СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ И НЕФТЕШЛАМА ПРОЦЕССОМ ЗАМЕДЛЕННОГО КОКСОВАНИЯ
PROCEDURE FOR PROCESSING OF OIL RESIDUES AND OIL SLUDGE BY DELAYED COKING

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к переработке нефтяных остатков и нефтесодержащих отходов (нефтешламов) на установке замедленного коксования.
При переработке одной тысячи тонны нефти на нефтеперерабатывающем заводе образуется от 1 до 5 тонн нефтешлама, требующего переработки (утилизации). Нефтешлам представляет собой смесь нефтепродуктов, механических примесей (как органических, так и минерального происхождения) и воды.
Существующие методы утилизации нефтепродуктов, содержащихся в нефтешламах, недостаточно эффективны, вследствие чего заводы вынуждены накапливать нефтешламы и постоянно увеличивать объемы шламонакопителей.
Известен способ переработки нефтяных остатков и нефтешлама процессом замедленного коксования, включающий нагрев нефтяного остатка, смешивание его с рециркулятом для формирования вторичного сырья, нагрев и подачу вторичного сырья в камеру коксования и его коксование с образованием кокса и отводом дистиллята коксования в ректификационную колонну. При этом нефтешлам с высоким содержанием нефти подают непосредственно в камеру коксования для коксования вместе со вторичным сырьем, а нефтешлам с высоким содержанием воды подают на верх камеры коксования вместе с водой для охлаждения кокса. Перед подачей нефтешлама вместе сырьем непосредственно в камеру коксования, нефтешлам должен обязательно нагреваться до температуры, исключающей присутствие в нем свободной воды [Патент US №4874505, кл. C10G 9/14, C10G 9/14, опубл. 17.10.1989 г.].
Данный способ имеет следующие недостатки. Во-первых, по данному способу требуется четкая классификация нефтяных шламов по содержанию воды и углеводородной фазы, что усложняет саму технологию утилизации. Во-вторых, процесс подачи нефтешлама с содержанием большого количества воды совместно с водой при проведении процесса охлаждения кокса являются периодическим, так как продолжительность собственно процесса охлаждения кокса составляет 3-6 часов. Т.е., при наличии большого количества такого вида нефтешлама, он не может быть переработан полностью.
Наиболее близким к заявляемому объекту является способ переработки нефтяных остатков и нефтешлама процессом замедленного коксования, включающий нагрев нефтяного остатка, смешивание его с рециркулятом для формирования вторичного сырья, нагрев и подачу вторичного сырья в камеру коксования и его коксование с образованием кокса и отводом дистиллята коксования в ректификационную камеру, пропарку и охлаждение кокса с последующей подачей продуктов пропарки и охлаждения кокса в абсорбер с образованием смеси обезвоженных нефтепродуктов, нагрев нефтешлама теплом нефтепродукта, выходящего с низа абсорбера для испарения воды, нагрев смеси обезвоженных нефтепродуктов в теплообменнике теплом легкого газойля и смешивание ее с разбавителем (легким газойлем), подачу на верх камеры коксования напрямую и/или в смеси со вторичным сырьем - кубовым остатком (либо перед подачей вторичного сырья в реакционную печь, либо - на выходе из реакционной печи) и/или в нижнюю часть ректификационной колонны [Патент US №4968407, кл. C10G 9/14, С10В 43/14, опубл. 06.11.90].
Как видно, в данном способе нефтешлам предварительно нагревается в теплообменнике теплом нефтепродукта, выводимого с низа абсорбера, что обеспечивает испарение содержащейся в нем воды, и поступает в верхнюю часть абсорбера. Легкокипящие фракции углеводородов, содержащиеся в нефтешламе, совместно с водяными парами и легкокипящими фракциями, уловленными при пропарке и охлаждении кокса, с верха абсорбера поступают после охлаждения в сепаратор, где разделяются на углеводородный газ, легкие нефтепродукты и воду. Тяжелокипящие фракции нефтепродуктов, содержащиеся в нефтешламе, совместно с уловленными при пропарке и охлаждении кокса тяжелокипящими фракциями накапливаются в нижней части абсорбера и, далее, после нагрева в теплообменнике теплом легкого газойля и смешивания с тяжелым газойлем, вовлекаются в процесс коксования по следующим направлениям: а) в нижнюю часть ректификационной колонны, где формируется вторичное сырье, которое далее поступает в реакционную печь; б) на верх камеры коксования; в) на вход камеры коксования совместно с нагретым в печи вторичным сырьем.
Этот способ имеет следующие недостатки.
