СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ ТЯЖЕЛОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
PROCEDURE FOR THERMAL CONVERSION OF HEAVY HYDROCARBON STOCK

Изобретение относится к способам переработки тяжелого углеводородного сырья термической конверсией и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности при переработке тяжелых нефтяных остатков, отработанных синтетических и минеральных масел, нефтеконцентратов, выделенных из нефтесодержащих отходов, с целью получения светлых продуктов.
В настоящее время остро стоит проблема утилизации нефтесодержащих отходов с получением товарной продукции. Известно, что переработка тяжелого углеводородного сырья методами термической конверсии позволяет получить светлые и темные дистиллятные продукты, которые могут быть использованы в качестве товарного продукта (например, судового топлива, котельного топлива, пека), или могут быть переработаны в товарную продукцию по известным технологиям. Однако известные способы термической конверсии тяжелого углеводородного сырья не позволяют эффективно перерабатывать легко коксующееся нефтяное сырье, в том числе нефтеконцентраты, выделенные из нефтесодержащих отходов, Выход светлых продуктов при этом незначителен. Основной трудностью при термической переработке такого легко коксующегося нефтяного сырья является закоксовывание змеевиков крекинг-печи, что приводит к их частым остановкам для очистки от кокса, повышению капитальных и эксплуатационных затрат, а также низкому уровню промышленной безопасности.
3
Известен способ переработки тяжелого углеводородного сырья [Патент РФ №2413752, опубл. 10.03.2011 г., МПК C10G 9/16, C07C 7/04, C10G 9/06], предусматривающий нагрев углеводородного сырья плотностью выше 870 кг/м, разделение на бензинодизельные пары и остаточную тяжелую фракцию. Бензинодизельные пары подают на фракционирование, а остаточную тяжелую фракцию нагревают в крекинг-печи до 380-420°С и подают на термолиз в смеси с жидким остатком тяжелой дистиллятной фракции, с получением паров термолиза и остатка термолиза. Остаток термолиза выводят с установки в качестве топочного мазута, или битумного сырья, или пека, а пары термолиза подают на фракционирование совместно бензинодизельными парами и получают газ, жидкие светлые продукты и тяжелую дистиллятную фракцию. Газ и жидкие светлые продукты выводят с установки, а тяжелую дистиллятную фракцию нагревают во второй крекинг-печи до 440-500°С, разделяют на паровую фазу и жидкий остаток, который подают на смешение с остаточной тяжелой фракцией. Термолиз проводят в многосекционном реакторе с посекционным снижением давления, а паровую фазу направляют в реактор посекционно для поддержания температуры термолиза.
Однако применение известного способа для переработки легко коксующегося нефтяного сырья, в том числе отработанных синтетических и минеральных масел, нефтеконцентратов, выделенных из нефтесодержащих отходов, приводит к закоксовыванию змеевиков крекинг-печи нагрева остаточной тяжелой фракции.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ и установка термического крекинга тяжелого минерального масла - одного из видов тяжелого углеводородного сырья [Патент РФ №2423408, оп. 10.07.2011 г., МПК C10G 9/36], принятый в качестве прототипа. Способ предусматривает проведение крекинга на установке, включающей печь предварительного нагрева, не менее одной крекинг-печи, не менее двух реакционных камер с поверхностью раздела фаз, работающих периодически, последовательно-параллельно, и одну фракционирующую колонну. При реализации способа тяжелое минеральное масло нагревают до 480-500°С в крекинг-печи в смеси с частью тяжелой крекинговой фракции, выделенной при фракционировании паров крекинга (термолиза), далее смешивают с балансовой частью тяжелой крекинговой фракции и подают в реакционные камеры, в которых при давлении 0,1-0,4 МПа и температуре 430-440°С подвергают термолизу при контакте с перегретым до 400-700°С водяным паром, как теплоносителем. При закоксовывании крекинг-печи или реакционной камеры ее отключают для проведения очистки, проводя процесс в дублирующем (резервном) оборудовании.
