CC BY
92
И. Р. Хайрудинов (д.х.н., проф., зав. отд.)1 , А. А. Тихонов (к.т.н., зав. лаб.)2 ,
Э. Г. Теляшев (д.т.н., проф., чл.-корр. АН РБ, дир.)1 , В. В. Таушев (к.т.н., с.н.с.)1,
А. А. Головнин (вед. инж.)3, А. Н. Фоминых (гл. спец.)4, А. Н. Нечаев (к.т.н., нач. отд.)5
Исследование компонентов сырья термического
«J»
крекинга ООО «ЛУКОИЛ-Пермнефтеоргсинтез» и их влияние на коксоотложение в печах
Институт нефтехимпереработки РБ,
1 отдел фундаментальных исследований; 2лаборатория оборудования процессов нефтепереработки 450065, г. Уфа, ул. Инициативная, 12; тел. (347) 2422511, e-mail: [email protected] ООО«ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»,
3отдел технического развития ; 4производство глубокой переработки нефти; 5технический отдел 6140055, г. Пермь, ул. Промышленная, 84; тел. (342) 2202222, 2202288, e-mail: [email protected]. com
I. R. Khairudinov1, A. A. Tikhonov2, E. G. Telyashev1, V. V. Taushev1,
A. A. Golovin3, A. N. Fominikh4, A. N. Nechaiev5
Research of components of thermal cracking raw materials in the Open company «Lukojl-Permnefteorgsintez» and their influence on coking in furnaces
1,2GUP «Institute of petroleum refining and petrochemistry of RB»,
12, Initsyativnay Str, 450065, Ufa, Russia; ph. (347) 2422511, e-mail: [email protected] 3,4,5OOO LUKOIL-Permnefteorgsintez,
84, Promyshlennaya Str., 6140055, Perm; ph. (342) 2202222, 2202288, e-mail: [email protected]. com
Исследованы свойства и групповой химический состав компонентов сырья термического крекинга, используемого на ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнеф-теоргсинтез». Проведенные на лабораторной проточной установке термического крекинга экспериментальные работы по выявлению закономерностей агрегативной устойчивости сырьевых компонентов позволили рекомендовать использование показателя «коэффициент закоксовыва-ющей способности» (Кзс), что открывает возможности оперативного управления процессом термического крекинга.
Properties and a group chemical composition of components of thermal cracking raw materials used in Open Company «Lukojl-Permnefte-orgsintez are investigated. The experimental works have spent on laboratory thermal cracking flowing installation on revealing of laws of aggregate stability of raw components have allowed to recommend to use an indicator «factor coking abilities» (Kca) for definition of stability of raw components in conditions cracking, that opens possibilities of an operational working of process thermal cracking.
Ключевые слова: агрегативная устойчивость; Key words: aggregate stability; factor coking
коэффициент закоксывывающей способности; abilities; raw components; thermal cracking.
сырьевые компоненты; термический крекинг.
Мощности установок по непосредственной переработке нефтяных остатков достигают в настоящее время во всем мире 2 млн т/сут. В основном это термические процессы, из которых на долю висбрекинга и термического крекинга приходится 32% их общей мощности, остальное (68%) — различные виды коксования и гидрогенизационной переработки 1.
Одной из основных проблем термического крекинга (ТК), приводящей к снижению
Дата поступления 25.01.11
эффективности процесса и уменьшению продолжительности непрерывного процесса, является закоксовывание змеевиков печей.
Основные факторы крекинга (температура, давление, состав загрузки) сложным образом влияют на направление и скорость реакции крекинга, определяя в конечном итоге глубину превращения сырья. Последняя может ограничиваться выходом отдельных продуктов крекинга, в том числе коксом, отлагающимся на поверхности труб змеевика. Закоксовывание
теплопередающей поверхности вызывает снижение коэффициента теплопередачи, повышение температуры стенки металла труб, что приводит к сокращению длительности межремонтного пробега установки и увеличению капитальных и эксплуатационных затрат.
