Neft distillyatsiyasi va piroliz: oziq moddasi uchun to'g'ri jarayonni tanlash

Asosiy tamoyillar: distillyatsiyadagi fizik ajratish va pirolizdagi termik parchalanish

Qaynash nuqtasi farqi qanday qilib neftni distillyatsiya qilish samaradorligini belgilaydi

Protsess neftning distillatsiyasi bu turli temperaturalarda qaynaydigan turli uglevodorodlarni ajratish uchun fraktsion distillyatsiya deb ataluvchi jarayondan foydalanadi. Benzinning yengil qismlari 35 dan taxminan 200 gрадус Celsiusgacha bo'lgan temperaturada bug'ga aylanadi, boshqa og'irroq qismlari esa 550 gradusdan yuqori temperaturada suyuq holda qoladi. Hozirgi zamonaviy qayta ishlash zavodlarining ko'pligi vakuumli distillyatsiya bloklarini 50 millibardan kam bosimda ishlatadi. Bu bosimning pasayishi qaynash haroratini taxminan 300 gradusgacha kamaytiradi, bu esa ortiqcha issiqlik ta'sirini oldini oladi. Bu usulning samaradorligini shuni bilishda, u ajratilayotgan komponentlarning molekulyar tarkibini o'zgartirmasdan, dastlabki distillyatlar sovuvi 95% gacha tozalik darajasiga erishishi mumkin.

Gidrokarbon pirolizidagi radikal reaksiyalar va bog' uzilish mexanizmlari

Piroliz jarayoni asosan 400 dan 800 gрадус Целсийgacha bo'lgan haroratda isitish orqali amalga oshiriladi, bu esa uglerod-uglerod hamda uglerod-vodorod bog'larini radikal zanjirli reaksiyalar orqali parchalaydi. Bu og'ir moddalarni yengil gidrokarbon mahsulotlarga aylantiradi. Pirolizni distillyatsiyadan farqli qiluvchi jihat shundaki, u molekulalarning o'zini muzammal ravishda o'zgartiradi. Taxminan 750 gрадус Целсийgacha bo'lgan haroratga yetganda beta kesish hodisasiga ko'ra, etilen va metanning maksimal ishlab chiqarilish darajasi kuzatiladi. Lekin agar harorat 1000 gрадус Целсийdan oshib ketganda, boshqa narsa sodir bo'ladi - material grafitga aylanishni boshlaydi, bu esa yakunda kamroq suyuq mahsulot hosil bo'lishi ma'nosini anglatadi. Ushbu jarayondan olinadigan eng foydali chiqimlarni olish uchun haroratni aniq sozlash juda muhimdir.

Ishlanma: Refinering distillyatsiyasi qaraganda xomashyodan kimyoviy moddalarga aylantirish pirolizi operatsiyalari

2021-yilda «Journal of Petroleum Exploration and Production» da eʼlon qilingan maqolada neftni qaytish qurilmalarini qayta ishlash jarayonini yangi modulyar piroliz tizimlari bilan taqqoslash olib borildi. Anʼanaviy atmosferali distillyatsiya qurilmalari kuniga taxminan 250 ming barrel neftni qayta ishlaydi, yangi modulyar piroliz tizimlari esa kuniga 500 tonna plastik chiqindini qayta ishlaydi. Distillyatsiya usuli benzin olishda ajoyib 82% energiya samaradorligiga erishdi. Boshqa tomondan, piroliz usuli esa 58% samaradorlikka erishdi, garchi u foydalanuvchi sovgʻa qilingan plastik materiallar bilan ishlash afzalligiga ega bo'ldi. Bu qiziq bo'lgani shundaki, ba'zi gidrotreatment qayta ishlashdan keyin piroliz yogʻlari haqiqatan ham yaxshi ishladi va FCC qurilmalariga 15 dan 20% gacha aralashtirish imkonini berdi. Bu esa qayta ishlangan materiallarni ishlab chiqarishga jalb qilmoqchi bo'lgan qayta ishlovchi zavodlarning yiliga taxminan 12 ming kub metr yangi nafta sarfini kamaytirishi mumkinligini anglatadi.

