СХЕМА НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА С БЛОКОМ УГЛУБЛЕННОЙ ОБРАБОТКИ

Полезная модель относится к нефтеперерабатывающей промышленности, а конкретно к области подготовки и переработки нефти, в том числе тяжелой, остатков нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, нефтешламов, отработанных масел и других жидких органических сред для их дальнейшей углубленной переработки с получением гостированных товарных продуктов и может быть использовано в производстве углеводородного топлива, продуктов нефтехимии, битума и т.д.
Технологические схемы переработки нефти имеют несколько вариантов. Существует полный технологический цикл, включающий в себя следующие основные производства: производство топлив, производство нефтехимической продукции, производство смазочных и специальных масел, производство присадок. Возможны специализированные варианты технологических схем: только топливная или только топливно-масляная (Дехтерман А.Ш. Переработка нефти по топливному варианту. М., "Химия", 1988, с.13).
Первичная перегонка нефти на НПЗ осуществляется двумя способами: однократным испарением в одной ректификационной колонне и с предварительным испарением легких фракций, или двукратным испарением (Багиров И.Т. Высокопроизводительные атмосферные и атмосферно-вакуумные установки. М., "Химия", 1964, с.5; Дехтерман А.Ш. Переработка нефти по топливному варианту. М., "Химия", 1988, с.41). Последний способ применяют наиболее часто, так как он позволяет увеличить глубину отбора дистиллятов в пределах их потенциального содержания в сырье.
Кратко рассмотрим последовательность операций первичной перегонки, осуществляемой по классической схеме.
Перед подачей нефти на разделение требуется ее подготовка (дегазация, очистка от механических и других вредных примесей, обессоливание, обезвоживание). Подготовка нефти осуществляется различными методами, наиболее известным из которых является подготовка в блоках ЭЛОУ (электро-обезвоживающая и обессоливающая установка). Оборудование сложное в изготовлении и эксплуатации, взрывоопасное (Дехтерман А.Ш. Переработка нефти по топливному варианту. М., "Химия", 1988, с.36).
Для разделения углеводородного сырья (в том числе и нефти) его нагревают. На предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности эту операцию производят путем подвода тепла через разделяющую стенку (змеевик) за счет сжигания топлива. Для этой цели используют различные трубчатые печи (Ентус Н.Р., Шарихин В.В.
Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М., "Химия", 1987, с.6, и др.). В них нагревают жидкие и газообразные углеводороды.
Разделение нефти на фракции основано на различии температуры кипения ее компонентов. Низкокипящая часть переходит в паровую фазу и, после конденсации, образует дистиллят. Для четкого разделения смеси используют атмосферную или вакуумную ректификацию (Дехтерман А.Ш. Переработка нефти по топливному варианту. М., "Химия", 1988, с.26). Ректификационные аппараты относятся к достаточно технологически и конструкционно-отработанному оборудованию. Тем не менее - это сложное оборудование. Используемые на крупных НПЗ колонные ректификационные аппараты достаточно дороги в изготовлении и эксплуатации. Рассмотренные операции (подготовка, нагрев, собственно выделение низкокипящей фракции) в процессе разделения углеводородов происходят последовательно, то есть не совмещены во времени. Для каждой из них требуется отдельное сложное оборудование. Некоторые виды оборудования имеют ограниченный ресурс.
Блоки получения товарных продуктов обычно включают в себя следующие известные процессы: гидроочистка, риформинг, платформинг и др., или на первом этапе блок компаундирования, битумный блок для производства окисленного битума или битумный блок, совмещенный с вакуумным блоком для производства неокисленного битума, а также оборудование для производства битумных покрытий, эмульсий, котельного топлива, масел и других товарных продуктов (Справочник нефтехимика. В двух томах. Том 1, под. ред. Огородникова С.К.Л., Химия, 1978, с.53-55).
В наиболее общем случае, схема нефтеперерабатывающего производства состоит из следующих блоков, описанных выше: блоки подготовки (дегазация, очистка от механических и других вредных примесей, обессоливание, обезвоживание), блоки нагрева, а также блоки фракционирования (атмосферная AT или атмосферно-вакуумная АВТ трубчатка, или другие варианты фракционирования, например с помощью системы теплообменников или охлаждающих устройств) и получения товарных продуктов (гидроочистка, риформинг, платформинг и др.) - бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии, битума, битумных эмульсий, покрытий, масел и др.
Однако такая переработка нефти и нефтепродуктов не позволяет решить проблему глубокой переработки нефтесодержащих фракций с целью максимального извлечения и эффективного использования полученных продуктов переработки (выше их потенциального содержания в сырье), а без глубокой переработки перерабатывающие производства практически нерентабельны.
Широко применяемыми схемами углубленной переработки являются схемы с использованием каталитических процессов - блоки каталитического крекинга, гидрокрекинга и др. (Суханов В.П.
