СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТЯЖЕЛОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
METHOD OF PROCESSING HEAVY HYDROCARBON RAW MATERIAL

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности и может быть использовано для переработки тяжелого углеводородного сырья, включая газовые конденсаты, нефти, высококипящие дистилляты, остаточное нефтяное сырье, нефтеконцентраты, выделенные из нефтесодержащих отходов.
Известен способ термического крекинга высоковязкого нефтяного сырья, включающий крекинг утяжеленного сырья (гудрона) при температуре 470-490°С в одной печи, а легкой флегмы (фракции 200-350°С) - во второй печи при 520-545°С с последующей выдержкой обоих потоков, выводимых из этих печей, в реакционной камере и разделением продуктов крекинга на газ, бензин и крекинг-остаток, направляемый в котельное топливо [Судовиков А.Д. Установки термического крекинга. М.: Химия, 1977 г.].
Недостатком данного способа является невысокий выход жидких светлых фракций из-за недостаточной глубины крекинга, опасность закоксовывания змеевиков печи нагрева и выносных реакционных аппаратов из-за высокой температуры крекинга, а также значительные затраты энергии из-за необходимости поддержания высоких температур.
Известен также способ термического крекинга высоковязкого нефтяного сырья на типовой установке, включающей смешение сырья с легкими углеводородными фракциями, нагрев смеси в трубчатой печи до температуры 500-510°С и выдержку потока в выносной реакционной камере для дальнейшего углубления крекинга с последующим разделением продуктов крекинга на газ, бензин и крекинг-остаток [«Химия и технология топлив и масел», 1962. №2. С.1-5].
Недостатком способа является невысокий выход жидких светлых фракций, вследствие того, что не удается достичь требуемой глубины крекинга и из-за опасности закоксовывания змеевиков печи и выносных реакционных аппаратов при высокой температуре нагрева сырья.
Наиболее близким к заявляемому является способ термического крекинга высоковязкого тяжелого углеводородного сырья, включающий смешение сырья с рециркулятом - легкими углеводородными фракциями, нагрев смеси до температуры 455-465°С и ее последующий термолиз в реакторе жидкофазного крекинга при температуре 420-425°С и времени пребывания 4-15 мин. Продукты термолиза выводят из реактора и подают на разделение с выделением газа, бензина и остатка термолиза [Патент РФ №2125078, Кл C10G 9/14, опубл. 1999.01.20].
Газ, выделяемый при разделении продуктов крекинга, это всегда сероводородсодержащий углеводородный газ, поскольку из литературных источников и практики известно, что в тяжелом нефтяном углеводородном сырье всегда содержатся серосодержащие органические соединения, часть которых при температурном воздействии превращается в газообразный сероводород и вместе с газообразными углеводородами отводится из зоны реакции [Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа. / Ахметов С.А., Сериков Т.П., Кузеев И.Р., Баязитов М.Н. Санкт-Петербург: Недра, 2005. С.562], а также [Вильям А. Технология переработки нефти. / А.Вильям, Р.Дональд, В.Стивенс. Л.: Химия, 1964. С.32,148] и [Соркин Я.Г. Безотходное производство в нефтеперерабатывающей отрасли. М.: Химия, 1983. С.33].
Недостатками способа являются:
- недостаточно высокий выход жидких светлых фракций, вследствие того, что условия процесса не обеспечивают достаточную глубину переработки сырья;
- высокий выход остатка термолиза;
- опасность закоксовывания змеевика трубчатой печи и реактора крекинга из-за необходимости нагрева сырья до температуры 455-465°С, при которой сохраняется возможность протекания реакции коксообразования;
- проведение процесса связано со значительным расходом энергии;
- загрязнение окружающей среды вследствие того, что сероводородсодержащий углеводородный газ, выделенный при разделении продуктов крекинга, не находит квалифицированного применения в процессе.
