СПОСОБ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОГО КРЕКИНГА ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ
METHOD FOR THERMAL-OXIDATIVE CRACKING OF BLACK OIL

Изобретение относится к нефтехимии, в частности к переработке тяжелых нефтяных остатков (ТНО) для получения светлых нефтепродуктов.
-1
Известен способ переработки ТНО, включающий их обработку озонсодержащей смесью с последующим термическим крекингом полученного продукта при давлении 0,5-3,0 МПа и объемной скорости 1-2 ч. Термокрекинг ведут при температуре 400-430°C (RU 2184761).
Основным недостатком данного способа является образование значительного количества кокса 0.2-0.25% от количества поданного сырья, что создает определенные проблемы при реализации процесса в непрерывном режиме. Дополнительным недостатком данного способа является использование оборудования для получения озонсодержащей смеси и аппаратов для такой обработки.
-1
Известна установка для термического крекинга ТНО, в котором ТНО нагревают в блоке предварительного нагрева до 100-200°C, смешивают в инжекторе с воздухом при температуре 50-250°C, давлении 0,5-1 МПа при скорости подачи воздуха 0,1-10 ч, разделяют в сепараторе на два потока: газообразный (отработанный воздух) и жидкий (активированные ТНО). Жидкий поток нагревают до 380-410°C в трубчатой печи и направляют в выносной реактор термического крекинга ТНО, где происходит реакция термического крекинга ТНО. Жидкие и парообразные продукты реакции разделяют на фракции в блоке разделения с выделением соответственно углеводородного газа, жидких фракций и тяжелого остатка крекинга. В зависимости от типа ТНО получают углеводородный газ и светлые фракции: бензиновую (НК - 180°C), дизельную (180-350°C) и вакуумный газойль (350-450°C), а также мазут 450°C (в случае использования в качестве исходного сырья прямогонного мазута), битум (в случае использования в качестве исходного сырья гудрона). Выход продуктов крекинга в патенте не приводят (RU 2232789).
Основным недостатком данной установки является ее сложность.
Известен способ переработки ТНО, включающий контакт всего предварительно нагретого исходного сырья воздухом непосредственно в реакторе термического крекинга при 400-420°C, при подаче сырья в верхнюю часть реактора, а воздуха в нижнюю часть, с последующим разделением полученных продуктов на углеводородный газ, жидкие фракции и тяжелый остаток (RU 2289607, фиг.2). При переработке нефтяного гудрона при 420°C и расходе воздуха 2,5 л/кг сырья выход светлых фракций составил 30%, газообразных 5%, мазут M100 - остальное.
Недостатком способа является относительно низкий выход светлых фракций.
Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ переработки ТНО путем окислительного крекинга, включающий подачу потоков предварительно нагретого исходного сырья до 430-450°C в верхнюю часть реактора и воздуха до 500-530°C в нижнюю часть реактора, отвод из нижней части реактора тяжелого остатка и подачу его в закалочный аппарат или отпарную колонну и из верхней части - легких продуктов крекинга и подачу их блок разделения (RU 2335525).
При переработке прямогонного мазута при 440°C и давлении 8,5-9 атм при времени контакта 10 мин выход светлых фракций (включая газ) составил 63%, остальное - мазут марки M100.
При переработке нефтяного гудрона с добавкой 5% нефтешламов при 450°C и температуре воздуха 530°C, его расходе 2,8 кг/100 кг сырья, давлении в реакторе 1,2 атм и времени контакта крекинга 9 мин, выход светлых фракций составил 36%, газообразных продуктов 5%, мазут M100 - остальное.
Основным недостатком способа является сложная система выделения получаемых продуктов, включающая закалочный аппарат или отпарную колонну, а также достаточно высокий выход газообразных продуктов (не менее 5%), трудно поддающихся утилизации.
Технической задачей изобретения является упрощение процесса, а также снижение выхода газообразных продуктов.
Данная задача решается способом переработки тяжелых нефтяных остатков, включающим нагрев потоков исходного жидкого сырья и кислородсодержащего газа, крекинг нефтяных остатков при повышенном давлении и температуре в реакторе, разделение полученных продуктов на фракции, в котором нагретые потоки сырья и кислородсодержащего газа перед подачей их в колонный аппарат смешивают, а полученную газожидкостную смесь направляют в реактор в виде одного или нескольких потоков.
Для иллюстрации способа в качестве реакторов были использованы полые вертикальные аппараты колонного типа объемом 1 л. Однако не противопоказано использование других типов реакторов. Принцип работы колонных реакторов, используемых для иллюстрации способа, может быть также различен.
Так, наличие в реакционной массе неконденсируемой газовой фазы (главным образом, азота) позволяет совместить процесс крекинга с процессом удаления образующихся светлых продуктов крекинга в виде паров с потоком газа из верхней части реактора и отводом тяжелого остатка крекинга из нижней части колонного реактора (фиг.2).
Не противопоказано также осуществление процесса по схеме, когда жидкие и газообразные продукты отводят из верхней части колонного реактора, а сам процесс разделения осуществляют в выносном сепараторе газ-жидкость (фиг.1).
В зависимости от способа отвода продуктов из колонного реактора место ввода газожидкостных потоков в реактор может быть также различно. Однако с целью снижения уноса непревращенных исходных веществ (кислорода и тяжелых продуктов) из реакционной зоны, в случае отвода тяжелого остатка крекинга из нижней части колонного реактора и светлых продуктов из верхней части, точки ввода потока газожидкостной смеси в реактор должны быть расположены ближе к середине колонны (фиг.2). В случае отвода продуктов из верхней части реактора точки ввода предпочтительно располагать в нижней части реактора (фиг.1).
