Установка для переработки тяжелых нефтяных остатков и способ получения дистиллятов топливного назначения на ее основе

Установка для переработки тяжелых нефтяных остатков и способ получения дистиллятов топливного назначения на ее основе

Реферат

Область техники

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к способам и устройствам для переработки тяжелых нефтяных остатков с получением дистиллятов топливного назначения с использованием жидких ароматизированных добавок - эффективных доноров водорода.

Уровень техники

В настоящее время нефтеперерабатывающие компании во всем мире сталкиваются с падением спроса на мазут, в связи с чем побуждают нефтяников разрабатывать новые способы его глубокой переработки, что могло бы существенно улучшить переработку мазута в светлые фракции.

Некоторые нефтяные компании считают, что преодолеть эти проблемы можно путем переработки мазутных фракций с применением новых технологий и аппаратурного оформления действующих нефтеперерабатывающих заводов с наименьшими капитальными затратами.

Один из наиболее перспективных современных путей решения этой проблемы заключается в совместном крекинге под давлением водорода смеси остаточного нефтяного сырья, горючего сланца и жидкой ароматизированной добавки, которую берут в количестве 1-10% от массы нефтяного остатка (патенты РФ №2128207, 1999 г., №2261265, 2001 г.).

В известных способах указанную смесь подвергают термическому гидрокрекингу с получением топливных дистиллятов.

Наиболее близкой к настоящему изобретению является установка термокрекинга тяжелой нефти и способ получения дистиллятных фракций топливного назначения и кубового остатка из тяжелой нефти (см. RU 2058369, публ. 20.04.1996 г.).

В известном способе термокрекингу под давлением 5 МПа подвергают тяжелую нефть на установке, содержащей смеситель тяжелой нефти с органоминеральной добавкой, печь нагрева сырья, термический реактор, сепараторы, ректификационную колонну. Известная установка обеспечивает выход светлых дистиллятов на уровне 40-50%.

Известное техническое решение имеет следующие недостатки. Применяемый в качестве добавки-донора водорода сланец содержит в своем составе 40-60% мас. минеральной части, которая обладает достаточно сильными эрозионными свойствами. При длительной эксплуатации вся реакционная аппаратура и особенно дроссельные клапаны подвергаются эрозии и преждевременному выходу из строя. Также при эксплуатации такого оборудования происходит постепенное отложение на стенках аппаратов минеральной части сланца и продуктов коксообразования, что приводит в конечном итоге к их закоксовыванию.

В известном аппаратурном оформлении установки термокрекинга тяжелой нефти на стадии подготовки сырья применяют смеситель, который не обеспечивает равномерного распределения измельченного сланца по всему объему сырья. Кроме того, такая установка позволяет получать только промежуточные дистиллятные фракции (сырье), которые в своем составе содержат значительные количества кислородных соединений (фенолов), азотистых оснований, серы и непредельных соединений.

Такое сырье необходимо в отдельном блоке подвергать 2-ступенчатой гидроочистке, чтобы получить товарные бензин, керосин и дизельное топливо. В связи с этим, технология и аппаратурное оформление и в целом установка термокрекинга тяжелой нефти под давлением 5 МПа становятся нерентабельными.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы установки под давлением водорода тяжелых нефтяных остатков и повышение качества получаемых топливных дистиллятов, а также повышение эрозионной стойкости реакционной аппаратуры и дроссельных клапанов, а также предотвращение закоксовывания стенок установки.

Указанный технический результат достигается тем, что установка для переработки тяжелых нефтяных остатков, содержащая печь нагрева сырья, реактор для крекинг-процесса, сепараторы и ректификационную колонну, согласно изобретению установка снабжена блоком акустического воздействия, выполненным с возможностью переработки нефтяных остатков в смеси с жидкой ароматизированной добавкой, гидроциклоном, выполненным с возможностью разделения гидрогенизата на две фракции: фракцию с температурой кипения до 400°С и фракцию с температурой кипения выше 400°С, реактором гидроочистки фракции с температурой кипения до 400°С.

Реактор гидроочистки фракции может заполняться гетерогенным бифункциональным катализатором.

В качестве гетерогенных бифункциональных катализаторов применяются алюмокобальтмолибденовый, алюмоникельмолибденовый вольфрамникельсульфидный и алюмопалладийсульфидный.

