Способ замедленного коксования нефтяных остатков

Способ замедленного коксования нефтяных остатков

Реферат

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способам для получения кокса замедленным коксованием с узлом улавливания продуктов пропарки и охлаждения кокса.

В процессе замедленного коксования в реакционных камерах установок замедленного коксования происходит образование и накопление нефтяного кокса. После заполнения коксом одной камеры коксования поток сырья от нее отключают и переключают на другую камеру, при этом температура кокса в отключенной камере составляет 420-450°С. Для освобождения камеры от кокса производят его охлаждение водой до 60-90°С, предварительно удалив из камеры парообразные нефтепродукты путем пропарки водяным паром. Вследствие последующего некачественного разделения продуктов пропарки и охлаждения кокса происходят потери нефтепродуктов и загрязнение окружающей среды.

В таблице 1 представлен типичный состав продуктов пропарки и охлаждения кокса, полученного замедленным коксованием.

Таблица 1
Продукты пропарки и охлаждения	Расход, кг/ч
1. Газообразные продукты (С1-С4)	300-1000
2. Нефтепродукты с температурой кипения 40-350°С и плотностью 650-950 кг/см3	1000-3000
3. Нефтепродукты с температурой кипения выше 350°С и плотностью выше 950 кг/см3	500-1000
4. Водяной пар	5000-50000

На действующих установках замедленного коксования газообразные продукты, как правило, направляются на специальную горелку технологических печей в качестве топлива. Нефтепродукты с плотностью до 950 кг/см³ легко отделяются от воды путем отстоя и возвращаются в технологический процесс. Улавливание нефтепродуктов с плотностью выше 950 кг/см³ представляет наибольшую трудность, так как их плотность близка или равна плотности воды, и отделить их от воды путем отстаивания невозможно даже с применением деэмульгаторов.

Известен способ замедленного коксования нефтяных остатков, включающий разделение в испарительной колонне исходного сырья коксования в смеси с рециркулятом на легкие фракции и тяжелый остаток, который подвергают замедленному коксованию, разделение в ректификационной колонне образованных в камере коксования парообразных продуктов коксования на легкие фракции и кубовый остаток, часть которого служит в качестве рециркулята. [Пат. РФ №2209826, кл. C10B 55/00, опубл. 2003 г.].

Недостатком данного способа является то, что в качестве рециркулята используется кубовый газойль с низа ректификационной колонны. Кубовый газойль образуется за счет конденсации в нижней части ректификационной колонны тяжелокипящих фракций дистиллята коксования, поступающих в ректификационную колонну из камер коксования. В дистилляте коксования могут содержаться коксовые частички, которые, попадая в печь с вторичным сырьем, обуславливают закоксовывание змеевиков, сокращают межремонтный пробег всей установки.

Недостатки этого способа - большие потери нефтепродуктов и загрязнение окружающей среды из-за отсутствия узла улавливания продуктов пропарки и охлаждения кокса.

Наиболее близким к заявляемому объекту является способ получения нефтяного кокса замедленным коксованием, включающий нагрев исходного сырья в трубчатой печи, смешивание его с рециркулятом и отделение легких фракций в испарителе с образованием вторичного сырья, нагрев вторичного сырья в реакционной трубчатой печи с последующим его коксованием в камерах коксования с получением кокса и дистиллятных продуктов, разделение в ректификационной колонне легких фракций, полученных в испарителе, в смеси с дистиллятными продуктами коксования на парообразные продукты, легкий и тяжелый газойли и кубовый остаток. При этом нагрев исходного сырья осуществляют до 400°С, а во входную часть змеевика трубчатой печи для нагрева исходного сырья подают водяной конденсат (патент RU №2410409, МПК C01B 55/10, опубл. 27.01.2011).

Недостатком данного способа является недостаточный выход получаемых продуктов коксования: углеводородного газа, бензина, легкого газойля и кубового газойля. Кроме того, имеются ресурсы для повышения производительности установки.

Техническим результатом предлагаемого способа является увеличение производительности установки с одновременным увеличением выхода получаемых продуктов коксования.

