РЕАКТОР ТЕРМИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ
THERMAL CONVERSION REACTOR

Изобретение относится к реакционным аппаратам для жидкофазной термической конверсии (термического крекинга, висбрекинга, пекования, термополиконденсации) тяжелого углеводородного сырья, склонного к образованию отложений кокса на поверхности оборудования, и может найти применение в нефтеперерабатывающей промышленности.
Известен ряд конструкций реакторов для жидкофазного термического крекинга [Пат. РФ №2137804, C10G 9/14, опубл. 20.09.1999 г., Пат. РФ №2370521, C10G 9/14, опубл. 20.10.2009 г., Пат. РФ №2372378, C10G 9/14, опубл. 10.11.2009 г., Пат. РФ №2443752, C10G 9/14, опубл. 27.02.2012 г.], включающих корпус с нижней и верхней крышками и патрубками подвода сырья и отвода продуктов термического крекинга, внутреннюю трубу, расположенную неподвижно соосно корпусу и установленную в корпусе с возможностью ее извлечения из реактора, в нижней части которого расположен распределитель, а также наружное или внутреннее устройство для циркуляции реакционной массы.
Однако известные реакторы имеют застойные зоны в местах примыкания внутренних и наружных элементов к обечайке, а также в местах расширения и сужения потока реакционной массы, что приводит к закоксовыванию этих участков реактора и необходимости периодической остановки и чистки реактора. Вывод парожидкостных продуктов жидкофазного термического крекинга для дальнейшей переработки в двухфазном состоянии через один патрубок приводит к неустойчивой работе редуцирующего клапана, располагаемого на линии вывода продуктов из реактора, что создает пульсирующий, неустойчивый режим процессов, происходящих как в реакторе, так и во фракционирующем оборудовании, сопровождающийся выбросами реакционной массы из реактора и ухудшением качества как дистиллятных продуктов по цветности, так и остаточных продуктов процесса по содержанию механических примесей (частиц кокса). Кроме того, предлагаемые реакторы громоздки, сложны в изготовлении и обслуживании.
Известен реактор для жидкофазного термического крекинга, в котором организовано перекрестно противоточное движение реакционной массы за счет использования внутренних устройств [Пат. РФ №2345121, C10G 9/14, опубл. 27.01.2009 г.], что позволяет повысить эффективность процесса термического крекинга за счет снижения степени закоксовывания реактора. При проведении процесса термического крекинга сырье после нагрева вместе с паром или газами термического крекинга через горизонтально расположенные патрубки тангенциально подают во внутренние стаканы, в которых формируется вращательные спиралевидные потоки. Под действием центробежной силы организованный спиралевидный поток выводится из реактора, причем образующиеся продукты термического крекинга выводятся через патрубки, расположенные в верхней части и в нижней части реактора.
Однако известный реактор имеет большое количество внутренних элементов, громоздок, сложен в изготовлении и обслуживании, кроме того, конструкция реактора не предусматривает наличия устройств, препятствующих уносу с газообразными продуктами капельной жидкости, образующейся из-за высокой турбулентности и неорганизованности движения реакционной среды в реакторе.
Наиболее близок к заявляемому изобретению по технической сущности реактор термического крекинга, описанный в способе переработки нефтяных остатков [Пат. РФ №2408653, C10G 9/00, опубл. 10.01.2011 г.], который состоит из обечайки, верхнего и нижнего днища и имеет сепарационное пространство, патрубок для вывода паров, расположенный на верхнем днище, патрубок для вывода жидкого продукта, расположенный аксиально на нижнем днище реактора, а также патрубок для подачи термообработанного сырья, тангенциально расположенный на обечайке ниже сепарационного пространства, т.е. выше уровня жидкой фазы в реакторе, составляющей 50-75% высоты реактора. При тангенциальном вводе двухфазного потока сырья в реактор за счет центробежных и гравитационных сил в свободном сепарирующем пространстве реактора происходит ускоренное и четкое разделение реакционной массы на паровую и жидкую фазы.
Недостатком реактора является наличие застойной зоны в месте примыкания патрубка вывода жидкой фазы к реактору из-за смены направления движения жидкой фазы при выводе жидкого продукта из реактора с горизонтального вращательного движения на вертикальное поступательное, что приводит к закоксовыванию нижней зоны реактора, что способствует снижению качества продукта из-за повышенного содержания механических примесей (частиц кокса). Кроме того, вращательное движение жидкой реакционной массы в реакторе при аксиальном расположении патрубка вывода продукта приводит к образованию воронки и высокой вероятности проскока газовой фазы в патрубок вывода жидкой фазы при высокой угловой скорости вращения жидкой реакционной массы.