При подаче смеси уловленных нефтепродуктов с нефтешламом в ректификационную колонну при формирования вторичного сырья, а также при подаче смеси нефтепродуктов во вторичное сырье перед нагревом в реакционно-нагревательной печи механические примеси, содержащиеся в смеси, в том числе частицы кокса, попадают в реакционно-нагревательную печь при нагреве вторичного сырья перед подачей в камеру коксования. Это приводит к преждевременному закоксовыванию печных змеевиков и, следовательно, сокращению межремонтного пробега установки замедленного коксования.
При подаче смеси нефтепродуктов во вторичное сырье (кубовый остаток) на выходе из реакционно-нагревательной печи, перед подачей сырья в камеру коксования, из-за достаточно низкой температуры смеси снижается температура вторичного сырья на входе в камеру коксования, что в итоге может привести к получению в камере коксования битуминозной массы с высоким содержанием летучих веществ. Дело в том, что нефтешлам, подаваемый для переработки на установку замедленного коксования, нагревается теплом легкого газойля, выводимого из ректификационной колонны и имеющего температуру вывода ~270°C. Поэтому смесь нефтепродуктов может быть нагрета до температуры не выше 200°C. Для исключения такой ситуации необходимо или повышать температуру вторичного сырья на выходе из печи, что чревато преждевременным закоксовыванием змеевиков печи, или сокращать количество подаваемой во вторичное сырье смеси, что уменьшает общий объем переработки шлама.
Предлагаемый способ направлен на увеличение межремонтного пробега установки замедленного коксования при одновременной переработке нефтяных остатков и нефтешлама за счет снижения закоксовывания змеевиков печи.
Это достигается тем, что в способе переработки нефтяных остатков и нефтешлама процессом замедленного коксования, включающем нагрев нефтяного остатка и смешивание его с рециркулятом с образованием вторичного сырья и последующей подачей нагретого вторичного сырья в камеру коксования, коксование вторичного сырья с образованием кокса и отводом дистиллята коксования в ректификационную колонну, из которой выводят легкие продукты коксования и кубовый остаток, пропарку и охлаждение кокса с последующей подачей продуктов пропарки и охлаждения кокса в абсорбер, нагрев нефтешлама до превращения свободной воды в парообразное состояние, согласно изобретению в качестве рециркулята используют тяжелый газойль коксования, его смешивание с нефтяным остатком осуществляют в отдельной емкости, при этом нагретый нефтешлам вводят в дистиллят коксования и/или подают в абсорбер на смешивание с продуктами пропарки и охлаждения кокса и полученные продукты вводят в дистиллят коксования.
Кроме того, вторичное сырье перед подачей в камеру коксования смешивают с кубовым остатком, представляющим собой наиболее высококипящие фракции дистиллята коксования, нефтешлама и продуктов пропарки и охлаждения кокса.
Формирование вторичного сырья путем смешивания рециркулята с исходным сырьем (нефтяным остатком) в отдельной емкости и последующее смешивание вторичного сырья с кубовым остатком ректификационной колонны для подачи в камеру коксования позволит избежать попадания механических частиц, присутствующих в нефтешламе, в том числе и содержащихся в продуктах пропарки и охлаждения кокса коксовых частиц, в змеевики реакционно-нагревательной печи. При подаче из абсорбера смеси нефтепродуктов, содержащей нефтешлам, в качестве кулинга для дистиллята коксования указанная смесь идет на фракционирование, также минуя реакционно-нагревательную печь.
Способ осуществляют следующим образом.
Нефтяной остаток (сырье) нагревают в печи и/или в теплообменнике теплом отходящих продуктов и подают в емкость 1 для смешивания с рециркулятом, в качестве которого используют тяжелый газойль коксования, с образованием вторичного сырья. Полученное вторичное сырье нагревают в реакционно-нагревательной печи 2 и подвергают замедленному коксованию в попеременно работающих камерах коксования 3 с образованием кокса и отводом дистиллята коксования по шлемовым трубопроводам в ректификационную колонну 4. После отключения камеры коксования от потока сырья проводят пропарку и охлаждение кокса с подачей продуктов пропарки и охлаждения кокса в абсорбер 5.
