Анализ производства пропан-бутановой смеси из природного газа и возможность синтеза олефинов

АННОТАЦИЯ

Проведен анализ производства пропан-бутановой смеси на предприятиях Республики Узбекистан, указаны пути увеличения их производства и рассмотрены возможности использования пропана и бутана для производства низших олефинов и других продукций, рекомендованы наиболее экономичные технологии переработки пропан-бутановой смеси.

ABSTRACT

The analysis of the production of propane-butane mixture at the enterprises of the Republic of Uzbekistan is carried out, the ways of increasing their production are indicated and the possibilities of using propane and butane for the production of lower olefins and other products are considered, the most economical technologies for processing propane-butane mixture are recommended.

Ключевые слова: пропан, бутан, пропан-бутановая смесь, этилен, пропилен, полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид.

Keywords: propane, butane, propane-butane mixture, ethylene, propylene, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride.

Развитие нефтегазой и химической отрасли в Республике Узбекистан направлено на увеличению глубины переработки природного газа, производства продуктов газохимии, повышению степени извлечения ценных компонентов из природного газа и расширению номенклатуры производства продуктов, путем реализации новых современных проектов, направленных на обеспечение потребностей внутри республики и выработки экспортоориентированной продукции с высокой добавленной стоимостью.

Перспективным направлением является увеличение производства низших олефинов (этилена и пропилена), которые являются важнейшим сырьем нефтегазохимии и используются, в основном, для производства полиэтилена, полипропилена и другой полимерной продукции. Основными источниками сырья для получения низших олефинов являются нафта, бензиновая фракция, компоненты природного газа, в том числе метан, этан, пропан, бутан и газовый конденсат [1-3].

Одним из наиболее подходящим сырьем для производства является пропан и бутан в отдельности или пропан-бутановая смесь (ПБС). В республике пропан-бутановая смесь производится на установках производства пропан-бутановой смеси (УППБС) из природного газа, а также на газохимических комплексах при разделении природного газа на компоненты, установках стабилизации конденсата и установках газофракционирования [4,5].

В 1997 году на предприятии ООО «Шуртаннефтегаз» введена в опытно-промышленную эксплуатацию первая установка получения пропан-бутановой смеси с турбодетандерным агрегатом. Разработчик технологии – ОАО «ЛенНИИХиммаш» (Санкт-Петербург).

На рис.1 приведена технологическая схема УППБС-3.

Рисунок 1. Технологическая схема УППБС мощностью 3 млрд.м³/год

F1₁, F1₂, F2₁, F2₂, F3₁, F3₂- фильтры природного газа; T1, T2, T3, T4- теплообменники; S1 –входной сепаратор; S2 – выходной сепаратор; C1- стабилизационная колонна; C2 – колонна ПБС; E1- дренажная емкость; AC1, AC2, AC3 – воздушные холодильники; P1 - насос; EC - компрессор; E2 – емкость пароконденсата; ДКС – дожимная компрессорная станция.

Проектная мощность установки составляет 3 млрд.м³ в год по природному газу, 60 тыс. тонн в год по пропан-бутановой смеси и 20 тыс. тонн по газовому конденсату. Исходным сырьем для УППБС является очищенный от сернистых соединений и глубоко осушенный природный газ после цеолитовых блоков. На установке природный газ с давлением 48-50 бар и температурой 40 ⁰С проходит через фильтры для улавливания пыли цеолита, в теплообменниках предварительно охлаждается обратным холодным потоком природного газа после турбодетандерного агрегата и поступает на турбодетандер, где давление природного газа снижается до 30-32 бар и за счет энтропийного расширения газа  охлаждается до температуры -70⁰С. Далее газ компримируется на ДКС до давления 46-48 бар и направляется к потребителям, а уловленная жидкость после теплообменников в сепараторе S1 и после турбодетандера в сепараторе S2 объединяются и поступают в стабилизационную колонну С1, где легкие фракции отгоняются и с верха колонны поступает на вход теплообменника Т2, а стабильная жидкость, состоящая из ПБС и газового конденсата, поступает в колонну С2. В колонне С2 разделяются ПБС и газовый конденсат, которые после охлаждения направляется в товарный парк.

Исходя из положительного опыта эксплуатации головной УППБС и в целях увеличения производства ПБС в период 2007-2012 г.г. на ООО «Шуртаннефтегаз» введены в эксплуатацию ещё четыре аналогичные УППБС, и на Мубарекском ГПЗ в 2014-2015 г.г. введены в эксплуатацию три установки глубокой осушки и извлечения пропан-бутановой смеси мощностью 80 тыс. тонн в год из 4 млрд. куб. м в год каждый. В настоящее время ведутся работы по строительству четвертой установки на Мубарекском ГПЗ. Таким образом, на газоперерабатывающих заводах производится более чем 600 тыс. тонн в год ПБС. Накопленный опыт эксплуатации позволил усовершенствовать технологическую схему УППБС. Например, в некоторых установках была дополнительно установлена ещё одна колонна для раздельного получения пропана и бутана. Производимое в республике ПБС, в основном, используются в качестве автомобильного топлива и частично экспортируется.

Дальнейшее увеличение глубины извлечения ценных компонентов связано с развитием газохимии как потребителя фракций легких углеводородов. Это в Республике воплотилось с вводом в 2001 году в эксплуатацию Шуртанского газохимического комплекса (ШГХК).

На Шуртанском газохимическом комплексе впервые применена криогенная технология переработки природного газа, обеспечивающая разделение этана, пропана, бутана и газового конденсата. На базе выделяемого этана отлажено производство полиэтилена. На комплексе будет производиться порядка 137 тыс.т ПБС, 130 тыс.т легкого газового конденсата и 125 тыс.т полиэтилена.

