Түүхий тосны нэрэх арга болон пиролизын аргын харьцуулалт: Таны эхний түүхий эдэд тохирох процессыг сонгох

Үндсэн зарчим: Боловсруулалтанд физик тусгаарлалт, пиролизанд термодинамик задрал

Буцлах цэгийн зөрүү нь нүүрсний тэнцвэрт боловсруулалтын үр ашигтай ажиллагааг хэрхэн дэмждэг вэ

Боловсролын процессын түүхий тос нэрэх энэ нь фракцын боловсруулалтыг ашиглан янз бүрийн температурын хүрээнд буцлах нүүрстөрөгчдийг тусгаарлах боломжийг ашигладаг. Наптены шиг хөнгөн бүтээгдэхүүн нь ойролцоогоор 35-с эхлээд 200 хэмийн хооронд уурыг үүсгэдэг бол хүнд бүтээгдэхүүн нь температур 550 хэмээс дээш өсөхөд шингэн байдалд үлддэг. Орчин үеийн ихэнх цацрагийн тэнхэг дэд нэгжүүд нь 50 миллибар хүчилтөрөгчөөс бага даралтанд ажилладаг. Энэ даралтын уналт нь буцлах цэгийг ойролцоогоор 300 хэмээр бууруулж, хэт халалтаас үүдэлтэй хор хөнөөл арилгахад тусалдаг. Энэ аргын үр ашиг нь тусгаарлагдсан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн молекул бүтцийг өөрчлөхгүйгээр тусгайлан нягт нь 95 хувьд хүрэх боломжтой.

Нүүрстөрөгчийн пиролизын үед үүсэх радикалын урвал ба холбоо тасрах механизмууд

Пиролизийн процесс нь голчлон материалыг нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгч ба нүүрстөрөгч-устөрөгчийн холбоог таслах зорилгоор 400-оос 800 градус Целсийн хооронд халаах замаар явагддаг. Энэ нь хүнд бодисуудыг хөнгөн нүүрстөрөгчийн бүтээгдэхүүнүүд болгон хувиргадаг. Дистилляцитай пиролизын ялгаа нь молекулуудыг буцах боломжгүйгээр өөрчилдөг явдал юм. Температур ойролцоогоор 750 градус Целсийн хүрэх үед бетта-скиссины нөлөөгөөр этилен ба метаны үйлдвэрлэл дээд хэмжээнд хүрдэг. Гэвч температур 1000 градус Целсийг давж бол түүнээс илүү материал нүүрсжин хувирдаг тул эцэст нь бага шингэн бүтээгдэхүүн гардаг. Боломжит хамгийн ашигтай гаралтыг энэ процессын тусламжтайгаар гаргаж авахын тулд температурыг нарийн тохируулах нь маш чухал.

Тохиолдол судалгаа: Ширээний масштабтай дистилляци vs Хаягдлыг химийн бодис болгон хувиргах пиролизийн үйл ажиллагаа

2021 онд Петролын судалгаа ба үйлдвэрлэл сэтгүүлд хэвлэгдсэн судалгааны ажилд өдөрт 250 мянган баррель түүхий нефтийг боловсруулах уламжлалт атмосферийн нэрэх усны төхөөрөмжүүдийг өдөрт 500 тонн пластмассын хог хаягд боловсруулах шинэ модуль хэлбэрийн пиролизийн системтэй харьцуулсан. Газийн холтос үйлдвэрлэхэд нэрэх арга нь 82% энергийн ашиглалтын үр дүнтэй ажилласан бол пиролизийн арга нь зөвхөн 58% ашиглалттай боловч хэрэглэгчийн хэрэглээний дараахь пластмассыг ашиглах давуу талтай байв. Энэ нь сонирхолтой нь гидротүлшлэгийн боловсруулалтын дараа пиролизийн тосыг FCC төхөөрөмжид 15-20%-ийн харьцаагаар холих боломжтой болж байв. Энэ нь дахин боловсруулсан материалыг үйл ажиллагаанд нь оруулахыг хүсч буй нүүрс түлш боловсруулах үйлдвэрүүдийн жилд шатахууны орлуулалтыг ойролцоогоор жилд 12,000 куб метрээр бууруулж болох боломжийг олгож байна.

