Technologia

Technologia

Propylen jest drugim po etylenie najważniejszym z węglowodorów nienasyconych, stanowiącym surowiec dla przemysłu petrochemicznego. Głównym źródłem podaży propylenu są krakery parowe odpowiadające za około 57% światowej produkcji tego surowca. W instalacjach krakingu katalitycznego wytwarza się 35% propylenu sprzedawanego na rynku. Pozostałe 8% pochodzi z instalacji celowych (on-purpose).

 

1. Kraking

Kraking jest procesem przemiany węglowodorów nasyconych w węglowodory nienasycone. Jest to reakcja odwodornienia, którą można prowadzić metodą krakingu katalitycznego lub termicznego:

 

a) Kraking parowy (termiczny)
Prawie całe światowe zapotrzebowanie na etylen i większość propylenu uzyskuje się w procesie krakingu parowego. W wysokiej temperaturze, w obecności pary wodnej wyższe węglowodory ulegają podziałowi na pożądane cząsteczki olefin. Kraker dzieli się na trzy sekcje: pirolizy, wstępnego frakcjonowania (sprężanie) i rozdziału produktów. W zależności od stosowanych surowców uzyskuje się różną wydajność etylenu i propylenu. Najwyższe uzyski etylenu i propylenu otrzymuje się jednak wykorzystując jako wsad surowcowy propan, butan, benzynę ciężką lub olej gazowy. Kraking termiczny (parowy) jest jedynym dostępnym na skalę przemysłową procesem produkcji pełnego zakresu olefin (etylen, propylen, butadien) i jest traktowany, jako najlepsza dostępna technologia. Niemniej jednak, należy mieć na uwadze, że zmiana wsadu surowcowego w niektórych krakerach parowych na świecie, prowadzi do zmian w strukturze ich uzysków. W następstwie zastąpienia benzyny surowej etanem znacząco spada uzysk propylenu i rośnie uzysk etylenu. Zwiększone zużycie etanu w procesie produkcyjnym przyczyniło się do 40% spadku produkcji propylenu w Stanach Zjednoczonych w latach 2005-2012.

 

b) Kraking katalityczny
Kraking katalityczny stosuje się w rafineriach do konwersji ciężkich (wysoko wrzących) frakcji w nasycone, rozgałęzione parafiny, cykloparafiny i aromaty. W rafineriach stosuje się katalityczny kraking fluidalny (FCC) lub kraking ze złożem ruchomym. Uzyskuje się ciekłe produkty, a metoda jest wykorzystywana do produkcji paliw. Stężenie olefin w strumieniu produktów jest niskie i odzysk etylenu jest ekonomicznie mało atrakcyjny.

 

 

2. Technologie celowe

Do najpopularniejszych technologii celowych należą odwodornienie propanu (PDH) oraz metateza. Mniej powszechne są technologie przetworzenia metanolu do propylenu (MTP), metanolu do olefin (MTO) czy biomasy do propylenu:

 

a) Metateza
- reakcja konwersji mikstury etylenu oraz 2-butenu w propylen, komercyjnie sprawdzona technologia. Ze względu jednak na niską efektywność ekonomiczną w obecnych warunkach rynkowych, większość nowych projektów budowy instalacji metatezy została wstrzymana

 

b) MTO/MTP (Methanol To Olefins/Methanol to Propylene)
- w procesie tym otrzymuje się zarówno etylen jak i propylen. W obecności katalizatora heterogenicznego zachodzi konwersja metanolu i finalnym produktem jest mieszanina etylenu oraz propylenu. W Europie nie ma żadnej instalacji konwersji metanolu do olefin

 

c) PDH
- proces ten polega na odwodornieniu propanu w reakcji endotermicznej w obecności katalizatora heterogenicznego. W wyniku reakcji otrzymywany jest propylen, wodór, dodatkowo powstają małe ilości metanu, etanu, etylenu i innych lekkich węglowodorów. Spośród wszystkich rozpatrywanych technologii produkcji propylenu, metoda PDH charakteryzuje się najwyższym współczynnikiem uzysku propylenu w stosunku do wsadu. W przypadku metody PDH możliwe jest uzyskanie około 80 – 90 % wagowych propylenu w stosunku do masy wsadu. W przypadku żadnej z pozostałych dostępnych technologii nie jest możliwy tak wysoki uzysk propylenu jak przy metodzie PDH. Istotną zaletą instalacji typu PDH jest również fakt, iż produkcja jest oparta na propanie.

