CC BY
86
УДК 665.642
Х. Х. Ахмадова (к.т.н., доц., проф.)1, Х. М. Кадиев (член-корр. АН ЧР, к.т.н., ген. дир.)2, Н. Л. Егуткин (д.х.н., проф., в.н.с.)3, А. М. Сыркин (к.х.н., проф.)4
Исследование процесса висбрекинга утяжеленного гудрона
на автоклавной установке
1 Грозненский государственный нефтяной технический университет, кафедра химической технологии нефти и газа 364051, г. Грозный, ул. А. Авторханова, 14/53; тел. (8712) 223120, e-mail: [email protected] 2Грозненский нефтяной научно-исследовательский институт, 364913, г. Грозный, ул. Бр. Дубининых 23; тел/факс (495)9554238, е-mail: [email protected] 3Институт органической химии Уфимского научного центра РАН
450054, г. Уфа, пр. Октября 71; е-mail: [email protected] 4Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра общей и аналитической химии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (3472) 420712, e-mail: syrkinam @mail.ru
H. H. Ahmadova1, H. M. Kadiev2, N. L. Egutkin3, A. M. Syrkin4
Study of the visbreaking process of heavy tar onto the autoclave plant
1 Grozny State Oil Technical University, 14/53 A. Avtorkhanova St., 36405!, Grozny, Russia; ph. (8712) 223120, e-mail: [email protected]
2Company Grozny Petroleum Research Institute, 23,Br. Dubinin Str, 364913, Grozny, Russia; ph./ fax (495) 955-4238, e-mail: [email protected] 3Institute of organic Chemistry of Ufa Scientific Centre of Russian Academy of Sciences 71, Oktyabrya Pr., 450054, Ufa, Russia; e-mail: [email protected] 4Ufa State Petroleum Technological University, 1, Kosmonavtov Str., 450062, Ufa, Russia; ph. (3472) 421632, e-mail: [email protected]
Shown that the viscosity breaking is one of deepening the processes of recycling and its study at the present time remains valid. The residence
Показано, что процесс висбрекинга является одним из углубляющих переработку процессов и его исследование в настоящее время остается актуальным. Время пребывания и температура процесса висбрекинга являются наиболее важ ными факторами процесса. В статье приведены результаты исследования этих параметров на процесс висбрекинга утяжеленного гудрона на автоклавной установке.
Ключевые слова: автоклавная установка; вис-брекинг; время реакции; утяжеленный гудрон; конверсия; селективность.
В связи с тенденцией в отечественной нефтепереработке к дальнейшему углублению переработки нефти и в связи с тем, что применение процесса висбрекинга, как одного из углубляющих переработку нефти процессов, в современных схемах нефтеперерабатывающих заводов остается актуальным 1-4, нами было изучено влияния температуры и времени реакции на показатели процесса висбрекинга утяжеленного гудрона, физико-химические свой-
Дата поступления 13.01.12
time and process temperature viscosity breaking are the most important factors in the process. This article presents the results of investigations of these parameters on visbreaking weighted tar on the autoclave facility.
Key words: autoclave installation; visbreaking; reaction time; weighted tar; conversion; selectivity; temperature factors.
ства которого приведены в табл. 1. Известно, что время пребывания и температура процесса висбрекинга являются важными и взаимосвязанными факторами, от которых зависит материальный баланс процесса и качество получаемых продуктов.
Технологическая экспериментальная часть
Эксперименты проводили на автоклавной установке периодического действия с непре-
Рмс. 1. Схема автоклавной установки висбрекинга: 1 — корпус автоклава; 2 — крышка автоклава; 3 — манометр; 4 — вентиль; 5 — карман для термопары; 6 — кожух; 7 — газовая горелка; 8 — потенциометр; 9 — конденсатор-холодильник; 10 — сепаратор; 11 — холодильник-ловушка с ледяным охлаждением; 12 — пробоотборник газа; 13 — газометр; 14 — кольцевой маточник для подачи хладоагентов; 15 — ванна; I — топливный газ; II — воздух; III — вода на охлаждение; IV — вода из газометра; V — конденсат паровой фазы продуктов висбрекинга.
