Раздел 1 Исходные вещества в ООС

Тема 1 Парафины

Лекция 2 Низшие парафины: свойства, источники получения. Способы выделения низших парафинов. Технологическая схема разделения углеводородов С ₁-С ₅

Технически важные для органического синтеза насыщенные углеводороды можно разделить на следующие группы:

1. низшие парафины (от С₁ до С₅), получаемые в индивидуальном виде;

2. высшие парафины (примерно от С₁₀ до С₄₀), обычно представляющие собой жидкие или твердые смеси гомологов с разным числом углеродных атомов.

Эти углеводороды содержатся в нефти и ее фракциях, в попутных газах, выделяющихся при добыче нефти, и в природном газе.

К низшим парафинам относятся углеводороды от метана СН₄ до бутанов С₄Н₁₀ при обычных условиях являются газообразными веществами, пентаны С₅Н₁₂ низкокипящими жидкостями.

Существенно, что разница в температурах кипения бутана и изобутана, а также н-пентана и изопентана достаточна велика, и это позволяет разделять изомеры ректификацией.

Низшие парафины плохо растворяются в воде и полярных жидкостях (низших спиртах, кетонах, альдегидах и пр.), но растворяются в других углеводородах и поглощаются твердыми адсорбентами (активированным углем). Их способность сорбироваться возрастает с увеличением молекулярного веса парафина, что используют для разделения парафинов С₃, С₄, С₁ и С₂ абсорбцией и адсорбцией.

Низшие парафины образуют с воздухом взрывоопасные смеси, и поэтому все цеха, где производятся или потребляются эти углеводороды, относятся к категории пожаровзрывоопасных. Токсичность низших парафинов не столь велика по сравнению с другими органическими соединениями, но ее нельзя не учитывать. Необходимо соблюдать технику безопасности.

Низшие парафины С₁ - С₅ присутствуют в природных и попутных газах. Природными называют газы, добываемые из чисто газовых месторождений. Иногда они содержат большие количества двуокиси углерода, азота, гелия. Попутными называются газы, выделяющиеся с нефтью при ее добыче из нефтяных скважин. Некоторая часть этих газов отделяется от нефти в сепараторах, а другая остается растворенной в нефти и отгоняется при ее стабилизации, т. е. отделении летучих компонентов. Все эти газы состоят в основном из низших парафиновых углеводородов. Давайте посмотрим типичный состав газов.

Природный газ выгодно использовать только как источник метана, поскольку в нем содержится небольшое количество высших гомологов. Наоборот, попутный газ и газы стабилизации нефти являются наиболее ценным сырьем для получения парафинов С₃—С₆. Из углеводородов С₄ в попутных газах преобладает н-бутан, из С₅ н-пентан.

Выделение фракции углеводородов С₃ — С₅ из попутных газов. При переработке попутных газов из них вначале выделяют более тяжелые углеводороды С₃—С₅. Для этой цели возможно применение различных методов (конденсации, адсорбции или абсорбции), которые при выделении индивидуальных углеводородов обязательно комбинируют с последующей ректификацией.

Конденсационно-ректификационный способ (или способ низкотемпературной ректификации) состоит в использовании одновременно высокого давления и низкой температуры при сжижении и ректификации газов. Однако для выделения углеводородов С₃—С₅ он значительного распространения не получил. Причиной является повышенный расход энергии на сжатие и охлаждение газов, так как одну из колонн необходимо орошать жидким этаном.

При адсорбционно-ректификационном способе разделения попутного газа используют непрерывно действующие адсорберы с движущимся сверху вниз слоем активированного угля. Для десорбции углеводородов уголь обрабатывают водяным паром и затем осушают горячим газом. Высшие парафины поглощаются углем в первую очередь, что позволяет выделить фракции углеводородов С₅, С₄, С₃ и даже С₂. Из-за больших капитальных вложений и трудностей при транспортировании адсорбента и обслуживании этот метод широко не распространился, но он считается наиболее эффективным для разделения газов с низким содержанием углеводородов С₃-С₅.

Для переработки попутных газов широко используют абсорбционно-ректификационный метод. Принцип этого метода состоит в том, что газ промывают в абсорбере под давлением и при охлаждении абсорбентом, а затем отгоняют растворенные в абсорбенте газы, которые после конденсации подвергают дальнейшей ректификации. Регенерированный абсорбент охлаждают и возвращают в абсорбер.

На комбинатах, базирующихся на переработке попутного газа, разделение его осуществляют на газофракционирующих (ГФУ) или центральных газофракционирующих установках (ЦГФУ). Они работают по разным схемам с числом колонн 6—10 и суммарным количеством в них тарелок от 400 до 700. При этом предусматривается выделение достаточно чистых фракций н- и изобутана, н- и изопентана, в то время как низшие углеводороды могут выпускаться в виде смеси (сухой газ) или фракций С₁ и С₂ с разным содержанием других углеводородов.

Одна из эффективных схем разделения углеводородов С₁—С₅ (кроме стадий очистки от механических и кислых примесей) изображена на рис. 2. Попутный газ сжимают в компрессоре 1 и после охлаждения водой направляют в ректификационную колонну 2, в которой углеводороды С₁—С₃ отделяют от высших. В зависимости от применяемого давления и содержания в газе фракций С₁ и С₂ для создания флегмы в дефлегматоре 3 используют в качестве хладагента воду или кипящий пропан из холодильного цикла. Легкая фракция подвергается ректификации в колонне 5, в которой флегма получается за счет охлаждения кипящим пропаном из холодильного цикла. Верхним продуктом этой колонны является сухой газ, а в кубе остается жидкий пропан.

Тяжелая фракция углеводородов С₅—С₆ из куба колонны 2 дросселируется до давления 0,8 МПа, и в ректификационной колонне 6 из нее отгоняют фракцию С₄, которую подвергают ректификации в колонне 7, получая фракции н- и изобутана с содержанием основных продуктов 98% (масс.).

Кубовая жидкость колонны 6 дросселируется до давления 0,3 МПа и поступает на дальнейшую ректификацию в колонну 8, где углеводороды С₅ отделяются от высших, остающихся в кубе. В ректификационной колонне 9 фракция С₅ делится на изопентан и н-пентан, которые содержат 97—98 % основного вещества. Ввиду малой разности температур кипения изомеров пентана и бутана колонны для их разделения имеют по 100— 180 тарелок и работают при большом флегмовом числе.

Метан и этан, содержащиеся в сухом газе, можно разделить низкотемпературной ректификацией, при которой флегма создается путем охлаждения жидким пропаном и этаном при давлении 4,0—4,5 МПа. Кроме того, природный газ, содержащий 96—97 % СН₄, может непосредственно применяться в качестве технического метана.

Рис. 2 – Технологическая схема разделения углеводородов С₁—С₅:

1 — компрессор, 2, 5, 6—9 — ректификационные колонны; 3 — дефлегматоры,

4—кипятильники; 10 — дроссельный вентиль.