CC BY
171
УДК 665.642.2
А. А. Тихонов (к.т.н., зав.лаб.)1, Г. И. Низамова (асп.)2, М. Ю. Доломатов (д.х.н., проф.)2
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РЕАКЦИОННЫХ КАМЕР УСТАНОВОК ВИСБРЕКИНГА
1 Институт нефтехимпереработки РБ 450065, г. Уфа, ул.Инициативная, 12; e-mail: tikhonov@inhp.ru 2Уфимский государственный нефтяной технический университет,
кафедра технологии нефти и газа 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; e-mail: dolomatov@gmail.com
А. А. Tikhonov1, G. I. Nizamova2, M. Yu. Dolomatov2
DESIGN FEATURES OF THE REACTION CHAMBERS VISBREAKING UNITS
1 Institute of Petroleum Refining and Petrochemistry of the RB 12, Initsyativnaya Str, Ufa, 450065, Russia 2Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov, Ufa, 450062, Russia
Проведен анализ конструктивных особенностей существующих аппаратов для реализации неглубокого технологического процесса жидко-фазного термического крекинга — висбрекинга, представлены особенности их работы и недостатки конструкции. Рассмотрено влияние различных внутренних устройств на работу реакционных камер и конверсию процесса. Предложены новые конструкции реакционных аппаратов с восходящим сырьевым потоком, приближенные по своим параметрам к реактору «идеального вытеснения». На основе проведенного анализа, показано, что устройства в виде перегородок и тарелок внутри реакционной камеры снижают скорость движения реакционной массы и ускоряют процесс закоксовывания корпуса аппарата продуктами термополиконденса-ции ароматических углеводородов. Предложены новые конструкции реакционных камер, которые позволяют снизить образование коксовых отложений и облегчить очистку аппарата и, как следствие, увеличить время межремонтного пробега и повысить эффективность работы установок висбрекинга.
Ключевые слова: висбрекинг; гудрон; жидкая фаза; застойная зона; закоксовывание аппарата; перегородка; перфорированная тарелка; реакционная камера; маточник.
The article presents the work peculiarities and drawbacks of existing constructions reaction chambers of liquid-phase thermal cracking -visbreaking. The effect of different internal devices to work reaction chambers and the process conversion was considered. The new design of the reaction apparatus with the rising commodity flow approximate to the reactor «perfect displacement» was proposed. Proposed reaction chamber can reduce the formation of coke deposits and to facilitate cleaning of the apparatus and, consequently, to increase the length of time between repairs and the efficiency of the visbreaking.
Key words: visbreaking; thermal cracking; liquid phase; tar; coking apparatus; stagnant zone; reactionary chamber; partition; perforated plate; queen cell.
Назначением установок висбрекинга является термическое превращение гудронов с целью получения котельного топлива с пониженными значениями вязкости и температуры застывания.
Дата поступления 14.07.15
Висбрекинг при относительной простоте технологического и аппаратурного оформления позволяет вырабатывать из нефтяных остатков котельные топлива требуемого качества без разбавления легкими топливными фракциями и получать дополнительно некоторое количество легких фракций.
Включение процесса висбрекинга в комбинированную схему переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах привело к росту глубины переработки нефти с 66 до 73.5 % мас.
В промышленности процесс висбрекинга осуществляют по двум базовым технологическим схемам 1'2:
— быстрым нагревом гудрона в печи до высоких температур 480—500 оС с последующим закалочным охлаждением реакционной массы, выходящей из печи (печной висбрекинг);
— нагревом гудрона в печи до умеренных температур (450—460 оС) с последующим выдерживанием реакционной массы в выносной реакционной камере в течение нескольких минут.
Наиболее перспективным направлением является технология висбрекинга с использованием реакционных камер, позволяющим обеспечить наибольшее снижение ее вязкости, избежав при этом проблем, связанных с быстрым закоксовыванием аппаратуры и сокращением продолжительности непрерывного пробега установки 3'4.
В этом процессе конверсия частично происходит в печи. Однако основная ее доля приходится на выносную реакционную камеру, где двухфазный поток из печи выдерживается при повышенной температуре в течение заданного времени. Для достижения одной той же глубины конверсии в процессе висбрекинга при различных температурах требуется разное время контакта.