Нефтешлам, частично освобожденный от механических примесей и воды отстаиванием в отстойнике 6 и на фильтрах 7, нагревают в теплообменниках 8 легким газойлем коксования, выводимым из ректификационной колонны 4, до температуры ~150-170°C, при которой вся содержащаяся в нем вода переходит в паровую фазу. Подогретый нефтешлам подают в шлемовые трубопроводы в качестве кулинга с целью охлаждения дистиллята коксования перед подачей последнего в ректификационную колонну и/или в абсорбер 5 для смешивания с продуктами пропарки и охлаждения кокса. При подаче нефтешлама в шлемовые линии камер коксования в качестве кулинга происходит снижение температуры дистиллята коксования на входе в ректификационную колонну. При подаче нефтешлама в абсорбер 5 нефтешлам смешивается с продуктами прогрева камер коксования, пропарки и охлаждения кокса. Полученную смесь нефтепродуктов выводят снизу абсорбера и подают в шлемовые трубопроводы в качестве кулинга для охлаждения дистиллятов коксования и, далее, подают в ректификационную колонну. Таким образом, вместе с дистиллятом коксования в ректификационную колонну поступает нефтешлам, а также смесь нефтешлама с уловленными продуктами прогрева камер коксования, пропарки и охлаждения кокса, где происходит процесс ректификации с получением газа, бензина, легкого и тяжелого газойлей коксования и кубового остатка, содержащего наиболее высококипящие фракции из дистиллята коксования, нефтешлама и уловленных продуктов.
Кубовый остаток с низа ректификационной колонны, содержащий наиболее высококипящие продукты, сконденсировавшиеся из дистиллята коксования, а также продукты прогрева камер коксования, пропарки и охлаждения кокса и нефтешлам, имеющий температуру ~380-390°C, подают в камеры коксования вместе со вторичным сырьем и/или выводят из установки замедленного коксования (как показано на чертеже).
Все содержащиеся в нефтешламе механические примеси, а также коксовые частицы, вынесенные из камер коксования вместе с дистиллятом коксования, концентрируются в нижней части ректификационной колонны в составе кубового остатка. Для их отделения предусматривается циркуляция кубового остатка с низа ректификационной колонны через фильтры.
Способ иллюстрируется примерами.
Пример 1 (по предлагаемому способу). Было проведено замедленное коксование нефтяного остатка и нефтешлама, характеристика которых приведена в таблице 1.
Таблица 1
Характеристика исходного нефтяного остатка и нефтешлама
Наименование показателей
Исходный нефтяной остаток
Исходный нефтешлам
Обезвоженный отстаиванием нефтешлам
Плотность, р<sub>4</sub> <sup>20</sup>
1,0582
0,9120
0,9052
Коксуемость, % масс.
16,5
-
4,1
Содержание серы, % масс.
3,1
-
1,45
Содержание мехпримесей, % масс.
-
0,76
0,79
Содержание воды, % масс.
-
3,8
-
Зольность, % масс.
0,19
-
0,44
Фракционный состав:
- температура НК,°C
240
-
80
- до 300°C выкипает, % об.
3,0
-
24
- до 350°C выкипает, % об.
10,0
-
47
- до 400°C выкипает, % об.
21,0
-
65
- до 450°C выкипает, % об.
32,0
-
77
- до 500°C выкипает, % об.
44,5
-
86
Нефтяной остаток нагрели в теплообменниках до температуры 270°C и смешали в емкости с рециркулятом - тяжелым газойлем коксования с образованием вторичного сырья. Полученное вторичное сырье нагрели в реакционно-нагревательной печи до температуры 485°C и подали в одну из попеременно работающих камер коксования, сверху из которой отводится дистиллят коксования в ректификационную колонну.
Нефтешлам подали в отстойник, где из него путем отстаивания частично отделили присутствовавшие в нем воду и механические примеси, затем прокачали через фильтры для дополнительного отделения из него механических примесей, после чего нагрели в теплообменниках теплом легкого газойля, выводимого из ректификационной колонны, до температуры 170°C и подали в качестве кулинга в шлемовые трубопроводы (в дистиллят коксования). Охлажденный дистиллят коксования с температурой 420°C поступал в ректификационную колонну на фракционирование с получением газа, бензина, легкого и тяжелого газойлей и кубового остатка, который с температурой 380-390°C добавлялся во вторичное сырье перед подачей последнего в камеру коксования.
Количество подаваемого в качестве кулинга обезвоженного нефтешлама (характеристика его приведена в таблице) в дистиллят коксования подбирается таким образом, чтобы температура паров дистиллята коксования, поступающих в ректификационную колонну, не превышала 420°C, а температура в нижней части ректификационной колонны не превышала 400°C.
Из абсорбера уловленная тяжелая часть продуктов пропарки и охлаждения кокса была подана в качестве кулинга в дистиллят коксования.
Кубовый остаток, выведенный с низа ректификационной колонны, пропустили через фильтры для отделения механических примесей и коксовых частиц, попавших вместе с нефтешламом и дистиллятом коксования.