Каталитические прцессы в нефтепереработке. М., «Химия», 1973. Прокопюк С.Г., Масагутов P.M. Промышленные установки каталитического крекинга. М., «Химия», 1974.) К серьезным недостаткам таких процессов можно отнести следующие: высокие давления (до 15 МПа) и температуры нагрева сырья (450-550°С и выше) приводят к серьезному увеличению капитальных затрат, отравление катализаторов и необходимость их регенерации к очень большим текущим эксплуатационным затратам. Достаточно сказать, что из-за высокой стоимости таких процессов большинство Российских НПЗ не имеют возможности их реализовать.
Схемы углубленной переработки, использующие блоки термического крекинга известны очень давно (Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. Ч.2. М., «Химия», 1968. Пархоменко В.Е. Технология переработки нефти и газа. М., Гостоптехиздат, 1959.). К недостаткам термического крекинга относятся следующие. При нагревании сырья с ростом температуры количество разрывов связей медленно и плавно увеличивается, но при достижении критической температуры (зависит от свойств и состава исходного сырья) это количество резко увеличивается, процесс разрыва связей проходит лавинообразно, неуправляемо. Это приводит к коксованию оборудования и снижению межремонтного пробега, процесс периодический. В продуктах термического крекинга много газов, непредельных углеводородов, что увеличивает требования к дальнейшему оборудованию при получении товарных продуктов - бензина, дизельного топлива и др., что, в конечном итоге, приводит к увеличению капитальных и текущих затрат. Поэтому в последнее время процессы термического крекинга, особенно по топливному варианту, применяются редко. Высокие температуры нагрева сырья (470-550°С и выше) и давления (до 7 МПа) также приводят к большим капитальным затратам, а коксование оборудования и небольшой межремонтный пробег оборудования - к увеличению эксплуатационных затрат.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в уменьшении капитальных и эксплуатационных затрат, в увеличении выхода светлых топливных продуктов высокого качества выше их потенциального содержания в исходном сырье, в управляемости процессом крекинга и простоте конструкции оборудования процесса термомеханического крекинга в изготовлении и в эксплуатации.
Целью изобретения является увеличение выхода легких светлых фракций (бензиновых, керосиновых и дизельных, продуктов нефтехимии) выше их потенциального содержания в сырье и увеличение глубины переработки, что приводит к оптимальному и рациональному использованию сырьевых ресурсов при их дальнейшей переработке, снижение эксплуатационных и капитальных затрат, простота и надежность конструкции оборудования, простота и надежность управления и
регулировки процессом термомеханического крекинга, уменьшение коксования и увеличение межремонтного пробега оборудования, непрерывность процесса, улучшение качества продуктов термомеханического крекинга для дальнейшей переработки по сравнению с термическим крекингом.
Поставленная цель достигается тем, что в технологическую схему подготовки и переработки жидкого углеводородного сырья, включающую блоки подготовки (дегазации, очистки от механических и других примесей, обессоливания и обезвоживания) и предварительного нагрева сырья, фракционирования и получения товарных продуктов, перед блоком фракционирования (перед подачей на атмосферную AT или на атмосферно-вакуумную АВТ трубчатку или на другие варианты фракционирования, например с помощью системы теплообменников или охлаждающих устройств), или после него, включают блок углубленной обработки сырья. В блоке углубленной обработки сырье нагревают термическим, т.е. самым экономичным в данном случае, способом до определенной температуры, которая ниже температуры начала лавинообразного неуправляемого термического крекинга на несколько долей градуса, градусов или десятков и сотен градусов Цельсия, например на 0,01-400°С (в зависимости от состава и свойств сырья), т.е. нагревают так, чтобы неуправляемый термический крекинг еще не начался. Нагрев можно осуществлять в огневой или электрической печи, или печи другого типа, а также в теплообменниках различной конструкции, в которых сырье нагревается теплоносителем. В качестве теплоносителя могут быть использованы различные высокотемпературные теплоносители (газовые, паровые, жидкометаллические, расплавленные соли, органические).
Нагретое (например, теплоносителем) до подкритичной температуры сырье (колебательные уровни молекул уже возбуждены, но еще не происходит лавинообразного разрыва связей молекул вследствие этого возбуждения) направляют в блок обработки, в котором сырье подвергается механическому (например, кавитационному) и волновому воздействию различной природы (звуковой, ультразвуковой, кавитационной, электромагнитной, световой, радиационной и т.д.) и широкого спектра резонансных частот. Широкий спектр частот нужен потому, что количество комбинаций соединений атомов углерода, водорода и других элементов, особенно в многоатомных молекулах сырья очень велико, и до сих пор подробно не изучено, поэтому количество различных возбужденных предварительным нагревом колебательных уровней также очень велико. Наложение механического и волнового воздействия на нагретое термическим способом до подкритичной температуры сырье позволяет инициировать и активизировать процесс термомеханического крекинга, т.е. процесс разрыва связей уже возбужденных молекул, при этом, в отличие от обычного термического крекинга, инициированный процесс разрыва связей с помощью наложения резонансного воздействия управляется интенсивностью и характером наложенного воздействия.
