УСТАНОВКА ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ
THERMAL DESTRUCTION UNIT FOR PROCESSING OIL RESIDUES

Изобретение относится к нефтепереработке, в частности к установкам термодеструкции для переработки нефтяных остатков (висбрекинг, термический крекинг).
Известна установка висбрекинга (термодеструкции), включающая печь для нагрева нефтяного остатка-гудрона, реактор висбрекинга - выносную реакционную камеру (сокинг-камеру) для выдержки продуктов крекинга, ректификационную и вакуумную колонны для разделения продуктов термодеструкции с выводом газа, бензина, легкого и тяжелого газойлей и остатка (Ефремов А.В и др. Ввод в эксплуатацию новой установки висбрекинга в ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» // ХТТМ 2010, №4, с.14-18). Недостатком известной установки является закоксовывание внутренней поверхности змеевика печи и реактора.
Известна установка термодеструкции для переработки нефтяных остатков - установка коксования тяжелого нефтяного сырья, принятая за прототип, включающая печь с трубами конвективного и радиационного змеевиков для нагрева сырья с линией вывода термообработанного сырья (трансферный трубопровод), реактор термодеструкции - реактор замедленного коксования с линиями вывода кокса и паров коксования, ректификационную колонну с линиями вывода нефтепродуктов и систему непрерывной механической очистки радиационного змеевика печи от коксоотложений, содержащую устройство для запуска скрепера, устройство для приема скрепера, загрузочное и выводное устройства для скрепера (Пат. РФ №2410411, МПК C10G 9/16, опубл. 27.01.2011 г.).
Известная установка благодаря системе очистки радиационного змеевика печи от коксоотложений позволяет удалять коксоотложения в радиационном змеевике печи, однако другие объекты (узлы) установки этой системой не затрагиваются и могут быть закоксованы.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в удалении коксоотложений на линиях и узлах установки термодеструкции, что позволяет увеличить межремонтный пробег установки и сократить продолжительность ремонта печи.
Для достижения указанного технического результата в установке термодеструкции для переработки нефтяных остатков, включающей печь с конвекционным и радиационным змеевиками для нагрева сырья, трансферный трубопровод, реактор термодеструкции, связанный с ректификационной колонной, оснащенной линиями вывода разделенных продуктов, систему непрерывной механической очистки радиационного змеевика печи от коксоотложений, согласно изобретению реактор термодеструкции выполнен трубчатым для проведения процесса висбрекинга с диаметром трубы не менее 250 мм и размещен в реакторной камере печи, причем трубчатый реактор сообщен с радиационным змеевиком печи посредством сквозных отверстий-перфораций, выполненных в местах контакта концевых труб трубчатого реактора и радиационного змеевика, при этом трубчатый реактор и трансферный трубопровод дополнительно снабжены системой непрерывной механической очистки труб от коксоотложений, а в ректификационной колонне установлен разделитель потока продуктов висбрекинга и скрепера.
Место контакта концевых труб трубчатого реактора и радиационного змеевика расположено на боковых примыкающих друг к другу поверхностях вышеупомянутых труб вдоль их осей.
Разделитель потока продуктов висбрекинга и скрепера выполнен в виде трубы кольцевой формы со сквозными отверстиями-перфорацией, размещенной горизонтально в зоне питания ректификационной колонны.
Сквозные отверстия зоны перфорации в местах контакта концевых труб трубчатого реактора и радиационного змеевика, а также в разделителе выполнены с наклоном 135° относительно внутренней поверхности труб в сторону движения потока или с фаской с внутренней стороны труб на глубину до 80% от толщины стенки трубы.
В поду реакторной камеры установлены горелки для регулирования температуры стенок трубчатого реактора.
Система непрерывной механической очистки труб радиационного змеевика включает в себя устройство для запуска скрепера, устройство для приема скрепера, загрузочное и выводное устройства для скрепера и линии подачи потока-носителя скрепера.