Жидкий остаток выводят из реакционных емкостей в качестве пека, а пары крекинга (термолиза), выводимые из реакционных емкостей, фракционируют с выделением газа крекинга (термолиза), легкого крекингового масла и тяжелого крекингового масла, выводимых в качестве продуктов, а также тяжелой крекинговой фракции, которую подают на смешение с тяжелым минеральным маслом до и после крекинг-печи.
Недостатками способа является печной нагрев тяжелого углеводородного сырья до 480-500°C, что приводит к периодическому закоксовыванию змеевиков нагревательных печей и необходимости дублирования оборудования. Смешение нагретого сырья с балансовой частью тяжелого крекинговой фракции приводит к охлаждению реакционной массы, нагретой в крекинг-печи, и снижению глубины термического превращения сырья. Кроме того, способ не предусматривает получения светлых продуктов. Из-за периодического проведения процесса способ характеризуется сложностью управления и повышенной пожаровзрывоопасностью.
Задача изобретения - получение светлых продуктов с высоким выходом, предотвращение закоксовывания змеевиков крекинг-печи, снижение металлоемкости оборудования, снижение энергозатрат, повышение промышленной безопасности.
Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении предлагаемого способа:
- получение светлых продуктов с высоким выходом за счет трехстадийного термолиза тяжелого углеводородного сырья в оптимальных условиях проведения процесса на каждой стадии;
- предотвращение закоксовывания змеевиков нагревательных печей за счет нагрева в крекинг-печи только тяжелого газойля в смеси с высокоароматизированным остатком первой стадии термолиза;
- снижение металлоемкости за счет проведения термолиза в непрерывном режиме, без дублирования оборудования;
- снижение энергозатрат за счет рекуперации тепла продуктов процесса;
- повышение промышленной безопасности переработки за счет осуществления процесса в непрерывном режиме.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, предусматривающем смешение тяжелого углеводородного сырья с фракцией крекинга, нагрев в крекинг-печи и последующий термолиз при контакте с перегретым до 400-700°С водяным паром с получением пека и паров термолиза, особенностью является то, что процесс проводят в непрерывном режиме, в качестве фракции крекинга используют пары термолиза, а тяжелое углеводородное сырье предварительно нагревают продуктами процесса, смесь тяжелого углеводородного сырья с парами термолиза фракционируют с получением газа и светлых продуктов, выводимых с установки, вакуумного остатка и тяжелой газойлевой фракции, которую смешивают с остатком первой стадии термолиза, нагревают в крекинг-печи до температуры не выше 480°С и сепарируют с получением паров сепарации и остатка сепарации, последний далее подвергают термолизу в три стадии, причем на первой стадии термолиз проводят при давлении 0,8-1,2 МПа и температуре 440-450°С с получением паров и остатка первой стадии термолиза, часть которого смешивают с тяжелой газойлевой фракцией, а балансовую часть остатка первой стадии термолиза смешивают с парами сепарации и подают на вторую стадию термолиза, проводимую при давлении 0,4-0,6 МПа и температуре 430-440°С, с получением паров и остатка второй стадии термолиза, полученный остаток смешивают с вакуумным остатком, перегретым водяным паром, и подают на третью стадию термолиза, проводимую при давлении 0,4-0,6 МПа и температуре 420-450°С с получением пека, выводимого с установки, и паров термолиза, при этом сумму паров термолиза направляют на смешение с тяжелым углеводородным сырьем.
В заявляемом способе проведение процесса в непрерывном режиме позволяет повысить промышленную безопасность процесса и снизить металлоемкость за счет исключения дублирования оборудования.
Предварительный нагрев тяжелого углеводородного сырья продуктами процесса позволяет снизить энергозатраты на процесс за счет рекуперации тепла продуктов термолиза.
Фракционирование смеси тяжелого углеводородного сырья с парами термолиза позволяет получать газ и светлые продукты, выводимые с установки, вакуумный остаток и тяжелую газойлевую фракцию для дальнейшей переработки.