Это достигается тем, что в способе замедленного коксования нефтяных остатков, включающем коксование сырья с накоплением кокса в камере, разделение дистиллятных продуктов коксования на парообразные продукты, легкий и тяжелый газойли и тяжелый остаток, пропарку кокса водяным паром и охлаждение водой, подачу продуктов пропарки и охлаждения в абсорбер, снабженный массообменными устройствами, разделение продуктов пропарки и охлаждения в абсорбере на паровую и жидкую фазы, абсорбцию высококипящих нефтепродуктов из паровой фазы путем подачи остатка из нижней части абсорбера на массообменное устройство, охлаждение и конденсация компонентов паровой фазы в конденсаторе-холодильнике и разделение продуктов охлаждения в сепараторе на газ, нефтепродукты и воду, согласно изобретению полученный тяжелый газойль коксования разделяют на несколько потоков, один из них используют в качестве рециркулята и смешивают с сырьем в испарительной колонне перед коксованием, другой поток используют для разбавления продуктов пропарки и охлаждения кокса перед подачей в абсорбер, третий поток подают на верхнее массообменное устройство абсорбера, при этом остаток из нижней части абсорбера возвращают на массообменное устройство, расположенное в средней части абсорбера, предпочтительно на третье или четвертое массообменное устройство, а балансовое количество остатка из абсорбера и отделившиеся нефтепродукты из сепаратора возвращают в нижнюю часть ректификационной колонны.

Кроме того, в конденсатор-холодильник подают промывочный продукт, например тяжелый газойль коксования.

На чертеже представлена схема установки, иллюстрирующая предлагаемый способ замедленного коксования нефтяных остатков.

Установка содержит теплообменники 1 для нагрева исходного сырья, испарительную колонну 2 для формирования вторичного сырья 3 смешиванием исходного сырья с рециркулятом 4 - тяжелым газойлем коксования, нагревательно-реакционную печь 5 для нагрева вторичного сырья, камеру 6 коксования вторичного сырья, ректификационную колонну 7 для разделения дистиллятных продуктов коксования 8 на тяжелый остаток 9 и парообразные продукты 10, конденсатор-холодильник 11 для охлаждения парообразных продуктов 10, сепаратор 12 для разделения указанных парообразных продуктов на газ, легкие нефтепродукты и воду, абсорбер 13, снабженный массообменными устройствами, например клапанными тарелками, для абсорбции нефтепродуктов из продуктов 14, выделяющихся при пропарке и охлаждении образовавшегося в камере коксования кокса, на паровую фазу 15 и остаток 16, конденсатор-холодильник 17 для охлаждения и конденсации отделенной в абсорбере паровой фазы, сепаратор 18 для разделения сконденсированных продуктов на газ, легкие нефтепродукты и воду, насос 19 для откачки остатка 16 из абсорбера, холодильник 20 для охлаждения указанного остатка, трубопроводы 21 и 22 для возврата его в качестве абсорбента на массообменное устройство, расположенное в средней части абсорбера, целесообразно на четвертую тарелку, и отвода в ректификационную колонну, соответственно.

Эмпирически установлено, что наиболее эффективный массообмен между поднимающимися парами и абсорбентом в абсорбере происходит при оптимальном количестве клапанных тарелок - 10 штук.

Ректификационная колонна 7 снабжена системой трубопроводов для вывода из средней ее части легкого газойля 23 в качестве балансового продукта и тяжелого газойля 24, один поток которого служит в качестве рециркулята 4, второй - для разбавления продуктов 14, выделяющихся при пропарке и охлаждении образовавшегося в камере коксования кокса, на входе в абсорбер путем подачи по трубопроводу 25, для подачи в качестве абсорбента на верхнее массообменное устройство по трубопроводу 26 и в качестве промывного продукта 27 конденсатора-холодильника 17. Для вывода тяжелого газойля 24 в качестве балансового продукта служит трубопровод 28.

Легкие нефтепродукты из сепаратора 18 возвращают по трубопроводу 29 в ректификационную колонну. Для пропарки образованного в коксовой камере кокса водяным паром и охлаждения его водой служат трубопроводы 30 и 31.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходное сырье коксования после нагрева в теплообменниках 1 за счет тепла отходящих потоков подают в испарительную колонну 2, где оно смешивается с рециркулятом 4, в качестве которого используют собственный тяжелый газойль, с образованием вторичного сырья 3. Вторичное сырье нагревают в нагревательно-реакционной печи 5 и подают в камеру коксования 6, где накапливается образующийся кокс. Дистиллятные продукты коксования 8 подают в ректификационную колонну 7 на разделение. Сверху колонны 7 уходят парообразные продукты 10, состоящие из газа, бензина и водяного пара, охлаждаются в конденсаторе-холодильнике 11 и разделяются в сепараторе 12 на газ, легкие нефтепродукты и воду. Из средней части ректификационной колонны выводятся газойли - легкий 23 и тяжелый 24. Легкий газойль выводится с установки в качестве балансового продукта, а тяжелый газойль разделяют на несколько потоков. Часть тяжелого газойля используют в качестве рециркулята 4, часть - в качестве разбавителя 25 продуктов 14 пропарки и охлаждения кокса, часть - в качестве абсорбента 26, подаваемого на верхнее массообменное устройство абсорбера 13. Кроме того, часть тяжелого газойля используют в качестве промывного продукта 27 в конденсаторе-холодильнике 17. Для этого одна из секций конденсатора-холодильника отключается от потока паров из абсорбера и через нее прокачивается горячий тяжелый газойль. Остальные секции работают в обычном режиме. После промывки одной из секций на промывку подключается следующая секция. Балансовое количество тяжелого газойля выводят с установки. С низа ректификационной колонны выводят остаток 9, который либо смешивают с тяжелым газойлем, выводимым с установки, либо направляют в котельное топливо.