Задача изобретения - снижение интенсивности отложения кокса в реакторе и повышение качества продукта за счет создания в реакторе гидродинамических условий, благоприятных для протекания термической конверсии.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа:
- снижение интенсивности коксоотложения в реакторе за счет ликвидации застойных зон,
- повышение качества жидкого продукта за счет снижения концентрации механических примесей в жидком продукте в результате снижения интенсивности коксообразования.
Указанный технический результат достигается тем, что в реакторе термической конверсии тяжелого углеводородного сырья, состоящем из обечайки, верхнего и нижнего днища, имеющем сепарационное пространство, патрубок для ввода термообработанного сырья, тангенциально расположенный на обечайке ниже сепарационного пространства, и патрубки для вывода паров и жидкого продукта, расположенные на верхнем и нижнем днищах соответственно, особенностью является то, что обечайка, верхнее и нижнее днища образованы поверхностями вращения вокруг вертикальной оси, при этом нижнее днище выполнено в форме выпукло-вогнутой поверхности вращения, с выпуклой частью, прилегающей к обечайке реактора, а патрубок вывода жидкого продукта расположен тангенциально с наружной стороны выпуклой поверхности нижнего днища.
Предлагаемый реактор прост в изготовлении, не содержит внутренних устройств, имеет сниженную металлоемкость.
Выполнение обечайки, верхнего и нижнего днища в виде поверхности вращения вокруг вертикальной оси реактора позволяет обеспечить плавное изменение направления движения потока реакционной массы при входе и выходе из реактора, а также обеспечивает вращательное движение с постоянной угловой скоростью, что уменьшает отложения кокса в реакторе за счет создания благоприятных гидродинамических условий. При этом образуется спокойная поверхность раздела фаз, представляющая собой поверхность вращения, что предотвращает образование капель жидкого продукта и уменьшает их унос из реактора с парами за счет лучшего разделения паров и жидкости в поле центробежных сил и соответственно уменьшает цветность (повышает качество) дистиллятных продуктов, выделяемых из паров, кроме того, при этом обеспечивается высокая механическая прочность реактора.
Выполнение нижнего днища в форме выпукло-вогнутой поверхности вращения с выпуклой частью, прилегающей к обечайке реактора, и расположение патрубка вывода жидкого продукта тангенциально с наружной стороны выпуклой поверхности нижнего днища позволяет ликвидировать застойную зону в месте прилегания патрубка вывода жидкого продукта к реактору и уменьшить отложения кокса в реакторе.
Чертеж поясняет предлагаемое изобретение.
Реактор 1 состоит из обечайки 2, верхнего 3 и нижнего 4 днища и оснащен патрубком ввода сырья 5, патрубком вывода паров 6 и патрубком вывода жидкого продукта 7.
При осуществлении термической конверсии нагретое тяжелое углеводородное сырье (I) подают в реактор 1 через патрубок ввода сырья 5. Из патрубка 6, расположенного на верхнем днище 3 реактора, выводят пары термической конверсии (II), а из патрубка 7, расположенного на нижнем днище 4 реактора, выводят жидкий продукт (III).
Ниже приводятся примеры, иллюстрирующие работоспособность предлагаемого реактора.
Пример 1. Вакуумный остаток западносибирской нефти нагревают до 485°C и подвергают висбрекингу при 460°C и давлении 1,0 МПа в течение 8 мин в реакторе с выпукло-вогнутым днищем. Остаток (+180°C), полученный в качестве жидкого продукта с выходом 86,5 мас.%, имеет условную вязкость при 80°C 13,0 и 0,29 мас.%, механических примесей, что соответствует требованиям ГОСТ 10585-90 на топочный мазут М 100. При этом отложение кокса на внутренней поверхности реактора, определенное весовым методом, составило около 0,02 кг/т переработанного сырья.
Пример 2 (в условиях прототипа). Вакуумный остаток западносибирской нефти висбрекингу в условиях примера 1 в реакторе с выпуклым эллиптическим днищем. Остаток (+180°C), полученный в качестве жидкого продукта с выходом 86 мас.%, имеет условную вязкость при 80°C 13,5 и 0,45 мас.%, механических примесей. При этом отложение кокса на внутренней поверхности реактора составило 0,07 кг/т переработанного сырья.
Таким образом, предлагаемая конструкция реактора позволяет получить из тяжелого углеводородного сырья продукт с уменьшенным содержанием механических примесей (топочный мазут), а также уменьшить отложение кокса в реакторе.