 

 

Wybór technologii UOP

Na świecie istnieje 19 instalacji do produkcji propylenu z propanu metoda PDH. Spośród tych 19 instalacji 12 bazuje na technologii odwodornienia propanu na podstawie licencji UOP (Oleflex), 6 instalacji na bazie CBI Lummus (CATOFIN) i tylko 1 instalacja – ThyssenKurpp (STAR). W przypadku Zakładu Chemicznych Police S.A. oraz powołanej Spółki Celowej PDH S.A. najlepszym rozwiązaniem pod kątem wpływu na środowisko oraz bezpieczeństwa procesowego jest technologia Oleflex charakteryzująca się najniższym współczynnikiem energochłonności. Poniżej przedstawiono opis procesu produkcyjnego propylenu metodą PDH na podstawie licencji UOP

 

Proces produkcyjny wytwarzania propylenu obejmuje trzy główne etapy:

  • odwodornienie propanu w celu uzyskania propylenu,
  • sprężanie mieszaniny poreakcyjnej z reaktora
  • odzysk i oczyszczanie propylenu.

W ramach pierwszego etapu produkcyjnego innowacyjnej technologii instalacja odwodornienia propanu składa się z czterech podstawowych sekcji: przygotowania wsadu, separacji, reaktorów oraz ciągłej regeneracji katalizatora. Sekcja przygotowania wsadu polega na oczyszczeniu strumienia świeżego propanu z azotu i metali oraz zmieszaniu go ze strumieniem recyrkulowanego propanu. Odpowiednio przygotowany strumień propanu kierowany jest do sekcji w skład, której wchodzą cztery reaktory z ogrzewaniem międzystopniowym pracujące w sposób ciągły i wypełnione ruchomym złożem katalizatora Oleflex DeH-16. W sekcji reaktorów dochodzi do reakcji odwodornienia propanu w propylen. Procesowi temu towarzyszy odkładanie się koksu na powierzchni katalizatora i jego dezaktywacja. Dlatego też w ramach kolejnej sekcji przewidziano ciągłą regenerację katalizatora polegającą na wypaleniu koksu, usunięciu nadmiaru wilgoci, utlenianiu i dyspersji promotorów metali.

W ramach drugiego etapu produkcyjnego innowacyjnej technologii instalacja wytwarzania propylenu składa się z sekcji sprężania i niskotemperaturowej sekcji odzysku. W sekcji pierwszej gaz z reaktora Oleflex jest sprężony i oczyszczony z resztek HCl, H2S, a następnie poddany osuszeniu. Oczyszczony gaz jest rozdzielony na dwa strumienie, pierwszy strumień gazowy bogaty w wodór używany jest jako gaz regeneracyjny w sekcji przygotowania wsadu, drugi strumień po sprężeniu, które umożliwia uzyskanie wysokiego stopnia odzysku wodoru na poziomie powyżej 85% przesyłany jest do sekcji odzysku wodoru.

W ramach trzeciego etapu produkcyjnego instalacji odwodornienia PDH następuje oddzielenie etanu i lżejszych składników od propanu, propylenu i cięższych węglowodorów. Podstawowym celem tej sekcji jest uzyskanie czystego propylenu o jakości polimerowej. Nieprzereagowany propan jest natomiast zawracany do procesu i łączony ze strumieniem świeżego propanu w celu zwiększenia wydajności reakcji.