рывным выводом из зоны реакции паровой фазы, образующейся при термодеструкции нефтяных остатков. Установка предназначалась для получения предварительных данных по термической деструкции различных остатков в статистических условиях при небольшом расходе сырья. Разовая загрузка сырья в установке достигала до 1 кг.
Принципиальная схема установки приведена на рис. 1.
Таблица 1 Физико-химические свойства сырья висбрекинга
Показатели Значения
Плотность при 20 иС, кг/м3 1006.2
Молекулярная масса 810
Содержание серы, % мас. 2.7
Коксуемость, % мас. 18.6
Температура застывания, 0С 33
Вязкость кинематическая, мм2/с
при 80 0С 6767
при 10 0С 2032
Групповой углеводородный состав, % мас.
парафино-нафтеновые 8.5
ароматические 49.1
смолы 32.4
асфальтены 10.0
Условия проведения опытов на установке, выходы продуктов и их основные свойства приведены в табл. 2 и 3.
Обсуждение результатов
Анализ данных по влиянию температуры на выход продуктов показывает, что при постоянном расчетном времени пребывания сырья в зоне реакции 600 сек с повышением температуры от 410 до 440 0С, наблюдается рост конверсии, определяемой по выходу продуктов, выкипающих до 500 0С, от 25.8 % до 43.7% (рис. 2).
Конверсия до 180 0С, определяемая по суммарному выходу газа и бензиновой фракции, возрастает от 3.1 % до 11.6 % мас. Выход продуктов уплотнения (карбоидов) возрастает от 0.03 до 3.96 % мас.
Физико-химические свойства целевого продукта висбрекинга остатка выше 180 0С зависят в основном от содержания в нем фракций, выкипающих до 500 0С.
Из данных табл. 2 видно, что с повышением температуры процесса от 410 до 440 0С изменяется соотношение выхода дистиллятных фракций, выкипающих в пределах 180 0С, 180-350 0С и 350-500 0С.
С ростом температуры процесса скорость образования легких продуктов, выкипающих до 180 0С, заметно превышает скорость прироста средних 180-350 0С и тяжелых 350-500 0С фракций.
Обусловлено это, по-видимому, тем, что при низких температурах быстрее происходит рекомбинация высокомолекулярных радикалов, приводящая к затуханию реакции, и радикалы в меньшей степени разрываются на более мелкие с последующей рекомбинацией с образованием низкомолекулярных углеводородов.
Таблица 2
Влияние температуры на показатели висбрекинга гудрона
Наименование показателей Температура в зоне реакции, 0С
410 420 430 440
Состав продуктов реакции, % мас.
газ 0.8 1.2 2.2 3.1
нк-180 оС 2.3 4.5 6.3 6.5
180-300оС 2.8 3.8 3.7 5.0
300-350 оС 3.3 2.9 3.1 4.2
350-400 оС 3.9 4.5 6.0 7.0
400-450 оС 5.1 5.5 5.6 7.0
450-500 оС 7.4 7.2 6.9 8.3
Остаток > 500 оС 74.2 70.4 68.0 56.3
Селективность реакций висбрекинга 7.3 4.3 3.0 2.8
Конверсия до 180 оС, % мас. 3.1 5.7 8.5 11.6
Показатели качества продуктов:
Газ: плотность, г/л 1.194 1.22 1.281 1.236
- содержание в газе, % мас.
Бензин (фр.нк-180 оС)
- содержание серы, % мас. 1.38 1.43 1.39 1.47
- плотность при 20оС, кг/м3 780.0 789.6 763.7 767.0
- йодное число г йода на 100г 56.0 59.6 69.1 69.9
Компонент котельного топлива (остаток выше 180 оС)
вязкость кинематическая при 80 оС, сст 738 584 418 340
содержание серы, % мас. 2.56 2.83 2.55 2.52
содержание мехпримесей, % мас. 0.08 0.13 0.104 4.00
в т.ч. карбоидов 0.06 0.11 0.101 3.96
Таблица 3
Влияние времени реакции на показатели процесса
Наименование показателей Время реакции, сек
900 300
Состав продуктов реакции, % мас.