Соотношение параметров «температура-время контакта», приводящее к одинаковой глубине крекинга 7% (по выходу газа и бензина), таково:
— температура 485 оС — время 1 мин;
— температура 470 оС — время 2 мин;
— температура 455 оС — время 4 мин;
— температура 440 оС — время 8 мин.
Из этих данных видно преимущество сочетания умеренных температур нагрева при увеличении времени контакта до 4—8 мин.
В работе 4 дана сравнительная оценка осуществления висбрекинга с использованием реакционных камер с нисходящим и восходящим потоком сырья, как по времени реагирования для получения равной степени конверсии, так и по качеству продуктов.
При исследованиях в качестве исходного сырья (табл. 1) использовались два образца гудрона смеси западносибирских и ухтинских нефтей, отличающихся содержанием фракций, выкипающих до 500 оС. Жидкие продукты висбрекинга разгоняли на фракции до 160,
160—350 и 350—500 оС. Из этих фракций компаундированием составляли продукты с различными пределами выкипания, отбензинен-ный остаток анализировали по показателям качества топочного мазута марки М-100 4.
Таблица 1 Характеристики гудронов -сырья висбрекинга
Показатели Сырье
А Б
Плотность, кг/м3 987 976
Вязкость условная, оВУ
при 80 оС 62 35.4
при 100 оС 21.9 15
Коксуемость, % мас. 11.1 8.2
Элементный состав, % мас.
С 86.05 86.07
Н 11.24 11.60
Б 1.88 1.59
N 0.48 0.34
О(по разности) 0.35 0.40
С:Н 7.66 7.42
Фракционный состав, % мас.
<460 оС - 5.3
460-475 оС 2.0 4.2
475-500 оС 7.6 12.5
>500 оС 90.2 78
Содержание асфальтенов, % мас. 7.4 6.4
Молекулярная масса 720 644
Вариант с нисходящим потоком в реакционной камере исследовали при 460 и 480 оС, с восходящим потоком — при 410—450 оС. Во всех случаях давление составляло 2 МПа. Степень конверсии сырья оценивалась по суммарному выходу газа и бензина, выкипающего до 160 оС. Различная степень конверсии при заданной температуре достигалась изменением объемной скорости подачи сырья.
Условия процессов и выход продуктов в двух вариантах висбрекинга гудрона А и Б представлены в табл. 2.
Сырье обоих видов ведет себя в основном одинаково: при равной степени конверсии в вариантах с нисходящим и восходящим потоком в реакционной камере выходы продуктов близки. Изменение температуры висбрекинга от 410 до 480 0С при близких значениях степени конверсии не сильно влияет на выход фракций. Однако в варианте с восходящим потоком, осуществляемом при более низких температурах, увеличение объемной скорости влечет за собой меньшее снижение степени конверсии, чем при нисходящем потоке. Следует отметить, что равная степень конверсии сырья при восходящем потоке достигается при значительно большей объемной скорости, чем при подаче сырья сверху вниз.
Таблица 2
Условия процесса и выходы продуктов висбрекинга по двум вариантам подачи потока в реакционную камеру
Объемная скорость подачи Температура Выход продуктов, % мас. Степень конверсии % мас.
