СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ
PROCEDURE FOR PROCESSING OIL RESIDUES

Изобретение относится к нефтепереработке и может быть использовано для переработки нефтяных остатков путем их поликонденсации (пекования, коксования).
Известен способ переработки нефтяных остатков путем пекования крекинг-остатка, который предусматривает термообработку (крекинг) исходного сырья в печи и реакторе, с последующим отгоном и ректификацией дистиллятных фракций в испарителе и колонне с получением крекинг-остатка, нагревом последнего в печи и поликонденсацией (пекованием) в реакторе, отгоном легких фракций в испарителе и вакуумной колонне с получением нефтяного пека (полезная модель РФ №87163, 27.09.2009).
Недостатком известного способа является закоксовывание внутренней поверхности реактора пекования, которое вызывает сокращение межремонтного пробега установки и требует периодической очистки.
Известен способ переработки нефтяных остатков путем замедленного коксования, который включает подогрев сырья в теплообменниках, конвекционном змеевике печи, контакт с парогазовыми продуктами коксования в ректификационной колонне с образованием вторичного сырья (смеси исходного сырья с тяжелым газойлем коксования), последующий нагрев вторичного сырья в радиантном змеевике печи и подачу в реактор замедленного коксования с получением кокса (Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа, изд. «Гилем», Уфа, 2002, с.376-377, рис.7.3, с.385-389).
Недостатком известного способа является жесткая схема УЗК и узкий предел параметров технологического режима, не позволяющие организовать производство товарной продукции более широкого ассортимента, в частности дефицитного нефтяного пека.
Задачей настоящего изобретения является расширение возможностей работы типовой установки замедленного коксования (УЗК) с целью получения нефтяного пека и кокса из нефтяных остатков: гудрона и висбрекинг-остатка.
Указанная задача решается способом переработки нефтяных остатков, осуществляемым в двух параллельных реакторах и включающем нагрев сырья в печи, подачу в ректификационную колонну с образованием вторичного сырья, поликонденсацию термообработанного вторичного сырья в реакторе при повышенной температуре и давлении в течение времени, достаточного для получения целевых продуктов, вывод дистиллятных продуктов из реактора и их разделение в ректификационной колонне с получением целевых продуктов, в котором согласно изобретению целевыми продуктами являются пек и кокс, получаемые одновременно на одной установке, а цикл процесса включает стадии пекования, коксования, подготовки реактора к остановке и выгрузке кокса, резервного времени и подготовки реактора к пуску, которые проводят последовательно в одном и том же реакторе, на стадии пекования продукт поликонденсации после реактора охлаждают легким газойлем до температуры 380-440°C и отгоняют из него легкие фракции последовательно в испарителе и вакуумной колонне с получением соответственно среднетемпературного и высокотемпературного нефтяных пеков, причем когда осуществляют стадию подготовки первого реактора к остановке и выгрузке кокса, во втором параллельном реакторе осуществляют стадию пекования, а когда осуществляют стадию подготовки первого реактора к пуску, во втором параллельном реакторе проводят стадию коксования, после чего в нем же осуществляют дальнейшие стадии указанного цикла, и затем цикл в обоих реакторах повторяют.
На стадии пекования после нагрева вторичного сырья в смеси с турбулизатором до температуры 475-500°C его охлаждают «холодной струей» - легким газойлем до температуры 380-460°C и направляют тангенциально в верхнюю часть реактора.
На чертеже представлена схема установки получения нефтяного пека и кокса из нефтяных остатков: гудрона и висбрекинг-остатка.