Эх үүсвэрийн тохиромж: Нүүрсний түүхий тосны атмосферийн н distillation ба пиролизын хооронд нийцүүлэх

Дулааны боловсруулалтад трещингийн чанарыг нөлөөлдөг гол шинж чанарууд

Атмосферийн нүүрсний түүхий тосны боловсруулалт нь буцлах цэг нь тогтвортой, нүүрстөрөгчийн орлого багатай үед хамгийн үр дүнтэй ажилладаг. Энэ нь нафта, дизель түлш, үлдэгдэгч фракцууд зэрэг үнэт бүтээгдэхүүнүүдийг тусгаарлахыг хялбар болгодог. Нөгөө талаар пиролиз технологи нь трещинг хийхэд хялбар материалуудтай ажиллах үед илүү сайн ажилладаг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн молекулуудын салаалалт, устөрөгчийн болон нүүрстөрөгчийн харьцаагаар тодорхойлогддог. Жишээлбэл, полиолефин дээр суурилсан хог хаягдлыг авч үзье: Эдгээр материалыг пиролизын үед NREL-ийн 2022 онд хийсэн судалгаагаар этилен, пропилен зэрэг химийн бодисууд болгон ойролцоогоор 75-85 хувь хувиргадаг. Энэ нь түүхий тосны энгийн эфирийн нүүрстөрөгчидтэй харьцуулахад илүү сайн үр дүн юм.

Хүхрийн, хүчилтөрөгчийн болон пиролизийн тосонд үлдэгдэгч бохирдлын асуудал

Хаягдлаас эсвэл биомассаас гарган авсан пиролизийн тосонд жингийн 0.5–3.2% хүчилтөрөгч болон 0.1–1.8% хүхэр агуулагдаж байгаа тул түүнийг боловсруулахаас өмнө үнэтэй гидротритмент хийх шаардлагатай байдаг. Хлорофилл агуулсан нэмэлт бодисууд нь хөнгөн цагааны хлоридыг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь реакторын тусгай материал болон хийг шингээгч систем шаарддаг. Нөгөө талаар, түүхий тосны дистилляцид агуулагдах хүхэр нь хүнд фракцуудад төвлөрдөг тул доод түвшний нэгжүүдэд удирдахад хялбар байдаг.

Жинхэнэ тос vs Хаягдлаас гарган авсан пиролизийн тос: Харьцуулсан шинжилгээ

Уламжлалт нефтийн түүхий эд нь дистилляци хувиргах үйл явцад сайн тохирдог нэгэн ижил найрлагатай байдаг. Харин пиролизийн тос нь холимог хаягдлыг ашиглан ашигтай нүүрстөрөгчид болгон хувиргаж чаддаг тул өөр төрлийн боломжийг оруулж ирдэг. 2024 онд хийсэн сүүлийн үеийн судалгаа нь шингэн катализийн крекингийн системийг судалж, рефнерүүд вакуум газийн тосонд жингийн 10% нь пиролизийн тосыг холиход коксын үүсэлтийг ойролцоогоор 18%-иар бууруулж байгааг тогтоосон бөгөөд энэ нь гарц нь тогтмол байсан чухал амжилт юм. Гэсэн хэдий ч пиролизийн тос нь янз бүрийн хувьсах бохирдлыг агуулж байгаа нь одоо байгаа асуудал юм. Рефнерүүд нь тогтвортой шүүх нефтийг боловсруулахаар барьж байгуулагдсан ч деполимержүүлэх үйл явцаар үлдэгдсэн хурдан катализаторууд нь одоо байгаа олон тооны төвүүдэд энэ технологийг өргөнөөр нэвтрүүлэхэд хүндрэл болдог.