Процесс термомеханического крекинга становится управляемым, а не лавинообразным, что ведет к уменьшению коксования оборудования, увеличению его межремонтного пробега, процесс непрерывный. Т.к. сырье уже нагрето практически до критического состояния, обработка его каким-либо типом воздействия не требует больших энергетических затрат, т.е. инициирующее резонансное воздействие позволяет управлять процессом. Продукты термомеханического инициированного крекинга более качественные, чем продукты термического крекинга, в них меньше газов и непредельных соединений, а выход светлых продуктов выше их потенциального содержания в сырье в 1,5-15 раз в зависимости от состава сырья (тяжелая нефть, мазут и т.д.). Т.к. волновое воздействие накладывается для активирования разрыва связей уже в возбужденных молекулах, его энергия тратится только на активацию и управление процессом термомеханического крекинга, то энергетические затраты невелики. Химические реактивы и катализаторы в процессе не используются.
Для кавитационной обработки нагретой до подкритичной температуры нефти (или другого жидкого углеводородного сырья) и наложения на нее акустического воздействия, в реализации предлагаемой полезной модели используют различные устройства: гидродинамические устройства, роторно-пульсационные аппараты (РПА) и т.д. Наиболее оптимально в рамках предлагаемой полезной модели применять такие специальные устройства, действие которых основано на гидродинамических эффектах движения среды с большой скоростью по каналам с препятствиями и поворотами различной формы, что приводит к возникновению локальных зон сниженного давления, в которых процесс испарения и отделения легкой фазы крекинга идет более интенсивно. При таком подходе процесс кавитации и акустической обработки возникает во всем объеме зоны обработки, а не только в приповерхностных зонах, как при использовании, например, роторно-пульсационных аппаратов (РПА).
После обработки и проведения процесса термомеханического крекинга сырье направляют в блок испарения и разделения, в котором отделяют парогазовую часть (низкокипящие фракции НКФ) от жидкой (высококипящие фракции ВКФ). Блок нагрева сырья теплоносителем до подкритичной температуры, блоки обработки и разделения сырья на парогазовую и жидкую фазы целесообразно совместить в одном аппарате, или, в случае нагрева сырья с помощью огневых или электрических печей, блоки обработки и разделения сырья целесообразно совместить в одном аппарате, что приводит к уменьшению количества оборудования, снижению капитальных и эксплуатационных затрат.
Парогазовая часть разделения НКФ, вследствие интенсивно проводимого процесса испарения и разделения, содержит, кроме легких фракций в газообразном виде, и капли жидкости, в которых находятся тяжелые высококипящие компоненты с температурой кипения выше 360°С. Поэтому (если это необходимо, т.к. зависит от свойств сырья и
поставленной задачи) сначала НКФ направляют на устройства сепарации (каплеотделения, фильтрации или ректификации), обычно встроенные в блок разделения, затем направляют для дальнейшего использования и получения товарных продуктов, т.к. НКФ содержит, в основном, газовые, бензиновые, керосиновые и дизельные фракции, продукты нефтехимии. Фильтрат после устройств сепарации направляют на повторную обработку для получения дополнительного количества легких целевых фракций и увеличения глубины переработки. Парообразную фазу НКФ целесообразно направить, например, на ректификацию и дальнейшее получение легких товарных топливных продуктов или продуктов нефтехимии на месте, или, после охлаждения, реализовывать для дальнейшей углубленной переработки как высокопотенциальную нефть, по составу близкую к газовому конденсату (содержание светлых продуктов - бензиновых, керосиновых и дизельных фракций - в парогазовой части НКФ до 90% и более). Жидкую часть ВКФ после блока разделения подают, например, на битумный реактор с вакуумной колонной для получения товарного битума или других тяжелых продуктов типа битумных эмульсий, покрытий и т.д. на месте, или, после охлаждения, реализуют как полупродукты для дальнейшей переработки. Т.к. жидкая часть разделения (ВКФ) вследствие неидеальности разделения содержит какое-то небольшое количество легких фракций с температурой кипения ниже 360°С, то при получении тяжелых товарных продуктов (битума на вакуумной установке и др.) может возникнуть легкий отгон, который возвращают, если это необходимо (зависит от свойств сырья и поставленной задачи), в начало процесса на повторную обработку и получение дополнительного количества легких целевых продуктов. Целесообразно также жидкую часть разделения (ВКФ) полностью или часть ее подать на повторную обработку в тот же или отдельный блок обработки для дальнейшего увеличения выхода светлых продуктов (процесс может быть повторен многократно в зависимости от состава сырья, получаемых результатов и поставленной задачи).