С точки зрения закоксовывающей способности змеевика печи, наибольшую опасность представляют нефтепродукты, агрегативно неустойчивые в условиях крекинга, т.е. имеющие повышенное содержание парафино-наф-теновых соединений, являющихся слабыми растворителями асфальтосмолистых компонентов жидкой фазы, выпадающих в таких условиях на металлические стенки трубы. Кроме того, относительно слабая адсорбционная способность парафино-нафтеновых углеводородов позволяет в первую очередь адсорбироваться и удерживаться длительное время на поверхности металла трубы еще и карбено-карбоидным продуктам крекинга.
Агрегативной стабилизации асфальтосмолистых веществ в сырье способствуют нативные (природные) стабилизаторы: тяжелые ароматические соединения и смолы, которые в
условиях повышенных температур труднее поддаются крекингу, и мало испаряются, т.е. также остаются в жидкой фазе. Они образуют сольватные или защитные слои на границе раздела фаз углеводородов и асфальтосмолистых веществ, тем самым затормаживают процессы коагуляции, и реакции поликонденсации (кок-сообразования).
Специалистами ГУП «ИНХП РБ» совместно с сотрудниками ООО «ЛУКОЙЛ-Перм-нефтеоргсинтез» в 2004 г. были проведены исследования сырьевых компонентов, используемых на установке термического крекинга ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез». Показатели качества образцов сырьевых компонентов и композиций установки ТК ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» представлены в табл. 1—2.
Для выявления закономерностей агрега-тивной устойчивости сырьевых компонентов в условиях крекинга нами были проведены экспериментальные работы на лабораторной проточной установке термического крекинга.
Опыты проводились при постоянных параметрах технологического режима: температура
Таблица 1
Показатели качества образцов сырьевых компонентов установки ТК ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»
Наименование Плотность, г/см3 Коксуемость, % Содержание серы, % Содержание мехпримесей, %
Экстракт (37-10) 0.9727 0.50 1.83 Отс.
Экстракт (37-40) 0.9780 0.34 2.12 Отс.
Экстракт (37-30) 0.9781 0.70 1.51 Отс.
Слоп АВТ-1 0.9306 0.34 1.28 Отс.
Слоп АВТ-2 0.9333 1.76 1.02 Отс.
Тяжелый газойль каталитического крекинга 0.9686 1.08 1.00 0.007
Тяжелый газойль коксования 0.9249 0.16 2.13 0.001
Таблица 2
Групповой химический состав сырьевых компонентов установки ТК ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»
Наименование Содержание соединений, %
парафин о-нафте- новые ароматические смолы асфаль- тены
легкие средние тяжелые I I I
Экстракт (37-10) 21.4 22.2 14.2 31.2 5.2 5.8 -
Экстракт (37-40) 16.8 21.2 19.4 35.9 2.3 4.4 -
Экстракт (37-30) 22.4 21.6 18.0 30.5 2.7 4.8 -
Слоп АВТ-1 51.5 15.6 6.2 20.7 2.8 3.2 -
Слоп АВТ-2 51.8 17.7 6.4 17.0 2.4 4.7 -
Тяжелый газойль каталитического крекинга 45.2 2.9 2.5 43.7 2.8 2.9 -
Тяжелый газойль коксования 45.5 14.4 13.3 20.2 2.6 4.0 -
продукта на выходе из печи 460—470 0С, давление на входе в печь 1.5 МПа, подача сырья в змеевик печи 400—500 мл в час. В процессе проведения крекинга на лабораторной проточной установке на заданном технологическом режиме глубина разложения (конверсия), определенная по сумме выхода газа и бензина, составляла около 28% и практически соответствовала реальному выходу (26%) аналогичных продуктов на промышленной установке ТК.
Продолжительность непрерывной работы змеевика печи лабораторной проточной установки при крекинге сырьевых компонентов и композиций представлена в табл.3.
Таблица 3
Продолжительность непрерывной работы змеевика печи лабораторной проточной установки при крекинге сырьевых компонентов
Наименование сырьевых компонентов и композиций Время закоксовывания змеевика печи, мин.
Тяжелый газойль коксования 30
Слопы АВТ 100
Тяжелый газойль каталитического крекинга 240
Экстракты масляного производства 280
Высокой закоксовывающей способностью обладают такие сырьевые компоненты, как тяжелый газойль коксования (30 мин) и слопы АВТ (100 мин). Более низкую закоксовываю-щую способность показали высокоароматизиро-ванные компоненты — тяжелый газойль каталитического крекинга (240 мин) и экстракты масляного производства (280 мин).
