Системы квенчинга в процессах термолитической переработки тяжёлых углеводородных остатков

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 665.6

Г. В. Тараканов, А. Ф. Нурахмедова, А. Р. Рамазанова, И. В. Савенкова

СИСТЕМЫ КВЕНЧИНГА В ПРОЦЕССАХ ТЕРМОЛИТИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТЯЖЁЛЫ1Х УГЛЕВОДОРОДНЫ1Х ОСТАТКОВ

Во всех процессах термодеструктивного крекирования (термолитической переработки) для быстрого прекращения протекания реакций термического крекинга при достижении заданной конверсии сырья применяют квенчинг - быстрое прекращение реакций подачей в продукты крекинга холодного продукта. Рассмотрены различные схемы организации квен-чинга, определены преимущества и недостатки этих схем. Показана зависимость схем от состава и качества закалочных продуктов, входящих в состав квенчинга; их агрегатного состояния; места ввода закалочного продукта в продукты термолиза. Предложена классификация схем организации квенчинга в термолитических процессах глубокой переработки тяжёлого углеводородного сырья, которая позволяет квалифицированно выбирать и научно обосновывать этот выбор при разработке и проектировании новых и реконструкции действующих промышленных установок подобного назначения.

Ключевые слова: углеводородное сырьё, глубокая переработка, термолитические процессы, квенчинг, схемы организации, закалочный продукт, преимущества, недостатки, классификация.

Введение

В течение нескольких последних десятилетий одной из основных проблем в мировой нефтепереработке является квалифицированное использование тяжёлых нефтяных и газокон-денсатных остатков, к которым относятся гудроны, полугудроны и крекинг-остатки, а при отсутствии установок вакуумной перегонки с целью получения сырья каталитического крекинга и гидрокрекинга - и мазуты атмосферной перегонки нефти и газового конденсата тяжёлого фракционного состава. Однако следует отметить, что мазуты, получаемые из газовых конденсатов тяжёлого фракционного состава, в настоящее время используются в основном только в качестве котельного топлива, хотя, в отличие от светлых фракций, их реализация достаточно осложнена из-за высокого содержания парафинов и, как следствие этого, высокой температуры застывания.

Использование мазутов в качестве котельных топлив является достаточно спорным вопросом, т. к., во-первых, имеется альтернатива их переработки в моторные топлива и, во-вторых, при сжигании мазутов на тепловых электростанциях и в котельных в атмосферный воздух выбрасывается огромное количество оксидов углерода, азота, сажи, включая и сильные канцерогены - бен-зо(а)пирены. Кроме того, с учётом сложившихся мировых цен на мазуты и светлые нефтепродукты и постоянно возрастающих потребностей в моторных топливах, мазут более выгодно и целесообразно использовать как сырьё для переработки, а не как энергетическое топливо.

Одним из возможных направлений квалифицированной глубокой переработки тяжёлых нефтяных и газоконденсатных остатков является их термодеструктивное крекирование с получением дополнительного количества алкенсодержащего углеводородного газа, светлых нефтепродуктов и котельного топлива, имеющего температуру застывания и вязкость в соответствии с требованиями стандартов. К этим процессам термодеструктивного крекирования (термолитической переработки) относятся:

- висбрекинг (лёгкий термический крекинг с целью производства котельных топлив требуемой вязкости без добавления в них светлых дизельных фракций) [1];

ISSN 1812-9498. ВЕСТНИК АГТУ. 2016. № 2

- термический крекинг при жёстком технологическом режиме с целью производства дополнительного количества светлых моторных топлив и углеводородных газов [1];

- гидровисбрекинг в среде водородсодержащего газа или с донорами водорода для предупреждения усиленного коксообразования и повышения качества получаемых продуктов [1];

- каталитический висбрекинг в присутствии водяного пара (процесс акваконверсии) [2];

- каталитический гидровисбрекинг [3].

Во всех этих процессах для быстрого прекращения протекания реакций термического крекинга при достижении заданной конверсии сырья применяют квенчинг (от английского слова «quenching» - резкое охлаждение; закалка; быстрое прекращение реакции холодным продуктом) - подачу холодного сырья или другого охлаждённого продукта в горячие продукты крекинга. Реже квенчинг называют также кулингом (от английского слова «cooling» - охлаждение). В русском языке синонимами терминов «квенчинг» и «кулинг» являются и часто применяются вместо них термины «закалка» и «холодная струя» [4].

Классификация систем квенчинга в термолитических процессах переработки углеводородных остатков

В нефтепереработке существует несколько схем организации квенчинга в термодеструктивных (термолитических) процессах, различающихся рядом принципиальных признаков. Систематизация и обобщение этих существующих схем и разработка их классификации позволят научно обосновывать выбор той или иной схемы в зависимости от назначения процесса, вида сырья, используемого в процессе, получаемых нефтепродуктов и некоторых других факторов.