Отличительные признаки данной схемы подготовки и переработки жидкого углеводородного сырья позволяют провести несколько процессов: теплообмен, кавитационную и акустическую обработку, испарение, разделение, сепарацию, инициированный термомеханический крекинг интенсивно и одновременно в одном аппарате при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах с увеличением глубины дальнейшей переработки и получением качественных полупродуктов для дальнейшего использования.
Предлагаемые схемы с блоком углубленной обработки реализованы на пилотной установке производительностью до 0,2 т/ч (до 1500 т/год). Кроме того, установка оснащена различным емкостным оборудованием для хранения сырья и сбора получаемых продуктов, теплообменным оборудованием для нагрева теплоносителя и охлаждения продуктов, насосным оборудованием и контрольно-измерительными приборами.
На фигурах 1-6 представлены укрупненные принципиальные схемы подготовки и переработки жидкого органического сырья с блоком углубленной обработки.
На фиг.1-6 обозначено: 1 - блок подготовки сырья (дегазация, обезвоживание, обессоливание, очистка от механических и других вредных примесей) и его предварительного подогрева; 2 - блок углубленной обработки сырья; 3 - блок разделения на жидкую и парогазовую части; 4 - блок фракционирования (атмосферная AT или атмосферно-вакуумная АВТ трубчатка, другие варианты фракционирования); 5 - блок получения легких товарных продуктов (бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии и др. - риформинг, платформинг и т.д.); 6 - блок приготовления тяжелых товарных продуктов (битума, битумных эмульсий, покрытий, масел и др.); 7 - блок смешивания жидкой и парогазовой части разделения; 8 - блок охлаждения смеси; 9 - блок охлаждения парогазовой части разделения (низкокипящих фракций НКФ); 10 - блок охлаждения жидкой части разделения (высококипящих фракций ВКФ); 11 - дополнительный блок фракционирования.
Если сырье - тяжелая нефть или нефтяные остатки (мазут, нефтешламы, отработанные масла и т.д.), то целесообразно использовать вариант схемы нефтеперерабатывающего производства с блоком углубленной обработки, представленный на фиг.1. Сырье после блока подготовки и предварительного нагрева (фиг.1, позиция 1) подается в блок углубленной обработки (фиг.1, позиция 2) и после углубленной обработки на блок разделения (фиг.1, позиция 3). После блока разделения низкокипящие фракции НКФ направляются на блок фракционирования (фиг.1, позиция 4) и на блок приготовления легких товарных продуктов (фиг.1, позиция 5). Кубовый остаток (мазут) после блока фракционирования (фиг.1, позиция 4) возвращается на блок обработки (фиг.1, позиция 2) для вторичной обработки с целью дополнительного получения светлых продуктов. Высококипящие фракции ВКФ направляются в блок приготовления тяжелых товарных продуктов (фиг.1, позиция 6), легкий отгон после которого (если он образуется) также возвращается на блок обработки (фиг.1, позиция 2) для вторичной обработки с целью дополнительного получения светлых продуктов. Часть высококипящих фракций ВКФ (или ВКФ полностью, в зависимости от поставленной задачи и свойств сырья) после блока разделения (фиг.1, позиция 3) возвращается (показано пунктиром) на блок обработки (фиг.1, позиция 2) для вторичной обработки с целью дополнительного получения светлых продуктов. Жидкую часть разделения (ВКФ) или часть ее можно подать на повторную обработку в дополнительный отдельный блок обработки (для простоты на фигуре не показано) для дальнейшего увеличения выхода светлых продуктов (процесс может быть повторен многократно в зависимости от состава сырья, получаемых результатов и поставленной задачи).
Если сырье - легкая или средняя нефть, газовый конденсат, то целесообразно использовать вариант схемы нефтеперерабатывающего производства с блоком углубленной обработки, представленный на фиг.2. Сырье после блока подготовки и предварительного нагрева (фиг.2, позиция 1) подается в блок ректификации (фиг.2, позиция 4) и далее на блок приготовления легких товарных продуктов (фиг.2, позиция 5). Кубовый остаток (мазут) после блока фракционирования (фиг.2, позиция 4) направляется на блок обработки (фиг.2, позиция 2) и после углубленной обработки подается на блок разделения (фиг.2, позиция 3). После блока разделения низкокипящие фракции НКФ возвращаются на блок фракционирования (фиг.2, позиция 4) и на блок приготовления легких товарных продуктов (фиг.1, позиция 5). Высококипящие фракции ВКФ после блока разделения (фиг.2, позиция 3) направляются в блок приготовления тяжелых товарных продуктов (фиг.2, позиция 6), отгон после которого (если он образуется) также возвращается на блок обработки (фиг.2, позиция 2) для вторичной обработки с целью дополнительного получения светлых продуктов. Часть высококипящих фракций ВКФ (или ВКФ полностью, в зависимости от поставленной задачи и свойств сырья) после блока разделения (фиг.2, позиция 3) возвращается (показано пунктиром) на блок обработки (фиг.2, позиция 2) для вторичной обработки с целью дополнительного получения светлых продуктов. Жидкую часть разделения (ВКФ) или часть ее можно подать на повторную обработку в дополнительный отдельный блок обработки (для простоты на фигуре не показано) для дальнейшего увеличения выхода светлых продуктов (процесс может быть повторен многократно в зависимости от состава сырья, получаемых результатов и поставленной задачи).
