СПОСОБ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОГО КРЕКИНГА ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ
THERMAL-OXIDATIVE CRACKING METHOD OF HEAVY OIL RESIDUES

Изобретение относится к нефтехимии, в частности к переработке тяжелых нефтяных остатков (ТНО) для получения светлых нефтепродуктов.
-1
Известен способ переработки ТНО, включающий их обработку газом, содержащим озон, с последующим термическим крекингом полученного продукта при давлении 0,5-3,0 МПа и объемной скорости 1-2 ч. Процесс крекинга ведут при температуре 400-430°C (RU 2184761).
Недостатками данного способа является необходимость использования специального оборудования для получения озонсодержащих газов, а также образование в данном случае значительного количества кокса 0.2-0.25% от количества поданных ТНО, что создает проблемы при реализации процесса в непрерывном режиме.
Известна установка для термического крекинга ТНО, в котором поток ТНО предварительно нагревают до 100-200°C, после чего смешивают в инжекторе с воздухом при температуре 50-250°C, давлении 0,5-1 МПа при скорости подачи воздуха 0,1-10 ч-1 , а затем разделяют в сепараторе на два потока: газообразный (отработанный воздух) и жидкий (т.н. активированные ТНО).
Жидкий поток нагревают до 380-410°C в трубчатой печи и направляют в выносной реактор термического крекинга ТНО, где происходит реакция термического крекинга ТНО. Жидкие и парообразные продукты реакции разделяют на фракции в блоке разделения с выделением соответственно углеводородного газа, жидких фракций и тяжелого остатка крекинга.
В зависимости от типа ТНО получают углеводородный газ и светлые фракции: бензиновую (НК-180°C), дизельную (180-350°C) и вакуумный газойль (350-450°C), а также мазут 450°C (в случае использования в качестве исходного сырья прямогонного мазута) или битум (в случае использования в качестве исходного сырья гудрона). Выход продуктов крекинга в патенте не приводят (RU 2232789).
Основным недостатком данной установки является ее сложность.
Известен способ и установка для переработки ТНО, включающий подачу потока предварительно нагретого исходного сырья до 430-450°C в верхнюю часть реактора и подачу предварительно нагретого до 500-530°C воздуха в нижнюю часть реактора, отвод из нижней части реактора тяжелого остатка и подачу его в закалочный аппарат или отпарную колонну и отвод из верхней части легких продуктов крекинга и последующую их подачу в блок разделения (RU 2335525).
При переработке прямогонного мазута при 440°C и давлении 8,5-9 атм при времени контакта 10 мин выход светлых фракций (включая газ) составил 63%, остальное - мазут марки M100.
При переработке нефтяного гудрона с добавкой 5% нефтешламов при 450°C и температуре воздуха 530°C, его расходе 2,8 кг/100 кг сырья, давлении в реакторе 1,2 атм и времени контакта крекинга 9 мин, выход светлых фракций составил 36%, газообразных продуктов 5%, мазут M100 - остальное.
Основным недостатком данного способа и установки является их сложность, а также достаточно высокий выход газообразных продуктов крекинга.
Известен способ термоокислительного крекинга тяжелых нефтяных остатков при повышенной температуре и давлении, включающий предварительный нагрев потоков исходного сырья и кислородсодержащего газа и подачу их в реактор крекинга, в котором перед подачей в реактор нагретые потоки смешивают, а полученную газожидкостную смесь направляют в реактор в виде одного или нескольких потоков.
Проведение процесса данным способом позволяет снизить выход газообразных продуктов до 3.6-4.6% при достаточно высоком выходе (28-37%) светлых фракций (RU 2458967).
Недостатком способа является относительно низкий выход светлых фракций и необходимость использования специальных смесителей жидких ТНО и воздуха.
1
5
Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ переработки ТНО, включающий контакт всего предварительно нагретого потока ТНО с холодным потоком воздуха непосредственно в самом реакторе термического крекинга при 400-420°C при подаче нагретых ТНО в верхнюю часть реактора, а воздуха - в нижнюю часть. Из верхней части реактора отводят поток продуктов, содержащий, в основном, пары светлых фракций углеводородов, углеводороды С-С, азот; из нижней части - поток тяжелого остатка крекинга. Оба потока направляют в узел разделения, из верхней части которого отбирают светлые продукты, из нижней части флотский или котельный мазут (RU 2289607, фиг.2). Данный способ не требует использования специальных смесителей и при переработке гудрона выход светлых фракций достигает 30%.
Недостатком способа является относительно низкий выход светлых фракций.
Технической задачей изобретения является увеличение выхода светлых фракций.
Данная задача решается способом переработки тяжелых нефтяных остатков при повышенных температуре и давлении, включающем контакт предварительно нагретого исходного сырья с кислородсодержащим газом в реакторе крекинга, отвод парообразных продуктов крекинга из верхней части реактора и тяжелого остатка крекинга из нижней части реактора, и последующее выделение светлых фракций углеводородов из продуктов крекинга, в котором часть парообразных продуктов, отводимых из верхней части реактора, конденсируют и возвращают в реактор.