В общем случае квенчинг может осуществляться с использованием как охлаждённых продуктов самого термолитического процесса, так и охлаждённых сторонних продуктов (нефть, вода, некондиционный бензин, смола пиролиза и др.).

Значительно чаще в технологии используются продукты самого термолитического процесса, т. к. организация их подачи осуществляется непосредственно на самой промышленной установке.

Для сторонних закалочных продуктов необходимо создание специальных систем их подачи, включающих в себя резервуары для хранения, отдельные насосы, теплообменно-холодильную аппаратуру, запорную арматуру и др., т. е. необходимы дополнительные капитальные и эксплуатационные затраты. Однако при применении некоторых сторонних продуктов, таких, как, например, некондиционный бензин или смола пиролиза, возможно улучшение технико-экономических показателей термолитических процессов, в частности увеличение выхода суммы светлых нефтепродуктов за счёт перехода в них испаряющихся при условиях процесса компонентов, входящих в состав потока квенчинга.

Квенчинги с использованием охлаждённых продуктов самого термолитического процесса различаются по составу входящих в них закалочных продуктов и бывают однокомпонентными или смесевыми (двух-, трёх- или многокомпонентным). При однокомпонентном квенчинге в качестве закалочного используют дистиллятный продукт процесса (газойлевый квенчинг) или остаточный продукт процесса (квенчинг остатком). При печном термолизе осуществляют квенчинг потока продуктов реакции, выходящего из реакционной печи (технология Вуда). Преимущества и недостатки каждой из этих схем организации однокомпонентного квенчинга приведены в таблице.

Преимущества и недостатки схем организации однокомпонентного квенчинга

Схема квенчинга Преимущества Недостатки Источник

Газойлевый квенчинг Пониженное коксообразование. Отсутствие механических примесей. Быстрое достижение температурного равновесия Повышенные нагрузки по парам и жидкости в зоне ввода сырья в колонну, в промывной секции и контуре циркуляционного орошения. Дополнительное смешение потоков [4-6]

Квенчинг остатком Пониженное коксообразование в реакционном оборудовании. Возможность дополнительной утилизации тепла на установке на более высоком температурном уровне Обрастание фракционирующей колонны коксовыми отложениями. Высокие нагрузки в контуре квенчинга. Появление механических примесей [4-6]

Квенчинг по технологии Вуда Отсутствует необходимость в дополнительной вакуумной колонне. Сокращение производства котельного топлива на 10-15 % Увеличение выхода тяжёлого газойля висбрекинга, который требует гидроочистки. Получаемое котельное топливо не соответствует требованиям ГОСТ и требует разбавления лёгким и (или) тяжёлым рецикловым газойлем каталитического крекинга [5, 7]

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Системы организации квенчинга различаются по месту ввода закалочного продукта. При печном термолизе закалочный продукт подают в точку технологической схемы процесса, находящуюся непосредственно на выходе сокинг-секции реакционной печи, а при термолизе с выносной реакционной камерой - в точку технологической схемы на выходе продуктов реакции из этой камеры.

Таким образом, системы организации квенчинга различаются по четырём основным классификационным признакам:

1) происхождению закалочных продуктов, входящих в состав квенчинга;

2) количеству закалочных продуктов, входящих в состав квенчинга;

3) изменению агрегатного состояния закалочных продуктов квенчинга;

4) месту ввода закалочного продукта в продукты термолиза.

Заключение

Предложенная классификация систем квенчинга в термолитических процессах глубокой переработки тяжёлого углеводородного сырья обобщает и систематизирует многообразие этих систем и позволяет квалифицированно выбирать и научно обосновывать соответствующий выбор при разработке и проектировании новых и реконструкции действующих промышленных установок подобного назначения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Капустин В. М., Гуреев А. А. Технология переработки нефти. В 2 ч. Ч. 2. Деструктивные процессы. М.: КолосС, 2007. 334 с.

2. Каминский Э. Ф., Хавкин В. А. Глубокая переработка нефти: технологический и экологический аспекты. М.: Техника. ООО «ТУМА ГРУПП», 2001. 384 с.

3. Ахмадова Х Х., Сыркин А. М., Садулаева А. С. Роль висбрекинга в углублении переработки нефти // Инновации в науке: материалы VIII Междунар. науч.-практ. конф. Ч. I. Новосибирск: Сибир. ассоциация консультантов, 2012. С. 76-84.

4. Тараканов Г. В. Основные термины в нефтегазопереработке. Краткий справочник: учеб. пособие для студ. высш. учеб. завед. Астрахань: Изд-во АГТУ, 2010. 131 с.

5. Низамова Г. И. Закономерности кинетики жидкофазного термолиза гудронов и совершенствование технологии процесса висбрекинга: дис. ... канд. техн. наук. Уфа, 2016. 125 с.

6. Пивоварова Н. А., Туманян Б. П., Белинский Б. И. Висбрекинг нефтяного сырья. М.: Техника. ООО «ТУМА ГРУПП», 2012. 64 с.