Xomashyotning mosligi: tarkibni neft distillyatsiyasi va piroliz bilan moslashtirish

Termik qayta ishlashda qayta ishlash qobiliyatiga ta'sir qiluvchi asosiy xususiyatlar

Distillyatsiya jarayoni, qaynash nuqtalari barqaror bo'lgan va uglerod qoldig'i minimal bo'lgan neft xomashyosini qayta ishlashda eng yaxshi natija beradi. Bu aralashmani benzin, dizel yoqilg'i va turli qoldiq fraktsiyalarga ajratishni osonlashtiradi. Bosh farq qilganda, piroliz texnologiyasi odatda molekulalarning tarmoqlanish darajasi va ularning vodorod-uglerod nisbati bilan belgilanadigan qayta ishlashga yaxshi mos keluvchi materiallar bilan ishlashda yaxshi natija beradi. Masalan, poliolefin asosidagi plastiklarni misol qilib keltirish mumkin, ular 2022-yilda NREL tadqiqotlariga ko'ra, piroliz jarayonida etilen va propilen kabi foydali kimyoviy moddalarga aylantirilish ehtimoli 75 dan 85% gacha. Bu esa an'anaviy neft manbalarida uchraydigan to'g'ri zanjirli alkanlardan kutilayotgan natijadan yaxshiroq.

Zaharlantiruvchilar bilan bog'liq qiyinchiliklar: piroliz yog'laridagi oltingugurt, kislorod va qoldiqlar

Chiqindi plastik yoki biomasdan olinadigan piroliz yog'lari og'irlik bo'yicha 0,5–3,2% kislorod va 0,1–1,8% oltingugurt tutadi, shuning uchun qimmatbaho gidrotreatmentni zarur qiladi. Plastiklarda xlorlangan qo'shimchalar korroziyalashuvchi HCl hosil qiladi, bu esa maxsus reaktor materiallarini va gaz tozalash tizimlarini talab qiladi. Bunaqasiga qaramay, neftdagi oltingugurt distillyatsiya qilishda og'ir fraktsiyalarda jamlanadi, quyida joylashgan vositalarda boshqarishni soddalashtiradi.

Taqqoslovchi tahlil: neft yog'lari vs chiqindilardan olinadigan piroliz yog'lari

An'anaviy neft xomashyosining tarkibi barqaror bo'lib, distillyatsiya jarayonlari uchun ajoyib natija beradi. Piroliz yog'lar esa aralash chiqindi materiallardan foydali uglevodorodlarni olish imkonini beradi. 2024-yilda o'tkazilgan so'nggi tadqiqotlar Fluid Catalytic Cracking (FCC) tizimlarini o'rgangan va aniqlangan ma'lumotlarga ko'ra, refineriyalar piroliz yog'ining 10% ni vakuumli gaz moyi bilan aralashtirganda, qayta ishlash jarayonida qoq hosil bo'lishi taxminan 18% kamaytirish mumkin, bu esa chiqim darajasi deyarli o'zgarmasdan qolishiga qaramay juda yaxshi natijadir. Biroq, hali ham piroliz yog'larida turli xil ifloslantiruvchi moddalar mavjudligi muammo sifatida qolmoqda. Refineriyalar barqaror neft kirishini qayta ishlash uchun qurilgan bo'lsada, depolymerizatsiya jarayonlaridan keyin qolgan katalizatorlar aksariyat mavjud zavodlar uchun keng qo'llashni qiyinlashtirmoqda.

Jarayon natijasi: Chiqim, samaradorlik va infratuzilma mosligi

Yengil olefinlar chiqimi: Benezin va Piroliz yog'i solishtirilganda gaz qurilmalarida

Bug'lanma krakerlar nafta xom ashyosi bilan ishlaganda, materialning barqaror tarkibiga va yaxshi nazorat ostida bo'lgan sharoitlarga ega bo'lgani uchun umuman olganda 25 dan 30 foizgacha yengil olefinlar hosil qiladi. Ammo piroliz yog'lar bilan ishlaganda vaziyat qiyinroq. Gidrotreatment jarayonlaridan o'tgandan keyin ham, bu materiallardan odatda atigi 15 dan 20 foizgacha yengil olefinlar olinadi. Nima uchun? Asosan ularning molekulyar tuzilishlari juda xilma-xil bo'lib, ularda ko'pincha xloridlardan iborat aralashmalar bo'ladi. 2023-yilda Petrokimyoviy innovatsiya konsorsiumi tomonidan so'nggi e'tibor qaratilgan xabar ham qiziq. Nefataga qanchalik etilen ishlab chiqarilayotgan bo'lsa, piroliz yog'larini yorish uchun harorat taxminan 10-15% yuqori bo'lishi kerak. Bu harorat farqi ko'plab zavodlar uchun operatsion xarajatlar va samaradorlikka bevosita ta'sir qiladi.

Mavjud yorish birliklaridagi aralashmalarga chidamlilik: Texnik va operatsion chegaralar

Piroloz moylar 1–3% oltingugurt va kislorodli aralashmalar tutadi, bu distillangan naftaga qaraganda <0,5% dan ancha yuqori (NREL, 2022). Bu aralashmalar reaktorning xizmat muddatini sinov ishlarida 40–60% qisqartiradi. Ishqalanishni kamaytirish uchun zamonaviy oltingugurt tutkichlar va ikki bosqichli sovutish tizimini o'rnatish kerak bo'ladi, lekin to'liq yangilashlar uchun mablag' sarfi 18 million AQSH dolloridan oshadi.