Следующие примеры иллюстрируют способ.
Для иллюстрации способа в качестве реактора был использован полый вертикальный аппарат колонного типа объемом 1 л. Однако не противопоказано использование других типов реакторов. Принципиальная схема установки приведена на фигуре 1.
Пример 1 (сравнительный)
Сырье, гудрон Московского НПЗ, из емкости 1, насосом 2, с расходом 2,6 кг/час подают в печь 3, где его нагревают до температуры 450±5°С и после направляют в реактор крекинга 6. Туда же компрессором 4 со скоростью 150 л/час подают предварительно нагретый в печи 5 до температуры 470°С поток воздуха.
За счет одновременного протекания реакций частичного окисления и деструкции сырья температура в реакторе 6 составила 440±5°С. Давление в реакторе - 0.5±0.1 МПа.
Парообразные продукты реакции в смеси с азотом из верхней части реактора 6 без какой-либо конденсации продуктов (в холодильник-конденсатор 7 хладоагент не подают) направляют в среднюю часть ректификационной колонны 9.
Из нижней части реактора 6 по уровню в реакторе отводят тяжелые продукты (поток IV), которые направляют в нижнюю часть ректификационной колонны 9.
1
5
Из ректификационной колонны отбирают бензиновую фракцию (НК-180°С) со скоростью 0.15 кг/час (поток V), и дизельную фракцию (180-350°С) со скоростью 0.68 кг/час (поток VI), кубовый остаток (поток VIII) со скоростью 1.66 кг/час, а также газообразные продукты (поток VII), содержащие азот и углеводороды С-С - остальное.
1
5
Выход светлых фракций углеводородов составил 31.9%. Выход газообразных продуктов (углеводородов С-С) - 4.2%.
Пример 2
Сырье, гудрон Московского НПЗ, из емкости 1, насосом 2, с расходом 2,6 кг/час подают в печь 3, где его нагревают до температуры 450±5°С и после направляют в реактор крекинга 6. Туда же компрессором 4 со скоростью 150 л/час подают предварительно нагретый в печи 5 до температуры 470°С поток воздуха.
Парообразные продукты реакции в смеси с азотом из верхней части реактора 6 частично конденсируют в холодильнике-конденсаторе 7, собранный в сепараторе 8 конденсат в полном объеме со скоростью 0.07 кг/час (поток III) возвращают в реактор крекинга 6, а оставшуюся часть потока парообразных продуктов направляют в среднюю часть ректификационной колонны 9.
За счет одновременного протекания реакций частичного окисления и деструкции сырья, а также за счет возврата в реактор конденсата температура в реакторе 6 составила 435±5°С. Давление в реакторе - 0.5±0.1 МПа.
Из нижней части реактора 6 по уровню в реакторе отводят тяжелые продукты (поток IV), которые направляют в нижнюю часть ректификационной колонны 9.
1
5
Из ректификационной колонны отбирают бензиновую фракцию (НК-180°С) со скоростью 0.23 кг/час (поток V), и дизельную фракцию (180-350°С) со скоростью 0.74 кг/час (поток VI), кубовый остаток (поток VIII) со скоростью 1.51 кг/час, а также газообразные продукты (поток VII), содержащие азот и углеводороды С-С - остальное.
1
5
Выход светлых фракций углеводородов составил 37.3%. Выход газообразных продуктов (углеводородов С-С) - 4.6%.
Пример 3 (сравнительный)
Сырье, мазут Рязанской НПК, из емкости 1, насосом 2, с расходом 1,7 кг/час подают в печь 3, где его нагревают до температуры 455±55°С и после направляют в реактор крекинга 6. Туда же компрессором 4 с расходом 50 л/час подают предварительно нагретый в печи 5 до температуры 470°С поток кислородсодержащего газа состава, %об.: кислород - 45; азот и инерты - остальное.
За счет одновременного протекания реакций частичного окисления и деструкции сырья температура в реакторе 6 составила 445±5°С. Давление в реакторе - 0.8±0.2 МПа.
Парообразные продукты реакции в смеси с азотом из верхней части реактора 6 без какой-либо конденсации продуктов (в холодильник-конденсатор 7 хладоагент не подают) направляют в среднюю часть ректификационной колонны 9.
Из нижней части реактора 6 по уровню отводят тяжелые продукты (поток IV), которые направляют в нижнюю часть ректификационной колонны 9.
1
5
Из ректификационной колонны отбирают бензиновую фракцию (НК-180°С) со скоростью 0.16 кг/час (поток V) и дизельную фракцию (180-350°С) со скоростью 0.67 кг/час (поток VI), кубовый остаток (поток VIII) со скоростью 0.8 кг/час, а также газообразные продукты (поток VII), содержащие азот и углеводороды С-С - остальное.
1
5
Выход светлых фракций углеводородов составил 48.8%. Выход газообразных продуктов (углеводородов С-С) - 4.2%.
