СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО КРЕКИНГА ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ ИТЭР
METHOD OF THERMAL CRAKING OF HEAVY OIL PRODUCTS "ИТЭР"

Предлагаемое изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к процессу термического крекинга тяжелого нефтяного сырья, и может быть использовано при направленной переработке тяжелых сортов нефти, остатков их атмосферной или вакуумной перегонки, отходов нефтепереработки - нефтешламов.
В нефтепереработке основной задачей является увеличение глубины переработки нефти, то есть максимальное получение светлых нефтепродуктов.
Технологически увеличение глубины переработки зависит от перераспределения баланса водород/углерод исходного сырья и балансов полученных нефтепродуктов и остатка сырья. В этом плане газовая составляющая и легкий бензин являются продуктами с повышенным содержанием водорода, и здесь рассматривается задача максимального получения дизельных фракций, имеющих минимальное содержание водорода в ряду светлых дистиллятных фракций.
Существующие технологии термического крекинга характеризуются тем, что реакции проходят одновременно с реакциями конденсации и полимеризации смол и асфальтенов, что не позволяет в процессе термокрекинга (висбрекинга) нефтяных остатков получить достаточную глубину переработки, более 50% мас., не получив в остатке значительное содержание кокса.
-1
Известен способ переработки тяжелых нефтепродуктов путем их обработки озонсодержащим газом до поглощения озона в количестве желательно 0,05-0,5 мас.% с последующим термическим крекингом полученного продукта при температуре предпочтительно 400-430°С, давлении 0,5-3,0 МПа и объемной скорости сырья в термическом реакторе 1-2 ч, выход светлых нефтепродуктов составляет около 70% при коксообразовании 0,2-0,25% (см. патент Российской Федерации №2184761, кл. C10G 27/14, C10G 9/00, 2001.07.18).
Однако данный способ не позволяет регулировать получение дизельных фракций, требует применения озона в достаточно больших количествах 0,05-0,5%. А то, что промышленные генераторы озона с такой производительностью не выпускаются, делает указанный способ малоприменимым в промышленности,
Известен также способ переработки нефти, включающий введение в сырую нефть катализатора, активацию доноров водорода и гидрогенизацию сырой нефти. Гидрогенизации подвергают нативную сырую нефть с содержанием воды 2-10% вес., катализатор используют в виде водорастворимых соединений металлов VI и VIII групп элементов периодической системы и растворяют его в воде, содержащейся в сырой нефти, с образованием истинного раствора, и в качестве доноров водорода используют собственные фракции сырой нефти и полученные из собственных фракций нефти.
При этом достигается повышение глубины переработки нефти вплоть до 95,0% в светлые нефтепродукты (см. пат. Российской Федерации №2255959, кл. C10G 47/02, 2004.02.03).
Однако данный способ предназначен только для переработки (подготовки) сырой нефти, требует наличия водорода под давлением 3,5-7,0 МПа, расходного катализатора в достаточно больших количествах 0,01-1,0 вес.% в расчете на металл - Мо, Ni, Co, Fe, введения больших количеств доноров водорода, полученных из фракций сырой нефти, под донором водорода понимают фракции, полученные в результате дистилляции продуктов гидрогенизации сырой нефти и гидроочистки фракций с температурой кипения 300-400°С в отдельной стадии производства, все это делает данный способ крайне сложным и малоприменимым в переработке нефти (в частности, тяжелой нефти) и не применимым для переработки существующих нефтяных остатков.
Наиболее близким к предложенному способу является способ термического крекинга тяжелых нефтепродуктов, включающий их подачу совместно с активной донорно-водородной добавкой, выбранной из группы: рядовые или обогащенные сланцы различных генетических типов, минеральная часть сланцев, цеолитсодержащие катализаторы, смесь рядового сланца и цеолитсодержаших алюмосиликатных катализаторов, - как исходного сырья в зону крекинга и его термообработку при атмосферном давлении в интервале температур 400-430°C. Содержание указанных добавок равно 8-12 мас.%, время изотермической выдержки реакционной смеси при конечной температуре в реакторе составляет от 30 до 180 минут, выход светлого дистиллята (глубина переработки сырья) - до 65,8% на загружаемую смесь (см. патент Российской Федерации №2288940, кл. C10G 47/22, 2005.07.20).