После заполнения камеры 6 коксования коксом его пропаривают водяным паром через трубопровод 30 и охлаждают водой через трубопровод 31. Продукты пропарки и охлаждения 14 направляют в абсорбер 13, оборудованный 10-ю клапанными тарелками. На входе в абсорбер для разбавления высоковязких продуктов охлаждения и пропарки подают тяжелый газойль 25. Парообразные продукты пропарки и охлаждения поднимаются в верхнюю часть абсорбера, где на тарелках происходит абсорбция нефтепродуктов за счет абсорбции остатком 21 с низа абсорбера, подаваемого на четвертую тарелку, и тяжелого газойля 26, подаваемого на верхнюю тарелку абсорбера.

Жидкая фаза продуктов пропарки и охлаждения стекает в кубовую часть абсорбера, откуда насосом 19 через холодильник 20 подают двумя потоками: один поток 21 - в качестве абсорбента на четвертую тарелку абсорбера, а другой поток - в ректификационную колонну 7.

С верха абсорбера паровая фаза 15, состоящая из водяного пара, углеводородных газов и легких нефтепродуктов, поступает в конденсатор-холодильник 17 и далее в сепаратор 18. В сепараторе происходит отделение газов, легких нефтепродуктов и воды. Газы направляют на факельное хозяйство, легкие нефтепродукты 29 в смеси с остатком из абсорбера возвращают в нижнюю часть ректификационной колонны 7, а воду отправляют на очистку.

Разбавление продуктов пропарки и охлаждения кокса тяжелым газойлем перед подачей в абсорбер уменьшает концентрацию высококипящих компонентов в остатке, который выводится из нижней части абсорбера и подается в качестве абсорбента, что свидетельствует о повышении качества разделения.

При подаче тяжелого газойля на верхнюю тарелку происходит растворение и смыв высококипящих компонентов с тарелок, расположенных выше тарелок, на которые подают абсорбент с низа абсорбера. В результате обеспечивается значительное сокращение количества высококипящих компонентов, выносимых сверху абсорбера.

Подача абсорбента на массообменную тарелку, расположенную в средней части абсорбера (предпочтительно на 3-4-ю тарелку, считая сверху) позволит улучшить абсорбцию и уменьшить количество уносимых сверху абсорбера высококипящих компонентов и в итоге улучшить качество разделения уловленных продуктов.

Постоянная промывка конденсатора-холодильника горячим тяжелым газойлем улучшает теплообмен, при такой схеме промывки конденсатор-холодильник будут работать как угодно долго без остановки на очистку.

Возврат остатка из абсорбера и отделившихся нефтепродуктов из сепаратора в ректификационную колонну увеличит количество уловленных продуктов, при этом предварительное смешивание сырья с тяжелым газойлем в испарительной колонне с образованием вторичного сырья позволит сохранить загрузку печи для нагрева сырья и сохранить способу замедленного коксования с узлом улавливания продуктов пропарки и охлаждения кокса высокую производительность. (Если же в способе по прототипу вернуть остаток из абсорбера и отделившиеся нефтепродукты из сепаратора в ректификационную колонну, то для сохранения загрузки печи производительность способа по исходному сырью снизится на количество уловленного продукта).

Изложенное подтверждается примерами.

Пример 1 (по предлагаемому способу).

Исходное сырье (гудрон Западно-Сибирской нефти) подают в испарительную колонну формирования вторичного сырья, где оно смешивается с рециркулятом. Вторичное сырье нагревают в печи и подают в камеру коксования, где происходит образование и накопление кокса. Образовавшиеся в процессе коксования нефтепродукты и водяной пар выводятся сверху камеры и подаются в ректификационную колонну для разделения на дистиллят, легкий и тяжелый газойли и остаток. Тяжелый газойль служит в качестве рециркулята.

После заполнения камеры коксом осуществляют его пропарку водяным паром и охлаждение водой.