Смешение тяжелой газойлевой фракции с высокоароматизированным остатком первой стадии термолиза и последующий нагрев смеси в крекинг-печи при температуре не выше 480°С позволяет предотвратить закоксовывание змеевиков крекинг-печи, а сепарация нагретой смеси с получением паров сепарации и остатка сепарации позволяет получить теплоноситель для поддержания температуры на второй стадии термолиза и сырья для дальнейшей переработки.
Термолиз остатка сепарации в три стадии позволяет повысить глубину превращения сырья за счет проведения каждой стадии процесса при оптимальной температуре и давлении.
Проведение первой стадии термолиза при давлении 0,8-1,2 МПа и температуре 440-450°С позволяет осуществить превращение термолабильных углеводородов сырья и вывести на фракционирование пары первой стадии термолиза с максимальным содержанием среднедистиллятных фракций.
Диапазон применимых давлений 0,8-1,2 МПа обусловлен необходимостью обеспечения максимального содержания в парах термолиза наиболее ценных среднедистиллятных фракций. При давлении ниже 0,8 МПа в пары попадает избыточное количество тяжелых газойлевых фракций, а при давлении выше 1,2 МПа среднедистиллятные фракции не выводятся с парами, а подвергаются термолизу с получением менее ценных легких газобензиновых фракций.
Интервал применимых температур 440-450°С обусловлен необходимостью обеспечения максимального деструкционного превращения термолабильных углеводородов сырья. Поддержание температуры выше 450°С требует перегрева сырья в печи до температур выше 500°С, что влечет за собой опасность закоксовывания змеевиков печи нагрева, а также повышенное газообразование. При температуре ниже 440°С снижается скорость и не обеспечивается глубина деструкционных превращений углеводородов сырья.
Смешение остатка первой стадии термолиза с парами сепарации позволяет поддержать на необходимом уровне температуру на второй стадии термолиза, снизившуюся на первой стадии термолиза из-за поглощения тепла в процессе деструктивных превращений углеводородов сырья при термолизе.
Проведение второй стадии термолиза при давлении 0,4-0,6 МПа и температуре 430-440°С, позволяет вывести на фракционирование пары с максимальным содержанием среднедистиллятных фракций.
Диапазон применимых давлений 0,4-0,6 МПа обусловлен необходимостью обеспечения максимального содержания наиболее ценных среднедистиллятных фракций в парах термолиза. При давлении ниже 0,4 МПа в пары попадает избыточное количество тяжелых газойлевых фракций, а при давлении выше 0,6 МПа среднедистиллятные фракции не выводятся с парами, а подвергаются термолизу с получением менее ценных легких газобензиновых фракций.
Интервал применимых температур 430-440°С обусловлен необходимостью обеспечения максимального деструкционного превращения термолабильных углеводородов сырья и недопущения закоксовывания реактора. При температуре выше 440°С возможно закоксовывание стенок реактора. При температуре ниже 430°С снижается скорость и не обеспечивается глубина деструктивных превращений углеводородов сырья.
Смешение остатка второй стадии термолиза с вакуумным остатком и подача смеси на третью стадию термолиза позволяет провести термолиз легко коксующихся компонентов, содержащихся в вакуумном остатке, без печного нагрева сырья, и предотвратить коксование змеевиком печи нагрева.
Проведение третьей стадии термолиза при давлении 0,4-0,6 МПа и температуре 420-450°С при контакте с перегретым водяным паром позволяет провести термолиз остаточной части тяжелого углеводородного сырья с получением пека в качестве жидкого продукта.
Диапазон применимых давлений 0,4-0,6 МПа обусловлен необходимостью максимального деструктивного превращения углеводородов сырья и вывода максимального количества паров углеводородов с водяным паром. При давлении ниже 0,4 МПа усложняется фракционирование суммарных паров термолиза, а при давлении выше 0,6 МПа пары углеводородов недостаточно выводятся с водяным паром.
