СПОСОБ ДЕАСФАЛЬТИЗАЦИИ НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ
METHOD OF DEASPHALTING OIL RESIDUES

Изобретение относится к способам сольвентной деасфальтизации нефтяных остатков и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности для получения деасфальтизата и асфальта.
Известен и широко используется способ деасфальтизации нефтяных остатков легкими углеводородными растворителями, например пропаном [Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа. Под ред. Б.И. Бондаренко. М.: РГУ, 2003 г., с.101], который включает экстракцию нефтяных остатков пропаном с получением деасфальтизатного и битумного (асфальтового) раствора, регенерацию пропана из деасфальтизатного раствора путем многоступенчатого испарения пропана при пониженном давлении и отпариванием остаточного пропана с помощью водяного пара, регенерацию пропана из асфальтового раствора, предварительно нагретого в печи огневого нагрева, путем однократного испарения при пониженном давлении и отпаривания остаточного пропана с помощью водяного пара с получением паров пропана высокого, среднего и низкого давления, сжатие компрессором паров пропана низкого давления, смешивание компрессата с парами пропана среднего давления, охлаждение полученной смеси, ее конденсацию и подачу на экстракцию.
Недостатками известного способа являются высокие энергозатраты из-за необходимости полного испарения растворителя для его регенерации, а также большой расход охлаждающей воды и топлива.
Наиболее близок по технической сущности к заявляемому изобретению и принят в качестве прототипа способ деасфальтизации нефтяных остатков [Патент RU 2232792, МПК C10G 21/28, опубл. 20.07.2004 г.], который предусматривает экстракцию нефтяных остатков легким углеводородным растворителем с получением деасфальтизатного и асфальтового растворов, регенерацию растворителя из деасфальтизатного раствора, предварительно нагретого в рекуперационном теплообменнике, включающую гравитационную сепарацию в условиях, сверхкритических по отношению к растворителю (сверхкритическую сепарацию), с получением регенерированного растворителя и деасфальтизатной фазы, отгонку из нее паров растворителя путем однократного испарения при среднем давлении и отпаривание паров растворителя водяным паром при низком давлении, а также регенерацию растворителя из асфальтового раствора, предварительно нагретого в рекуперационном теплообменнике и в печи огневого нагрева, включающую отгонку паров растворителя путем однократного испарения при среднем давлении и отпаривание паров растворителя водяным паром при низком давлении, при этом осуществляют двухступенчатое сжатие паров растворителя низкого давления, предварительно охлажденных водой в конденсаторе смешения, с помощью струйных компрессоров, использующих в качестве рабочего тела на первой ступени пары растворителя среднего давления, а на второй ступени - регенерированный растворитель, с получением паров растворителя среднего давления, которые затем охлаждают, конденсируют и подают на экстракцию (рециркулируют).
Основными недостатками известного способа являются: образование большого количества паров среднего и низкого давления при регенерации растворителя, что требует высоких энергозатрат на сжатие паров, их последующую конденсацию и циркуляцию. Кроме того, для отпаривания паров растворителя низкого давления используют водяной пар, а для их охлаждения используют смешение с водой, что приводит к образованию водных стоков. Печной нагрев асфальтового раствора приводит к разложению сернистых соединений и к накоплению в растворителе коррозионно-активного сероводорода.
Задачей изобретения является уменьшение количества паров растворителя среднего давления и исключение образования паров растворителя низкого давления, снижение расхода электроэнергии на циркуляцию растворителя и тепла на нагрев асфальтового и деасфальтизатного растворов, предотвращение образования водных стоков и исключение печного нагрева асфальтового раствора.