нагрева в печи в реакционной камере Газ (до С4) н. к. 160 оС 160350 оС 35045 оС 450500 оС >500 оС кокс + потери
Гудрон А, нисходящий поток
1.30 410 460 1.4 2.0 11.9 0.6 18.6 64.0 1.5 3.4
1.10 412 460 2.2 2.9 10.9 5.0 16.0 60.0 3.0 5.1
1.10 410 460 2.8 5.7 13.5 4.4 13.4 59.2 3.0 8.5
0.89 400 460 3.0 6.2 12.3 20.5 56.0 2.0 9.2
2.83 450 480 1.7 4.4 12.7 9.7 9.4 58.2 3.9 6.1
2.06 430 480 2.7 4.9 10.2 22.2 56.8 3.0 7.6
1.75 460 480 3.1 6.0 13.7 22.0 52.0 3.2 9.1
1.48 470 480 5.9 8.8 15.0 6.5 15.1 44.8 3.9 14.7
Гудрон А, восходящий поток
9.17 340 445 2.0 3.2 11.2 23.0 56.9 3.7 5.2
3.82 350 428 2.2 4.8 14.1 22.6 53.3 3.0 7.0
9.23 340 452 3.2 6.8 19.0 21.5 47.0 2.5 10.0
5.08 335 451 4.0 9.7 21.0 23.8 38.5 3.0 13.7
Гудрон Б, нисходящий поток
1.71 440 480 1.1 2.7 13.2 1.3 16.7 63.0 0.3 3,3
1.67 450 480 1.9 5.9 20.0 3.7 15.9 49.1 3.5 7,8
1.26 450 480 2.9 6.4 21.5 6.0 15.0 46.0 2.2 9,3
0.73 450 480 3.9 9.5 21.2 6.8 13.6 53.4 1.6 13,4
1.14 410 460 1.6 2.0 10.9 3.0 16.5 63.9 2.1 4,6
0.73 410 460 2.3 6.1 22.1 19.3 26.8 3.4 8.4
0.55 420 460 3.6 9.9 24.2 18.8 40.0 3.5 13.5
0.36 411 460 4.2 9.8 22.8 21.5 38.0 3.7 14.0
Гу дрон Б, восходящий поток
6.5 360 410 0.3 1.2 6.3 0.9 21.8 66.2 3.3 1.5
3.8 350 427 2.2 4.3 14.3 6.0 16.6 53.5 3.1 6.5
9.3 350 450 3.0 5.7 16.0 5.3 16.5 50.4 3.1 8.7
8.6 340 450 3.8 6.8 16.7 6.9 13.9 48.2 3.7 10.6
7.6 360 457 4.0 8.0 19.1 9.1 12.6 44.0 3.2 12.0
5.1 358 452 4.5 11.0 21.9 10.0 11.5 38.0 3.1 15.5
Этот результат объясняется различными гидродинамическими условиями потока в реакторе. Так, при подаче сырья сверху жидкая фаза быстро выводится из реакционной зоны. Время ее пребывания определяется временем падения жидкой струи и капель в объеме, заполненном парами. При подаче сырья снизу жидкая фаза, преобладающая в смеси при пониженной температуре, покидает реакционную камеру после ее заполнения, Время пребывания жидкой фазы гораздо больше, чем при подаче сырья сверху, и оно больше времени пребывания паров, которые, проходя через жидкость, покидают камеру. Как видно, для достижения одинаковой степени превращения сырья необходимо повысить температуру в камере на 15—30 0С.
На рис. 1 приведена диаграмма изменения состава крекируемого гудрона А в варианте с восходящим потоком сырья в зависимости от степени конверсии сырья.
0 4 8 12
Степень конверсии, % (масс.)
Рис. 1. Диаграмма изменения состава крекируемой смеси (сырье — гудрон А, восходящий поток):
1 — остаток >500 оС; 2 — фракция 350—500 оС; 3 — фракция 160—350 оС; 4 — фракция н.к. — 160 оС; 5 — газ (по С4).
В работе 5 также рассмотрены варианты оформления технологического процесса висбрекинга: 1 — установка с реакционной камерой с восходящим потоком; 2 — установка с реакционной камерой с нисходящим потоком.
В качестве сырья для всех вариантов был использован сернистый гудрон западносибирской нефти с добавлением 5—10 % смеси асфальта установок деасфальтизации и гудрона арланской нефти.
Для корректной оценки влияния варианта реализации реакционного устройства на результаты процесса был выбран показатель степени селективной конверсии. Поскольку целью процесса висбрекинга является получение из высоковязких остатков маловязких котельных топлив, что наиболее эффективно решается за счет образования значительных количеств среднедистиллятных фракций собственной выработки, которые играют роль разбавителя, селективная конверсия оценивалась по выходу дистиллятных продуктов за вычетом использованных разбавителей. Определение потенциальных материальных балансов проводилось с использованием метода имитированной дистилляции, позволяющего с достаточной точностью определить фракционный состав получаемого в процессе суммарного продукта.
В табл. 3 приведены материальные балансы установок висбрекинга с различными вариантами реализации реакционного процесса.
Анализ полученных данных показал, что для достижения максимальной селективной конверсии наиболее подходит вариант с выносной реакционной камерой с восходящим потоком.
Реализация данной технологии позволяет не только отказаться от вовлечения в котельное топливо потенциальных компонентов моторного топлива, но и получать дополнительные количества газойлевых фракций, которые могут быть использованы как моторные топлива или сырье каталитического крекинга 5.