Для оценки агрегативной устойчивости нефтепродуктов в условиях крекинга нами было предложено использовать показатель — «коэффициент закоксовывающей способности» (Кзс) » 2. Данный показатель определяется исходя из группового химического состава и содержания нестабильных соединений в сырьевых компонентах и композициях, определяемых инструментальными методами: жидкостно-адсорбционной хроматографией 3 и инфракрасной спектроскопией 4. Оптическая плотность по ИК-спектрам сырьевых компонентов установки ТК представлена в табл. 4.
Коэффициент закоксовывающей способности определяли по уравнению:
К =(ПН + 42) • с,
М
=—С2
К
ау
где К — коэффициент агрегативной устойчивости:
Представленные в табл. 3 данные по определению продолжительности непрерывной работы змеевика печи до закоксовывания в процессе крекинга на лабораторной проточной установке сырьевых компонентов позволили расположить исследуемые нефтепродукты в следующей последовательности.
Оптическая плотность по ИК- спектрам сырьевых компонентов установки ТК ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» (ИК-спектрофотометр Specord 75Ш)
(1)
(2)
Таблица 4
или
Наименование Оптическая плотность
*0-|640 (непредельные соединения) *Оэ420 (кислородсодержащие соединения) *йіб4о + Оэ420 (сумма нестабильных соединений)
Экстракт (37-10) 0.194 0.120 0.314
Экстракт (37-40) 0.180 0.125 0.305
Экстракт (37-30) 0.194 0.120 0.314
Слоп АВТ-1 0.145 0.114 0.259
Слоп АВТ-2 0.152 0.092 0.244
Тяжелый газойль каталитического крекинга 0.160 0.092 0.252
Тяжелый газойль коксования 0.187 0.124 0.311
* Оптическая плотность определялась по формуле О = ^ То / Т; где То и Т — интенсивность падающего и проходящего света.
К _ Та + СМ
ау П + А2 , (3)
н с
где Пн, Сн, Та, См, Ас — содержание (%): парафинонафтеновых, нестабильных, тяжелых ароматических соединений, смол и асфальтенов, соответственно
Полученные данные по ранжированию за-коксовывающей способности сырьевых компонентов математическим путем представлены в табл. 5.
Таблица 5
Закоксовывающая способность сырьевых компонентов установки ТК ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»
Наименование сырьевых компонентов и композиций Коэффициент закоксовы вающей способности, Кзс
Тяжелый газойль коксования 0.17
Слоп АВТ 0.13
Тяжелый газойль каталитического крекинга 0.06
Экстракт масляного производства 0.04
Как видно из табл. 5, порядок расположения сырьевых компонентов и композиций по коэффициенту закоксовывающей способности (Кзс), полученный математическим путем, аналогичен распределению этих же нефтепродуктов по показателю продолжительности непрерывной работы змеевика печи в условиях крекинга на лабораторной установке (табл. 3).
Таким образом, для определения устойчивости сырьевых компонентов и композиций в условиях крекинга с достаточной для практического применения точностью можно использовать показатель «коэффициент закоксо-вывающей способности» (Кзс), что открывает возможности оперативного управления качеством исходного сырья установки ТК, поиска и расширения ресурсов сырья,а также оценки возможности его переработки.
На основании выполненных исследований и математической обработки полученных данных было ограничено количество вовлекаемых в сырье слопов АВТ и тяжелого газойля коксования на уровне 30%, что обеспечило длительный межремонтный пробег печи ТК на ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез».
Литература
1. Ахмадова Х. Х., Сыркин А. М., Махмудова Л. Ш. Становление и развитие процесса висбрекинга тяжелого углеводородного сырья.— М.: Химия, 2008.- С.178.
2. Патент РФ №2263704 /Таушев В. В.,Хайруди-нов И. Р.,Теляшев Э. Г.,Таушева Е. В.// Бюл.№31 от 10.11.2005г.
3. Методика №224.12.11.039/ 2009 выполнения измерений «Тяжелые нефтепродукты. Определение группового химического состава с использованием жидкостно - абсорбционной хромотогра-фии с градиентным вытеснением».
4. Накаси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений.- М.: Мир, 1965.-С.21.