3
3
Если сырье не предполагается использовать на месте углубленной обработки для получения товарных продуктов, то целесообразно использовать вариант схемы нефтеперерабатывающего производства с блоком углубленной обработки, представленный на фиг.3. Сырье после блока подготовки и предварительного нагрева (фиг.3, позиция 1) подается в блок углубленной обработки (фиг.3, позиция 2) и после углубленной обработки на блок разделения (фиг.3, позиция 3). После блока разделения низкокипящие фракции НКФ и высококипящие фракции ВКФ направляются на блок смешивания (фиг.3, позиция 7) и далее на блок охлаждения (фиг.3, позиция 8). Полученная в результате смешивания НКФ и ВКФ «синтетическая» нефть транспортируется для дальнейшей углубленной переработки и получения товарных продуктов. Она содержит примерно в два и более раз больше топливных фракций, чем исходный продукт. Кроме того, если плотность исходной нефти 950 кг/м (API=17), то плотность "синтетической" нефти уменьшается до 850 кг/м (API=35), а кинематическая вязкость соответственно с 83 сСт до 6 сСт. В результате такой операции стоимость "синтетической" нефти значительно возрастает, ее легче транспортировать и перерабатывать. Особенно перспективен
такой подход для удаленных от НПЗ и добывающих тяжелую и вязкую нефть предприятий, как, например, в Южной Америке, Канаде и в некоторых регионах России. Таким же образом можно переработать сравнительно дешевый мазут и еще более дешевые кубовые остатки в значительно более дорогую высокопотенциальную нефть. Часть высококипящих фракций ВКФ (или ВКФ полностью, в зависимости от поставленной задачи и свойств сырья) после блока разделения (фиг.3, позиция 3) возвращается (показано пунктиром) на блок обработки (фиг.3, позиция 2) для вторичной обработки с целью дополнительного получения светлых продуктов. Жидкую часть разделения (ВКФ) или часть ее можно подать на повторную обработку в дополнительный отдельный блок обработки (для простоты на фигуре не показано) для дальнейшего увеличения выхода светлых продуктов (процесс может быть повторен многократно в зависимости от состава сырья, получаемых результатов и поставленной задачи).
Если необходимо для дальнейшей переработки и получения товарных продуктов транспортировать НКФ и ВКФ по отдельности, то целесообразно использовать вариант схемы нефтеперерабатывающего производства с блоком углубленной обработки, представленный на фиг.4. Сырье после блока подготовки и предварительного нагрева (фиг.4, позиция 1) подается в блок углубленной обработки (фиг.4, позиция 2) и после углубленной обработки на блок разделения (фиг.4, позиция 3). После блока разделения низкокипящие фракции НКФ направляются на блок охлаждения НКФ (фиг.4, позиция 9) а высококипящие фракции ВКФ направляются в блок охлаждения ВКФ (фиг.4, позиция 10). Затем обе части (НКФ И ВКФ) транспортируются для дальнейшей углубленной переработки, возможно на производства, расположенные в разных местах. Часть высококипящих фракций ВКФ (или ВКФ полностью, в зависимости от поставленной задачи и свойств сырья) после блока разделения (фиг.4, позиция 3) возвращается (показано пунктиром) на блок обработки (фиг.4, позиция 2) для вторичной обработки с целью дополнительного получения светлых продуктов. Жидкую часть разделения (ВКФ) или часть ее можно подать на повторную обработку в дополнительный отдельный блок обработки (для простоты на фигуре не показано) для дальнейшего увеличения выхода светлых продуктов (процесс может быть повторен многократно в зависимости от состава сырья, получаемых результатов и поставленной задачи).