Продукты пропарки и охлаждения кокса, состоящие из воды, газообразных продуктов, нефтепродуктов с температурой кипения 40-350°С и плотностью 650-950 кг/м³, нефтепродуктов с температурой кипения выше 350°С и плотностью выше 950 кг/м³, из камер коксования поступают в абсорбер. На входе в абсорбер они смешиваются с тяжелым газойлем коксования, имеющим температуру 250°С. Паровая фаза поднимается в верхнюю часть абсорбера, контактирует на массообменных устройствах с абсорбентом. В качестве абсорбента подается остаток из нижней части абсорбера на 4-ю сверху клапанную тарелку в качестве абсорбента. На верхнюю тарелку абсорбера в качестве орошения подается тяжелый газойль коксования с температурой 120-150°С. Паровая фаза с верха абсорбера поступает в конденсатор-холодильник, охлаждается, конденсируется и поступает в сепаратор на разделение. В одну из секций конденсатора-холодильника, отключенного от технологического процесса, в качестве промывной жидкости подается тяжелый газойль коксования с температурой 200-250°С. Сверху сепаратора выводятся газообразные продукты,

снизу - вода и нефтепродукт. Избыточное количество остатка из нижней части абсорбера возвращается в ректификационную колонну. Вода сбрасывается в канализацию.

Пример 2 (по прототипу). Для сравнения было осуществлено коксование того же сырья по прототипу.

В таблице 2 приведены материальный баланс процесса и технологический режим коксования согласно предлагаемому способу и способу по прототипу.

Как видно из представленных данных, использование предлагаемого способа замедленного коксования нефтяных остатков позволит по сравнению со способом по прототипу увеличить производительность установки с одновременным повышением выхода получаемых продуктов коксования: углеводородного газа, бензина, легкого газойля и кубового газойля

Таблица 2
Технологический режим и материальный баланс коксования
Наименование показателей	Примеры
	предлагаемый способ	способ по патенту №2410409
Технологический режим
1. Производительность установки по исходному сырью, т/ч	150	150
2. Количество рециркулята (тяжелого газойля), т/ч	12	12
3. Производительность установки по вторичному сырью, т/ч	162	162
4. Температура исходного сырья после нагрева в теплообменнике, °С	250	250
5. Температура исходного сырья на входе в печь, °С	-	250
6. Количество водяного конденсата, подаваемого на входе в змеевик печи, т/ч	-	1,0
7. Температура исходного сырья на выходе из печи, °С	-	400
8. Температура вторичного сырья на выходе из печи, °С	500	500

Материальный баланс коксования, т/ч
Взято:
- исходное сырье	150	150
- уловленные продукты пропарки и охлаждения кокса	5	-
Получено:
- углеводородный газ по C5	13	12
- бензин (фр. С5 - 180°С)	16,5	15
- легкий газойль (фр. 180-350°С)	46,5	45
- тяжелый газойль (фр.350°С-к.к.)	28,0	28,4
- кубовый газойль	7,0	5,0
- кокс	43,5	43,5
- потери	0,5	1,1
Итого вовлечено в процесс коксования, т/ч	150+5	150

1. Способ замедленного коксования нефтяных остатков, включающий коксование сырья с накоплением кокса в камере, разделение дистиллятных продуктов коксования в ректификационной колонне на парообразные продукты, легкий и тяжелый газойли и тяжелый остаток, пропарку кокса водяным паром и охлаждение водой, подачу продуктов пропарки и охлаждения в абсорбер, снабженный массообменными устройствами, разделение продуктов пропарки и охлаждения в абсорбере на паровую и жидкую фазы, абсорбцию высококипящих нефтепродуктов из паровой фазы путем подачи остатка из нижней части абсорбера на массообменное устройство, охлаждение и конденсацию компонентов паровой фазы в конденсаторе-холодильнике и разделение продуктов охлаждения в сепараторе на газ, нефтепродукты и воду, отличающийся тем, что полученный тяжелый газойль коксования разделяют на несколько потоков, один из них используют в качестве рециркулята и смешивают с сырьем в испарительной колонне перед коксованием, другой поток используют для разбавления продуктов пропарки и охлаждения кокса перед подачей в абсорбер, третий поток подают на верхнее массообменное устройство абсорбера, при этом остаток из нижней части абсорбера возвращают на массообменное устройство, расположенное в средней части абсорбера, предпочтительно на третье или четвертое массообменное устройство, а балансовое количество остатка из абсорбера и отделившиеся нефтепродукты из сепаратора возвращают в нижнюю часть ректификационной колонны.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в конденсатор-холодильник подают промывочный продукт, например тяжелый газойль коксования.