Na górze znajdował się system dystrybucji katalizatora, który był wlewany od góry za pomocą podnośnika pneumatycznego, następnie na stożek, a następnie rurami przelewowymi do przestrzeni roboczej. Opary również docierały z góry oddzielnymi rurami do przestrzeni roboczej. W tej przestrzeni zachodzi reakcja, gdy opary przechodzą przez pory katalizatora. Jest to duża przestrzeń, grubość warstwy katalizatora może wynosić 4-5 metrów lub więcej.
Ważne jest utrzymanie określonej szybkości przepływu pary wsadowej lub prędkości objętościowej reaktora. Przy większej ilości wsadu czas kontaktu ulega skróceniu, a głębokość konwersji maleje. Przy mniejszej ilości wsadu czas kontaktu i głębokość konwersji rosną. Ciężkie destylaty przetwarza się przy dużych prędkościach objętościowych, ponieważ ciężkie cząsteczki rozpadają się łatwiej i szybciej, natomiast lekkie destylaty – przy średnich i małych prędkościach objętościowych, ponieważ rozpadają się trudniej.
Wraz z gazem, który jest pozyskiwany, katalizator opada do urządzenia dystrybucyjnego. Są to pionowe rury, na których zamontowane są stożkowe nasadki, stożkiem skierowanym do góry, pod którymi znajdują się otwory umożliwiające przepływ gazu. Katalizator opada, a gaz wydostaje się przez otwory i rury i jest kierowany do kolumny rektyfikacyjnej. Katalizator opada jeszcze niżej do komory, gdzie jest przedmuchiwany parą wodną w celu uwolnienia go od resztek oparów produktu. Poniżej znajduje się urządzenie poziomujące, z którego katalizator jest pompowany do regeneratora.
W przeciwieństwie do krakingu termicznego, który pozostawiał dużo, bo tylko 30-55% pozostałości krakingowych, kraking katalityczny przekształca prawie wszystkie surowce w produkty gazowe. Jednak w porach katalizatora pozostaje niewielka ilość, bo 3-6% koksu. Stopniowo koks zatyka pory, uniemożliwiając jego użycie.
Aby rozwiązać ten problem, wynaleziono urządzenie regeneracyjne. Jest to stalowa kolumna o wysokości 20-30 metrów, wyłożona wewnątrz ognioodpornymi cegłami. W rzeczywistości jest to piec. Ponieważ glinokrzemiany są stabilne termicznie, zawarty w nim koks można po prostu spalić.
Wewnątrz aparatu regeneracyjnego znajduje się kilka komór z dnem odwróconych koryt z niewielkimi szczelinami między nimi. Pod koryta wprowadzane jest gorące powietrze. Katalizator, z wypalającym się w porach koksem, opada przez kilka takich komór. Po wypaleniu się koksu katalizator trafia do komór z wężownicami chłodzonymi wodą od dołu. Jeśli podczas wypalania się koksu jego temperatura osiągnie 600-680 stopni, to po schłodzeniu spada do 530-580 stopni.
Moc cieplna wydzielana podczas regeneracji jest bardzo duża, w związku z czym niemal całe urządzenie regeneracyjne jest chłodzone wodą, a układ chłodzenia, szczególnie w dolnej części, działa w zasadzie jak kocioł parowy płomienicowy.
Aparat regeneracyjny wewnątrz
Ponieważ reaktor i regenerator są ściśle połączone, często łączono je w jedną dużą wieżę, z reaktorem na górze, a regeneratorem na dole. Katalizator wlewano od góry, spływał w dół przez wszystkie stopnie pod wpływem grawitacji i był podnoszony z powrotem za pomocą podnośnika pneumatycznego od dołu.
Schemat połączenia reaktora i regeneratora
Katalizator należało okresowo wymieniać, ponieważ pod wpływem ciepła i uderzeń w części urządzeń stopniowo pękał i niszczał, a także zatykał się nie tylko koksem, ale także metalami (żelazem, niklem, miedzią, wanadem itp.), które zwykle znajdują się w ropie naftowej, a zatem w produktach jej destylacji.
Destylacja, jeszcze raz destylacja...
Z reaktora wydostają się różne rodzaje produktów w postaci par: mokry gaz, niestabilna benzyna, lekki olej gazowy katalityczny i ciężki olej gazowy katalityczny.
Z reaktora opary odprowadzane są od dołu do głównej kolumny rektyfikacyjnej, wyposażonej najpierw w półki kaskadowe, a następnie w pokrywy. Górna półka zasilana jest refluksem – niestabilną benzyną. W kolumnie następuje rozdział na frakcję gazowo-parową lub gaz tłuszczowy, na lekkie i ciężkie oleje gazowe katalityczne.