Процессын ажиллагаа: гарц, үр ашиг, дүйцэх байгууламж

Хөнгөн олефиний гарц: нафта болон пиролизийн тосыг парын крекерүүдэд харьцуулах

Хэрэв уурын крекер нь нафтын тэжээлийн эх үүсвэртэй ажилладаг бол ерөнхийдөө 25-30 хувийн хөнгөн олефин үйлдвэрлэдэг бөгөөд энэ нь тогтвортой найрлагатай бөгөөд сайн хяналтанд байдаг нөхцөлд ажилладаг. Харин пиролизийн тосоор ажиллах нь илүү төвөгтэй. Гидротрэатментийн процессоор ажиллуулсны дараа ч эдгээр материалын хувьд ерөнхийдөө зөвхөн 15-20 хувийн хөнгөн олефин л үйлдвэрлэгддэг. Яагаад гэвэл тэдгээрийн молекулын бүтэц нь ихээр ялгаатай байдаг бөгөөд ихэвчлэн хлорид шиг хольц агуулдаг. 2023 онд Петрохимийн инновацийн консорциум гаргасан сүүлийн үеийн тайлангийн мэдээлснээр мөн сонирхолтой нь нафтын хэмжээтэй адил этилен үйлдвэрлэхийн тулд пиролизийн тосыг ойролцоогоор 10-15 хувиар өндөр температурт крекинг хийх шаардлагатай байдаг. Энэ температурын зөрүү нь олон уул уурхайн ажиллагааны зардал, үр ашгийг бодитоор нөлөөлдөг.

Оршин буй крекингийн нэгжид хольцын тэсвэр: Техникийн болон үйл ажиллагааны хязгаар

Пиролизний тос нь 13% хүхэр, хүчилтөрөгчийн давхаргыг агуулж, дистильжсэн нафтад <0,5%-аас их байна (NREL, 2022). Эдгээр бохирдол нь коксжих, халдварлах үйл ажиллагааг хурдасгаж, туршилтын туршилтаар реакторын амьдралыг 40~60%-иар богино болгодог. Өндөр дэвшилтэт хүхрийн цэвэрлэгч, хоёр шаттай унтраасан машиныг нэмж хэрэглэх нь тэвчээртэй байдлыг сайжруулдаг боловч бүрэн хэмжээний шинэчлэл нь 18 сая ам.долларын хөрөнгө зардалтай.

Пиролизийн үйл ажиллагаанд энерги зарцуулалт болон хөрөнгө оруулалтын зардлын харьцааны эргэлт

Хог хаягдлын хуванцар ашиглах үед пиролизын хөтлөгч материалын зардал нэг тонн тутамд 20-40 ам.доллар байдаг бөгөөд энэ нь нэг тонн нь 600-800 ам.долларын үнэтэй дистиллят нафта дээр харьцуулахад маш хямд байдаг. Гэсэн хэдий ч энд тодорхой нэгэн хүндрэл бий. Үйлдвэрлэсэн тонн бүрт үйл явцад энерги 30-50% илүү зарцуулагддаг тул эдийн засгийн хувьд зөвхөн хөтлөгч материалын үнэ тонн бүрдээ дээд тал нь 55 ам.доллар байх үед л ашигтай байдаг. Энергийн шилжилтийн институтын зарим загварын судалгаагаар ФКК нэгжид био-тоснуудыг холих нь нийт энерги зарцуулалтыг ойролцоогоор 22% бууруулдаг байна. Энэ нь зардлын хувьд үр дүнтэй байдалд нөлөөлөх бөгөөд үйлдвэрлэлийн гаралтыг ихэнх үйл ажиллагаанд тогтвортой байлгаж чаддаг.

Тогтвортой байдал ба дугуй эдийн засэг: Пиролизын орчин үеийн нефтехимийн салбарт тогтоосон үүрэг