Кроме того, реактор гидроочистки фракции выполнен с возможностью функционирования под давлением 6-8 МПа при температуре 360-380°С.

Новая установка активации процессов в виде блока акустического воздействия позволяет достигать эффективную гомогенизацию и активацию сырья и получать на этой стадии до 10-15% легких дистиллятов топливного назначения.

Выполнение гидроциклона с возможностью разделения гидрогенизата на две фракции: фракцию с температурой кипения до 400°С и фракцию с температурой кипения выше 400°С и ректора гидроочистки фракции с т.кип. до 400°С повышает эффективность работы установки термического крекинга.

Указанный технический результат достигается также способом получения дистиллятов топливного назначения на установке для переработки тяжелых нефтяных остатков, включающим смешение нефтяного сырья с донором водорода, проведение процесса термического гидрокрекинга полученной смеси с последующим выделением целевых продуктов. Согласно новому способу в качестве донора водорода применяют жидкую ароматизированную добавку, а смесь дополнительно подвергают гомогенизации и активации путем акустического воздействия под давлением 0,5-1,0 МПа, температуре 60-120°С, частотой колебаний 0,5-50 кГц, интенсивностью не менее 0,2 Вт/см² и установленной мощностью не менее 5 кВт.

Термический гидрокрекинг целесообразно осуществлять в непрерывном режиме под давлением водорода 6,0-12,0 МПа, температуре в реакторе 390-435°С и объемной скорости подачи сырья 1,0-2,5 час^-1.

Гомогенизация и активация смеси акустическим воздействием позволяет достичь эффективных результатов и получать на этой стадии до 10-15% легких топливных дистиллятов.

В таких условиях происходит деструкция крупных молекул сырья (например, мазута) с образованием 10-15% мас. низкомолекулярных продуктов (бензиновых и дизельных фракций).

Благодаря акустическому воздействию сырье подвергается значительным ускорениям и еще большим замедлениям, генерируются импульсы ускорения, которые, в свою очередь, возбуждают в обрабатываемой среде кавитацию, интенсифицирующую технологический процесс.

Сырье в смеси с жидкой ароматизированной добавкой, подвергнутое обработке в установках акустического воздействия, дает возможность проводить его термический гидрокрекинг в более мягких условиях, что, в свою очередь, повышает эрозионную стойкость реакционного оборудования и дроссельных клапанов и предотвращает закоксовывание стенок установки.

Гомогенизация и активация смеси путем акустического воздействия под давлением менее 0,5 или более 1,0 МПа, температуре менее 60 или более 120°С, скоростью менее 5 или более 10 м/сек, частотой колебаний менее 0,5 или более 50 кГц, интенсивностью менее 0,2 Вт/см² и установленной мощностью менее 5 кВт, не является эффективной и не способствует повышению качества получаемых топливных дистиллятов и повышению эрозионной стойкости оборудования.

В качестве сырья для такого типа установок применяют мазут, гудрон, тяжелые сырые нефти, тяжелые рецикловые газойли, тяжелые битуминозные масла, выделенные из нефтяного песка, и продукты угольного происхождения.

Способ по настоящему изобретению осуществляют с использованием следующих жидких ароматизированных добавок - доноров водорода:

1) масло сланцевое с пределами выкипания 250-450°С;

2) гидроочищенная фракция с пределами выкипания 360-400°С собственного производства;

3) состав, включающий гидроочищенную фракцию с пределами выкипания 360-400°С и фракцию сланцевого масла 250-450°С в соотношении 1:0,6-1,5;

4) состав, включающий гидроочищенную фракцию с пределами выкипания 360-400°С и молибденовый или никелевый катализаторы (0,01-0,05 мас.% на сырье).

Целевыми товарными продуктами, получаемыми с установки термического гидрокрекинга в соответствии с изобретением, являются:

- бензин (фр. Н.К. - 180°С) марки А-80;

- дизельное топливо (фр. 180-360°С) с цетановым числом 48-50;

- гидроочищенная фракция 360-400°С - жидкая ароматизированная добавка - донор водорода;

- фракция выше 400°С применяется как котельное топливо или в качестве рисайкла для полного превращения его в бензин и дизельное топливо.

Перечень фигур

На чертеже приведена схема установки термического крекинга с реализацией способа получения топливных дистиллятов на данной установке.

