СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЖИДКОФАЗНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ ТЯЖЕЛОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
CONTROL METHOD OF LIQUID-PHASE THERMAL CONVERSION OF HEAVY HYDROCARBON RAW MATERIAL

Изобретение относится к способам регулирования жидкофазной термической конверсии под давлением (термическому крекингу, висбрекингу, пекованию, термополиконденсации) тяжелого углеводородного сырья, склонного к образованию отложений кокса на поверхности оборудования, в реакторах с поверхностью раздела фаз, и может найти применение в нефтеперерабатывающей промышленности.
Известен способ управления процессом висбрекинга [Пат. РФ №2021325, C10G 9/14, опубл. 15.10.1994 г.], при котором измеряют расход топлива и окислителя (воздуха), подаваемых в печь подогрева сырьевой смеси, регулируют соотношения их расходов, измеряют температуру сырьевой смеси на выходе из печи перед подачей ее в реактор висбрекинга, отличающийся тем, что дополнительно измеряют температуру продуктовой смеси на выходе из реактора висбрекинга, вычисляют перепад температур по входу и выходу из реактора, сравнивают его с заданным и изменяют расходы топлива и окислителя обратно пропорционально величине и знаку рассогласования.
Известен способ регулирования процесса термического крекинга высоковязкого нефтяного сырья [Пат. РФ №2206597, C10G 9/00, G05D 27/00, опубл. 20.06.2003 г.], который включает нагрев сырья в трубчатой печи, выдержку продуктов крекинга в реакционной камере и разделение продуктов крекинга на газ, бензин и крекинг-остаток. При этом определяют массовое содержание сероводорода в газе крекинга, вязкость сырья и текущее значение вязкости крекинг-остатка, рассчитывают величину коэффициента снижения вязкости из соотношения КСВ=2,15С-3,6, где С - содержание сероводорода, масс.%. Из отношения вязкости нефтяного сырья к КСВ определяют минимальную расчетную вязкость крекинг-остатка, с учетом разницы расчетного и текущего значений вязкости крекинг-остатка осуществляют корректировку режима процесса путем повышения температуры сырьевого потока на выходе из реакционной камеры или снижения его расхода на входе в нее.
Однако известные способы не позволяют регулировать процесс термической конверсии при постоянной скорости подачи сырья и постоянных температурно-барических условиях процесса, поскольку соотношение объема реакционной камеры и объемного расхода сырья определяет время пребывания реакционной массы в зоне реакции. Это снижает производительность установки при необходимости увеличения времени пребывания, например, вследствие изменения качества сырья.
Наиболее близок к заявляемому способу по технической сущности и принят в качестве прототипа способ переработки нефтяных остатков [Пат. РФ №2408653, C10G 9/00, опубл. 10.01.2011 г.], который предусматривает регулирование процесса термической конверсии путем контроля времени пребывания реакционной массы в зоне реакции за счет регулирования уровня жидкой фазы в реакторе с поверхностью раздела фаз путем изменения расхода выводимого жидкого продукта, а также давления в реакторе путем изменения расхода выводимых паров.
Регулирование времени пребывания реакционной массы в зоне реакции позволяет поддерживать оптимальную глубину превращения сырья, а регулирование давления обеспечивает требуемый фракционный состав жидкого продукта и показатели его качества - температуру вспышки и вязкость.
Однако точное определение уровня в реакторе для последующего регулирования затруднено по причине того, что поверхность раздела фаз из-за тангенциального ввода сырья не горизонтальна, а представляет собой поверхность вращения, что приводит к несоответствию измеренного уровня истинному уровню жидкой реакционной массы в реакторе. Кроме того, определение уровня при высоких температурах, зачастую превышающих 450°С, сложна с технической точки зрения, поскольку большинство регистрирующих приборов рассчитано на работу при температуре ниже 400°С.
Задача изобретения - повышение точности и упрощения регулирования процесса термической конверсии тяжелого углеводородного сырья.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа - повышение точности и упрощение регулирования процесса термической конверсии за счет измерения веса реакционной массы в реакторе.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем регулирование давления в реакторе изменением расхода выводимых паров и контроль времени пребывания реакционной массы в зоне реакции, особенность заключается в том, что контроль времени пребывания реакционной массы в зоне реакции осуществляют регулированием веса реакционной массы в реакторе путем изменения расхода выводимого жидкого продукта, при этом осуществляют взвешивание реактора с реакционной массой, а вес реакционной массы в зоне реакции рассчитывают как разность весов заполненного и пустого реактора.
Контроль времени пребывания реакционной массы в зоне реакции путем регулирования веса реакционной массы, находящейся в реакторе, позволяет просто и надежно контролировать время пребывания реакционной массы в зоне реакции, что обеспечивает высокое качество жидкого продукта.
Соотношение массового расхода сырья и веса реакционной массы, находящейся в реакторе, точно определяет значение величины времени пребывания реакционной массы в зона реакции, при этом соотношение веса заполненного и пустого реактора, как правило, превышает 2, что обеспечивает возможность определения веса реакционной массы, а, соответственно, и возможность контроля времени пребывания реакционной массы в зоне реакции с высокой точностью.