газ 4.1 2.7
нк-180иС 9.6 6.6
180-300иС 9.5 4.2
300-350иС 8.2 3.3
350-400иС 7.3 6.2
400-450иС 8.8 6.0
450-500иС 8.3 5.2
Остаток > 5000С 44.2 65.8
Селективность реакций висбрекинга 3.2 2.7
Конверсия до 180иС, % мас. 13.2 9.3
Показатели качества продуктов:
Газ: плотность, г/л 1.101 1.23
Содержание в газе, % мас.
- неуглеводородных компонентов 9.37 6.93
- в том числе и сероводорода 7.32 5.76
- непредельных углеводородов 29.9 37.1
- предельных углеводородов 60.83 65.97
Бензин (фр. нк-180иС)
- содержание серы, % мас. 1.5 1.32
- плотность при 20иС, кг/м3 757.0 762
- йодное число г йода на 100г 71.7 70
Компонент котельного топлива (остаток выше 1800С)
- вязкость кинематическая при 80иС, сст 364 473
- содержание серы, % мас. 2.86 2.46
- содержание мехпримесей, % мас. 4.12 0.05
в т.ч. карбоидов 4.02 0.03
С повышением температуры возрастает как скорость образования высокомолекулярных радикалов, так и в еще большей степени скорость их разложения на более легкие углеводороды (бензин, газ).
Рис. 2. Зависимость конверсии до 500 "С (1) и селективности реакций висбрекинга (2) от температуры
Селективность реакции висбрекинга, оцениваемая отношением выхода целевых фракций 180—500 0С к выходу побочных продуктов (газ + бензин), с повышением температуры от 410 до 430 0С резко снижается от 7.0 до 3.0 (табл. 2). Дальнейшее повышение температуры до 440 0С не приводит к существенному снижению селективности реакций висбрекинга.
При постоянной температуре процесса 440 0С с увеличением времени пребывания от 300 до 900 сек, конверсия сырья по выходу продуктов, выкипающих до 500 0С, возрастает от 34.2% до 55.8 %. Селективность реакций висбрекинга при этом незначительно повышается от 2.7 до 3.2 %. Повышение времени реакции сопровождается также увеличением выхода карбоидов 0,03 % до 1.02 %.
В опытах при температуре 430 и 440 0С, при времени реакции соответственно 600 сек и 300 сек была достигнута практически одинаковая конверсия до 500 0С —34.0 % и 34.2 %. Данные по фракционному составу показывают, что в этих опытах получены практически одинаковые выходы дистиллятных фракций. Отсюда следует вывод, что один и тот же выход продуктов, конверсии можно получить при повышении температуры на 100С при одновременном понижении времени реакции вдвое.
Для выяснения какой из этих вариантов осуществления процесса лучше, было рассмотрено качество целевого продукта висбрекинга, т.е. остатка, выкипающего выше 1800С. Остаток, полученный при более низкой температуре (4300С), имеет меньшую плотность (1005.3 вместо 1003.2 кг/м2) и меньшую вязкость (410 вместо 473 сст) при незначительной разнице в содержании мехпримесей и карбоидов.
Эти данные говорят в пользу того, что висбрекинг желательно проводить при пониженной температуре, а для достижения требуемой глубины конверсии следует соответственно увеличивать время реакции.
Литература
1. Капустин В. М., Чернышева Е. А. Проблемы и тенденции развития современного нефтеперерабатывающего и нефтехимического комплекса России//Матер. Межд. научно-практ. конф. «Нефтегазопереработка-2010».- Уфа, 2010.— С.18.
2. Капустин В. М., Чернышева Е. А. // Мир нефтепродуктов.- 2009.- №9-10.- С. 20.
3. Обухова С. А., Везиров Р. Р., Везирова Н. Р., Исякаева Е. Б., Теляшев Э. Г. Роль процесса висбрекинга в схемах современных НПЗ //Материалы Межд. научно-практ. конф. «Нефтега-зопереработка-2010».- Уфа, 2010.- С. 40.
4. Везиров Р. Р., Обухова С. А., Теляшев Э. Г. // Химия и технология топлив и масел.-2006.- №2.- С. 5.