Установка включает линию подачи сырья 1 в печь 2 с конвекционным змеевиком 3 для подогрева сырья и утилизации тепла дымовых газов, ректификационную колонну 4 с линией 5 ввода сырья над каскадными тарелками 6, линию 7 ввода сырья в колонну 4 под каскадные тарелки 6, аккумулятор (глухую тарелку) 8, линии вывода продуктов пекования и коксования из колонны 4: 9 - газа, бензина, воды, 10 - фракции легкого газойля (180-350°C), 11 - тяжелого газойля (фр.+350°C), линию 12 вторичного сырья, сетчатый фильтр 13, линию 14 острого орошения бензином, линию 15 промежуточного орошения колонны 4 «холодным» легким газойлем (фр.120-140°C), холодильник (теплообменник) 16 легкого газойля, радиантный змеевик 17 печи 2 для термообработки (крекинга) вторичного сырья 12, линию 18 ввода турбулизатора (водного конденсата) в радиантный змеевик 17 печи 2, линию 19 вывода из печи 2 термообработанного вторичного сырья, линию 20 ввода «холодной» струи (легкого газойля) в поток 19, трансферный трубопровод 21 смеси потоков 19 и 20, четырехходовой кран 22, линию 23 ввода «холодной» струи (легкого газойля), линию 24 ввода вторичного сырья на верх реакторов 25 и 26 (реактора пекования-коксования) для стадии пекования, линию 27 ввода вторичного сырья для стадии коксования, линию 28 ввода водяного пара в реактор, линию 29 вывода жидкого продукта пекования из реактора, линию 30 вывода продукта коксования из реактора, линию 31 ввода продукта пекования в испаритель 32, линию 33 «холодной» струи (легкого газойля), шлемовый трубопровод 34 газопаровой смеси (дистиллята) продуктов пекования (коксования), регулирующий клапан 35 давления в реакторе, линию 36 ввода кулинга (газойля) в шлемовый трубопровод 34, регулирующий клапан 37 уровня жидкой фазы в реакторе, линию 38 вывода газопаровой фазы из испарителя в ректификационную колонну 4, линию 39 ввода водяного пара в испаритель 32, линию 40 вывода среднетемпературного пека из испарителя 32 в вакуумную колонну 41, линию 42 вывода термогазойля из вакуумной колонны 41, линию 43 вывода затемненной фракции из вакуумной колонны 41, линию 44 вывода среднетемпературного пека с установки, линию 45 подачи среднетемпературного пека в емкости - смесители 46, 47, линию 48 подачи затемненной фракции в емкости - смесители 46, 47, линию 49 вывода газопаровой фазы из вакуумной колонны 41 к вакуумной системе, линию 50 вывода высокотемпературного пека из колонны 41 в емкости - смесители 46, 47, линию 51 вывода пека - I, линию 52 вывода пека - II, линию 53 ввода водяного пара в колонну 41, линию 54 ввода острого орошения в колонну 41, холодильник (теплообменник) 55 термогазойля, линию 56 циркуляционного орошения колонны 41.
Установка по способу переработки нефтяного остатка в нефтяной пек работает следующим образом.
Сырье 1, предварительно подогретое в теплообменниках (не показаны на чертеже), поступает через конвекционный змеевик 3 печи 2 в ректификационную колонну 4 по линии 5 над каскадными тарелками 6 или по линии 7 под тарелки 6. Управляя соотношением расхода сырьевых потоков, поступающих по линиям 5, 7, регулируют температуру и содержание газойлевых фракций (коэффициент рециркуляции) во вторичном сырье, формирующемся в кубовой части колонны 4. С верха колонны 4 выводят смесь 9 газа, бензина и водяного конденсата, со средней части (12-13 тарелки) - легкий газойль 10, с аккумулятора (глухой тарелки) 8 - тяжелый газойль - 11, с кубовой части - вторичное сырье 12 через сетчатый фильтр 13. Для обеспечения процесса ректификации в колонну 4 возвращают охлажденные продукты: бензин 14, легкий газойль 15. Последний поступает после теплообменника (холодильника) 16. Вторичное сырье по линии 12 направляют через сетчатый фильтр 13 в трубчатую печь 2, где поток нагревается за счет сжигания топлива до температуры 475-500°C. Для снижения закоксовывания змеевика 17 печи в линию 12 вторичного сырья на входе в печь 2 вводят турбулизатор - водяной конденсат 18. После печи 2 термообработанное вторичное сырье 19 закаливают «холодной струей» 20 (легким газойлем), которую вводят в технологическую систему до трансферной линии 21 и четырехходового крана 22 для снижения опасности их закоксовывания или же по линии 23 для повышения конверсии сырья и снижения температурных градиентов и напряжений в материале конструкций - после вышеупомянутых элементов схемы. «Холодную струю» 20, 23 подают в количестве, обеспечивающем снижение температуры вторичного сырья - линия 24 на входе в верхнюю часть реактора 25 до 380-460°C. Для снижения выноса пены из реактора 25 поток вторичного сырья по линии 24 вводят тангенциально. При этом входящий поток