Система непрерывной механической очистки труб трубчатого реактора и трансферного трубопровода включает в себя устройство для запуска скрепера, устройство для приема скрепера, загрузочное и выводное устройства для скрепера и линии подачи потока-носителя скрепера.
Выполнение реактора висбрекинга трубчатым с диаметром трубы не менее 250 мм и размещение его в реакторной камере печи позволяет получить заданную величину конверсии и увеличить коэффициент снижения вязкости за счет ужесточения технологического режима, что достигается увеличением температуры в реакционной зоне, размещенной в реакторной камере печи, снабженной системой регулирования температуры стенок реактора.
Дополнительная система непрерывной механической очистки труб трубчатого реактора и трансферного трубопровода позволяет удалять коксоотложения в трубчатом реакторе и трансферном трубопроводе и по сравнению с прототипом, который удаляет коксоотложения только из радиационного змеевика, дает возможность увеличить межремонтный пробег установки, сократить продолжительность простоя печи, повысить величину конверсии и коэффициент снижения вязкости.
Предлагаемое изобретение соответствует критерию «новизна», так как имеет совокупность признаков, отличительных от прототипа.
Поиск по отличительным признакам выявил пат. РФ №2272063 (МПК C10G 9/14, опубл. 20.03.2006 г.), где описан адиабатический (без подвода тепла) трубчатый реактор для висбрекинга, представляющий собой конструкцию длиной до 200 м и диаметром 402 мм, в котором за счет образования турбулентного движения в потоке сырья возможно снизить отложения кокса на стенке реактора.
Отличие предлагаемого реактора установки висбрекинга - это выполнение его в виде змеевика и размещение в реакторной камере печи с подогревом (с подводом тепла), что позволяет получить новый технический результат - компактность установки висбрекинга, а также достижение заданной величины конверсии и коэффициента снижения вязкости без отложений кокса, связанных с теплопотерями, неизбежными в адиабатическом реакторе.
Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».
На фиг.1 приведена установка, на фиг.2 - сечение по А-А фиг.1, на фиг.3 - узел I ввода потока термообработанного сырья в реактор, на фиг.4 - сечение по Б-Б фиг.3.
Предлагаемая установка термодеструкции для переработки нефтяных остатков - установка висбрекинга (УВБ) включает в себя печь 1 с конвекционным змеевиком 2, радиационным змеевиком 3, трубчатым реактором 4 с диаметром трубы 250 мм, линию подачи сырья 5 с задвижкой 6, концевые перфорированные трубы 7 змеевика 3, концевую перфорированную трубу 8 трубчатого реактора 4, реакторную камеру 9, горелку 10, тройник «холодной струи» 11, трансферный трубопровод 12, разделитель - перфорированную кольцевую трубу 13, ректификационную колонну 14, линии вывода смеси газа и паров бензина 15, легкого газойля 16, тяжелого газойля 17, кубового остатка 18, котельного топлива 19. Для обеспечения процесса ректификации в колонне 14 предусмотрены линии возврата охлажденных продуктов: бензина 20, легкого газойля 21, кубового остатка («холодной струи») линии 22, 23, «грязного» газойля линия 24.