Задача изобретения - повышение выхода жидких светлых фракций, уменьшение выхода остатка термолиза, снижение опасности закоксовывания змеевика трубчатой печи и реактора, а также экономия энергии.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа:
- обеспечение более полного отбора углеводородных паров жидких светлых фракций из смеси тяжелого углеводородного сырья и рециркулята - раствора серы в жидких светлых фракциях путем предварительного нагрева сырья за счет тепла отходящих продуктов перед подачей остаточной фракции, содержащей элементную серу, в трубчатую печь нагрева, а также полное растворение в сырьевой смеси элементной серы, содержащейся в рециркуляте;
- снижение нагрузки по сырью и энергии на трубчатую печь за счет отделения углеводородных паров из предварительно нагретой сырьевой смеси;
- увеличение выхода жидких светлых фракций за счет углубления переработки сырья, что достигается проведением реакции расщепления сырья (термолиза) в реакторе двухфазного крекинга и отделением паров термолиза;
- дополнительное увеличение выхода жидких светлых фракций за счет углубления переработки сырья, вызванной активирующим действием элементной серы, вводимой в сырьевую смесь;
- исключение опасности закоксовывания змеевика трубчатой печи за счет проведения термолиза при значительно более низкой температуре по сравнению с прототипом, а также ингибирующего действия элементной серы;
- снижение энергетических затрат за счет проведения процесса при более низкой температуре;
- предотвращение загрязнения окружающей среды сероводородсодержащим газом;
- снижение нагрузки на фракционирующую колонну, в связи с тем, что остаток термолиза в процессе выводится непосредственно из реактора.
Указанный технический результат достигается способом переработки тяжелого углеводородного сырья, включающем предварительный нагрев сырья в теплообменниках, последующее смешение с рециркулятом, разделение полученной смеси на углеводородные пары, которые направляют на фракционирование, и содержащую элементную серу остаточную фракцию, которую направляют на нагрев в трубчатой печи до 420-435°С и последующий термолиз в реакторе двухфазного крекинга с отделением остатка термолиза и паров термолиза, пары термолиза направляют на фракционирование с выделением сероводородсодержащего углеводородного газа, жидких светлых фракций и остатка тяжелой дистиллятной фракции, кроме того, сероводородсодержащий углеводородный газ, выделенный из паров термолиза, окисляют кислородом воздуха в присутствии катализатора до элементной серы, которую конденсируют, а полученный углеводородный газ, содержащий остаточные пары и аэрозоль серы, подвергают абсорбции жидкими светлыми фракциями с отделением топливного газа и раствора серы в жидких светлых фракциях, который в качестве рециркулята смешивают с предварительно нагретым сырьем.
В заявляемом способе смешение предварительно нагретого сырья с рециркулятом - раствором серы в жидких светлых фракциях - обеспечивает полное растворение серы.
Проведение термолиза остаточной фракции, содержащей элементную серу, в реакторе двухфазного крекинга с отделением остатка термолиза и паров термолиза, которые направляют на фракционирование, способствует увеличению выхода жидких светлых фракций и углублению переработки тяжелого углеводородного сырья.
Положительный эффект действия серы проявляется при проведении термолиза в реакторе двухфазного крекинга, при котором сера активирует реакцию термолиза, служит активатором радикальных процессов термолиза, вследствие чего повышается степень превращения продукта нагрева, т.е. увеличивается выход жидких светлых фракций, снижается температура проведения процесса, а также уменьшается опасность закоксовывания змеевиков трубчатой печи.
3
Способ осуществляют следующим образом. Тяжелое сероводородсодержащее углеводородное сырье, например обессоленную и обезвоженную нефть (I) плотностью выше 870 кг/м, предварительно нагревают в группе теплообменников 1 (на схеме показан один) до 200°С и смешивают с рециркулятом - раствором серы в жидких светлых фракциях. Полученную смесь разделяют в сепараторе 2 на углеводородные пары (II), которые направляют на фракционирование в ректификационную колонну 3, и содержащую элементную серу остаточную фракцию (III). Остаточную фракцию (III) направляют на нагрев в трубчатой печи 4 до 435°С и последующий ее термолиз в реакторе двухфазного крекинга 5 при температуре 420-425°С с отделением остатка термолиза (IV) и паров термолиза (V). Пары термолиза (V) направляют на фракционирование в ректификационную колонну 3 с выделением сероводородсодержащего углеводородного газа (VI), жидких светлых фракций (VII) и остатка тяжелой дистиллятной фракции (VIII). Сероводородсодержащий углеводородный газ (VI), выделенный из паров термолиза, окисляют в реакторе прямого окисления 6 кислородом воздуха (IX) в присутствии катализатора до элементной серы, которую конденсируют в сероуловителе 7 с выделением жидкой серы (X). Полученный при этом углеводородный газ, содержащий остаточные пары и аэрозоль серы (XI), подвергают абсорбции в абсорбере 8 жидкими светлыми фракциями (VII) с отделением топливного газа (XII) и раствора серы в жидких светлых фракциях (XIII), который в качестве рециркулята смешивают с предварительно нагретым сырьем (I).