Ciężki olej napędowy katalityczny gromadzi się na dnie kolumny i jest podawany do wymieszania z surowcem. Lekki olej napędowy katalityczny jest zbierany z półek z kapturkami bąbelkowymi i podawany do kolumny strippingowej, gdzie pozostała frakcja benzyny jest destylowana z parą świeżą i zawracana do kolumny głównej. Lekki olej napędowy katalityczny jest wykorzystywany jako składnik oleju napędowego.
Gaz ze szczytu kolumny przepływa przez skraplacz-chłodnicę, czyli wężownicę umieszczoną w zbiorniku z wodą, gdzie następuje skraplanie benzyny. Następnie benzyna trafia do separatora gazu, do zbiornika, gdzie uwalniane są zarówno gazy, jak i woda. O ile można wywnioskować z opisu, w separatorze gazu sama benzyna jest rozdzielana na frakcje, z których cięższa jest kierowana do kolumny rektyfikacyjnej w celu nawodnienia, a lżejsza – gaz tłusty – jest podawana w celu oddzielenia gazu od benzyny.
Najpierw mokry gaz jest dwukrotnie sprężany w sprężarkach i schładzany. Następnie frakcja ciekła jest oddzielana od gazu w akumulatorze. Stamtąd gaz jest kierowany do absorbera ze stabilną benzyną jako absorbentem w temperaturze 35 stopni i ciśnieniu 9 atmosfer. Suchy gaz wypływa z absorbera, a niestabilna benzyna jest dalej oczyszczana. Następnie propan musi zostać oddzielony od benzyny w kolumnie propanowej w temperaturze 140-150 stopni i ciśnieniu 18-19 atmosfer. Następnie butan musi zostać oddzielony od benzyny w kolumnie butanowej w temperaturze 120-138 stopni i ciśnieniu 5-6 atmosfer. Dopiero po tym uzyskuje się stabilną benzynę – produkt krakingu katalitycznego.
Nie spiesz się z wykończeniem, to nie koniec procesu. Powstała benzyna katalityczna trafia do procesu oczyszczania katalitycznego, którego przebieg jest podobny do procesu krakingu katalitycznego. Często odbywa się on w oddzielnej jednostce, a czasami jednostka katalityczna jest wyposażona w dwa reaktory: jeden do krakingu, a drugi do oczyszczania katalitycznego.
Po kolejnym etapie przetwarzania w reaktorze katalitycznym, otrzymuje się bogaty gaz o wysokiej zawartości izopentanu, niestabilny destylat benzyny lotniczej, ligroinę, związki polimerowe, a koks pozostaje w katalizatorze. Przetwarzanie mieszaniny pary i gazu w kolumnie rektyfikacyjnej powtarza się ponownie, gdzie oddziela się destylat benzyny lotniczej o temperaturze wrzenia 161-168 stopni Celsjusza oraz ligroinę o wysokiej zawartości węglowodorów aromatycznych o temperaturze wrzenia 210-239 stopni Celsjusza, która jest wykorzystywana jako składnik benzyny silnikowej lub nafty ciągnikowej.
Na koniec destylat benzyny lotniczej przemywa się wodą i roztworem alkalicznym, a dopiero po tym uzyskuje się bazę benzyny lotniczej, do której dodaje się różne dodatki.
Ile paliwa lotniczego pozostaje na końcu podróży?
Od dawna zmierzaliśmy do osiągnięcia tego wielkiego celu... Ile ostatecznie wyprodukowano tej najprostszej benzyny lotniczej?
Z destylatu słonecznego, w jednej z instalacji pierwszego etapu krakingu katalitycznego, uzyskuje się 39,4% benzyny. W drugim etapie oczyszczania katalitycznego uzyskuje się 46,6% benzyny lotniczej. Łącznie 22,4% surowca uzyskuje się w postaci benzyny lotniczej w dwóch etapach.
A więc wszystko zaczyna się od odwiertu. Ropa naftowa daje 15-25% destylatu oleju napędowego, weźmy 20%. Kraking katalityczny daje końcową wydajność 22% surowca. Łącznie z tony surowca otrzymujemy 44 kg benzyny lotniczej, czyli 4,4% objętości pierwotnego surowca naftowego. Jeśli weźmiemy ropę baszkirską z 8,5% frakcją oleju napędowego, otrzymamy 18,7 kg benzyny lotniczej z tony ropy, czyli 1,8% objętości pierwotnego surowca.
Czy warto było podejmować trud, wymyślać, produkować i uruchamiać skomplikowane urządzenia?
Informacja