Непрерывная механическая система очистки труб трубчатого реактора 4 и трансферного трубопровода 12 включает в себя устройство для запуска скреперов 25 с задвижками 26, 27 и дифманометром 28, подключенное к концевой трубе 8 реактора 4, линию 29 с задвижкой 30, предназначенную для вывода части потока (~15%) со скрепером из разделителя 13 через тройник 31 по линии «холодной струи» 32 в устройство для приема 33, снабженную задвижками 34, 35, 36, 37, 38, 39. Задвижка 34 служит для регулирования расхода потока 29. Трехходовой кран 40 связан по линии 41 с устройством для запуска 25, с устройством для приема 33, с загрузочным устройством 42, на котором установлены задвижки 43, 44, 45, 46, 47, по линии 48 с выводным устройством 49, на котором установлены задвижки 50, 51, 52, 53, 54. Установка снабжена насосом 55 для подачи малококсующегося продукта - газойля по линиям 56, 48, 41 к загрузочному 42, выводному 49 устройствам, устройству для запуска 25 и устройству для приема 33 и через холодильник 57 по линии 32 в тройник 31. Устройство для запуска 25 снабжено линией 58 подвода кубового остатка 18 из колонны 14, линия 59 предназначена для охлаждения продуктов висбрекинга, выходящих из трубчатого реактора 4. Линии 58, 59 связаны с холодильником 60. Для ввода скрепера в загрузочное устройство 42 предназначена линия 61; задвижка 62 служит для регулирования перепада давления на дифманометре 28; задвижка 63 стоит на устройстве для запуска 25 для подачи скрепера с помощью потока-носителя (газойля) в этот аппарат; через задвижку 64 выводят поток-носитель (газойль) после транспортировки скрепера в устройство для запуска 25; задвижка 65 регулирует направление потока газойля или на прием насоса 55 на циркуляцию или по линии 24 в колонну 14 на ректификацию; по линии 66 отводят поток-носитель (газойль) на прием насоса 55 после транспортировки скрепера в выводное устройство 49.
Непрерывная механическая система очистки труб радиационного змеевика печи включает устройство для запуска скреперов 67 с задвижками 68, 69 и дифманометром 70. Линия 71 предназначена для вывода меньшей части потока со скрепером (15%) из концевой перфорированной трубы 7 радиационного змеевика 3 печи 1 через тройник 72, линию 73 в устройство для приема 74, снабженное задвижками 75, 76, 77, 78, 79, 80. Задвижкой 75 регулируют расход потока 71. Линия 81 через трехходовой кран 82 связана с устройством для приема 74 с задвижками 75, 76, 77, 78, 79. По линии 83 трехходовой кран 82 связан с устройством для запуска 67 с задвижками 68, 69, 84, 85, с загрузочным устройством 86, на котором установлены задвижки 87, 88, 90, 91, 92, с выводным устройством 93, на котором установлены задвижки 94, 95, 96, 97, 98. Холодильник 99 предназначен для формирования «холодной струи» 100 при поступлении газойля от насоса 55 по линии 56 к тройнику 72.
На фиг.3, 4 показан узел ввода термообработанного сырья в трубчатый реактор 4 из радиационного змеевика 3 через концевые перфорированные трубы 7, 8 радиационного змеевика и реактора в месте их контакта (сварки), в котором выполнены изолированные от внешней среды сквозные отверстия 101.
Установка висбрекинга работает следующим образом.
Сырье-гудрон подают через теплообменники (на рисунке не показаны) по линии подачи сырья 5, на которой установлена задвижка 6, в конвекционный 2 и радиационный 3 змеевики печи 1 с вертикальными трубами. Термообработанное сырье входит в реакторную камеру 9, где на стадии крекинга весь поток из радиационного змеевика 3 поступает через совмещенные сквозные отверстия 101 в боковых стенках концевых труб 7, 8 в трубчатый реактор 4 на крекинг. Продукты термодеструктивного процесса из реактора 4 через тройник 11 «холодной струи», по трансферной линии 12 через разделитель - перфорированную кольцевую трубу 13 направляют в ректификационную колонну 14 на разделение по компонентам. С верха колонны 14 выводят смесь газа, паров бензина по линии 15, со средней части (12-13 тарелки) - легкий газойль по линии 16, с аккумулятора (глухой тарелки) - тяжелый газойль по линии 17, с низа - кубовый остаток по линии 18 и после смешения потоков 16, 17, 18 - котельное топливо по линии 19. Для обеспечения процесса ректификации в колону 14 возвращают охлажденные продукты: бензин, легкий газойль, кубовый остаток по линиям 20, 21, 22, 23 соответственно, по линии 24 возвращают «грязный газойль».
