Способ висбрекинга тяжелых нефтяных остатков
Изобретение относится к области нефтепереработки. Способ включает предварительный нагрев исходного сырья, смешение его на входе в трубчатую печь в соотношении 1:(3-20)10-2 с углеводородным турбулизатором, в качестве которого используют в зависимости от вязкости исходного сырья вторую газойлевую фракцию, выкипающую в интервале 320 - 500oС, или смесь ее с первой газойлевой фракцией, выкипающей в интервале 180 - 320oС, которые подают непосредственно из атмосферной ректификационной колонны (АРК). Далее осуществляют легкий термический крекинг полученной смеси в трубчатой печи в присутствии водяного пара и при температуре 475-490oС на ее выходе. Подачу водяного пара в каждый змеевик трубчатой печи осуществляют рассредоточенно в точки, расположенные последовательно по ходу движения смеси от входа в трубчатую печь до зоны с температурой 460-470oС, при этом общее количество подаваемого в змеевики трубчатой печи водяного пара по отношению к массе исходного сырья удовлетворяет соотношениям П=К1+К2
(В-30); 0,2
П
1,0, где П - количество водяного пара по отношению к массе исходного сырья, мас.%; К1 и К2 - коэффициенты, при этом К1=0,3 мас.%, а К2=(0,4-1,2)
10-2 мас.%
с-1; В - условная вязкость при 80oС исходного сырья, с. Способ позволяет при его использовании увеличить длительность межремонтных пробегов (до 10-12 месяцев) при изменении вязкости исходного сырья в широких пределах. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области нефтепереработки, а более конкретно к способам термического крекинга нефтяных остатков.
Из предшествующего уровня техники известен способ переработки тяжелых нефтяных остатков (US-А-3562146, 1968), включающий смешение исходного сырья с рециркулятом - газойлевыми фракциями с температурой кипения не ниже 400oС, нагрев смеси до температуры 370-480oС и подачу ее в реакционную камеру для проведения в ней термокрекинга при температуре 485-500oC и давлении 1,5-3 МПа с последующей ректификацией продуктов термокрекинга и отбором целевых продуктов. К недостаткам указанного выше способа относятся: низкая стабильность целевого продукта, обусловленная обратным перемешиванием потока смеси в реакционной камере; сложность очистки внутренней поверхности реакционной камеры от кокса; сложная технологическая схема сепарации продуктов термокрекинга, в частности необходимость использования вакуумной ректификационной колонны. Известен также способ висбрекинга тяжелых нефтяных остатков (Валявин Г. Г. и др. Висбрекинг гудрона с получением котельного топлива. Химия и технология топлив и масел, 2, 1999, с. 25-27), взятый в качестве прототипа и включающий предварительный нагрев исходного сырья (гудрона), смешение его в специальной сырьевой емкости с углеводородным турбулизатором с последующим легким термокрекингом полученной смеси в трубчатой печи в присутствии водяного пара и при температуре 460-490oС на ее выходе, ректификацией продуктов легкого термокрекинга в атмосферной колонне, работающей с подачей острого и циркуляционных орошений, а также водяного пара в низ колонны с выделением газа, бензиновой фракции, газойля с пределами отбора фракций от 200oС до 500oС и крекинг остатка. Полученный газойль отпаривают, а затем разделяют на два потока. Первый поток отпаренного газойля используют в качестве углеводородного турбулизатора, а второй поток совместно с частью крекинг-остатка направляют в котельное топлива. Водяной пар подают в каждый змеевик трубчатой печи через соответствующий патрубок, установленный на входе змеевика в трубчатую печь, при этом количество подаваемого в змеевики трубчатой печи водяного пара к массе исходного сырья составляет 0,6-1,05 мас.%. Способ, взятый в качестве прототипа, характеризуется высокой степенью гибкости по подводу тепла, что позволяет осуществлять регулирование температурного режима процесса висбрекинга, а также с высокой точностью контролировать температуру смеси. Конструкция используемой для осуществления данного способа трубчатой печи змеевикового типа позволяет использовать эффективную паровоздушную систему выжига кокса, что позволяет уменьшить до минимума длительность простоев печи из-за ремонта. Кроме того, возможность обеспечения высокой температуры на выходе из трубчатой печи позволяет увеличить выход газойля без использования дорогостоящей вакуумной ректификационной колонны. Недостатком взятого за прототип способа является значительное коксообразование в змеевиках трубчатой печи, что приводит к уменьшению длительности (до 6 мес) межремонтного пробега трубчатой печи. Причин здесь несколько. Во-первых, при вводе водяного пара в одну точку на входе каждого змеевика трубчатой печи происходит нарушение структуры движения парожидкостного потока в змеевиках трубчатой печи, поскольку водяной пар, попадая в зону высоких температур и увеличиваясь в объеме, оттесняет жидкость от стенки трубы, при этом, чем выше расход водяного пара, тем больше вероятность оттеснения им жидкости от стенки труб. Это ведет к ухудшению теплоотдачи от стенки трубы к нагреваемому парожидкостному потоку и, следовательно, повышению температуры стенки трубы. В результате соприкосновения тяжелых коксообразующих компонентов сырья с перегретым участком трубы образуются коксовые отложения. Во-вторых, смешение исходного сырья с углеводородным турбулизатором (отпаренным газойлем) в специальной сырьевой емкости (помимо связанных с этим больших теплопотерь или энергозатрат) не обеспечивает ни однородности парожидкостного потока, ни стабильности его расхода. Дело в том, что отпаренный газойль, попадая в горячую специальную сырьевую емкость интенсивно испаряется, что приводит к попаданию паровых пробок в линию подачи смеси в трубчатую печь, что также приводит к преждевременному закоксованию змеевиков трубчатой печи. В-третьих, значительное содержание в углеводородном турбулизаторе легких углеводородных фракций (200-320oС), в составе которых преобладают углеводороды алифатического характера, являющиеся высадителями асфальтенов, также приводит к коксоотложению в змеевиках трубчатой печи. Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по снижению скорости коксоотложения в змеевиках трубчатой печи при изменении в широком диапазоне (до 10 раз) вязкости поступающих на переработку тяжелых нефтяных остатков и без увеличения энергозатрат. Достигаемый при этом технический результат - увеличение длительности межремонтных пробегов при тех же затратах времени на ремонт, иными словами - повышение производительности висбрекинга. Поставленная задача решена тем, что в способе висбрекинга тяжелых нефтяных остатков, включающем предварительный нагрев исходного сырья, смешение его с углеводородным турбулизатором с последующим легким термокрекингом полученной смеси в трубчатой печи в присутствии водяного пара и при температуре 475-490oС на ее выходе, ректификацией продуктов легкого термокрекинга в атмосферной колонне с выделением газа, бензиновой фракции, крекинг-остатка и газойля, который используют при формировании углеводородного турбулизатора, согласно изобретению из атмосферной колонны раздельно выводят первую газойлевую фракцию, выкипающую в интервале от 180oС до 320oС, вторую газойлевую фракцию, выкипающую при температурах выше 320oС, но ниже 500oС, на входе в трубчатую печь осуществляют смешение в соотношении 1:(3-20)