за счет центробежной силы разделяется на паровую и жидкую фазы - первая переходит в центральную часть и поднимается вверх, а периферийная часть прилипает к стенке реактора и стекает вниз. Для отгона легких фракций в нижнюю часть реактора 25 подают водяной пар 28. По уровню жидкой фазы и перепаду давления между низом и верхом реактора определяют качество (плотность) пека и необходимость корректировки технологического режима. Для прекращения процесса крекинга и закоксовывания трубопровода 31 и испарителя 32 в поток 29 на выходе из реактора 25 вводят «холодную струю» 33 (охлажденный газойль). Полученную смесь с температурой 380-420°C по линии 31 направляют в испаритель 32 для отгона легких фракций из остатка пекования. Газопаровые продукты (дистиллят) процесса пекования покидают реактор 25 по шлемовой линии 34, клапан регулятор давления 35 и попадают в ректификационную колонну 4 на разделение по компонентам: газ, бензин, водный конденсат, легкий и тяжелый газойли. Для снижения температуры в шлемовом трубопроводе 34 и на входе в колонну 4 до 380-420°C к продуктам на выходе из реактора 25 добавляют в необходимом количестве охлажденный газойль - кулинг (фр.120-180°C) 36. Давление и уровень жидкой фазы в реакторе 25 регулируют с помощью регулирующих клапанов 35, 37, установленных соответственно на потоках газопаровой 34 и жидкой 29 фаз в зависимости от заданной конверсии или содержания веществ, нерастворимых в толуоле (альфа - фракции) или плотности остатка пекования. Газ, пары углеводородов и водяного пара, поступающие в колонну 4 из реактора 25 по шлемовой линии 34 и из испарителя 32 по линии 38, поднимаются из кубовой части колонны 4 в верхнюю концентрационную часть на разделение по компонентам, а жидкая фаза исходного сырья, поступающая по линиям 5, 7 за счет процессов конденсации газойлевых фракций из паровой фазы и прямого тепломассообмена между восходящими и нисходящими потоками, насыщается рециркулятом, поднимает свою температуру (теплосодержание), стекает и образует вторичное сырье 12. Для интенсификации процесса отгона легких фракций из остатка пекования в низ испарителя 32 подают водяной пар 39. Из испарителя 32 газопаровой поток 38 направляют в колонну 4 на разделение по компонентам, а жидкую фазу - остаток пекования 40 в вакуумную колону 41 для отбора из нее термогазойля 42 и затемненной фракции 43 при давлении 0,005-0,015 МПа. Часть остатка выводят с установки в качестве среднетемпературного пека по линии 44 или направляют по линии 45, как и затемненную фракцию 43 по линии 48 в емкости - смесители 46, 47 для приготовления продуктов заданного качества. С верха вакуумной колонны 41 газопаровой поток 49 направляют к вакуумсоздающей системе (не показана на чертеже), с низа колонны 41 выводят высокотемпературный нефтяной пек 50, который подают в емкости - смесители 46, 47 для приготовления нефтяных пеков 51, 52 заданного качества. Для обеспечения процесса ректификации в вакуумную колонну 41 подают водяной пар 53, острое орошение 54, полученное после охлаждения термогазойля 42 в теплообменнике (холодильнике) 55, циркуляционное орошение 56. В процессе термополиконденсации термообработанного остатка в течение 20-24 часов с получением пека (стадия пекования) на стенках реактора откладываются коксоотложения, поэтому для очистки реактора от коксоотложений схему установки и технологический режим переводят на производство кокса замедленным коксованием из того же сырья. При этом из схемы исключают подачу холодной струи по линиям 20, 23, 33, перекрывают линии 28, 29, переводят четырехходовой кран 22 на линию 27 в реактор 25 и проводят процесс получения кокса (стадия коксования) на типовом технологическом режиме в течение 20-24 часов при температуре на входе в реактор 475-490°C.
После набора заданного уровня кокса в первом реакторе 25 его отключают для проведения следующей стадии - подготовки реактора к остановке и выгрузке кокса в течение 13 час., а схему и технологический режим переводят на производство пека (стадия пекования - 20-24 час) во втором параллельном реакторе 26. После выгрузки кокса вместе с коксоотложениями от стадии пекования из первого реактора его переводят на стадию резервного времени в течение 13 час, а затем проводят стадию подготовки реактора к пуску в течение 11 час. Во втором реакторе в это время проводят стадию коксования в течение 20-24 час. Один цикл переработки нефтяного остатка путем пекования - коксования составляет 96 час.
В табл.1 представлены стадии и операции процесса переработки нефтяного остатка-гудрона и их продолжительность.
В табл.2 показан график работы реакторов.