Получение этилена производится по технологии АВВ LUMMUS GLOBAL (США), получение линейного полиэтилена низкой плотности – по технологии NOVLCOR (Канада). Полимеризация осуществляется по технологии Sclairtech (этилен+бутен-1 в циклогексановом растворе) в присутствии катализаторов, содержащих тетрахлоридтитан .

Следующий этап развития газохимии связан с вводом в эксплуатацию Устюртского ГХК, где выделенные из природного газа все компоненты вместо с газовым конденсатом из установок подготовки газа на месторождениях подвергаются высокотемпературному пиролизу и производится полиэтилен и полипропилен. При этом из 4,5 млрд. м³ в год природного газа и 160 тыс. тонн нестабильного газового конденсата производится 3,5 млрд. м³ в год товарного газа, 400 тыс. тонн полиэтилена, 100 тыс. тонн полипропилена и около 50 тыс. тонн пиролизного масла. Технологическая схема Устюртского газохимического комплекса приведена на рис.2.

Рисунок 2. Технологическая схема Устюртского газохимического комплекса

Еще одним перспективным направлением использования ПБС и производства продукций с высокой добавленной стоимостью является переработка ПБС на пропан-пропиленовые и бутан-бутиленовые фракции. Эти продукты могут служит сырьем для получения новых продукций: полиэтилена, полипропилена, полиуретана, бутандиола и т.п.

Пиролиз ПБС проводится при температурах 750-850˚С. Отдельное производство пропана и бутана позволяет более эффективно управлять процессом пиролиза и повысить степень конверсии ПБС на олефины [6-8].

В работах [9,10] проведены исследования по применению ПБС. При добавлении к метану высших углеводородов этана и пропана значительно увеличивается производительность по этилену. Увеличение производительности по этилену от вводимых в систему углеводородов С2–С3 не пропорционален их концентрации, а значительно больше. Например, использование метан – этан – пропановой смеси с концентрацией высших углеводородов 3,6 об. % при одинаковых условиях увеличивает производительность по этилену на порядок по сравнению с чиcтым метаном. Использование в качестве углеводородного сырья пропан – бутановой смеси (пропан – 70 мол. %, остальное бутаны) позволяет достичь значительно большего выхода олефинов при использовании массивного катализатора 6 мол. % Na₃PO₄/MnOx.

В компании Corea PTG co.Ltd.(Южная Корея) существует технология получения бутандиола из н-бутана с получением малеинового ангидрида. 40000 тонн бутандиола можно получить, используя 2700 т метанола и 58000 тонн н-бутана, который можно выделить из сжиженного углеводородного газа.

Имеются технологии производства бутандиола также из пропана (пиролиз). В настоящее время проводится проработка вопроса с пропанам (пиролиз) для производства бутандиола. Здесь может сыграть роль ацетиленовая схема.

В целом полагают, что производство бутандиола обеспечено сырьевой базой.

Применение перспективных технологий позволяет организовать новых производств на базе ПБС и увеличение выпуска полимерных продукций, указанных в перспективных планах развития отрасли в республике [11].

Список литературы.

1. Chen J.O., Vora B.V., Pujado P.R., Gronvold E., Fuglerud T., Kvisle S. Most recent developments in ethylene and propylene prodaction from natural gas using the UOP/Hydro MTO process. 7 th Natural gas conversion Symposium, Dailan, China, June 6-10, 2004, abs. 1-01-071.
2. Hertog C., Scholz J. MTO – Methanol to olefins. http://www.cvt.uni-karlsruhe.dedownload /mto.pdf
3. Thinnes B. «On-purpose» propylene production. Hydrocarbon Processing, March, 2010, p. 19
4. Мажитов Ш.Х., Курбонов А.А., Вагапов Э.Х., Досумова Э.Я. Состояние и перспективы углубленной переработки газа с применением холодильных процессов // Сб. трудов республиканской научно-технической конференции «Искусственный холод. Проблемы и перспектива». Ташкент, 2002, с.47-51.
5. Mazhitov Sh., Kurbonov A.A. Vagapov I., Hudoyberdiev Zh. Improvement of Technology of Valuable Gas Components Splitting be Use of Cooling Process. 21^st IIR International Congress of Refrigeration, Washington D.C., USA, August 17-22, 2003, ICR0474.
6. Яруллин Р.С. Газохимия - будущее России. Доклад на X – Московской международном химическом саммите, М., 7-8 октября 2014 г.
7. Свейти Т. Тенденции в развитии нефтеперерабатывающей промышленности мира: состояние и перспективы. // Нефтегазовые технологии, 2006. - № 1. - С. 59
8. Simchenko V.P., Shcherbakov P.M., Vedeneev V.I., Arutyunov V.S. Oxidation of natural gas to methanol in a cyclic mode // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. – 2001. – V. 35. – № 2. – P. 209–211.
9. Галанов С.И., Сидорова О.И., Литвак Е.А., Косырева К.А. Марганецсодержащие катализаторы переработки попутных нефтяных газов.// Известия Томского политехнического университета. – 2012. – Т. 320. – № 3. – С.124 – 128.
10. Хасанов Р.Г., Муртазин Ф.З., Ахметов С.А., Жирнов Б.С. Термоконтактный пиролиз пропана и бутана // Башкирский химический журнал. – 2009. – том 16. – С. 51 – 54.
11. Постановление Президента Республики Узбекистан №ПП-4295 от 03.04.2019 г. «О мерах по дальнейшему реформированию и повышению инвестиционной привлекательности химической промышленности».