Таким образом, технология висбрекинга с использованием реакционных камер обеспечивает максимальное пребывание тяжелой части сырья в реакционной зоне в мягких условиях, за счет чего происходит легкий крекинг исходных тяжелых углеводородов с образованием целевых среднедистиллятных продуктов. Газ и бензин не являются целевыми продуктами процесса, получение их из тяжелых остатков не намного повышает глубину переработки нефти на предприятии, что позволяет также говорить о преимуществе вариантов с реакционными камерами.
Однако в процессе эксплуатации реакционных аппаратов одной из основных проблем, приводящих к снижению общей эффективности установок висбрекинга, является закоксо-вывание реакционных камер. Чтобы увеличить время межремонтного пробега, необходима конструкция реакционной камеры, которая будет максимально приближена к реактору «идеального вытеснения» 6-8.
Институтом нефтехимпереработки РБ в течение ряда лет выполнялись работы по созданию реактора, в котором выполнялись бы условия режима, близкие к «идеальному вытеснению». На одном из НПЗ была внедрена технология висбрекинга со змеевиковым реактором (рис. 2) в котором выполнялись условия режима, близкие к «идеальному вытеснению». Недостатком данного технического решения процесса висбрекинга является громоздкость змеевикового реактора.
Рис. 2. Висбрекинг гудрона со змеевиковым реактором: 1 — печной насос; 2 — трубчатая печь; 3 — змеевиковый реактор; 4 — колонна.
Таблица 3
Материальные балансы установок висбрекинга с различными вариантами реализации реакционного процесса
Вариант Выход продуктов на сырье, % ВУ, с КСВ*
Газ Бензин ЛГ ТВГ Остаток
Реальные
1 3.92 6.04 5.61 14.28 71.15 3 7
2 2.36 8.16 3.17 - 86.31 4 5
Потенциальные Селективная конверсия
1 3.92 8.84 15.30 19.25 52.69 34.55
2 2.36 9.46 7.92 16.40 63.86 24.32
*КСВ — кратность снижения вязкости, определяется как отношение вязкости сырья и вязкости котельного топлива.
Одними из первых запатентованных реакционных камер были полые конструкции, например, известна конструкция C.D. Bayne 9, недостатком которой была неравномерность распределения реакционной массы по корпусу реактора и, как следствие, образование застойных зон и закоксовывание аппарата.
Инженерами компании Shell 10,11 в 1980-е годы были запатентованы конструкции аппаратов висбрекинга с различными внутренними устройствами, представленные на рис. 3. Причем на рис. 3 а, б используется восходящий поток, а на рис.3 в, г, д — нисходящий поток сырья.
В конструкциях реакционных аппаратов на рис. 3 происходит сепарация паровой и жидкой фазы с помощью перфорированных тарелок (рис. 3 а) и перегородок (рис. 3 б,в,г,д), за счет чего достигается более быстрая эвакуация газов и паров из аппарата и более длительное пребывание жидкой массы в реакционном аппарате 10,11. Согласно 11, жидкая фаза стекает на следующую перегородку и выводится внизу реактора, паровая фаза отводится сбоку в общий коллектор (рис. 3 б, г), либо сверху реактора (рис. 3 г, д).
Эксплуатация реакционных аппаратов с различными внутренними устройствами в условиях промышленного производства показала, что внутренние устройства снижают скорость движения реакционной массы в аппарате, требуют понижения температуры висбре-кинга до минимума и увеличивают время контакта, что способствует закоксовыванию корпуса ректора. Причем различные внутренние устройства сами являются центрами коксо-образования, что снижает эффективность работы установки, и создают дополнительные трудности при очистке реакторов от коксовых отложений. Вводные устройства (маточник)
напротив положительно сказываются на работе реакционных камер, исключая «фонтанирование» потока по центру камеры и способствуя
снижению застойных зон у стенок реактора в 12
нижней части .
В настоящее время в России известно множество конструкций реакторов для жидкофаз-ного термического крекинга — висбрекинга, которые представлены в табл. 4.
Таким образом, для увеличения срока межремонтного пробега реакционных аппаратов нежелательно использование внутренних устройств (тарелок, перегородок), т.к. они сами обрастают коксовыми отложениями. Причем, конструкция реакционной камеры должна обеспечивать режим работы реактора «идеального вытеснения» и необходимую конверсию 6.