Интервал применимых температур 420-450°С обусловлен необходимостью обеспечения требования по виду остаточного продукта. При температуре выше 450°С температурой застывания вырабатываемого пека превышает нормируемую. При температуре ниже 420°С не достигается нормируемая вязкость котельного топлива, снижается общая глубина превращения сырья и выход светлых продуктов.
Смешение суммы паров термолиза с тяжелым углеводородным сырьем позволяет за счет тепла нагретых паров выделить при фракционировании газ, светлые продукты, тяжелую углеводородную фракцию и вакуумный остаток.
Предлагаемый способ термической конверсии тяжелого углеводородного сырья осуществляют следующим образом (рис.1).
Тяжелое углеводородное сырье (I) подогревают продуктами его переработки на блоке теплообмена 1 (условно показан один теплообменник), смешивают с парами термолиза (II), полученную смесь (III) фракционируют на блоке фракционирования 2 (условно показана одна колонна) с получением газа (IV), светлых продуктов (V) (условно показан один продукт), тяжелой газойлевой фракции (VI) и вакуумного остатка (VII).
Тяжелую газойлевую фракцию (VI) смешивают с частью остатка первой стадии термолиза (XII), полученную смесь (VIII) нагревают в крекинг-печи 3 до температуры, не превышающей 480°С, и сепарируют в сепарационном устройстве 4 с получением паров (IX) и остатка сепарации (X), который направляют на первую стадию термолиза в реакционную камеру 5, где при давлении 0,8-1,2 МПа и температуре 440-450°С получают пары (XI) и остаток первой стадии термолиза.
Часть остатка первой стадии термолиза (XII) направляют на смешение с тяжелой газойлевой фракцией (VI), а балансовую часть остатка первой стадии термолиза (XIII) смешивают с парами сепарации (IX) и направляют на вторую стадию термолиза в реакционную камеру 6, где при давлении 0,4-0,6 МПа и температуре 430-440°С получают пары (XIV) и остаток (XV) второй стадии термолиза.
Остаток второй стадии термолиза (XV) смешивают с вакуумным остатком (VII), с перегретым до 400-700°С водяным паром (XVI) и направляют на третью стадию термолиза в реакционную камеру 7, где при давлении 0,4-0,6 МПа и температуре 420-450°С получают пары (XVII) и остаток (XVIII) третьей стадии термолиза, выводимый с установки в качестве пека.
Смесь (II) паров термолиза (XI), (XIV) и (XVII) направляют на смешение с тяжелым углеводородным сырьем (I).
Сущность изобретения иллюстрируется следующим примером.
3
Отработанное дизельные масло (плотность 878 кг/м при 20°С, 100% масс.) подогревают до 250°С, смешивают со смесью паров термолиза (95% масс.), и фракционируют с получением газа (5,5% масс.), бензиновой фракции н.к.-180°С (13% масс.), дизельной фракции 180-360°С (76% масс.), тяжелой газойлевой фракции (92% масс.) и вакуумного остатка (8,5% масс.).
Тяжелую газойлевую фракцию смешивают с циркулирующей частью остатка первой ступени термолиза (92%) масс, нагревают в крекинг-печи до 480°С, и подвергают согласно предлагаемому способу трехстадийному термолизу при давлении 1,2 МПа и температуре 445°С на первой стадии термолиза, при давлении 0,5 МПа и температуре 430°С на второй стадии термолиза, при давлении 0,4 МПа и температуре 450°С на третьей стадии термолиза, осуществляемой в присутствии водяного пара с температурой 550°С, подаваемого в количестве 15% масс к сырью. Смесь паров термолиза направляют на смешение с подогретым тяжелым углеводородным сырьем, а с низа реакционной камеры третьей стадии термолиза выводят пек с температурой размягчения 210°С (5,5% масс.). Закоксовывания змеевиков крекинг-печи не наблюдается.
Из примера видно, что предлагаемый способ позволяет получать светлые продукты с высоким выходом без закоксовывания змеевиков крекинг-печи.