Температуру стенки трубчатого реактора 4 регулируют соответствующим изменением расхода топлива к горелкам 10. Температуру реакционной массы в реакторе 4, трансферном трубопроводе 12 и на входе в колону 14 регулируют изменением расхода «холодной струи» (охлажденного в теплообменнике-холодильнике 60 кубового остатка 18), поступающей по линиям 58, 59, 23 соответственно.
При возникновении перепада давления в трубчатом реакторе до 0,3 МПа проводят превентивную совместную очистку труб без снятия реактора 4 и трансферного трубопровода 12 с потока сырья («на ходу») с использованием для запуска скрепера охлажденного остатка - «холодной струи» из ректификационной колонны 14 по линии 58 или сырья (последнее не показано), а при увеличении градиента давления до 0,5 МПа остаточный продукт заменяется на малококсующийся нефтепродукт - газойль, при этом вывод скрепера из системы осуществляют при снижении вышеупомянутых градиентов до рабочего значения. При заряженном (заполненном) скреперами пусковом устройстве 25 проводят запуск скрепера, для этого открывают задвижки 27, 26 и, прикрывая задвижку 62, создают перепад давления 0,1-0,5 МПа, ориентируясь по показаниям дифманометра 28. При этом поток-носитель по линии 58 начинает поступать через задвижки 26 в пусковое устройство 25 и через задвижку 27 выталкивает скрепер в концевую перфорированную трубу 8 в реактор 4, через тройник 11 в трансферный трубопровод 12 и в разделитель - перфорированный кольцевой коллектор 13, проходя которые, скрепер проводит соответствующую работу по очистке внутренней поверхности стенок от коксоотложений. В перфорированном коллекторе 13 поток на стадии очистки разделяется на две неравные части. Большая часть потока через сквозные отверстия в боковой стенке коллектора 13 поступает в ректификационную колонну 14 на разделение по компонентам, а меньшая часть потока со скрепером проходит по линии 29 через тройник 31, где охлаждается до температуры 180-220°С «холодной струей» (газойлем), имеющей температуру 120-160°С, через отсечную задвижку 30 попадает в устройство для приема 33. На всем пути следования скрепер проводит соответствующую работу по очистке внутренней поверхности стенок от коксоотложений. Пыль от коксоотложений переходит в объем потока-носителя и продолжает свое движение вместе с ним. Скрепер как ингредиент задерживается в устройстве для приема 33, а жидкая фаза нефтепродукта-носителя поступает через задвижку 34 в сырьевую емкость (не показана на рисунке). В устройстве для приема 33 расход и скорость потока регулируют задвижкой 34, температуру - подачей (расходом) «холодной струи» 32. «Холодную струю» формируют из циркулирующей части потоков легкого 16 и тяжелого 17 газойлей, которую забирают насосом 55, прокачивают по линии 56 через холодильник 57 и по линии 32 направляют в тройник 31. Стадию очистки трубчатого реактора и трансферного трубопровода продолжают до восстановления первоначального перепада давления, после чего снимают с потока устройство для запуска 25 и устройство для приема 33.
Свежий газойль от насоса 55 по линии 56 направляют: через задвижки 37, 39 на промывку скрепера в устройстве для приема 33 с выводом «грязного газойля» через задвижку 35 по линии 24 в колонну 14; на промывку транспортной системы и зарядку устройства для запуска 25 скреперами заданного типа через задвижку 44, загрузочное устройство 42, задвижку 45, по линии 41, трехходовой кран 40, задвижку 63, устройство для запуска 25, задвижку 64, по линии 24 в колонну 14; на транспорт скрепера в устройство для запуска 25 из устройства для приема 33 при открытых задвижках 36, 38, по линии 41, через трехходовой кран 40, через задвижку 63, устройство для запуска 25, через задвижки 64, 65 на прием насоса 55. Для вывода скрепера из системы для его профилактики или замены газойль-носитель направляют по линии 56 через задвижку 36 в устройство для приема 33, через задвижку 38 по линии 41, трехходовой кран 40 и по линии 48 через задвижку 50, выводное устройство 49, через задвижку 51 по линии 66 на прием насоса 55; после закрытия задвижек 50, 51 газойль дренируют в промканализацию через задвижку 53, выводное устройство 49 продувают водяным паром или азотом через задвижки 52, 53 и выводят через задвижку 54.