Осуществление изобретения

Схема установки для осуществления предложенного способа приведена на чертеже. Приготовление сырья осуществляется следующим образом. В обогреваемую мешалку 1, где поддерживается температура 80-120°С, или другое перемешивающее устройство подают жидкую ароматизированную добавку из резервуара (на схеме не показан) и сырье (мазут, гудрон). Сначала в перемешивающее устройство 1 подают сырье, затем жидкую ароматизированную добавку. В мешалке 1 происходит предварительное перемешивание 2-компонентной смеси. После мешалки смесь поступает в установку акустического воздействия 2, где происходит эффективная гомогенизация смеси и ее активация, а затем сырьевым насосом 3 подается в теплообменники 4 и 11 и печь 5 нагрева сырья - секция 6. Из печи 5 частично превращенное сырье поступает в нижнюю часть пустотелого необогреваемого реактора 7 термического гидрокрекинга, где под давлением водорода 6-12 МПа, температуре по высоте реактора 390-435°С и объемной скорости подачи сырья 1,0-2,5 час^-1 происходят реакции гидрокрекинга сырья. Подача водородосодержащего газа составляет 1000-1200 нм³ на 1 м³ сырья. После реактора 7 парогазовый поток направляется в гидроциклон 8, где поддерживается температура 260-300°С и давление 6-11 МПа.

В этих условиях сверху гидроциклона уходят в основном фракции, выкипающие до 360-400°С, снизу - выкипающие выше 400°С. Верхний поток гидроциклона с водородосодержащим газом (ВСГ), пройдя систему нагрева в секции 9 печи 5, направляется в реактор 10 гидроочистки, заполненный бифункциональным гетерогенным катализатором, где под давлением 6-8 МПа, температуре 360-380°С протекают реакции удаления из сырья гетероатомных и непредельных соединений. Продукт после реактора гидроочистки, пройдя теплообменники 11 и 4 и холодильник 12, поступает вначале в сепаратор 13 высокого давления, где происходит отделение ВСГ, затем в сепаратор 14 низкого давления. ВСГ из сепаратора 13 направляется на циркуляционный компрессор 17, после которого в смеси со свежим водородом возвращается в процесс, а часть ВСГ из сепаратора 13 в виде отдувочного газа направляется на утилизацию. После сепаратора 14 низкого давления гидроочищенный гидрогенизат направляется в ректификационную колонну четкого разделения 15 для получения товарных продуктов - бензина, дизтоплива и гидроочищенной фракции 360-400°С, применяемой в качестве жидкой ароматизированной добавки. Продукт из нижней части гидроциклона 8 поступает через дроссельный вентиль в холодильник 16 и направляется в виде рисайкла или остаточной мазутной фракции в резервуарный парк.

Материальный баланс установки термического гидрокрекинга тяжелого нефтяного остатка

Таблица
Наименование сырья, продуктов	% мас.	т/час	т/год
I Термический гидрокрекинг
I Взято:
- Тяжелый нефтяной остаток	100,0	12,6	99792,0
- Жидкий активатор (гидроочищенная фракция 360-400°С)	6,0	0,76	6019,2
- Водород	1,9	0,24	1900,8
Всего:	107,9	13,60	107712,0
II Получено:
1. Углеводородный газ C1-C4	5,1	0,64	5068,80
2. Верхний поток гидроциклона, в том числе:	55,5	6,99	55360,80
- бензиновая фракция (НК-180°С)	10,0	1,25	9900,0
- дизельная фракция (180-360°С)	38,5	4,84	38332,8
- фракция 360-400°С - жидкий активатор	7,0	0,90	7128,0
3. Нижний поток гидроциклона, в том числе:	46,1	5,81	46015,20
- фракция НК - 360°С	5,1	0,65	5148,0
- фракция 360-400°С	3,3	0,41	3247,2
- фракция >400°С	37,7	4,75	37620,0
4. Потери	1,2	0,16	1267,20
Всего:	107,9	13,60	107712,0
II Гидроочистка фракции НК - 400°С
III Взято:
- Фракция НК - 400°С	55,5	6,99	55360,80
- Водород	1,0	0,12	950,40
Всего:	56,5	7,11	56311,20
IV Получено:	0,8	0,10	792,0
- Газ	55,7	7,01	55519,2
Гидрогенизат, в том числе:	11,0	1,38	10929,6
- бензин (НК-180°С)	38,2	4,80	38016,0
- дизтопливо (180-360°С)
- фракция 360-400°С - жидкий активатор	6,0	0,75	5940,0
- потери	0,5	0,08	633,6
Всего:	56,5	7,11	56311,20

Технологические параметры работы основных аппаратов установки термического гидрокрекинга.