В 2012 г. на ОАО «ТАНЕКО» была введена в эксплуатацию крупнотоннажная отечественная установка висбрекинга с использованием выносной реакционной камеры «идеального вытеснения» с восходящим потоком продуктов крекинга производительностью 2.4 млн т/год по гудрону, спроектированная и построенная ГУП ИНХП РБ, который сам же разработал на лицензионной основе базовый проект технологии, обеспечивающей достижение оптимальной глубины термической конверсии высоковязких вакуумных остатков девонской и карбоновой нефтей Татарстана с получением в итоге котельного топлива марки М-100 24.
На рис. 4 представлена принципиальная схема установки висбрекинга ОАО «ТАНЕКО», имеющая проектную мощность 2.4 млн т/год 25.
Гудрон после дозирования в него турбули-затора (керосиновой фракции), предварительно нагретый в теплообменниках, поступает двумя потоками в трубчатые печи П-1, П-2 и далее с температурой 440—450 оС в реакторы
а [10] б [11] в [11] г [1Ц
Рис. 3. Конструкции реакционных аппаратов с внутренними устройствами
д [11}
Таблица 4
Конструкции реакторов жидкофазного термического крекинга
Рисунок
Сущность изобретения
Недостатки
1
2
3
В
Конструкция аппарата способствует равномерности распределения реакционной смеси в объеме реактора и снижению закоксовывания верхней части реактора за счет концентрации выводимого потока продуктов из патрубка. Выносная труба меньшего диаметра, чем внутренняя труба, позволяет снизить закоксовывание стенок реактора за счет эффективного центробежного перемещения потока реакционной массы. Возможность чистки реактора высоконапорными водяными струями без удаления внутренней трубы снижает трудоемкость ремонтных работ 3
Возможность закоксовывания стенок реактора за счет размещение патрубка ввода сырья в нижней части реактора. Для чистки реактора необходимо останавливать установку, что снижает ее производительность.
Конструкция реактора позволяет снизить закоксовывание за счет использования нисходящего центробежного перемещения потока реакционной массы в межтрубном пространстве и централизованного вывода реакционной массы из реактора. Возможность проведения очистки реактора от коксовых отложений без остановки установки путем отключения с использованием переключающих устройств (задвижек) на выносной трубе и съемном трубопроводе. Есть возможность аварийного сброса продуктов термического крекинга через штуцер в дренажном патрубке. При закоксовывании аппарата продуктами термического крекинга закрывают задвижки реактора, и сырьевой поток переводят непосредственно в ректификационную колонну, минуя реактор 14
Возможность закоксо-вывания корпуса аппарата.
Цилиндрическая обечайка со съемной сферической крышкой и кронштейны, опирающиеся на торец внутренней трубы, способствуют устранению застойных зон в реакторе. Простота удаления цилиндрической обечайки и внутренней трубы из корпуса реактора облегчает чистку аппарата от коксовых отложений 15
Возможность закоксовывания съемной крышки и сложность ее демонтажа во время чистки реактора от кок-соотложений, что ведет к снижению эффективности работы установки.
В отличие от прототипа , в корпусе реактора нет съемной крышки, которая сама обрастает коксовыми отложениями. Конструкция реактора значительно облегчает и ускоряет ремонтно-монтажные работы по очистке аппарата от коксовых отложений, а также повышает устойчивость и надежность его работы 16
Возможность закоксовывания стенок реактора, входного патрубка и верхней сферической крышки.
2
3
Конструкция перфорированных тарелок значительно упрощает их очистку и ремонтно-монтажные работы 18
Сложность конструкции. Возможность коксообразования на тарелках и корпусе реактора. Трудность очистки и ремонтно-монтажных работ тарелок и корпуса реактора от коксовых отложений.