При реализации изобретения в качестве технического результата достигается:
- уменьшение количества паров растворителя среднего давления и исключение образования паров растворителя низкого давления за счет отгонки основного количества паров растворителя при высоком давлении,
- снижение расхода электроэнергии на циркуляцию растворителя за счет уменьшения количества паров растворителя среднего давления и исключения образования паров низкого давления,
- снижение расхода тепла на нагрев асфальтового и деасфальтизатного растворов за счет рекуперации тепла асфальта и деасфальтизата,
- предотвращение образования водных стоков за счет исключения использования воды и водяного пара,
- исключение печного нагрева асфальтового раствора за счет его нагрева асфальтом и теплоносителем.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе деасфальтизации нефтяных остатков, предусматривающем
экстракцию нефтяного остатка легким углеводородным растворителем с получением асфальтового и деасфальтизатного раствора,
регенерацию растворителя из нагретого асфальтового раствора, включающую отгонку паров растворителя среднего давления однократным испарением с получением асфальта,
регенерацию растворителя из нагретого деасфальтизатного раствора, включающую сверхкритическую сепарацию с получением регенерированного растворителя и деасфальтизатной фазы и отгонку паров растворителя среднего давления однократным испарением с получением деасфальтизата,
а также сжатие смеси паров растворителя среднего давления, особенность заключается в том, что
асфальтовый раствор разделяют на циркулирующий и балансовый асфальтовый раствор, последний нагревают и при давлении экстракции подвергают отгонке паров растворителя,
которые охлаждают деасфальтизатной смесью и смешивают с деасфальтизатным раствором с получением деасфальтизатной смеси,
при этом отгонку осуществляют в условиях противоточного нагрева асфальтом и теплоносителем,
деасфальтизатную фазу при давлении сверхкритической сепарации смешивают с компрессатом и подвергают отгонке паров растворителя высокого давления,
которые охлаждают деасфальтизатной смесью и смешивают с регенерированным растворителем с получением циркулирующего растворителя,
при этом отгонку осуществляют в условиях противоточного нагрева деасфальтизатом и теплоносителем,
полученный деасфальтизат разделяют на балансовый деасфальтизат, выводимый с установки, и циркулирующий деасфальтизат, который смешивают со смесью паров растворителя среднего давления, охлаждают балансовым асфальтовым раствором и сжимают мультифазным насосом с получением компрессата,
циркулирующий растворитель охлаждают до температуры экстракции деасфальтизатной смесью и хладоагентом и затем разделяют на три части,
первую часть смешивают в струйном насосе с циркулирующим асфальтовым раствором и совместно со второй частью подают в нижнюю зону питания экстрактора,
а третью часть смешивают с нефтяным остатком и подают в верхнюю зону питания экстрактора.
Для снижения коррозионной активности растворителя часть циркулирующего растворителя очищают от сероводорода, например, путем аминовой очистки.
Для повышения качества деасфальтизата целесообразно нагревать верхнюю часть экстрактора, что позволяет удалить из деасфальтизата смолы, растворимость которых снижается при повышении температуры. Температура нагрева зависит от состава растворителя и характеристик сырья.
Отгонка паров растворителя из асфальтового раствора при давлении экстракции, их охлаждение и смешение с деасфальтизатным раствором с получением деасфальтизатной смеси позволяет регенерировать основное количество растворителя из асфальтового раствора при высоком давлении и рециркулировать его без применения компрессорного или насосного оборудования, за счет чего уменьшить количество паров растворителя среднего давления и исключить образование паров растворителя низкого давления, а также снизить расход электроэнергии на циркуляцию растворителя.
Отгонка в условиях противоточного нагрева асфальтом и теплоносителем позволяет отгонять растворитель при высокой температуре, за счет чего снизить его остаточное содержание в асфальте, а также позволяет рекуперировать тепло асфальта и за счет этого снизить расход тепла, исключить печной нагрев асфальтового раствора и уменьшить разложение сернистых соединений асфальта, замедлить накопление сероводорода в растворителе и снизить его коррозионную активность.
Отгонка паров растворителя высокого давления из смеси деасфальтизатной фазы с компрессатом при давлении сверхкритической сепарации, их охлаждение и смешение с регенерированным растворителем с получением циркулирующего растворителя позволяет регенерировать основное количество растворителя из деасфальтизатной фазы при высоком давлении и рециркулировать его без применения компрессорного или насосного оборудования, за счет чего уменьшить количество паров растворителя среднего давления и исключить образование паров растворителя низкого давления, а также снизить расход электроэнергии на циркуляцию растворителя.
Отгонка в условиях противоточного нагрева деасфальтизатом и теплоносителем позволяет отгонять растворитель при высокой температуре, за счет чего снизить его остаточное содержание в деасфальтизате, а также рекуперировать тепло деасфальтизата, за счет чего снизить расход тепла.