При этом тензодатчики могут быть расположены вне зоны высоких температур, например, на лапах реакционного аппарата, или на его опоре, что упрощает регулирование процесса и существенно снижает стоимость используемого оборудования.
Работоспособность предлагаемого способа регулирования процесса жидкофазной термической конверсии тяжелого углеводородного сырья демонстрируется следующими примерами.
Пример 1 (взвешивание реактора при осуществлении жидкофазной термической конверсии).
3
Емкостной реактор термической конверсии объемом 20 м закреплен на этажерке на трех лапах, под которыми размещены тензодатчики, с помощью которых определяют вес реактора. Вес пустого реактора составил 8,5 т. В реактор при 435°С и 0,6 МПа непрерывно подают 20 т/час мазута. С низа реактора непрерывно выводят жидкий продукт, а с верха реактора выводят пары термической конверсии. При осуществлении термической конверсии вес реактора, заполненного жидкой реакционной массой на 30% объема, определенный с помощью вышеуказанных тензодатчиков, составил 13,4 т. Снизив на некоторое время расход выводимого жидкого продукта за счет прикрытия регулирующего клапана, установленного на линии вывода жидкого продукта, увеличивают заполненную долю объема реактора до 50% и затем восстанавливают расход выводимого жидкого продукта для стабилизации веса реактора, который составил 16,7 т. Аналогично, снижая на некоторое время расход выводимого жидкого продукта, увеличивают заполненную долю объема реактора до 70% и затем восстанавливают расход выводимого жидкого продукта для стабилизации веса реактора, который составил 20,0 т.Таким образом, вес реакционной массы в реакторе составил 4,9, 8,2 и 11,5 т, соответственно. Точность взвешивания составила ±100 кг (менее 2% отн.).
Пример 2 (контроль времени пребывания реакционной массы в реакторе регулированием веса реакционной массы).
3
3
3
В условиях примера 1 при весе реактора 16,7 т (в том числе 8,2 т реакционной массы) 50% его объема (10 м) заполнено реакционной массой. Время пребывания реакционной массы в реакторе составило 10 м/20 м/час=0,5 часа (30 мин), при этом глубина превращения мазута составила 45%.
3
3
3
При весе реактора 13,4 т в реакторе находится 4,9 т (6 м) реакционной массы, заполняющей реактор на 30%, а время пребывания реакционной массы в реакторе составляет 6 м/20 м/час=0,3 часа (18 мин). В указанных условиях глубина превращения мазута составила 31%.
3
3
3
Временно уменьшив расход выводимого с низа реактора жидкого продукта, увеличивают вес заполненного реактора до 20,0 т. При этом в реакторе находится 11,5 т (14 м) реакционной массы, заполняющей реактор на 70%, а время пребывания реакционной массы в реакторе составляет 14 м/20 м/час=0,7 часа (42 мин). Глубина превращения мазута составила 54%.
Таким образом, путем регулирования веса реакционной массы в реакторе за счет изменения расхода выводимого жидкого продукта осуществляют регулирование (контроль) времени пребывания реакционной массы в реакторе и таким образом регулируют процесс жидкофазной термической конверсии (изменяют глубину превращения сырья (мазута).
Пример 3 (регулирование давления в реакторе изменением расхода выводимых паров).
3
3
В емкостном реакторе термической конверсии в условиях примера 1 поддерживают давление 0,6 МПа с помощью регулирующего клапана с датчиком "до себя", установленным на линии вывода паров термической конверсии из реактора. Объем жидкой фазы в реакторе неизменен и составляет 10 м, соответственно объем паровой фазы также неизменен и составляет 10 м. Прикрывая регулирующий клапан, уменьшают количество (расход) выводимых паров, что приводит к накоплению паров в реакторе, что при неизменном объеме паровой фазы приводит к увеличению давления. Восстановив расход выводимых паров с помощью регулирующего клапана, давление стабилизируют на уровне, большем, чем первоначальное, например, 0,8 МПа. Аналогичным образом, при необходимости, временно увеличивая количество (расход) выводимых паров, уменьшают давление в реакторе.
Таким образом, приведенные примеры показывают, что регулирование веса реактора позволяет регулировать вес реакционной массы в реакторе, изменять время ее пребывания в реакторе и управлять глубиной превращения сырья (мазута), то есть регулировать процесс термической конверсии. А изменение расхода выводимых паров позволяет регулировать давление в реакторе.
В доступной научно-технической и патентной литературе не был обнаружен способ регулирования процесса термической конверсии тяжелого углеводородного сырья, включающий контроль времени пребывания реакционной массы в зоне реакции за счет регулирования веса реакционной массы в реакторе. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию патентоспособности «новизна».
Исследованиями авторов доказано, что регулирование веса реакционной массы в реакторе позволяет просто и надежно осуществлять контроль времени пребывания реакционной массы в зоне реакции и обеспечивать высокое качество жидкого продукта. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Предлагаемый способ может быть использован в нефтеперерабатывающей промышленности, воспроизводим и при использовании способа реализуется его назначение. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».