Пример 1. (По прототипу).
Исходное высоковязкое нефтяное остаточное сырье - гудрон, смешивают с легкими углеводородными фракциями - рециркулятом, далее смесь подают в трубчатую печь, температура на выходе из которой 465°С, а затем направляют в реактор жидкофазного крекинга для осуществления крекинга при 425°С. Жидкие продукты крекинга выводят из реактора для разделения с получением, мас.%: сероводородсодержащего углеводородного газа - 6,5, бензиновой фракции - 13 и крекинг-остатка - остальное.
Пример 2.
3
Исходное тяжелое углеводородное сырье (I) плотностью 920 кг/м смешивают с рециркулятом - раствором серы в жидких светлых фракциях (XIII), - подают в трубчатую печь 4, где происходит нагрев и частичный крекинг смеси при температуре 435°С. В последующем смесь подвергают термолизу в реакторе двухфазного крекинга 5 при температуре 425°С. Пары термолиза (V) выводят из реактора 5 и подают на фракционирование, а остаток термолиза выводят из реактора. Получено, мас.%: сероводородсодержащего углеводородного газа - 3,5, бензиновой фракции - 11,0, дизельной фракции - 58 и остатка термолиза (крекинг-остатка) - 27,5.
Пример 3.
В условиях, аналогичных примеру 2, отличающихся тем, что исходное тяжелое углеводородное сырье предварительно нагревают до 200°С в группе теплообменников (1) (на схеме показан один) и смешивают с - рециркулятом (XIII) - раствором серы в жидких светлых фракциях (XIII) - далее смесь направляют в сепаратор 2, углеводородные пары (II) отводятся на фракционирование, а остаточную фракцию, содержащую элементную серу (III), подают в трубчатую печь 4, температура на выходе из которой 435°С. Температуру в реакторе двухфазного крекинга 5 поддерживают 420°С. Продукты термолиза выводят из реактора и разделяют с получением, мас.%: сероводородсодержащего углеводородного газа - 3,0, бензиновой фракции - 9,0, дизельной фракции - 53 и остатка термолиза (крекинг-остатка) - 35.
Пример 4.
В условиях, аналогичных примеру 3, отличающихся тем, что выделенный при фракционировании сероводородсодержащий углеводородный газ (V) окисляют в реакторе прямого окисления сероводорода 6 кислородом воздуха (VIII) в присутствии катализатора до элементной серы, которую конденсируют в сероуловителе 7 с выделением жидкой серы (IX), а полученный углеводородный газ, содержащий остаточные пары и аэрозоль серы (X), подвергают абсорбции жидкими светлыми фракциями (VI) в абсорбере 8 с отделением топливного газа (XI) и раствора серы (XII) в жидких светлых фракциях, который в качестве рециркулята смешивают с предварительно нагретым сырьем (I). Выход газа, жидких продуктов и остатка термолиза приведены в таблице. Остаток термолиза по своим термомеханическим показателям соответствует требованиям нормы на товарный битум.
Условия крекинга и сравнительные данные по выходу продуктов крекинга по примерам 1-4 приведены в таблице.
Таблица
Условия крекинга
Пример 1 по прототипу
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Температура предварительного нагрева, °С
-
<sup>-</sup>
200
200
Температура на выходе, °С
465
435
435
435
Температура крекинга, °С
425
425
420
420
Выходы продуктов
Газ
6,5
3,5
3,0
4,0
Бензиновые фракции
13,0
11,0
9,0
12,0
Дизельная фракция
-
58
53
60
Остаток термолиза (крекинг-остаток)
80,5
27,5
35,0
24,0
Из таблицы видно, что при различных условиях проведения процесса переработки тяжелого углеводородного сырья наиболее приемлемым является предлагаемый способ по примеру 4, т.к. он обеспечивает наибольший выход светлых фракций и более мягкие условия крекинга. Кроме того, в опытах по примеру 4 не наблюдается отложения коксообразных веществ в змеевике печи и в реакторе термолиза, образующийся в процессе крекинга сероводород превращается в безвредную серу и используется в качестве активатора процесса, а балансовые количества в виде товарной продукции направляются потребителю.
Заявленный способ переработки тяжелого углеводородного сырья находит промышленное применение на многих нефтеперерабатывающих предприятиях как в РФ, так и за рубежом.