Смешение циркулирующего деасфальтизата со смесью паров растворителя среднего давления позволяет снизить расход электроэнергии на сжатие за счет абсорбции паров растворителя циркулирующим деасфальтизатом и уменьшения объема сжимаемых паров.
Смешение первой части циркулирующего растворителя в струйном насосе с циркулирующим асфальтовым раствором и подача смеси совместно со второй частью циркулирующего растворителя в нижнюю зону питания экстрактора, а также смешение третьей части циркулирующего растворителя с нефтяным остатком и подача смеси в верхнюю зону питания экстрактора обеспечивает снижение кратности циркуляции растворителя и уменьшение затрат электроэнергии на циркуляцию за счет реализации дополнительных ступеней контакта при смешении.
Исключение использования воды и водяного пара позволяет предотвратить образование водных стоков, а исключение образования паров низкого давления обеспечивает предотвращение расходования электроэнергии на их компримирование.
Потери растворителя с асфальтом и деасфальтизатом компенсируют добавлением соответствующего количества свежего растворителя в линию циркулирующего растворителя.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Нефтяной остаток (I) смешивают с частью циркулирующего растворителя (II), полученную смесь (III) направляют в верхнюю зону питания экстрактора 1, в нижнюю зону питания которого подают другую часть циркулирующего растворителя (IV) и смесь (V) оставшейся части циркулирующего растворителя (VII) с циркулирующим асфальтовым раствором (VI).
С низа экстрактора 1 выводят асфальтовый раствор (VIII), который разделяют на балансовый (IX) и циркулирующий (VI) асфальтовые растворы, последний направляют в струйный насос 2 для смешения с оставшейся частью циркулирующего растворителя (VII), а балансовый асфальтовый раствор (IX) нагревают в теплообменнике 3 и подают в верхнюю часть пленочной отгонной колонны 4 с внутренними тепломассообменными блоками 5 и 6, например, радиально-спирального типа, имеющими внутреннее пространство для прохода теплоносителя и наружное тепломассообменное пространство, которые расположены в верхней и нижней частях колонны 4 соответственно. В низ внутреннего пространства верхнего тепломассообменного блока 5 подают нагретый асфальт (X), который после охлаждения выводят из его верха. В низ внутреннего пространства нижнего тепломассообменного блока 6 подают теплоноситель (XI), который после охлаждения выводят из его верха. В колонне 4, в условиях противоточного нагрева асфальтом (X) и теплоносителем (XI), при давлении экстракции отгоняют пары растворителя (XII) и выводят их с верха колонны 4. С низа колонны 4 выводят нагретый асфальтовый раствор (XIII), который подвергают однократному испарению при среднем давлении в сепараторе 7 с получением паров растворителя среднего давления (XIV) и нагретого асфальта (X).
С верха экстрактора 1 выводят деасфальтизатный раствор (XV), который смешивают с парами растворителя (XII), предварительно охлажденными в теплообменнике 8, полученную деасфальтизатную смесь (XVI) бустерным насосом 9 сжимают до давления сверхкритической сепарации и последовательно нагревают в рекуперационном теплообменнике 10, теплообменниках 8, 11 и 12 до температуры сверхкритической сепарации и разделяют в сепараторе 13 на регенерированный растворитель (XVII) и деасфальтизатную фазу (XVIII).
Деасфальтизатную фазу (XVIII) смешивают с компрессатом (XIX) и направляют в верхнюю часть пленочной отгонной колонны 14 с внутренними тепломассообменными блоками 15 и 16, например, радиально-спирального типа, имеющими внутреннее пространство для прохода теплоносителя и наружное тепломассообменное пространство, расположенными в верхней и нижней частях колонны 14 соответственно. В низ внутреннего пространства тепломассообменного блока 15 подают нагретый деасфальтизат (XX), из верха которого выводят охлажденный деасфальтизат (XXI) и разделяют на циркулирующий деасфальтизат (XXII) и балансовый деасфальтизат (XXIII), который выводят с установки. В низ внутреннего пространства тепломассообменного блока 16 подают теплоноситель (XI), который после охлаждения выводят из его верха. В колонне 14 в условиях противоточного нагрева деасфальтизатом (XX) и теплоносителем (XI) при давлении сверхкритической сепарации отгоняют пары растворителя высокого давления и выводят их (XXIV) с верха колонны. С низа колонны 14 выводят нагретую деасфальтизатную фазу (XXV), которую подвергают однократному испарению при среднем давлении в сепараторе 17 с получением паров растворителя среднего давления (XXVI) и нагретого деасфальтизата (XX). Циркулирующий деасфальтизат (XXII) смешивают со смесью паров растворителя среднего давления (XIV) и (XXVI), смесь (XXVII) охлаждают балансовым асфальтовым раствором в теплообменнике 3 и сжимают мультифазным насосом 18 с получением компрессата (XIX).