Если возврат НКФ после блока разделения на блок фракционирования приводит к перегрузке и напряженной или нестабильной работе блока фракционирования, то целесообразно использовать вариант схемы нефтеперерабатывающего производства с блоком углубленной обработки, представленный на фиг.5. Сырье после блока подготовки и предварительного нагрева (фиг.5, позиция 1) подается в блок ректификации (фиг.5, позиция 4) и далее на блок приготовления легких товарных продуктов (фиг.5, позиция 5). Кубовый остаток (мазут)
после блока фракционирования (фиг.5, позиция 4) направляется на блок обработки (фиг.5, позиция 2) и после углубленной обработки подается на блок разделения (фиг.5, позиция 3). После блока разделения низкокипящие фракции НКФ направляются на дополнительный независимый блок фракционирования (фиг.5, позиция 11) и на блок приготовления легких товарных продуктов (фиг.5, позиция 5). Высококипящие фракции ВКФ после блока разделения (фиг.5, позиция 3) направляются в блок приготовления тяжелых товарных продуктов (фиг.5, позиция 6), отгон после которого (если он образуется) также возвращается на блок обработки (фиг.5, позиция 2) для вторичной обработки с целью дополнительного получения светлых продуктов. Часть высококипящих фракций ВКФ (или ВКФ полностью, в зависимости от поставленной задачи и свойств сырья) после блока разделения (фиг.5, позиция 3) возвращается (показано пунктиром) на блок обработки (фиг.5, позиция 2) для вторичной обработки с целью дополнительного получения светлых продуктов. Жидкую часть разделения (ВКФ) или часть ее можно подать на повторную обработку в дополнительный отдельный блок обработки (для простоты на фигуре не показано) для дальнейшего увеличения выхода светлых продуктов (процесс может быть повторен многократно в зависимости от состава сырья, получаемых результатов и поставленной задачи).
В некоторых случаях, в зависимости от поставленной задачи и свойств сырья (например, если тяжелые фракции сырья пригодны для приготовления тяжелых товарных продуктов типа битума), целесообразно использовать вариант схемы нефтеперерабатывающего производства с блоком углубленной обработки, представленный на фиг.6. Сырье после блока подготовки и предварительного нагрева (фиг.6, позиция 1) подается в блок углубленной обработки (фиг.6, позиция 2) и после углубленной обработки на блок фракционирования (фиг.6, позиция 4), далее на блок приготовления легких товарных продуктов (фиг.6, позиция 5) и блок приготовления тяжелых товарных продуктов (фиг.6, позиция 6), отгон после которого (если он образуется) возвращается на блок обработки (фиг.6, позиция 2) для вторичной обработки с целью дополнительного получения светлых продуктов. Часть кубового остатка (или кубовый остаток полностью, в зависимости от поставленной задачи и свойств сырья) после блока фракционирования (фиг.6, позиция 4) возвращается (показано пунктиром) на блок обработки (фиг.6, позиция 2) для вторичной обработки с целью дополнительного получения светлых продуктов. Кубовый остаток после блока фракционирования (фиг.6, позиция 4) или часть его можно подать на повторную обработку в дополнительный отдельный блок обработки (для простоты на фигуре не показано) для дальнейшего увеличения выхода светлых продуктов (процесс может быть повторен многократно в зависимости от состава сырья, получаемых результатов и поставленной задачи).
В качестве исходного сырья использовалась тяжелая нефть месторождения Вишенское Ульяновской области (Ратов А.Н.,   Немировская Г.Б. и др. Проблемы освоения нефтей Ульяновской области. "Химия и технология топлив и масел", №4, 1995 г.). Нефть содержит много смолистых соединений и примесей. Использовалась нефть и других месторождений, например НГДУ "Нурлатнефть", с другим составом, а также различные кубовые остатки, отработанные масла и др.
Далее представлены некоторые результаты процесса разделения.
Пример 1
Были проанализированы пробы тяжелой нефти и НКФ после обработки нефти по предлагаемым схемам. Исследованные пробы нефти и НКФ по количественным и качественным показателям существенно отличаются. Исходная проба нефти характеризуется меньшим потенциальным содержанием светлых фракций, большим содержанием серы и асфальто-смолистых веществ (таблица 1).
Легкая часть (НКФ) разделения нефти после термомеханического крекинга по предлагаемой полезной модели содержит большой выход светлых фракций (бензины и дизельные компоненты). Содержание фракций н.к. - 180°С составляет 45,81% масс, тогда как из нефти выделяется только 11,95% масс, (таблица 2). НКФ по своим физико-химическим характеристикам (плотность, вязкость, температура застывания, содержание смол силикагелевых и асфальтенов, а также выход легких фракций) близка к конденсатам. Снижение содержания серы в широкой фракции в 2,5 раза является весьма актуальной задачей для нефтяников и нефтепереработчиков (таблица 3).
Таблица 1Разгонка (ИТК) исходной тяжелой нефти в аппарате АРН-2 и характеристики полученных фракций
№ фракции
Температура выкипания фракции при 760 мм рт.ст.