Конструкция реактора, благодаря совместному тангенциальному вводу сырья и активирующего агента (перегретый пар или газ термического крекинга) по одной направляющей, способствует тур-булизации потока, предотвращает оседание кокса на стенках стаканов и на корпусе реактора, улучшает условия эксплуатации и увеличивает срок службы реактора. Отвод газов крекинга в верхней части корпуса дает на выходе из реактора более качественный жидкий продукт для дальнейшей переработки, а также есть возможность использовать газ термического крекинга в качестве активирующего агента 19_
При наличии активирующего агента многократно контактирующего с сырьем процесс смещается в сторону конденсации, в итоге, вместо котельного топлива получается нефтяной пек, который не является целью процесса висбрекинга
Струеформирующее устройство в виде радиально расходящихся от центра криволинейных лопаток и маточник в виде тора в полости между внешним и внутренним сосудами, снабженный патрубком для подачи водяного пара и выходными соплами с углом наклона к радиусу тора в пределах 30-60е позволяют снизить закоксовывание корпуса путем организации вращательного движения реакционной массы и устранения застойных зон. Конструкция реактора позволяет производить очистку корпуса как обычного полого аппарата 20
Возможность закоксовыва-ния в местах примыкания внутренних и наружных элементов к обечайке, а также в местах расширения и сужения потока реакционной массы . Сложность изготовления и обслужива-
23
ния .
1
Р-1, Р 2. Благодаря выбранным конструкциям змеевиков печей и реакторов реакционная масса висбрекинга пребывает в этих аппаратах менее 5 мин и после захолаживания дистил-лятным квенчем поступает с температурой 390—395 оС в зону питания колонны фракционирования К-1. Из колонны К-1 выводятся сверху — газ и пары нафты, сбоку — керосиновая фракция, снизу — нестабильный крекинг-остаток. Избыточное тепло в колонне К-1 отводится потоком циркуляционного орошения, выводимого из аккумулятора и охлажденного в змеевике кипятильника Т-4 колонны стабилизации нафты К-4, а затем в змеевике парогенератора Т-5.
После этого охлажденный поток циркуляционного орошения частично подается в качестве квенча в поток реакционной массы, выводимой из реакторов Р-1, Р-2 в К-1.
Остальная часть потока циркуляционного орошения возвращается в две точки колонны К-1 выше и ниже зоны отбора. Одновременно сбоку колонны К-1 (из аккумулятора) самотеком выводится газойлевая фракция, которая перепускается в колонну стабилизации крекинг-остатка К-3. Вывод керосиновой фракции из К-1 осуществляется через отпарную колонну К-2, пары с верха К-2 подаются выше точки ввода газойля в колонну К-3.
Такой режим работы фракционирующей колонны К-1 устраняет наличие в дистилляте колонны К-1 паров воды, что исключает возникновение сильно агрессивной коррозионной среды в верхней части К-1 и в конденсаторе-холодильнике ВХ-1. В колонне К-3, работающей в условиях подачи водяного пара в низ колонны, осуществляется отпарка остатка газа и бензиновых углеводородов от кубового продукта.
Топливный газ
В результате формируется стабильный крекинг-остаток, выкипающий выше 150 °С, который после охлаждения в теплообменнике Т-1 частично возвращается в К-3 в смеси с потоком нестабильного крекинг-остатка для снижения температуры потока на входе в колонну К-3 до 270 °С, остальная часть крекинг-остатка выводится с установки. В результате такой обработки стабильный крекинг-остаток содержит минимум сероводорода (около 2 ррт), что существенно сокращает расходы на применение серопоглощающей присадки для доведения качества крекинг-остатка до требований ГОСТ на котельное топливо.
Газы и пары, выводимые сверху колонн К-1, К-3, конденсируются, охлаждаются и разделяются соответственно в рефлюксных емкостях Е-1 и Е-2. Дистилляты этих колонн (на-фта) частично возвращаются в виде острого орошения на верх колонн К-1, К-3, а их основная часть после смешения идет в колонну стабилизации К-4 двумя потоками. Верхний поток нафты с температурой 40 °С выполняет функцию острого орошения, а нижний поток нафты после подогрева поступает в зону питания К-4. Газы, отводимые с верха К-4, перепускаются в шлемовую линию вывода паров из колонны К-1 и далее в конденсатор-холодильник ВХ-1. Кубовый продукт колонны К-4 стекает в кипятильник Т-4, а затем выводится
с низа кипятильника Т-4 после охлаждения в Т-3, ВХ-3 с установки в виде стабильной нафты.
Потоки газа с верха рефлюксной емкости Е-1 и газа с верха рефлюксной емкости Е-2 (после компремирования) объединяются и подаются в колонну К-5 аминной очистки от сероводорода. В качестве абсорбента на верх колонны К-5 подается 45%-ный раствор метил-диэтаноламина. Сверху абсорбера К-5 выводится топливный газ, не содержащий сероводорода. Сероводород (в составе аминного раствора) откачивается в десорбер установки производства элементной серы.