Регенерированный растворитель (XVII) смешивают с парами растворителя высокого давления (XXIV), предварительно охлажденными в теплообменнике 11, с получением циркулирующего растворителя (XXVIII), который последовательно охлаждают в рекуперационном теплообменнике 10, теплообменнике 3, холодильнике 19 и разделяют на три части (II), (IV) и (VII).
Работоспособность предлагаемого способа иллюстрируется следующим примером, в котором в качестве растворителя использована пропан-бутановая фракция.
Пример
30 т/ч гудрона с коксуемостью 14% смешивают с 40 т/ч циркулирующего растворителя и подают при 90°C в верхнюю зону питания экстрактора, в нижнюю зону питания которого при 80°C подают 40 т/ч циркулирующего растворителя и смесь 10 т/ч циркулирующего растворителя и 24 т/ч циркулирующей части асфальтового раствора.
С верха экстрактора при температуре 100°C и давлении 3,5 МПа изб. выводят 95,8 т/ч деасфальтизатного раствора, а с низа при температуре 80°C выводят 48,2 т/ч асфальтового раствора, который разделяют на циркулирующую и балансовую части. Из последней, после предварительного нагрева, в отгонной колонне за счет противоточного нагрева асфальтом и теплоносителем при 3,5 МПа отгоняют 7,1 т/ч паров растворителя, а остаток при 1,0 МПа и 250°C подвергают однократному испарению с получением 0,5 т/ч паров растворителя среднего давления и 16,6 т/ч асфальта.
Деасфальтизатный раствор смешивают с 7,1 т/ч охлажденных паров растворителя, дожимают до 4,5 МПа и последовательно нагревают до 160°C циркулирующим растворителем, парами растворителя, парами растворителя высокого давления, теплоносителем и в сверхкритических условиях сепарируют с получением регенерированного растворителя и деасфальтизатной фазы, которую смешивают с компрессатом, содержащим 1,3 т/ч растворителя, и подают в отгонную колонну, где за счет противоточного нагрева асфальтом и теплоносителем при 4,5 МПа отгоняют пары растворителя высокого давления, которые смешивают с регенерированным растворителем с получением 89,7 т/ч циркулирующего растворителя и остатка, который дросселируют до 1,0 МПа и подвергают однократному испарению с получением 0,8 т/ч паров растворителя среднего давления, 3,5 т/ч циркулирующего деасфальтизата и 13,7 т/ч балансового деасфальтизата.
Пары растворителя среднего давления смешивают с циркулирующим деасфальтизатом, сжимают мультифазным насосом до 4,5 МПа, а компрессат направляют на смешение с деасфальтизатной фазой.
Циркулирующий растворитель охлаждают до 80°C, смешивают с 0,3 т/ч свежего растворителя и подают на экстракцию.
Количество паров растворителя среднего давления составило 1,3 т/ч, паров растворителя низкого давления не образовывалось, расчетный расход электроэнергии на циркуляцию растворителя составил 0,70 кВтч/т сырья (полезная мощность, без учета бустерного насоса), а расход тепла для нагрева теплоносителя - 0,114 МВтч/т сырья.
Согласно прототипу в аналогичных условиях количество паров растворителя низкого давления составило 1,97 т/ч, а количество паров растворителя среднего давления составило 15,81 т/ч. Расчетный расход электроэнергии на циркуляцию растворителя составил 2,45 кВтч/т сырья, а расход тепла - 0,210 МВтч/т сырья.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет уменьшить количество паров растворителя среднего давления, исключить образование паров растворителя низкого давления, снизить расход электроэнергии на циркуляцию растворителя и тепла на нагрев асфальтового и деасфальтизатного растворов, предотвратить образование водных стоков и исключить печной нагрев асфальтового раствора. Изобретение может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.