Из таблицы 1 видно, что у предлагаемого способа при переработке нефтяных остатков в течение одного цикла - 96 часов (4 суток) количество подготовительных стадий и операций и соответственно их продолжительность в два раза меньше, чем у прототипа, и, как следствие, затраты энергии по остановке и пуску реакторов будут в два раза меньше.
Продолжительность стадии пекования непостоянная величина и зависит от закоксовывания реактора и потребности рынка сбыта, в этом случае у второго параллельного реактора продолжительность стадии резервного времени соответственно корректируют на идентичную величину. Продолжительность остальных стадий подготовки к остановке и пуску, а также коксования остаются постоянными, соответственно: 13, 11 и 24 часа.
Закоксовывание коксоотложений от стадии пекования в коксовый пирог позволяет уменьшить потери нефтепродуктов и улучшить экологические показатели процесса переработки нефтяных остатков.
Таблица 1 -
Показатели процесса переработки нефтяных остатков по предлагаемому способу и прототипу *
№ п/п
Наименование стадий и операций
Продолжительность, час
Количество стадий и операций (продолжительность, час)
предлагаемый способ
прототип
реактор
реактор
1
2
1
2
1.
Пекование
24
1 (24)
1 (24)
-
-
2.
Коксование
24
1 (24)
1 (24)
1 (48)
1 (48)
3.
Подготовка реактора к остановке:
13
1 (13)
1 (13)
2 (26)
2 (26)
4.
- пропаривание
2,5
1 (2,5)
1 (2,5)
2 (5)
2 (5)
5.
- охлаждение водяным паром
2
1 (2)
1 (2)
2 (4)
2 (4)
6.
- удаление воды из реактора
2
1 (2)
1 (2)
2 (4)
2 (4)
7.
- открытие люков
1,5
1 (1,5)
1 (1,5)
2 (3)
2 (3)
8.
- выгрузка кокса и коксоотложений
5
1 (5)
1 (5)
2 (10)
2 (10)
9.
Резервное время**
24
1 (24)
1 (24)
-
-
10.
Подготовка реактора к пуску:
11
1 (11)
1 (11)
2 (22)
2 (22)
11.
- закрытие люков
2
1 (2)
1 (2)
2 (4)
2 (4)
12.
- прогрев реактора водяным паром
0,5
1 (0,5)
1 (0,5)
2 (1)
2 (1)
13.
- опрессовка
1
1 (1)
1 (1)
2 (2)
2 (2)
14.
- прогрев реактора парами из параллельного реактора
7
1 (7)
1 (7)
2 (14)
2 (14)
15.
- переключение сырьевого потока с одного реактора на другой
0,5
1 (0,5)
1 (0,5)
2 (1)
2 (1)
* Данные при работе установки в течение 96 часов на двух параллельных реакторах** Время простоя оборудования, необходимое для корректирования режима технологического процесса.
Таблица 2 -
График работы реакторов
№ п/п
Время, час
Предлагаемый способ
Известный способ (прототип)
Наименование и продолжительность стадий
Реактор 25*
Реактор 26*
Реактор №1**
Реактор №2**
1
0-24
Пекование - 24 часа
Подготовка к остановке - 13 час
Коксование - 24 часа
Подготовка:
- к остановке - 13 час
Резервное время - 11 час
- к пуску - 11 час
2
24-48
Коксование - 24 часа
Резервное
Подготовка:
Коксование - 24 часа
время - 13 час
- к остановке - 13 час
Подготовка к пуску - 11 час
- к пуску - 11 час
3
48-72
Подготовка к остановке - 13 час
Пекование - 24 часа
Коксование - 24 часа
Подготовка:
- к остановке - 13 час
Резервное время - 11 час
- к пуску - 11 час
4
72-96
Резервное
Коксование - 24 часа
Подготовка:
Коксование - 24 часа
время - 13 час
- к остановке - 13 час
Подготовка к пуску - 11 час
- к пуску - 11 час
* один цикл (96 часов);** два цикла (по 48 часов).
Таким образом, предлагаемая модернизация типовой установки замедленного коксования для получения пека и кокса позволяет сократить затраты времени и энергии на проведение подготовительных операций в 2 раза, полностью механизировать процесс очистки реактора, увеличить ресурсы сырья за счет продуктов остаточного происхождения, расширить ассортимент товарной продукции, уменьшить потери нефтепродуктов, улучшить экологические показатели процесса, снизить эксплуатационные и капитальные затраты.