Piroloz jarayonlarida Energiya kirimi va Xomashyo narxi o'rtasidagi muvozanat

Suvot plastiklarni qayta ishlashda piroliz uchun xomashyolarga ketadigan xarajatlar tonnasi $20 dan $40 gacha bo'ladi, bu distillangan naftaning tonnasiga $600 dan $800 gacha bo'lgan narxiga qiyoslaganda ancha arzon. Lekin bu yerda aytib o'tish lozim bo'lgan bir noqulaylik bor. Jarayonning o'zi ishlab chiqarilgan tonnaga 30-50% ortiqcha energiya iste'mol qiladi, shu sababli xomashyo narxi tonnasi $55 dan past bo'lganda gina moliyaviy jihatdan ma'qul bo'ladi. Energiya o'tish instituti tomonidan o'tkazilgan ayrim modellashtirish ishlari FCC o'qlariga biokurilklarni qo'shish umumiy energiya talabini taxminan 22% ga kamaytirishini, shu bilan birga operatsiyalarning ko'pchiligida yetarli darajada barqaror hosilni saqlab turishini ko'rsatdi.

Bardoshlilik va aylana iqtisod: Zamonaviy neft kimyosida pirolizning roli

Piroli z jarayoni aynan aylana iqtisodiy tamoyillarga yaqinlashtiradi, chunki u qayta ishlashga mos kelmaydigan plastmassalar va eskirgan rezina materiallarini qaytadan foydali narsaga - oddiy distillyatsiya usullari bilan qayta ishlash qiyin bo'lgan gidrokarbonlarga aylantiradi. Shu usul orqali plastmassa chiqindilarning taxminan 85% qayta tiklanadi, ya'ni to'plangan chiqindilarning kamroq qismini to'kishga to'g'ri keladi. Shuningdek, hosil bo'lgan moylarning energiya sig'imi 38 dan 45 MJ/kg gacha yetadi, bu oddiy nafta mahsulotlaridagi ko'rsatkichga o'xshaydi. Ba'zi yangi katalizatorlar ishlab chiqilayotgan bo'lib, ular xuddi qizil loy yoki Co/SBA-15 kabi moddalardan foydalangan holda sulfat miqdorini 0,5% atrofida kamaytiradi, shu tufayli boshqa kimyoviy qayta ishlash jarayonlari bilan aralashtirilganda ular ancha yaxshi ishlaydi. Tibbiy toifadagi plastmassa chiqindilarini muvaffaqiyatli qayta ishlash bo'yicha o'tkazilgan tajribalar ham piroli z jarayonining FCC o'rnatmalarda an'anaviy fosil yoqilg'ining taxminan 20-30% qismini almashtirishi mumkinligini ko'rsatdi. Biroq, hozirgi neftni qayta ishlash zavodlarining aksariyati hali ham ushbu texnologiyaga ega emas. Ular yarmidan kamroq qismi piroli z moylarini yoki bio-moylarni qimmat jihozlarni o'rnatmasdan oddiygina jarayonlarga qo'shib ishlata olmaydi.

Kimyoviy qayta ishlash uchun barqaror xomashyo sifatida piroliz yog'i

Piroliz yog'idagi yuqori limonen va BTX tarkibi uning birinchi nav polimerlarni ishlab chiqarish uchun mosligini ta'minlaydi. Bir tonna chiqindili shinalarni qayta ishlash 450–600 kg yog'ga ega bo'lib, stirol ishlab chiqarishda qazib olinadigan xomashyoning 30% ni almashtirish uchun yetarli.

Poliolefinlarning katalitik pirolizi: plastik chiqindilarni qayta ishlashni rivojlantirish

Zeolit asosidagi katalizatorlar 500°C da poliolefinlarning 80% ni yengil olefinlarga aylantiradi, termal pirolizga qaraganda to'rt marta ko'proq ifloslantiruvchi moddalarga chidamli. Bu esa har bir tonna qayta ishlash uchun $40–60 miqdorida qo'shimcha tayyorgarlik sarflarini kamaytiradi.

FCC birliklarida bio-yog'lar va piroliz yog'larini birgalikda qayta ishlash: amalga oshirish imkoniyati va cheklovlar

Piroliz yog'ining 10% aralashmasi vakuum gaz moyi bilan propilen chiqimini 12% ga oshiradi. Biroq, 50 ppm dan yuqori xlorid darajasi korroziya xavfini keltirib chiqaradi va xavfsiz integratsiya uchun $2–4 million miqdorida reaktorlarni yangilash talab qilinadi.