Выход на нефть % масс
Вязкость, мм<sup>2</sup>/с
Р<sup>20</sup> <sub>4</sub>
N<sup>20</sup> <sub>4</sub>
Температура, °С
Содержание
Отдельный
Суммарный
При 20°С
При 50°С
застывания
вспышки
серы, % масс.
н.к. 38°С
1
н.к. -50
0,71
0,04
2
50-60
0,57
1,28
680,7
1,3930
0,06
3
60-70
0,61
1,89
685,5
1,3940
0,08
4
70-80
0,76
2,65
692,2
1,3950
0,09
5
80-90
1,05
3,70
710,0
1,3990
0,10
6
90-100
2,32
6,02
721,5
1,4015
0,11
7
100-110
0,51
6,53
730,7
1,4100
0,13
8
110-120
0,67
7,20
738,6
1,4137
0,19
9
120-130
0,98
8,18
750,2
1,4192
0,25
10
130-140
1,10,
9,28
759,0
1,4240
0,39
11
140-150
1,45
10,73
767,9
1,4278
0,44
12
150-160
0,95
11,68
773,7
1,4300
0,65
13
160-170
0,12
111,80
779,5
1,4410
0,78
14
170-180
0,15
11,95
785,1
1,4420
0,90
15
180-190
0,13
12,08
791,3
1,4430
Ниже-65
49
0,96
16
190-200
0,88
12,96
1,29
0,87
796,5
1,4438
-60
54
1,15
17
200-210
1,35
14,31
1,88
1,23
802,3
1,4442
-50
59
1,24
18
210-220
2,15
16,46
2,30
1,41
811,1
1,4510
-48
62
1,38
19
220-230
1,86
18,32
2,64
1,58
820,5
1,4554
-47
65
1,53
20
230-240
1,57
19,89
2,91
1,60
824,2
1,4590
-39
81
1,68
21
240-250
1,35
21,24
3,37
2,03
828,4
1,4600
-32
95
1,90
22
250-270
2,45
23,69
6,26
3,14
849,6
1,4722
-26
112
2,24
23
270-290
3,25
26,94
8,67
3,44
862,6
1,4764
-21
121
2,68
24
290-310
3,58
30,52
10,54
4,56
872,6
1,4848
-16
131
2,75
25
310-330
3,27
33,79
14,45
5,41
881,7
1,4900
-4
150
2,97
26
330-350
2,94
36,73
26,28
8,44
896,1
1,4970
-1,
165
3,24
Таблица 2Разгонка (ИТК) НКФ обработанной в блоке углубленной обработки исходной нефти в аппарате АРН-2 и характеристики полученных фракций
№ фракции
Температура выкипания фракции при 760 мм рт.ст.
Выход на нефть % масс
Вязкость,мм<sup>2</sup>/с
Р<sup>20</sup> <sub>4</sub>
N<sup>20</sup> <sub>4</sub>
Температура, °С
Содержание
Отдельный
Суммарный
При 20°С
При 50°С
заст ыван ия
вспы шки
серы, % масс.
н.к. 36°С
1
н.к. -50
0,42
-
0,006
2
50-60
0,57
0,99
662,1
1,3850
0,01
3
60-70
2,85
3,84
682,6
1,3860
0,03
4
70-80
3,71
7,55
687,5
1,3840
0,04
5
80-90
2,79
10,34
692,3
1,3919
0,05
6
40-100
2,83
13,17
704,6
1,3960
0,06
7
100-110
4,19
17,36
717,0
1,4020
0,08
8
110-120
3,70
21,06
726,5
1,4069
0,12
9
120-130
3,80
24,86
736,1
1,4110
0,14
10
130-140
5,66
30,52
747,4
1,4171
0,16
11
140-150
2,97
33,49
758,3
1,4210
0,24
12
150-160
4,06
37,55
765,8
1,4266
0,35
13
160-170
3,97
41,52
774,3
1,4310
0,44
14
170-180
4,29
45,81
780,9
1,4342
0,68
15
180-190
1,45
47,26
1,34
0,93
787,5
1,4355
Ниже-65
48
0,77
16
190-200
1,86
49,12
1,58
1,07
796,2
1,4392
-63
52
0,96
17
200-210
3,89
53,01
1,98
1,27
805,7
1,4427
-51
60
1,02
18
210-220
3,53
56,54
2,08
1,35
809,6
1,4463
-50
65
1,08
19
220-230
4,56
61,10
2,35
1,40
813,2
1,4512
-49
70
1,14
20
230-240
4,55
65,65
2,56
1,52
822,5
1,4549
-40
79
1,20
21
240-250
5,30
70,95
3,16
1,85
831,9
1,4608
-35
94
1,38
22
250-270
6,14
77,09
4,23
2,35
846,6
1,4686
-29
102
1,54
23
270-290
5,45
80,54
5,77
2,92
856,7
1,4753
-20
140
1,96
24
290-310
2,23
82,77
7,60
3,51
863,3
1,4780
-15
143
2,34
25
310-330
2,20
84,97
9,64
4,21
866,8
1,4803
-5
146
2,52
26
330-350
3,51
88,48
14,21
5,63
878,8
1,4862
-2
150
2,60
Таблица 3Физико-химические характеристики нефти и НКФ
№л/п
Характеристика
Единица измерения
Величина
Нефть
НКФ
1
Плотность
кг/м<sup>3</sup>
910,5
791,8
2
Кинематическая вязкость:
Мм<sup>2</sup>/с (сСт)
при 20°С
140,07
1,79
при 50°С
39,37
1,19
3
Содержание:
% масс.