Частично освобожденный от механических примесей и коксовых частиц кубовый остаток подают в поток вторичного сырья на входе в камеру коксования. Учитывая, что кубовый остаток, содержащий механические примеси, подавался во вторичное сырье не перед реакционно-нагревательной печью, а непосредственно в камеру коксования, уменьшилось закоксовывание печи, вследствие чего межремонтный пробег установки составил 365 дней.
Пример 2 (по предлагаемому способу). Было проведено замедленное коксование такого же нефтяного остатка и такого же нефтешлама и так же, как и по примеру 1, с той разницей, что часть нефтешлама была подана в абсорбер для смешивания с продуктами пропарки и охлаждения кокса. Полученная смесь из абсорбера была подана в ректификационную колонну.
Межремонтный пробег установки составил 355 дней за счет уменьшения закоксовывания печи.
Пример 3 (по предлагаемому способу). Было проведено замедленное коксование нефтяного остатка и нефтешлама так же, как и по примеру 1, но кубовый остаток не подавали на смешивание со вторичным сырьем, а вывели из установки на сторону. Межремонтный пробег установки составил 360 дней.
Пример 4 (по прототипу). Было проведено замедленное коксование того же нефтяного остатка и такого же нефтешлама, что и в примерах 1 и 2. От нефтешлама сначала отстаиванием в емкости, затем при помощи фильтров были отделены механические примеси и вода, после чего нагрели в теплообменниках теплом легкого газойля коксования, выведенного из ректификационной колонны, до температуры 170°C и подали в абсорбер, куда также были поданы продукты пропарки и охлаждения кокса. Полученная в абсорбере смесь нефтепродуктов была подана в качестве кулинга в дистиллят коксования, а также на смешивание со вторичным сырьем перед подачей в реакционно-нагревательную печь и после нее. Вследствие того, что механические примеси, содержащиеся в нефтешламе, совместно с продуктами прогрева коксовых камер, пропарки и охлаждения кокса попадает в печь, это обуславливает ее преждевременное закоксовывание: межремонтный пробег составил 260 дней.
В таблице 2 приведены режим и материальный баланс по примерам.
Как видно из приведенных примеров, использование предлагаемого способа позволит увеличить межремонтный пробег установки замедленного коксования до 350-365 дней (по способу-прототипу - 260 дней).
Таким образом, использование предлагаемого способа позволит по сравнению с прототипом увеличить межремонтный пробег установки при переработке нефтяных остатков и нефтешлама замедленным коксованием за счет исключения попадания в реакционно-нагревательную печь механических примесей, содержащихся в нефтешламе, и коксовых частиц, содержащихся в продуктах пропарки и охлаждения кокса.
Таблица 2
Технологический режим и материальный баланс коксования
Показатели
Примеры по предлагаемому способу
Пример 4 (по прототипу
Технологический режим
1. Первичное сырье, т/час
140,0
140,0
140,0
140,0
2. Нефтешлам на установку, т/час, в т.ч.:
10,0
15,0
10,0
10,0
а) в шлемовый трубопровод в качестве кулинга;
10,0
10,0
10,0
-
б) в абсорбер
-
5,0
-
10,0
3. Кубовый остаток, выведенный из нижней части ректификационной колонны, т/час
5,0
8,0
5,0
-
4. Кубовый остаток, поданный в камеру коксования, т/час
5,0
8,0
-
-
5. Тяжелые продукты с низа абсорбера в ректификационную колонну, т/час, в т.ч.:
20,0
23,0
20,0
20,0
а) в шлемовый трубопровод в качестве кулинга;
5,0
5,0
5,0
-
б) на смешивание со вторичным сырьем перед печью;
-
-
-
5,0
в) на смешивание со вторичным сырьем после печи;
-
-
-
5,0
г) непосредственно в ректификационную колонну
-
-
-
10,0
6. Температура вторичного сырья на выходе из печи, °C
485
490
485
485
7. Температура вторичного сырья на входе в камеру коксования, °C
480
485
480
480
8. Температура низа ректификационной колонны, °C
398
392
395
398
Материальный баланс коксования
1. Взято сырья, % масс.
100
100
100
100
2. Получено, % масс.:
а) углеводородный газ;
11,7
11,6
11,0
11,2
б) бензин (фр. н.к. - 180°C);
3,8
3,7
3,2
3,6
в) легкий газойль (фр. 180°C - 350°C);
29,7
32,4
28,1
31,1
г) тяжелый газойль (фр. >350°C);
28,8
26,0
27,7
28,4
д) кубовый остаток;
-
-
5,0
-
е) кокс
26,0
26,3
25,0
25,7
Межремонтный пробег установки коксования, дней
365
355
360
260