В результате такого оформления процесса висбрекинга товарными продуктами на установке являются топливный газ, сероводород, стабильная нафта и крекинг-остаток. На установке снижается до минимума возможность образования кислой воды.
На установке висбрекинга ОАО «ТАНЕКО» было применено новое сочетание аппаратов — «трубчатая печь + выносная реакционная камера», позволяющее создать условия термического превращения сырья в режиме, близком к «идеальному вытеснению» 25.
Применительно к процессам висбрекинга на ОАО «ТАНЕКО» разработана и внедрена оригинальная трубчатая печь, имеющая конвекционный змеевик и радиантный змеевик в виде горизонтальной спирали, причем часть
Выбранные в проекте висбрекинга ОАО «ТАНЕКО» технические решения реакционной секции позволяли добиться снижения вязкости гудронов, перерабатываемых на установке, в 20—30 раз 24.
В табл. 5 представлены данные по материальным балансам установки (проектные и фактически достигнутые).
Из табл. 5 видно, что достигнутые фактические показатели практически полностью совпадают с проектными материальными балансами по выходу нафты и крекинг-остатка.
В табл. 6 представлены данные по анализам образцов сырья и получаемого стабильного крекинг-остатка.
В процессе висбрекинга из гудрона вязкостью при 100 оС равной 1074 сСт получается крекинг-остаток вязкостью 52 сСт, что практически соответствует требованиям на котельное топливо марки М-100 (вязкость при 100 оС до 50 сСт).
Введение в эксплуатацию установки вис-брекинга гудрона, получаемого на головной установке ЭЛОУ-АВТ-7 НПЗ ОАО «ТАНЕКО», позволило заводу достигнуть глубины переработки нефти — 72% 27.
В дальнейшем реакторы для процессов жидкофазной термодеструкции нефтяных остатков (рис. 6) с целью облегчения очистки внутренних обечаек от коксовых отложений были усовершенствованы 28,29.
Обе конструкции имеют устройство ввода сырья — маточник, обеспечивающее формирование сырьевого потока.
Таблица 5
Материальные балансы установки висбрекинга (проектные и фактически достигнутые)
Показатели Проектные данные Фактические данные
гудрон девонской нефти гудрон карбоновой нефти
1. Взято: гудрон, % мас. 100.00 100.00 100.00
2. Получено: - топливный газ - сероводород - нафта - крекинг-остаток - потери 3.26 0.34 4.80 91.40 0.20 3.01 0.89 3.30 92.60 0.20 2.03 0.48 4.83 92.50 0.54
Всего 100.00 100.00 100.00
Таблица 6
Результаты анализов сырья и крекинг-остатка
Показатели Исходный Стабильный
гудрон крекинг-остаток
1. Плотность при 20 оС, кг/м3 1002.3 998.7
2. Содержание серы, % 2.67 2.33
3. Вязкость кинематическая при 100 °С, сСт 1074 52
4. Вязкость условная по ГОСТ 11503, с 192 8
5. Температура вспышки в открытом тигле, °С 284 138
радиантного змеевика,расположенная на конечном участке этого змеевика, выполнена из трубы несколько большего диаметра. Это техническое решение позволяет иметь в трубчатой печи так — называемую «сокинг-секцию», позволяющую поддерживать более стабильный режим термообработки сырья 26.
На рис. 5 показана конструкция реакционной камеры с восходящим потоком сырья, внедренная на установке висбрекинга на ОАО «ТАНЕКО».
Данный аппарат имеет конструкцию, обеспечивающую режим «идеального вытеснения», что означает постоянство времени пребывания реакционной массы в аппарате, т.е. достигается так называемый «хроматографический режим».
Рис. 5. Выносная реакционная камера висбрекинга с восходящим потоком, внедренная в ОАО «Танеко»
Конструкция реакционного аппарата (рис. 6 а)28 позволяет снизить закоксовывание стенок путем организации эффективного вращательного движения сырьевого потока между внутренней трубой и корпусом реактора, и обеспечивает эффективное центробежное перемещение потока реакционной массы в межтрубном пространстве за счет выносной реакционной зоны.