Недостатками данного способа являются его относительно невысокая технологичность, необходимость предварительной подготовки сырья, наличия огромного количества твердых добавок - 8-12%, необходимость длительной изотермической выдержки реакционной массы - 30-180 минут, все это делает данный способ сложным и малоприменимым в промышленной переработке тяжелых нефтяных остатков.
Кроме того, глубина переработки сырья недостаточно высока, сравнительно невелик выход светлых дистиллятных фракций, в частности дизельных.
Техническим результатом предлагаемого решения является создание высокотехнологичного способа термического крекинга тяжелых нефтяных остатков с повышением глубины переработки сырья и с более высоким выходом светлых дистиллятных фракций, в частности дизельных.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ термического крекинга тяжелых нефтепродуктов ИТЭР, включающий их подачу совместно с активной донорно-водородной добавкой как исходного сырья в зону крекинга и его термообработку, причем в качестве донорно-водородной добавки используют воду в количестве 10-50 мас.%, исходное сырье подают в зону крекинга в виде водно-нефтяной эмульсии под сверхкритическим давлением 22,5-35,0 МПа, при котором проводят термообработку при температуре 320-480°С.
Техническая сущность способа ИТЭР состоит в том, что тяжелые нефтепродукты совместно с водой как исходное сырье подают в реакционные трубы печи крекинга, в которых процесс начинается, развивается и завершается. При применении сокет-камеры процесс завершается в сокет-камере. Вода при рабочих температурах 320-480°С и сверхкритических давлениях 22,5-35,0 МПа является термически и каталитически активной в данном процессе, что позволяет использовать ее в качестве донорно-водородной добавки. Специальной предварительной подготовки сырья не требуется - воду подают либо непосредственно в поток нефтяного сырья перед входом в конвекционную и/или радиационную камеру печи крекинга, либо в поток нефтяного сырья до насосов высокого давления, либо вода изначально связана с тяжелым нефтяным сырьем в случае переработки нефтешлама.
Предлагаемое изобретение позволяет значительно упростить аппаратное оформление процесса крекинга (по сравнению с каткрекингом и гидрокрекингом) и получить более высокую глубину переработки тяжелых нефтяных остатков, до 90%, с получением газов крекинга менее 1% и набора нефтепродуктов - компонентов автомобильных топлив, котельных топлив по ГОСТ 10585-99 и битумов различных марок. По данной технологии могут перерабатываться не только мазуты и гудроны, но и нефтяные шламы с содержанием механической примеси до 30% мас., переработка которых обычно представляет собой насущную задачу.
Предлагаемый способ термического крекинга является безотходным и позволяет в определенных пределах варьировать соотношение между бензинодизельной фракцией и получаемым битуминозным остатком.
Для организации оптимального протекания реакций крекинга из  образующейся эмульсии вода - нефтяное сырье в реакционных трубах печи крекинга регулируется структура и скорость потока в трубах путем подачи (дозировки) воды в каждый поток реакционных труб печей крекинга. Подача воды, как правило, производится на входе в конвективную секцию печи крекинга, объем подаваемой воды определяется на основании практического опыта применительно к параметрам конкретного нефтяного сырья и составляет от 10% до 50% мас. от массы нефтяного сырья. На выходе из печи крекинга в парожидкостную продуктовую смесь может подаваться охлаждающий агент - "квенч", которым служит охлажденная вода или газойль крекинга. Квенч подается в поток после редуцирующего клапана-регулятора давления прямого действия «до себя» для прекращения реакций крекинга, а также для достижения температуры смеси, соответствующей оптимальному профилю температуры в поточной технологической линии производства.
Парожидкостная смесь, охлажденная до температур конденсации в эмульсию вода - полученный нефтепродукт, вследствие большой разности плотностей хорошо расслаивается, и вода технологически легко отделяется от нефтепродукта, В дальнейшем нефтепродукт с потенциальным содержанием светлых фракций до 80% мас., может либо отгружаться в виде котельных топлив и товарной нефти, либо подвергаться дальнейшей переработке - ректификации, гидроочистке и т.д., а остаток в виде гудрона перерабатываться в битум.
Пример 1
Перерабатываемое сырье - застарелый нефтяный шлам открытого амбарного хранения, Пермская область, бывшая Усть-Сызьвенская нефтебаза, г.Краснокамск.
Характеристики нефтешлама
3
Удельная плотность при 20°С - 0,975 г/см
Фракционный состав нефтяной часта:
Начало кипения
360°С
НК-160°С
0%
160-360°С
0%,
360-500°С
15%
500° - и выше
85%
Наличие воды - 30,0%
Содержание серы - 2,7%
Содержание механических примесей  - 5,5% мас.