Пиролизийн процесс нь байгаль орчныг хамгаалах, эргэцүүлэн боловсруулах зарчимд чиглэгдсэн бөгөөд эргэж боловсруулах боломжгүй хуучин пластмасс, резинийг дахин ашиглагдах гидрокарбон болгон хувиргадаг тул эдгээр хог хаягдлыг дахин ашиглах боломжийг олгодог. Энэ аргаар бүх пластик хог хаягдлын ойролцоогоор 85% нь нөхөн авагддаг бөгөөд иймд хогийн цэгцтэй хаялт багасдаг. Мөн энэ процессоор гарах тосны энергийн агууламж нь килограммд 38-с 45 МЖ хүрч стандарт нафта тосны үзүүлэлттэй ойролцоо байдаг. Сүүлийн үед катализаторын технологид хөгжөлт орж ирсэн бөгөөд жишээлбэл, улаан шороо эсвэл Co/SBA-15 нэгдлүүд нь пиролизийн тосонд агуулагдах хүхрийн хэмжээг жингийн 0.5%-иас бага байлгаж бусад химийн эргэлтийн процессуудтай хольж ашиглах боломжийг сайжруулж байна. Эмнэлгийн зэрэглэлийн пластик хог хаягдлыг амжилттай пиролизийн тос болгон хувиргасан туршилтын үр дүнгээс харахад пиролизийн тос нь FCC төхөөрөмжид хэрэглэгдэх уламжит шатахууны 20-30%-ийг орлох боломжтой боловч одоогоор орон нутгийн олон түүхий тос боловсруулах үйлдвэрүүд энэ технологийг нэвтрүүлэхэд хүндрэлд орж байна. Төхөөрөмжийн засвар, шинэчлэлтийг хийлгүүлэх зэрэг зардал ихтэй ажилд орохгүйгээр пиролизийн тос, биотосыг уламжит аргаар боловсруулах нь хагасаас ч ихгүй үйлдвэрт л боломжтой байгаа юм.

Химийн дахин боловсруулалтын тэжээлийн эх үүсвэр болгон пиролизийн тос

Пиролизийн тосны өндөр лимонен, BTX агууламж нь анхдагч полимер үйлдвэрлэлд тохиромжтой байдаг. Хаягдсан нэг тонн дугуйг боловсруулахад 450–600 кг тос гарах бөгөөд стирол үйлдвэрлэхэд шаардагдах шороон тосонд гаралтай тэжээлийн 30%-ийг орлуулж чадна.

Полиолефиний катализаторт пиролиз: Хог хаягдлыг үнэ цэнэтэй болгох арга технологийг хөгжүүлэх

Зэолит суурьт катализатор нь 500°C температурт полиолефиныг 80%-иар хөнгөн олефин болгон хувиргадаг бөгөөд термал пиролизоос дөрөв дахин их бохирдлыг тэсвэрлэдэг. Энэ нь урьдчилан боловсруулах зардлыг тонн тутамд 40–60 ам.долларын хэмжээнд бууруулж, масштаблах боломжийг сайжруулдаг.

FCC нэгжид био тос, пиролизийн тосыг хамтад нь боловсруулах боломжит чиглэл ба хязгаарлалт

Пиролизийн тосыг вакуум газийн тосоор 10%-иар холиход пропилен үйлдвэрлэл 12%-иар нэмэгддэг. Гэвч хлорын агууламж 50 ppm-с дээш байвал коррозийн эрсдэл үүсэх бөгөөд интеграц хийхэд аюулгүй байдлыг хангахын тулд реакторыг шинэчлэхэд 2–4 сая ам.долларын зардал гардаг.

Боловсруулалтын арга замын нөлөө: Эцсийн бүтээгдэхүүний чанарыг хэрхэн нөлөөлөх вэ?

Температур, даралт, хугацааны нөлөө нь пиролизийн гаралтанд

Пиролизийн үед бүтээгдэхүүн хэрхэн тархах нь ихэвчлэн 450-оос 800 градус Целсийн хооронд хэлбэлзэх температур, ердийн атмосферийн түвшнээс эхлээд дунд зэрэг хүч хэмнэлтийн нөхцөл хүртэлх даралтын нөхцөл, материалыг реакторт байлгах хугацаа ихэвчлэн хагас секундээс гучин секунд хүртэл үргэлжилдэг гэсэн гурван гол хүчин зүйлд хамаарна. Халууныг ихэсгэхэд ихээр хий үүсдэг бөгөөд этилен, пропилен нь 15-20 хувийн гарц өгдөг. Шингэн тосны гарцыг ихэсгэхийг хүсч буй хүмүүст 500-650 градус Целсийн температур сайн ажилладаг. Процессыг хурдан явуулах нь парафин шиг хүнд нэгдлүүдийг задлахгүйгээр хадгалахад тусалдаг. Гэвч материалыг урт хугацаагаар байлгавал нарийн молекулууд нь илүү жижиг, химийн хувьд тогтворгүй бүтээгдэхүүн болгон задарч эхэлнэ.