где М1 и М2 - масса соответственно первой и второй газойлевых фракций в смеси,
В - условная вязкость при 80oС по ВУБ-1 (ГОСТ 6258-85) исходного сырья, с. Преимущество предложенного способа перед известным заключается в том, что при его осуществлении существенно замедляется процесс коксоотложения в змеевиках трубчатой печи, поскольку подачу водяного пара в каждый змеевик трубчатой печи осуществляют рассредоточенно в точки, расположенные последовательно по ходу движения парожидкостной смеси от входа в трубчатую печь до зоны с температурой 460-470oС при общем количестве подаваемого в змеевики трубчатой печи водяного пара по отношению к массе исходного сырья от 0,2 мас. % до 1,0 мас. %. В результате обеспечиваются более плавный режим точения парожидкостного потока в зонах ввода водяного пара и существенно меньшая протяженность участков с нарушенной структурой парожидкостного потока. Увеличение же стабильности течения парожидкостной смеси по змеевикам трубчатой печи приводит к улучшению теплопередачи от стенок труб к нагреваемому парожидкостному потоку в зонах ввода водяного пара, а следовательно, уменьшается вероятность перегрева этих участков труб и связанное с ним коксоотложение. Рассредоточенный ввод в змеевики трубчатой печи водяного пара позволяет также независимо регулировать время пребывания исходного сырья в камерах конвекции и радиации, а также в зоне реакции трубчатой печи. Иными словами, достигаемый при этом дополнительный технический результат заключается в увеличении технологической гибкости способа. Зона трубчатой печи с температурой 460-470oС выбрана исходя из того, что при более высоких температурах существенно возрастают энергетические затраты. Рассредоточенный ввод в змеевики трубчатой печи водяного пара позволил обеспечить (за счет подачи водяного пара в количестве, определяемом соотношением (1)) оптимальное время пребывания исходного сырья в зоне реакции в зависимости от его вязкости, что также приводит к снижению коксоотложения в змеевиках. Здесь следует отметить также, что, если верхний предел количества водяного пара, подаваемого в змеевики трубчатой печи, практически такой же, как в прототипе (1,05 мас. %), то рассредоточенный ввод водяного пара позволил существенно снизить нижний предел до 0,2 мас. % по сравнению с 0,6 мас. % по прототипу, что позволило уменьшить также и энергозатраты при переработке исходного сырья с условной вязкостью не выше 50 с по ВУБ-1. Кроме того, подача в зависимости от вязкости исходного сырья углеводородного турбулизатора в количестве 3-20 мас. % на исходное сырье непосредственно в трубопровод (на входе в печь) для подачи исходного сырья позволяет повысить не только однородность получаемой смеси, но и обеспечить высокую стабильность загрузки трубчатой печи при изменении условной вязкости исходного сырья в широких пределах (до 200 с по ВУБ-1). Благодаря этому в процессе работы трубчатой печи не наблюдались кратковременные колебания расхода, которые, как уже отмечалось выше, являются причиной преждевременного закоксовывания змеевиков трубчатой печи. Что касается состава углеводородного турбулизатора, то вторая газойлевая фракция, выкипающая при температурах выше 320oС, но ниже 500oС, содержит больше ароматических углеводородов по сравнению с первой газойлевой фракцией, а следовательно, в большей степени предотвращает выпадение асфальтенов в отдельную фазу вследствие меньшего содержания легкокипящих углеводородов. Однако использование в качестве углеводородного турбулизатора только второй газойлевой фракции потребовало бы (при высокой вязкости исходного сырья) значительных энергозатрат, поскольку для разбавления и турбулизации высоковязкого исходного сырья потребовалось бы до 40 мас. % второй газойлевой фракции на исходное сырье. При указанных выше пределах содержания углеводородного турбулизатора в смеси с исходным сырьем, а также при указанных в (3) составах углеводородного турбулизатора