СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЕПРОДУКТОВ
PROCEDURE FOR OIL PRODUCTS PROCESSING

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, в частности к способам переработки нефтепродуктов путем каталитической термодеструкции (каталитического термокрекинга).
Известен способ деструктивной термической переработки (каталитической термодеструкции) нефти и нефтепродуктов, позволяющий получить из исходного углеводородного сырья дополнительное количество жидких и газообразных углеводородов. При этом всегда образуется определенное количество остаточных высокомолекулярных продуктов конденсации (В.М.Капустин, А.А.Гуреев. Технология переработки нефти. Ч.2. Деструктивные процессы. М.: Колос, 2007).
К недостаткам данного способа переработки углеводородного сырья относятся: низкая селективность, недостаточная скорость протекания термодеструктивных процессов, жесткие условия их проведения, требующие использования высоких температур и повышенного давления, необходимость регенерации используемого катализатора, а также высокая энергоемкость процесса.
Известен способ переработки нефтепродуктов путем каталитической термодеструкции (каталитическим крекингом) в присутствии псевдоожиженного слоя пылевидного катализатора, в котором нефтепродукты подвергают термодеструкции в присутствии псевдоожиженного слоя пылевидного катализатора, где сырье крекируют в кипящем слое катализатора, а закоксованный в процессе каталитического крекинга катализатор регенерируют и снова возвращают в кипящий слой (Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. М.: «Химия», 1968).
К причинам, препятствующим использованию известного способа с получением указанного ниже технического результата, относится то, что использование водяного пара в отпарных колоннах для отпарки легкокипящих примесей приводит к обводнению получаемых нефтепродуктов и к необходимости их дополнительного обезвоживания; кроме того, после окончания процесса необходимо отпаривать катализатор от углеводородов и подвергать регенерации.
Известен также способ переработки нефтепродуктов, в котором проводят каталитическую термодеструкцию свежего сырья и рециркулята в присутствии гранулированного катализатора с разделением потоков продуктов крекинга и катализатора. Поток катализатора направляют на десорбцию и регенерацию, а поток продуктов термодеструкции - на ректификацию. Смесь свежего сырья и рециркулята подвергают отдельно крекингу и последующему смешиванию продуктов крекинга с продуктами отдельного крекинга (Авт. св. СССР №757584 «Способ переработки нефтяного сырья», МКИ С10G 11/16, опубл. 23.08.1980, Бюл. №31).
Причиной, мешающей достижению показаного ниже технического результата, является то, что при использовании известного способа необходимый технический результат достигается не интенсификацией процесса, а усложнением самого процесса и аппаратурного оформления для его осуществления, кроме того, необходима постоянная регенерация катализатора.
Наиболее близким к заявляемому способу по совокупности признаков и достигаемому техническому результату является способ каталитической термодеструкции (каталитический крекинг), который в настоящее время является основным способом переработки нефтепродуктов. Процесс проводят при температуре 450-500°С и избыточном давлении 0,14-2,0 МПа в присутствии алюмосиликатных катализаторов сложного состава, модифицированных металлами - хромом, рением, платиной, палладием и др. (С.А.Ахметов. Технология глубокой переработки нефти и газа. Уфа, изд. «Гилем», 2002, 404-478 с., В.Н.Эрих. Химия и технология нефти. Изд. Химия, Ленинградское отделение. 1969 г., 199-200 с.
К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата, следует отнести сложность применяемых технологических схем, высокую материало- и энергоемкость. Другой негативной особенностью процесса каталитической термодеструкции является быстрая дезактивация катализатора (в течение 10-15 минут), что требует беспрерывной его регенерации путем выжигания кокса и смолистых отложений с его поверхности воздухом при температуре 550-680°С. Число циклов регенерации не беспредельно. Со временем в результате уменьшения удельной активной поверхности катализатора и постепенного отравления активных центров активность катализатора падает, что в конечном итоге приводит к необходимости его замены.
