УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ТЕРМОДЕСТРУКТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ
DEVICE FOR THERMAL DEGRADATION PROCESSES OF HEAVY OIL RESIDUES PROCESSING

Устройство для осуществления термодеструктивных процессов переработки тяжелых нефтяных остатков.
Известны термодеструктивные процессы переработки тяжелых нефтяных остатков (мазута, гудрона, битума и т.д.), к которым относятся:
- термический крекинг;
- висбрекинг;
- коксование;
- пиролиз.
Известны [1-3] несколько вариантов организации процессов: крекинг в реакционном змеевике печи без выделения зоны крекинга в отдельную секцию; крекинг с выносной реакционной камерой. Общим для всех установок термокрекинга является наличие трубчатой печи для нагрева и испарения сырья, а также разделение продуктов реакции в отдельно стоящих ректификационных колоннах. Основной недостаток всех этих схем связан с наличием нагревательной печи, в которой из-за неравномерности нагрева сырья по длине змеевика происходит перегрев стенки труб и, как следствие, закоксовывание змеевика печи. На установках термокрекинга мазута пробег печи составляет 30-40 суток; на установках висбрекинга - 6-7 месяцев; на установках УЗК - не более года.
Известен [4,5] процесс углубленного термического крекинга в реакторе (прототип), в котором в верхней части расположена камера сгорания топливного газа с кислородом, а горячие продукты сгорания смешиваются с сырьем, нагревают его до 900°С и направляются в закалочный аппарат, где охлаждаются до 350°С. Тепло, выделяемое при закалке, используется для производства водяного пара высокого давления. Продукты реакции направляются в ректификационную колонну, где от пирогаза отделяются мазут, легкий газойль и вода, а пирогаз направляется на блок низкотемпературной ректификации с выделением этилена, пропилена и др. продуктов.
Недостатками конструкции реактора являются:
1. Камера сгорания размещена вверху реактора, а ввод сырья расположен ниже. Таким образом, взаимодействие продуктов сгорания и сырья происходит в нисходящем прямотоке. Такой режим характеризуется малым временем контакта и ограниченной поверхностью взаимодействия, узким диапазоном эффективной работы и практически время контакта и поверхность взаимодействия не регулируются.
2. Ректификационная колонна отделена от реактора, вследствие чего появляются дополнительные трубопроводы, арматура, увеличиваются сопротивление, металлоемкость, габариты установки.
Предлагается устройство - аппарат, совмещающий реактор и ректификационную колонну, - реакционно-ректификационный аппарат (РРА) для осуществления термодеструктивных процессов переработки тяжелых нефтяных остатков (фиг. 1), включающий корпус, камеру сгорания, штуцера для подвода сырья, топлива, окисляющего газа, вывода продуктов реакции и газов сгорания, отличающееся тем, что камера сгорания (2) расположена в нижней части аппарата и соединена с корпусом аппарата герметично, а штуцер ввода сырья (4) размещен выше штуцера ввода продуктов сгорания (3), и между ними расположена секция смешения (5), состоящая, например, из нескольких каскадных тарелок или блоков структурированной насадки, выше штуцера ввода сырья расположены, по крайней мере, еще две секции: разделения (6) и конденсации (7), а в нижней части камеры сгорания (2) размещен штуцер (9) для подачи воды, с помощью которой регулируется температура продуктов сгорания.
2
2
2
Реакционно-ректификационный аппарат (РРА) работает следующим образом: сырье (I) из сырьевой емкости насосом подается в РРА через штуцер (4), топливо (II), например природный газ и окисляющий газ (III), например воздух, поступают в камеру сгорания (2), с помощью электрозапальника эта горючая смесь поджигается, продукты сгорания (СО; НО; N) поступают в нижнюю часть корпуса (1) РРА через штуцер (3), температура продуктов сгорания регулируется расходом воды (IV), подаваемой в камеру сгорания через штуцер (9) по сигналу датчика температуры, установленному на входе в РРА.
Горячие продукты сгорания, поднимаясь вверх, поступают в секцию смешения (5), где они контактируют в противотоке с жидкой частью сырья, поступающего из штуцера (4) в секцию смешения. При непосредственном контакте в противотоке горячих продуктов сгорания с сырьем происходит интенсивный теплообмен, сырье нагревается и частично испаряется, осуществляется термический крекинг тяжелой части сырья. В зависимости от температуры и времени контакта фаз получаются следующие продукты: газ, крекинг-бензин, керосино-газойлевая фракция и крекинг остаток. Продукты термокрекинга в паровой фазе вместе с газами сгорания поступают в секцию разделения (6), где они контактируют с жидкостью (флегмой), перетекающей в секцию разделения из секции конденсации (7), в которой паровая фаза конденсируется за счет тепла циркулирующего орошения, охлаждаемого во внешнем теплообменнике и доохладителе и возвращаемого в аппарат через штуцер (VIII).
Неконденсирующиеся газы выводятся из РРА через штуцер (IX), жидкий продукт - крекинг-остаток - выводится через штуцер (V). Продукты реакции - крекинг-бензин и керосино-газойлевая фракция - выводятся через штуцеры (VII) и (VI) соответственно.
Таким образом, в предложенной конструкции реакционно-ректификационного аппарата (РРА) реализуется основная идея непосредственной передачи тепла от сжигания топлива в камере сгорания (2) к сырью в условиях интенсивной теплопередачи в противотоке при непосредственном контакте продуктов сгорания с сырьем в секции смешения (5) при контролируемых и регулируемых температурах сырья и газов сгорания в зоне реакции, обеспечивающих оптимальные условия термодеструкции, а продукты крекинга в парах вместе с газами сгорания, поднимаясь вверх, поступают в секции разделения (6) и конденсации (7), где разделяются на целевые фракции и выводятся из аппарата.
Технический результат, достигаемый при использовании устройства по изобретению, заключается в том, что:
- снижаются энергопотребление, металлоемкость и габариты оборудования;
- повышается эксплуатационная надежность и безопасность за счет того, что исключается возможность закоксовывания и прогара труб.
Изобретение может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газовой отраслях промышленности.
Подрисуночные подписи
Фиг. 1 - Реакционно-ректификационный аппарат.
I - сырье; II - топливо; III - окисляющий газ; IV - вода; V - остаток; VI - вывод продуктов реакции; VII - вывод ЦО; VIII - ввод ЦО; IX -выход газа.
1 - корпус; 2 - камера сгорания; 3 - штуцер ввода продуктов сгорания; 4 - штуцер ввода сырья; 5 - секция смешения (реакции); 6 - секция разделения; 7 - секция конденсации; 8 - сборные тарелки; 9 - штуцер ввода воды.
Литература
1. С.А. Ахметов Технология глубокой переработки нефти и газа. Изд-во «Гилем», Уфа, 2002 г., стр. 373-385.
2. М.Г. Рудин, В.Е. Сомов, А.С. Фомин, «Карманный справочник нефтепереработчика», «ЦНИИТЭнефтехим», Москва, 2004 г.
3. Handbook of Petroleum Refining Processes. McGraw-Hill, New York, 2003.
4. Hydrocarbon Processing, 57 (12) 109, 1982.
5. Справочник. Процессы углубленной переработки нефти. ИнфоТЭК-Консалт. 2001 г.