Нефть болон воск үйлдвэрлэлийг оновчтой болгохын тулд катализаторын хамт дахин термийн задрал

ZSM-5 цеолит эсвэл алюмосиликат зэрэг катализаторууд нь хүрээлэнгийн бүтээгдэхүүн рүү задрах процессыг чиглүүлэх замаар сонголтыг 15–40%-иар сайжруулдаг. Хүчиллэг катализатор нь биомасс хөтөлбөрт орсон хүчилтөрөгчийг дарж, хөнгөн олефин үүсгэх боломжийг нэмэгдүүлдэг (этилен сонголт 65–80%). Пластикийг биомасс-тай хамт термийн задралд оруулах нь воскийн зуурмайг 30%-иар бууруулж, олборлолтын дараах инженерийн системтэй нийцэх чадварыг сайжруулдаг.

Түүхий тосны хамт гидротермийн задралын тос: Тогтвортой байдал, цэвэршил, нийцэх чанар

Гидротехнологийн процесс нь пиролизийн тосны хүчилтөрөгч, хүхрийн агууламжийг 90-95 хувь хасаж авдаг бөгөөд энэ нь түүнийг цангаж буй шүүгдсэн цагаан тосны фракцтай ойролцоо тогтворжуулдаг. Гэсэн хэдий ч энд нэг асуудал байдаг. Эмчилгээний дараа ч эдгээр тоснууд нь ердийн шинэ нафтаас хоёр, эсвэл гурван дахин илүү ароматик нэгдэл агуулж байдаг тул полимер үйлдвэрлэх зэрэг зарим төрлийн үйлдвэрлэлийн түүхий эд болгон шууд ашиглах боломжгүй бөгөөд нэмэлт боловсруулалтанд хамрагддаг. Цагаан тосыг цангаад шүүх нь оршин буй инфраструктуртай сайн ажилладаг боловч шинэчилсэн пиролизийн тосуудыг авч үзвэл тэдгээрийн молекулууд илүү олон төрөл байдаг. Энэ нь нандин угтвар үйлдвэрлэх зэрэг зарим онцгой хэрэглээнд боломжийг нээж өгдөг. Тэдгээрийг ажиллуулахад тулгардаг сорилт амжилттай байж чаддаг.

Түгээмэл асуулт

Цагаан тос цангах ба пиролизийн хооронд ямар ялгаа байна вэ?

Нэрэлжүүлэлт нь хийгдэх температурын зөрүүг ашиглан нүүрстөрөгчдийг тусгаарлах бөгөөд молекулын бүтцийг өөрчлөхгүй физик тусгаарлалтын процесс юм. Нөгөө талаар, термодеградаци нь радикал цуврал урвалын дүнд молекулын бүтцийг байнга өөрчилдөг дулааны задралыг багтаадаг.

Термодеградацийг яагаад илүү тэгш байдлыг дэмжих гэж үздэг вэ?

Термодеградаци нь цаашид дахин боловсруулах боломжгүй байгаа хог хаягдлыг ашиглах боломжтой нүүрстөрөгчинд хувиргаж, газрын хаягдлыг бууруулах, тойрог эдийн засгийн зарчимд дэмжлэг үзүүлэх замаар тэгш байдлыг дэмждэг.

Нэрэлжүүлэх системд термодеградацийн тосыг ашиглахад ямар сорилт байна вэ?

Термодеградацийн тосонд хүчилтөрөгч, хлоридын өндөр агууламжтай олон төрлийн бохирдлууд, хачин чанарууд агуулагддаг тул тэдгээрийг үр дүнтэй боловсруулахын тулд оршин буй нэрэлжүүлэх системд засвар хийх шаардлагатай байдаг.