Следующие примеры иллюстрируют способ.
Пример 1
Сырье, гудрон Московского НПЗ (поток I), с расходом 2.1 кг/час и воздух (поток II) с расходом 160 л/час нагревают в печах 1 и 2 до температуры 440°С и 450°С соответственно и смешивают в смесителе 3. Полученную газожидкостную смесь разделяют на два потока, один из которых направляют в самый низ реактора термоокислительного крекинга 4, а второй в его середину (фиг.1). За счет одновременного протекания реакций частичного окисления и деструкции сырья температура в реакторе в процессе проведения данного эксперимента составила 440±5°С. Давление в реакторе 0.1 МПа. Полученные газообразные и жидкие продукты термоокислительного крекинга отводят из верхней части реактора 4 и направляют в сепаратор 5, из которого со скоростью 1.38 кг/час отбирают жидкие тяжелые продукты (поток III) и пары светлых фракций углеводородов (поток IV). Поток IV направляют в ректификационную колонну 6, из которой отбирают бензиновую фракцию (НК - 180°С) со скоростью 0.09 кг/час (поток V) и дизельную фракцию (180-350°С) со скоростью 0.51 кг/час (поток VI), кубовый остаток (поток VII) со скоростью 0.03 кг/час, а также газообразные продукты - остальное (поток VIII). Поток VII объединяют с потоком III. Полученная смесь отвечает требованиям, предъявляемым к дорожному битуму марки БН 60/90.
Выход светлых фракций 28.6%. Выход газообразных продуктов 4%.
Пример 2
Сырье, гудрон Московского НПЗ, с расходом 2,7 кг/час и воздух с расходом 180 л/час нагревают в печах 1 и 2 до температуры 460°C и 455°C соответственно и смешивают в смесителе 3. Полученную газожидкостную смесь разделяют на три потока, которые подают в центральную часть реактора 4 термоокислительного крекинга (Фиг.2). Температура в реакторе 455±5°C. Давление в реакторе 0.3 МПа. Из нижней части реактора со скоростью 1.51 кг/час отводят тяжелые продукты (поток III). Газообразные продукты реакции из верхней части реактора (поток IV) направляют в ректификационную колонну 5, из которой отбирают бензиновую фракцию (НК - 180°C) со скоростью 0.14 кг/час (поток V) и дизельную фракцию (180-350°C) со скоростью 0.85 кг/час (поток VI), кубовый остаток (поток VII) со скоростью 0.03 кг/час, а также газообразные продукты - остальное (поток VIII). Поток III объединяют с потоком VII. Полученная смесь отвечает требованиям, предъявляемым к дорожному битуму марки БН 60/90.
Выход светлых фракций 36.7%. Выход газообразных продуктов 4.8%.
Пример 3
Процесс осуществляют аналогично примеру 1, но используя в качестве сырья тяжелый нефтяной остаток вакуумной перегонки сборных нефтей Казахстана с расходом 4,2 кг/час (поток I) и кислородсодержащий газ состава, об.%: кислород 48; азот и инерты - остальное, с расходом 78 л/час (поток II). Данные потоки нагревают в печах 1 и 2 до температуры 460°C и 440°C соответственно и смешивают в смесителе 3. Полученную газожидкостную смесь в полном объеме одним потоком направляют в низ реактора термоокислительного крекинга 4 (Фиг.1). Температура в реакторе 450±5°C. Давление в реакторе 0.2 МПа. В результате было получено: 1,40 кг/час светлых углеводородов, в т.ч. 0.3 кг/час (поток V) бензиновой фракции и 1.1 кг/час (поток VI) дизельной фракции. Тяжелый остаток (сумма потоков III и VII), в количестве 2,65 кг/час, по своим характеристикам соответствует нефтяным фракциям, используемых в производстве компаудирования мазутов, например, марки М-100. Выход светлых фракций 34.8%. Выход газообразных продуктов 3.6%.
Пример 4
Процесс осуществляют аналогично примеру 1, но используя в качестве сырья Канадский битум провинции «Alberta» с расходом 2.1 кг/час (поток I) и кислородсодержащий газ состава, об.%: кислород 39; азот и инерты - остальное, с расходом 109 л/час (поток II). Данные потоки нагревают в печах 1 и 2 до температуры 440°C и 460°C соответственно и смешивают в смесителе 3. Полученную газожидкостную смесь разделяют на два потока. Первый поток направляют в низ реактора, второй в центральную часть реактора (Фиг.1). Температура в реакторе 445±5°C. Давление в реакторе 0.1 МПа. В результате было получено 0,68 кг/час светлых фракций и 1.33 кг/час тяжелого остатка крекинга, который по своим характеристикам соответствует нефтяным тяжелым остаткам, используемым в процессах производства компаундированных нефтяных битумов. Выход светлых фракций 32.3%. Выход газообразных продуктов 4.2%.
Пример 5
Процесс осуществляют аналогично примеру 4, но поток битума до смесителя нагревают до 430°C, а воздуха до 460°C. Полученную газожидкостную смесь разделяют на четыре потока. Первый поток направляют в низ реактора, три других потока распределяют равномерно по колонне от ее середины до низа. Температура в реакторе 440±5°C. Давление в реакторе 0.1 МПа. Выход светлых фракций 34.3%. Выход газообразных продуктов 3.8%.
Проведение процесса данным способом позволяет существенно упростить технологию крекинга, а также снизить выход газообразных продуктов с 5.0 до 3.6-4.6% при достаточно высоком выходе светлых фракций (28-37%).