Технической задачей изобретения является создание эффективного и экономического способа переработки нефтепродуктов, обеспечивающего необходимый технический результат, а именно получение широкой гаммы газообразного, жидкого и остаточных битумообразных продуктов в «мягких» условиях при сравнительно низких температурах его проведения, исключение непрерывной регенерации используемого катализатора, снижение энергозатрат на осуществление процесса.
Указанная техническая задача достигается тем, что в способе переработки нефтепродуктов путем каталитической термодеструкции согласно изобретению предварительно подогретые до температуры текучести нефтепродукты подают в режиме тонкослойного течения в реакционную зону, где их подвергают дополнительному нагреванию и воздействию электронного потока, генерируемого в условиях термоэлектронной эмиссии каталитического композита, нагретым до 80-480°С, при градиенте температур, равном 50-200°С, направленным перпендикулярно движению потока нефтепродуктов.
2
В заявляемом способе температуру обработки нефтепродуктов подбирают в диапазоне, указанном в формуле изобретения, для каждого вида сырья индивидуально в зависимости от его состава и физико-химических характеристик, потому что состав нефтепродуктов практически не бывает одинаковым. Мощность теплового потока, направленного перпендикулярно слою перерабатываемого нефтепродукта, который движется и передает ему дополнительное тепло, поддерживают в диапазоне 10-40 КВт на 1 мтеплопередающей каталитической поверхности, обеспечивающей градиент температур 50-200°С (разницу между температурой контакта «каталитический композит - нефтепродукт» и температурой «пара», который испаряется с поверхности нефтепродукта).
Используя принцип термоэлектронной эмиссии (испускание электронов нагретой поверхностью каталитического композита), формируют поток низкоэнергетических электронов, направленный в объем движущегося слоя перерабатываемого нефтепродукта. Это обеспечивает активацию реакционной массы углеводородного сырья за счет формирования в его объеме реакционноспособных частиц, обеспечивающих общую интенсификацию процессов превращения исходных соединений.
Термическое воздействие в сочетании с дополнительной активацией обрабатываемого углеводородного сырья в условиях термоэлектронной эмиссии обусловливает возможность существенного повышения эффективности процессов деструктивной переработки нефти и нефтепродуктов. Применяемый в предлагаемом способе механизм активации реакционной системы не сопровождается явлением дезактивации каталитического композита, поэтому исключается необходимость его регенерации.
Обработка нефтепродукта предлагаемым способом при температурном градиенте углеводородного слоя менее 50°С повышает расход энергии на прогревание обрабатываемого слоя, а также возникает опасность коксования нефтепродукта без повышения эффективности процесса. При температурном градиенте выше 200°С наблюдается снижение эффективности процесса за счет недостаточного прогрева периферийного по отношению к поверхности контакта слоя нефтепродукта с каталитической поверхностью.
Сведения, что подтверждают возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.
Исходные нефтепродукты, в качестве которых может использоваться нефть различного состава с разными физико-химическими характеристиками, а также продукты переработки нефти, предварительно нагревают до температуры 80-150°С для улучшения их текучести и подают в реактор.
Реактор представляет собой емкостной аппарат, снабженный системой штуцеров для подачи исходного сырья и отбора парогазовых и остаточных продуктов переработки. В рабочей зоне аппарата располагается зона каталитического композита, нагреваемого до необходимой температуры любым приемлемым видом нагрева - электронагревом, горелками, работающими на газе, жидкости, мазуте и т.д.
Формируемый в процессе нагрева каталитического композита (эмиттера) поток низкоэнергетических электронов воздействует на подаваемое в режиме тонкослойного течения исходное сырье.
Слой движущихся нефтепродуктов подвергается дополнительному нагреву до требуемой температуры в диапазоне 80-480°С и воздействию низкоэнергетических электронов, генерируемых нагретым до соответствующих температур каталитическим композитом. После обработки нефтепродукта в реакторе реакционная масса характеризуется существенными изменениями фракционного и группового состава в сравнении с исходным нефтепродуктом и далее подвергается фракционированию обычными методами. Сочетание позитивных эффектов термоэлектронной эмиссии и теплового воздействия на перерабатываемое сырье обеспечивает интенсификацию процессов химических превращений обрабатываемого сырья, что дает возможность модификации его состава и свойств.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1 (положительный)
Перерабатываемый продукт - исходная нефть.