1. Установка активации процессов

Акустическое воздействие осуществляют при следующих параметрах:

- давление 0,5-1,0 МПа;

- температура 60-120°С;

- частота колебаний 0,5-50 кГц;

- интенсивность не менее 0,2 Вт/см²;

установленная мощность не менее 5 кВт.

2. Печь нагрева сырья

Секция 6

- давление 6-12 МПа;

- температура на входе 60-120°С;

- температура на выходе 460-480°С;

- температура дымовых газов 500-600°С.

Секция 9

- температура на входе 280-300°С;

- температура на выходе 360-380°С;

- температура дымовых газов 500-600°С.

3. Реактор термического гидрокрекинга

- давление 6-12 МПа;

- температура по высоте реактора 390-435°С;

- объемная скорость подачи сырья 1,0-2,5 час^-1;

- подача ВСГ 1000-1200 нм³/м³ сырья.

4. Гидроциклон

- давление 6-11 МПа;

- температура 260-300°С.

5. Реактор гидроочистки

- давление 6-8 МПа;

- температура по высоте реактора 360-380°С;

- объемная скорость подачи сырья 1,0-1,2 час^-1;

- подача ВСГ 600-800 нм³/м³ сырья.

В таблице в качестве примера приведен материальный баланс установки термического гидрокрекинга тяжелого нефтяного остатка, включая стадии термического гидрокрекинга сырья и гидроочистки фракции НК-400°С.

Согласно установке термического гидрокрекинга и способу получения топливных дистиллятов выход светлых товарных топлив составляет 60-65% в расчете на сырье.

1. Установка для переработки тяжелых нефтяных остатков, содержащая печь нагрева сырья, соединенную с реактором для крекинг-процесса, сепараторы и ректификационную колонну, отличающаяся тем, что она снабжена установленным перед печью блоком акустического воздействия, выполненным с возможностью переработки нефтяных остатков в смеси с жидкой ароматической добавкой, установленным после реактора гидроциклоном, выполненным с возможностью разделения гидрогенизата на две фракции: фракцию с температурой кипения до 400°С и фракцию с температурой кипения выше 400°С, причем гидроциклон соединен через печь с реактором гидроочистки фракции с температурой кипения до 400°С, который соединен с сепараторами и ректификационной колонной.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что реактор гидроочистки заполнен гетерогенным бифункциональным катализатором.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что реактор гидроочистки выполнен с возможностью функционирования под давлением 6-8 МПа при температуре 360-380°С.

4. Способ получения дистиллятов топливного назначения на установке по п.1, включающий смешение нефтяного сырья с донором водорода - жидкой ароматической добавкой, гомогенизацию и активацию полученной смеси путем акустического воздействия, под давлением 0,5-1,0 МПа, температуре 60-120°С, частотой колебаний 0,5-50 кГц, интенсивностью не менее 0,2 Вт/см² и установленной мощностью не менее 5 кВт, проведение процесса термического гидрокрекинга, полученной смеси с последующим выделением целевых продуктов.

5. Способ получения дистиллятов по п.4, отличающийся тем, что термический гидрокрекинг осуществляют в непрерывном режиме под давлением водорода 6,0-12,0 МПа, температуре в реакторе 390-435° и объемной скорости подачи сырья 1,0-2,5 час^-1.

6. Способ получения дистиллятов по п.4, отличающийся тем, что в качестве жидкой ароматической добавки используют сланцевое масло с пределами выкипания 250-450°С.

7. Способ получения дистиллятов по п.4, отличающийся тем, что в качестве жидкой ароматической добавки используют гидроочищенную фракцию с пределами выкипания 360-400°С.

8. Способ получения дистиллятов по п.4, отличающийся тем, что в качестве жидкой ароматической добавки используют состав, включающий гидроочищенную фракцию с пределами выкипания 360-400°С и фракцию сланцевого масла с пределами выкипания 250-450°С в соотношении 1:0,6-1,5.

9. Способ получения дистиллятов по п.4, отличающийся тем, что в качестве жидкой ароматической добавки используют состав, включающий гидроочищенную фракцию с пределами выкипания 360-400°С и молибденовый и/или никелевый катализаторы в соотношении 1:0,01-0,05.