Keyingi ishlash natijalari: qayta ishlash usullari yakuniy mahsulot sifatiga qanday ta'sir qiladi

Harorat, bosim va turish vaqtining piroliz natijasiga ta'siri

Piroliz jarayonida mahsulotlarning taqsimlanish usuli asosan uchta asosiy omilga bog'liq: odatda 450 dan 800 gradusgacha bo'lgan harorat, normal atmosfera bosimidan tortib muvozanatli vakuumgacha bo'lgan bosim sharoitlari hamda materialning reaktorda turish vaqti, odatda yarim soniyadan o'ttiz soniyagacha. Isitish darajasini oshirganda xususan etilen va propilenning 15-20% chiqimini kuzatish mumkin. Suyuq yog'ning maksimal chiqimini oshirishni istaganlar uchun 500-650 graduslik harorat eng yaxshi natija beradi. Jarayonni tez o'tkazish vositasi sifatida qalinroq birikmalar, masalan, voskni ularning yanada parchalanib ketishini oldini oladi. Biroq, moddalarni juda uzoq vaqt ushlab qolsak, murakkab molekulalar hali ham kichikroq, tijorat jihatdan kam foydali tarkibga ajralib ketadi.

Optimal moy va vosk olish uchun katalitik ham-pirolicha

ZSM-5 tuzilish yoki alyumosilikatlar kabi katalizatorlar izohlanayotgan mahsulotlarga yo'naltirish hisobiga 15–40% gacha tanlovchanlikni oshiradi. Kislotali katalizatorlar biomassa oqimlarida yorug' olefin chiqishini (etilen tanlovchanligi 65–80%) oshiradi va kislorodli moddalarni surunkali ravishda qamrab oladi. Plastiklarni biomassaga ham-pirolozi voskning namlanuvchanligini 30% ga kamaytiradi, shu bilan birga qayta ishlash infrastrukturasi bilan moslikni yaxshilaydi.

Gidrotretlangan piroloz moyi va distillangan siqilgan neft: Barqarorlik, tozalik va moslik

Gidrotreatment jarayoni piroliz yog'ida bo'lgan kislorod va oltingugurtning taxminan 90 dan 95 foizigacha chiqarib tashlaydi, bu yog'larni distillangan noyob fraktsiyalar darajasiga yaqinlashtirishga yordam beradi. Lekin bu yerda bir narsa bor. Davolashdan keyin ham ushbu yog'lar oddiy virgin naftaga qaraganda hali ham ikki yoki hatto uch barobar ko'proq aromatik birikmalar saqlab turadi, shu sababli ularni poliolefin ishlab chiqarish kabi maqsadlarda bevosita foydalanish qiyin. Distillangan noyob neft mavjud infratuzilma bilan yaxshi ishlaydi, lekin yangilangan piroliz yog'lari haqida gap ketganda ular aslida jadid narsalarni taklif qiladi. Ular molekulalarining tarkibi xilma-xil bo'lib, u karbon tolalar uchun old qatorlarni yaratish kabi maxsus sohalarda qo'llanilish imkonini beradi. Shunday qilib, ularni ishlatishda qiyinchiliklarga duch kelsak ham, ularning ko'p tomonliligi ularni qiziqarli qilib beradi.

Ko'p so'raladigan savollar

Distillyatsiya va piroliz o'rtasidagi asosiy farq nima?

Distillyatsiya - bu gidrokarbonlarni qaynash nuqtasi farqlaridan foydalanib ajratib olish fizik jarayon bo'lib, molekulyar tuzilishni o'zgartirmaydi. Piroliz esa, radikal zanjirli reaktsiyalar orqali molekulyar tuzilishlarni doimiy o'zgartiruvchi issiqlik parchalanishini o'z ichiga oladi.

Nima uchun piroliz qilish barqarorroq deb hisoblanadi?

Piroliz qilish qayta ishlanmaydigan plastiklar va chiqindilarni foydali gidrokarbonlarga aylantirish orqali to'plangan chiqindilarni kamaytirish va aylana iqtisodiy tamoyillarni qo'llab-quvvatlash hisobiga barqarorlikka hissa qo'shadi.

Distillyatsiya tizimlarida piroliz moylarini foydalanish bilan qanday qiyinchiliklar mavjud?

Piroliz moylari o'zida o'zgaruvchan kontsentratsiyadagi kontaminantlar va aralashmalar, jumladan, oltingugurt va xloridlarning yuqori darajasini saqlaydi, bu ularning barqarorligini kamaytiradi va mavjud distillyatsiya tizimlarini ushbu aralashmalarni samarali qayta ishlash uchun qimmatga qayta sozlashni talab qiladi.