Исходное сырье с содержанием воды 30% подогревают в паровом теплообменнике до температуры 90°С и насосом высокого давления подают в реакционный змеевик печи крекинга под давлением 28,0 МПа. Пропуская сырье через змеевик, его нагревают топочными газами до 420°С и далее на регулирующем клапане давления «до себя» сбрасывают давление до 1,0 МПа. Полученную парожидкостную смесь охлаждают в теплообменнике. Полученный продукт конденсируют. После отделения воды проводят анализы полученного нефтепродукта.
Характеристика полученного нефтепродукта
3
Удельная плотность при 20°С - 0,838 г/см
Фракционный состав полученного продукта (вода отделена):
Начало кипения
42°С
НК-160°С
8%
160-360°С
64%,
360-500°С
12%
500° и выше
15%
Газ С1-С5 1,0%
Содержание серы в бензине - 0,6%, в дизельном топливе - 1,4%
Последующие примеры способа сведены в таблицу.
Как следует из приведенных примеров, заявляемый способ представляет собой хорошее и надежное решение поставленной задачи с достижением заявленного технического результата.
Предлагаемый способ термического крекинга тяжелых нефтепродуктов ИТЭР отличается от других известных способов ведения процесса переработки нефтяных остатков, таких как: термический крекинг (висбрекинг), каталитический крекинг, гидрокрекинг, гидроочистка остаточных нефтяных фракций, замедленное коксование и т.д., причем отличие заключается в том, что переработка нефтяных остатков происходит с водой, в реакционных трубах печи крекинга с рабочими температурами 320-480°С, при сверхкритическом давлении 22,5-35,0 МПа обрабатываемой эмульсии вода - нефтяное сырье, без использования твердых добавок и катализаторов, без специальной подготовки сырья. Водно-нефтяная эмульсия получается путем добавления (дозирования) 10-50% мас. воды в поток тяжелого нефтяного сырья, подаваемого на переработку.
Предлагаемый способ термического крекинга тяжелых нефтепродуктов ИТЭР позволяет подавить реакции полимеризации настолько, что имеется возможность перерабатывать даже «грязное» исходное сырье с содержанием до 30% механических примесей, получая при этом дополнительное количество нефтепродукта в результате конверсии органической части механической примеси в углеводородную фракцию. Данный процесс позволяет с селективностью до 90% мас. получать только дизельные фракции с получением газов крекинга менее 1% мас.
Предложенное техническое решение соответствует условию патентоспособности "новизна", поскольку в известном уровне техники не содержится решения, касающегося термического крекинга тяжелых нефтяных остатков, существенные признаки которого совпадают со всеми существенными признаками настоящего изобретения.
Предложенное техническое решение соответствует также условию патентоспособности "изобретательский уровень", поскольку в известном уровне техники не выявлены технические решения, отличительные признаки которых направлены на решение технической задачи настоящего изобретения.
Кроме того, предложенное решение соответствует критерию "промышленная применимость", что следует из приведенных примеров.
Все вышесказанное, по мнению автора, позволяет считать предложенное решение соответствующим критериям изобретения, которое могло бы быть защищено патентом.
Таблица
№ п/п
Нефтяное сырье
Добавка воды, мас.%
Температура, t, °C
Давление Р, МПа
Исходный продукт, фракции НК-360°С, % мас.
Полученный продукт
фракции НК-360°С, % мас.
фракции 360°С - КК, % мас.
газ + потери, % мас.
1
2
3
4
5
6
7
9
6
1
Застарелый нефтешлам, бывшая Усть-Сызьвенская НБ
30
420
28,0
0
72,0
27
10
2
Нефтешлам ОАО «Салаватнефтеорг-синтез»
50
320
30,0
0
74,0
25,4
0,6
3
Мазут М100 ОАО «Салаватнефтеорг-синтез»
20
480
22,5
0
63,2
35,9
0,9
4
Мазут М100 Ново-Уфимского НПЗ
40
480
30,0
0
62,8
36,5
0,7
5
Мазут М100 Ярославского НПЗ
30
465
28,0
0
59,4
40,2
0,4
6
Мазут М-40 ООО "Антипинский НПЗ"
30
480
25,0
0
91,9
7,4
0,7
7
Мазут М100 ОАО «Московский НПЗ»
10
420
35,0
0
72,3
26,8
0,9