Ввод скрепера заданного типа в систему непрерывной механической очистки труб трубчатого реактора производят по линии 61 через задвижку 43 после продувки азотом или водяным паром загрузочного устройства 42 через задвижки 46, 47; далее скрепер подают по линии 56 через задвижку 44, загрузочное устройство 42, задвижку 45, при закрытых задвижках 43, 46, 47, по линии 41, трехходовой кран 40, при открытых задвижках 63, 64, 65 в устройство для запуска 25.
Параметры технологии очистки труб радиационного змеевика печи от коксоотложений аналогичны вышеприведенным для змеевика трубчатого реактора. Скрепер вводят из устройства для запуска 67 в радиационный змеевик 3 печи 1. Для этого открывают задвижки 68, 69 и, прикрывая задвижку 6, создают перепад давления 0,1-0,5 МПа, контролируя параметр по дифманометру 70. При этом поток-носитель (сырье установки) входит в устройство для запуска 67 и выталкивает скрепер в радиационный змеевик 3 печи 1, проходя который, скрепер проводит соответствующую работу по его очистке от коксоотложений. Термообработанное сырье вместе со скрепером поступает в концевую перфорированную трубу 7, где большая часть потока (~85%) через сквозные отверстия 101 проходит в концевую перфорированную трубу 8 трубчатого реактора 4 для углубления процесса крекинга сырья, а меньшая часть потока (~15%) вместе со скрепером выходит из печи 1 по линии 71 через тройник 72 «холодной струи» 100, где захолаживается до температуры 180-220°С и поступает по линии 73 в устройство для приема 74. Поток-носитель проходит через устройство для приема 74 и через регулирующую задвижку 75 направляется в сырьевую емкость (не показана), а скрепер остается в приемной трубе устройства 74. После промывки газойлем скрепер возвращают в пусковое устройство 67 с помощью потока-носителя - газойля. Очистку труб радиационного змеевика 3 печи 1 продолжают до восстановления первоначального перепада давления.
Ввод скрепера в систему очистки радиационного змеевика печи проводят с помощью загрузочного устройства 86, при этом его предварительно продувают паром или инертным газом через задвижки 87, 88, затем по линии 89 через задвижку 90 вводят в устройство скрепер заданного типа, задвижку 90 закрывают, устройство 86 еще раз продувают, открывают задвижки 91, 92 и скрепер под давлением потока газойля-носителя вводят в систему.
Для вывода скрепера из системы для его замены применяют выводное устройство 93. При этом на него переключают кран 82, открывают задвижки 94, 95 и скрепер потоком-носителем вводят в устройство 93, где газойль через сквозные отверстия в перфорированной трубе по линии 66 возвращается в систему, а скрепер остается в устройстве 93. После продувки устройства водяным паром или инертным газом через задвижки 96, 97 его выводят из устройства через задвижку 98.
При очистке радиационного змеевика печи и трубчатого реактора с использованием малококсующегося продукта-газойля (сырье заменяют газойлем) методика очистки не отличается от приведенной выше.
Таким образом, предлагаемое изобретение за счет новой конструкции трубчатого реактора и систем непрерывной механической очистки радиационных труб печи с помощью скрепера труб реактора и трансферного трубопровода позволяет получить продукт висбрекинга с заданной величиной конверсии и коэффициентом вязкости, а также увеличить межремонтный пробег установки и сократить продолжительность простоя печи.