Паспортный выход н. к. - 360°С - 51% (мас.)
Предварительно разогретую до 125°С нефть пропускают через реактор, где ее в режиме тонкослойного течения подвергают тепловому и эмиссионному воздействию каталитического композита, нагретого до 480°С.
При толщине слоя нефтепродукта порядка 14 мм температурный градиент составляет 76°С (температура «пара», испаряющегося с поверхности нефтепродукта, - 404°С; градиент температур - 76°С).
На выходе из реактора из отработанного нефтепродукта получают следующий фракционный состав, %:
общий выход фракций к. к. 360°С
92,6
выход фракции 210°С
37,4
выход фракции 360°С
55,2
выход кубового остатка
5,4
газ
2,0
Пример 2 (положительный)
Исходную нефть, характеризующуюся выходом светлых фракций, которые отбираются до температуры 360°С, порядка 45% (мас.), предварительно нагревают до температуры 125°С, пропускают через реактор, где ее в режиме тонкослойного течения подвергают дополнительному тепловому и термоэмиссионному воздействию каталитического композита, нагретого до температуры 480°С. При толщине углеводородного слоя порядка 14 мм температурный градиент по толщине слоя составляет 76°С.
На выходе из реактора отработанное сырье характеризуется следующим фракционным составом, %:
общий выход фракций н.к. 360°С
87
в том числе:
углеводородный газ
12,3
фракция 26-180°С
23,4
фракция 180-360°С
51,3
Выход остаточной фракции
13,0
Пример 3 (положительный)
Обработке подвергают мазут марки М-100.
Процесс ведут в условиях примера 1.
Результаты разгонки отработанного сырья, %:
углеводородный газ
10
фракция до 360°С
67
Выход остаточной фракции
23
Пример 4 (положительный)
Обработке подвергают амбарный гудрон, который не содержит углеводородной фракции, выкипающей при температуре до 360°С.
Процесс ведут в условиях примера 1.
Результаты разгонки отработанного заявляемым способом гудрона:
Вода - 52%.
Состав обезвоженного продукта, %:
углеводородный газ
4,8
фракция к. к. 360°С
54,0
кубовый остаток
41,2
Пример 5 (положительный)
Обработке подвергают нефть.
Процесс ведут, как в примере 1, но при градиенте температур обрабатываемого углеводородного слоя нефти 40°С.
Общий выход фракций н. к. 360°С
- 89%,
в том числе:
углеводородный газ
- 19%,
фракция 26-180°С
21,5%,
фракция 180-360°С
48,5%,
Выход остаточной фракции
11,0%.
При сравнении полученных результатов с результатами примера 1 необходимая мощность теплового потока, который формируется композиционным каталитическим субстратом, увеличилась на 22%. Результат положительный, но требует большого расхода электроэнергии.
Пример 6 (отрицательный)
Обработке подвергают нефть.
Процесс ведут, как в примере 1, но при градиенте температур в обрабатываемом углеводородном слое нефти 250°С.
Общий выход фракций к.к. 360°С - 55,9%,
в том числе:
углеводородный газ
6,2%,
фракция 26-180°С
18,2%,
фракция 180-360°С
31,5%,
Выход остаточной фракции
44,1%.
Переработку нефтепродуктов заявляемым способом ведут при сравнительно низких температурах, то есть в более мягких по сравнению с прототипом, условиях, обеспечивая при этом высокую степень деструкции перерабатываемого сырья, с получением широкой гаммы нефтепродуктов, таких как при использовании классических способов каталитической термодеструкции (каталитического термокрекинга). Преимуществом заявляемого способа является то, что в отличие от прототипа при его осуществлении катализатор не регенерируется и не требуется больших энергозатрат и сложного аппаратурного оформления.