Пример 4
Сырье, мазут Рязанской НПК, из емкости 1, насосом 2, с расходом 1,7 кг/час подают в печь 3, где его нагревают до температуры 455±5°С и после направляют в реактор крекинга 6. Туда же компрессором 4 с расходом 50 л/час подают предварительно нагретый в печи 5 до температуры 470°С поток кислородсодержащего газа состава, %об.: кислород - 45; азот и инерты - остальное.
Парообразные продукты реакции в смеси с азотом из верхней части реактора 6 частично конденсируют в холодильнике-конденсаторе 7, собранный в сепараторе 8 конденсат в полном объеме со скоростью 0.14 кг/час (поток III) возвращают в реактор крекинга 6, а оставшуюся часть потока парообразных продуктов направляют в среднюю часть ректификационной колонны 9.
За счет одновременного протекания реакций частичного окисления и деструкции сырья, а также за счет возврата в реактор конденсата температура в реакторе 6 составила 445±5°С. Давление в реакторе - 0.8±0.2 МПа.
Из нижней части реактора 6 по уровню отводят тяжелые продукты (поток IV), которые направляют в нижнюю часть ректификационной колонны 9.
1
5
Из ректификационной колонны 9 отбирают бензиновую фракцию (НК-180°С) со скоростью 0.25 кг/час (поток V), и дизельную фракцию (180-350°С) со скоростью 0.73 кг/час (поток VI), кубовый остаток (поток VIII) со скоростью 0.64 кг/час, а также газообразные продукты (поток VII), содержащие азот и углеводороды С-С - остальное.
1
5
Выход светлых фракций углеводородов составил 57.6%. Выход газообразных продуктов (углеводородов С-С) - 4.7%.
Пример 5 (сравнительный)
Сырье, вакуумный газойль Московского НПЗ, из емкости 1, насосом 2, с расходом 2.1 кг/час подают в печь 3, где его нагревают до температуры 455±5°С и после направляют в реактор крекинга 6. Туда же компрессором 4 подают предварительно нагретый в печи 5 до температуры 460°С поток кислородсодержащего газа состава, %об.: кислород - 40; азот и инерты - остальное, с расходом 80 л/час.
За счет одновременного протекания реакций частичного окисления и деструкции сырья температура в реакторе 6 составила 450±5°С. Давление в реакторе - 1.0±0.2 МПа.
Парообразные продукты реакции в смеси с азотом из верхней части реактора 6 без какой-либо конденсации продуктов (в холодильник-конденсатор 7 хладоагент не подают) направляют в среднюю часть ректификационной колонны 9.
Из нижней части реактора 6 по уровню отводят тяжелые продукты (поток IV), которые направляют в нижнюю часть ректификационной колонны 9.
1
5
Из ректификационной колонны отбирают бензиновую фракцию (НК-180°С) со скоростью 0.23 кг/час (поток V), и дизельную фракцию (180-360°С) со скоростью 0,98 кг/час (поток VI), кубовый остаток (поток VIII) со скоростью 0.80 кг/час, а также газообразные продукты (поток VII), содержащие азот и углеводороды С-С - остальное.
1
5
Выход светлых фракций углеводородов составил 57.6%. Выход газообразных продуктов (углеводородов С-С) - 4.2%.
Пример 6
Сырье, вакуумный газойль Московского НПЗ, из емкости 1, насосом 2, с расходом 2.1 кг/час подают в печь 3, где его нагревают до температуры 455±5°С и после направляют в реактор крекинга 6. Туда же компрессором 4 подают предварительно нагретый в печи 5 до температуры 460°С поток кислородсодержащего газа состава, %об.: кислород - 40; азот и инерты - остальное, с расходом 80 л/час.
Парообразные продукты реакции в смеси с азотом из верхней части реактора 6 частично конденсируют в холодильнике-конденсаторе 7, собранный в сепараторе 8 конденсат в полном объеме со скоростью 0.15 кг/час (поток III) возвращают в реактор крекинга 6, а оставшуюся часть потока парообразных продуктов направляют в среднюю часть ректификационной колонны 9.
За счет одновременного протекания реакций частичного окисления и деструкции сырья, а также за счет возврата в реактор конденсата температура в реакторе 6 составила 450±5°С. Давление в реакторе - 1.0±0.2 МПа.
Из нижней части реактора 6 по уровню отводят тяжелые продукты (поток IV), которые направляют в нижнюю часть ректификационной колонны 9.
1
5
Из ректификационной колонны отбирают бензиновую фракцию (НК-180°С) со скоростью 0.27 кг/час (поток V), и дизельную фракцию (180-360°С) со скоростью 1.15 кг/час (поток VI), кубовый остаток (поток VIII) со скоростью 0.58 кг/час, а также газообразные продукты (поток VII), содержащие азот и углеводороды С-С - остальное.
1
5
Выход светлых фракций углеводородов составил 67.6%. Выход газообразных продуктов (углеводородов С-С) - 4.7%.
Проведение процесса данным способом позволяет увеличить выход светлых фракций при переработке гудрона - с 31.9 до 37.3%; мазута - с 48.8 до 57.6%; вакуумного газойля - с 57.6 до 67.6%абс.