Серы
3,64
1,45
Смол силикагелевых
18,4
1,1
Асфальтенов
3,0
0,06
4
Коксуемость
%
8,6
0,20
5
Зольность
%
0,069
0,002
6
Выход фракций
% масс.
До 200°С
12,96
49,12
До 360°С
37,80
89,92
Пример 2
Проведен термомеханический крекинг мазута по предлагаемой полезной модели. Атмосферно-вакуумная разгонка исходного мазута показала отсутствие в нем бензиновой и керосиновой фракций, содержание дизельной фракции (температура кипения до 360°С) составило 8,1% масс. Термомеханический крекинг исследуемого мазута в блоке углубленной обработки показал следующие результаты: количество низкокипящих фракций НКФ составило 68-72% масс. в зависимости от режима процесса. Содержание в НКФ целевых топливных композиций составило 85-86% масс., из них бензиновой (н.к. - 180°С) фракции - 19,9% масс., керосиновой (180-240°С) - 14,7% масс., дизельной (240-360°С) - 65,4% масс. Общее содержание целевых продуктов с температурой кипения до 360°С в процессе термомеханического крекинга увеличилось с 8,1% масс. до 58-62% масс. в пересчете на исходный продукт.
Пример 3
Исследование качества бензиновых и дизельных фракций в НКФ после применения термомеханического крекинга по предлагаемой полезной модели показало, что содержание ароматических углеводородов в бензиновых фракциях 10-12%, в дизельных - 19-22%, содержание олефиновых 25-28% и 5-7% соответственно.
Содержание в бензинах каталитического крекинга ароматических углеводородов составляет 30-40%, олефиновых - 25-35%, в бензинах термического крекинга содержание непредельных гораздо выше.
Из вышеизложенного следует, что качество продуктов термомеханического крекинга после блока обработки гораздо лучше, чем термического и аналогично качеству продуктов каталитического крекинга при значительно меньших (в 10-100 раз) капитальных и эксплуатационных затратах.
Парогазовая фаза (НКФ) - это дистиллят, содержащий бензиновые и дизельные фракции, продукты нефтехимии. Видно, что эффект процесса обработки по предлагаемым схемам значителен: содержание топливных фракций с температурой кипения до 360°С в парогазовой фазе разделения (НКФ) примерно в два раза выше (в пересчете на исходную тяжелую нефть с учетом коэффициента разделения), чем в исходной нефти, а при переработке мазутов этот показатель составляет 10-15. Глубина отбора дистиллята (количество испарившейся части углеводородов) зависит от температуры, давления и расхода теплоносителя, то есть от технологического режима проведения процесса. На пилотной установке достигали глубины отбора испаряемой части нефти месторождения Вишенское - до 85%, НГДУ "Нурлатнефть" - до 80% (в отличие от глубины переработки примерно 30% при классической схеме переработки без блока углубленной обработки).
С целью оптимизации парогазовых и жидкостных потоков в блоке разделения, более четкого отделения жидкой фазы от парогазовой и предварительной сепарации, фильтрации и ректификации последней (НКФ), в блок или аппарат разделения встроены внутренние сепарационные устройства типа ректификационных тарелок различной конструкции, колец Рашига, сеток и др. (для простоты, блок сепарации и фильтрации в схемах не показан).
Таким образом, предлагаемая полезная модель - схема нефтеперерабатывающего производства с блоком углубленной обработки - позволяет осуществить углубленную (при этом происходит увеличение глубины дальнейшей переработки в 1,5-15 раз в зависимости от исходного сырья - тяжелая нефть, мазут и т.д.) и высокорентабельную подготовку и переработку нефти, в том числе тяжелой, остатков нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, нефтешламов, отработанных масел и других жидких органических сред с получением гостированных товарных продуктов и может быть использована в производстве углеводородного топлива, продуктов нефтехимии, битума и т.д. Соответственно увеличивается и выход наиболее ценных топливных композиций - бензиновых, керосиновых и дизельных фракций, продуктов нефтехимии.