7. Сиели Гари М. Висбрекинг - следующее поколение // Нефтегаз. 2000. № 1. С. 78-83.

Статья поступила в редакцию 6.06.2016

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Тараканов Геннадий Васильевич - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; д-р техн. наук, профессор; зав. кафедрой химической технологии переработки нефти и газа; g.tarakanov@astu.org.

Нурахмедова Александра Фаритовна - Россия, 414056, Астрахань; ООО «Газпром добыча Астрахань», инженерно-технический центр; канд. техн. наук; начальник отдела мониторинга технологических процессов переработки сырья; Nurahmedova@astrakhan-dobycha.gazprom.ru.

Рамазанова Азалия Рамазановна - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук; доцент кафедры химической технологии переработки нефти и газа; ramazanova_ar@list.ru.

Савенкова Ирина Владимировна - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук; доцент кафедры химической технологии переработки нефти и газа; sirvht@mail.ru.

ISSN 1812-9498. BECTHHK ATTV. 2016. № 2

G. V. Tarakanov, A. F. Nurakhmedova, A. R. Ramazanova, I. V. Savenkova

SYSTEMS OF QUENCHING IN THERMOLYTIC PROCESSES OF HEAVY HYDROCARBON RESIDUES PROCESSING

Abstract. In all the processes of thermo-destructive cracking (thermolytic processing) for fast termination of reactions of thermal cracking at the set conversion of raw materials quenching - rapid termination of reactions by supplying cracking cold product to products is used. Various schemes of quenching are considered; the advantages and disadvantages of these schemes are identified. The dependence of the schemes on the composition and quality of hardening products that make up quenching; their aggregate state; input space of hardening product in the thermolysis products is shown. A classification of schemes of quenching organization in thermolytic processes of deep processing of heavy hydrocarbon feedstock, which allows professionally to choose and scientifically justify this choice in the development and design of new operating industrial installations and their reconstruction, is presented.

Key words: hydrocarbon raw materials, deep processing, thermolytic processes, quenching, organization schemes, hardening product, advantages, disadvantages, classification.

REFERENCES

1. Kapustin V. M., Gureev A. A. Tekhnologiia pererabotki nefti. V 2 ch. Ch. 2. Destruktivnye protsessy [Technology of oil processing. In 2 parts. Part 2. Destructive processes]. Moscow, KolosS Publ., 2007. 334 p.

2. Kaminskii E. F., Khavkin V. A. Glubokaia pererabotka nefti: tekhnologicheskii i ekologicheskii aspekty [Deep oil processing: technological and ecological aspects]. Moscow, Tekhnika. OOO «TUMA GRUPP», 2001. 384 p.

3. Akhmadova Kh. Kh., Syrkin A. M., Sadulaeva A. S. Rol' visbrekinga v uglublenii pererabotki nefti [Role of visbreaking in deepening of oil processing]. Innovatsii v nauke: sbornik stateipo materialam VIIIMezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii. Part I. Novosibirsk, Sibirskaia assotsiatsiia konsul'tantov, 2012. P. 76-84.

4. Tarakanov G. V. Osnovnye terminy v neftegazopererabotke. Kratkii spravochnik [Basic terms in oil and gas processing. Brief reference]. Astrakhan, Izd-vo AGTU, 2010. 131 p.

5. Nizamova G. I. Zakonomernosti kinetiki zhidkofaznogo termoliza gudronov i sovershenstvovanie tekhnologii protsessa visbrekinga. Dis. ... kand. tekhn. nauk [Peculiarities of kinetics of liquid-phase thermolysis of long residues and improvement of technological processes of visbreaking. Dis. cand. tech. sci.]. Ufa, 2016. 125 p.

6. Pivovarova N. A., Tumanian B. P., Belinskii B. I. Visbreking neftianogo syr'ia [Visbreaking of oil raw material]. Moscow, Tekhnika. OOO «TUMA GRUPP», 2012. 64 p.

7. Sieli Gari M. Visbreking - sleduiushchee pokolenie [Visbreaking - next generation]. Neftegaz, 2000, no. 1, pp. 78-83.

The article submitted to the editors 6.06.2016

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Tarakanov Gennadiy Vasilievich - Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Doctor of Technical Sciences, Professor; Head of the Department of Chemical Technology of Oil and Gas Processing; g.tarakanov@astu.org.

Nurakhmedova Aleksandra Faritovna - Russia, 414056, Astrakhan; "Gazprom dobycha Astrakhan" LLC, Engineering & Technical Centre; Candidate of Technical Sciences; Head of the Department of Monitoring Technological Processing of Raw Material; ANurahmedova@ astrakhan-dobycha.gazprom.ru.

Ramazanova Azaliya Ramazanovna - Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Sciences; Assistant Professor of the Department of Chemical Technology of Oil and Gas Processing; ramazanova_ar@list.ru.

Savenkova Irina Vladimirovna - Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Sciences; Assistant Professor of the Department of Chemical Technology of Oil and Gas Processing; sirvht@mail.ru.