на основе смеси первой и второй газойлевых фракций обеспечивается высокая стабильность загрузки трубчатой печи, разбавление и турбулизация исходного сырья без увеличения энергозатрат при изменении вязкости исходного сырья в широких пределах (до 200 с по ВУБ-1). При этом даже при высоком содержании в углеводородном турбулизаторе первой газойлевой фракции (при использовании только исходного сырья с условной вязкостью более 80-90 с) длительность межремонтного пробега составляла 8-9 мес, что на 30-50% лучше, чем в прототипе. Длительность же межремонтного пробега в случае использования исходного сырья, условная вязкость которого изменяется в пределах 50-90 с была достигнута продолжительность межремонтного пробега в 10-12 мес. Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной выше совокупностью существенных признаков требуемого технического результата. Естественно, что формы реализации предложенного технического решения не ограничены изложенным ниже примером. На чертеже схематически изображена технологическая схема переработки исходного сырья (тяжелых нефтяных остатков) в соответствии с настоящим изобретением. На чертеже показаны: трубчатая печь 1, содержащая первый 2 и второй 3 змеевики, атмосферная ректификационная колонна 4, содержащая тарелки Т-1 - Т-35, насос 5 и регулируемый смеситель 6, содержащий первый 7, второй 8 входы, выход 9 и вход 10 управления. Выход насоса 5 посредством трубопровода 11 соединен с входом первого 2 и входом второго 3 змеевиков, смонтированных внутри трубчатой печи 1, а выход первого 2 и выход второго 3 змеевиков соединены с входом 12 подачи продуктов легкого термокрекинга атмосферной ректификационной колонны 4 (АРК), имеющей четыре вывода 13, 14, 15 и 16. Вывод 14 с верхнего аккумулятора АРК 4 соединен со вторым входом 6 регулируемого смесителя 6, а вывод 15 с нижнего аккумулятора АРК 4 соединен с первым входом 7 регулируемого смесителя 6 и с полостью АРК 4 на уровне тарелки Т-29. Выход 9 регулируемого смесителя соединен с трубопроводом 11. Первый змеевик 2 снабжен тремя патрубками 17, 18 и 19 для подачи водяного пара, а второй змеевик 3 снабжен также тремя патрубками 20, 21 и 22 для подачи водяного пара. Патрубки 17 и 20 установлены на входах соответствующих змеевиков в трубчатую печь l (перед камерой конвекции). В предпочтительном варианте осуществления предложенного способа патрубки 18, 19 и 21, 22 установлены, например, в зоне температур 380-450oС трубчатой печи 1 последовательно по ходу движения смеси в соответствующем змеевике. Способ висбрекинга тяжелых нефтяных остатков осуществляется следующим образом. Исходное сырье - тяжелый нефтяной остаток (гудрон), поступающее, например, с установки ЭЛОУ-АВТ-6, нагревают до температуры 300-340oС в теплообменниках (на чертеже не показаны), в которых в качестве теплоносителей используют поступающие с выводов 14 и 16 АРК 4 соответственно первую газойлевую фракцию, выкипающую в интервале от 180oС до 320oС и крекинг-остаток. После предварительного нагрева исходное сырье с помощью насоса 5 подают в трубопровод 11, в котором осуществляют смешение его с углеводородным турбулизатором в соотношении l:(3-20)

Формула изобретения
П = К1 + К2(B-30), (1)
0,2


где П - количество водяного пара по отношению к массе исходного сырья, мас. %;
К1 и К2 - коэффициенты, при этом К1= 0,3 мас. %, а К2= (0,4-1,2)


В - условная вязкость при 80oС, по ВУБ-1, исходного сырья, с. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что состав углеводородного турбулизатора на основе смеси газойлевых фракций формируют в зависимости от вязкости исходного сырья при следующем соотношении (3) первой и второй газойлевых фракций:
М1: М2= 1: (2-4), при 60

1: М2= 1: (1-2), при 70

1: М2= 1: (0,5-1), при 80

1: М2= 1: (0,25-0,5), при В

где М1 и М2 - масса соответственно первой и второй газойлевых фракций в смеси;
В - условная вязкость при 80oС по ВУБ-1 исходного сырья, с.
РИСУНКИ
Рисунок 1