а б
Рис. 6. Предложенные варианты конструкций реакторов для жидкофазного термического крекинга
Съемные элементы конструкции реактора позволяют проводить очистку с помощью высоконапорных струй воды из брандспойта в случае его закоксовывания
28
Литература
Акбар М., Геслен Х. Висбрекинг с использованием сокинг-камеры // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом.- 1981.- №5.- С.95-100. Ластовкин Г.А., Радченко Е.Д., Рудин М.Г. Справочник нефтепереработчика.- Л.: Химия, 1986.- 648 с.
Кадиев Х.М., Волков П.И., Хаджиев С.Н., Имаров А.К. Опыт эксплуатации современной установки висбрекинга гудрона //Нефтепера-ботка и нефтехимия: НТИС.- М.: ЦНИИТЭ-нефтехим.- 1986.- №5.- С.3-6. Герасичева З.В., Соскинд Д.М., Мелик-Ахназа-ров Т.Х. и др. Висбрекинг с реакционной камерой // ХТТМ.- 1987.- №2.- С.7-10. Давлетшин А.Р., Обухова С.А., Везиров Р.Р. и др. Сравнение эффективности схем переработки западно-сибирского гудрона // Научные труды Второго Международного симпозиума «Наука и технология углеводородных дисперсных систем», Том 2.- Уфа: изд-во «Реактив», 2000.- С.45-47.
Хайрудинов И.Р., Тихонов А.А., Ягудин М.Н., Теляшев Э.Г. Аппаратурное оформление установок висбрекинга гудрона // Нефтеперера-ботка-2011: Международная научно-практичес-
Конструкция реактора (рис. 6 б)29, выполненного с прорезями по винтовой линии в верхней части внутренней трубы, позволяет усилить эффект закручивания реакционной массы сырья на выходе из внутренней трубы и снижает закоксовывание межтрубного пространства. Цилиндрическая обечайка этого реактора между внутренней трубой и корпусом позволяет регулировать скорость реакционной массы, устранить застойные зоны, увеличить коэффициент использования объема реактора и обеспечить эффективное центробежное перемещение пристеночных слоев, что снижает за-
29
коксовываемость реактора 29.
Таким образом, новое конструктивное оформление аппаратов реакционной секции в сочетании «трубчатая печь + выносная реакционная камера», позволяющее создать условия термического превращения сырья в режиме, близкому к «идеальному вытеснению», позволяет достигнуть оптимальный ход процесса висбрекинга, когда максимальная величина коэффициента снижения вязкости гудрона относительно остатка висбрекинга достигается только при определенной степени превращения сырья, определяемой по выходу газа и бензина висбрекинга.
Результаты освоения новой технологии на ОАО «ТАНЕКО» полностью подтвердили ее работоспособность.
References
1. Akbar M., Geslen H. Visbreking s ispol'zovaniem soking-kamery [Visbreaking with soaking chamber]. Neft', gaz i neftehimiya za rubezhom [Oil, gas and petrochemicals abroad], 1981, no.5, pp. 95-100.
2. Lastovkin G.A., Radchenko E.D., Rudin M.G. Spravochnik neftepererabotchika [The oil refinery guide]. Leningrad, Khimiya Publ., 1986, 648 p.
3. Kadiev H.M., Volkov P.I., Khadzhiev S.N., Imarov A.K. Opyt ekspluatatsii sovremennoi ustanovki visbrekinga gudrona [Experience in operating modern visbreaking tar]. Neftepererabotka i neftekhimiya [Refining and Petrochemicals]. Moscow, TsNIITEneftekhim, 1986, no.5, pp.3-6.
4. Gerasicheva Z.V., Soskind D.M., Melik-Ahnazarov T.H. i dr. Visbreking s reaktsionnoi kameroi [Visbreaking with reaction chamber]. Khimiya i tehnologiya topliv i masel [Chemistry and Technology of Fuels and Oils], 1987, no.2, pp.7-10.
1
2
3
4
5
в.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
1б.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
кая конференция (Уфа, 25 мая 2011 г.): Mате- 5. риалы конференции.- Уфа: ГУП ИHХП РБ, 2011.- C.246-248.
Хайрудинов И.Р., ^хонов А.А. Аппаратурное оформление выносных реакционных камер установок висбрекинга гудрона // Баш. хим.ж.-
2011.- T.1B, №1.- С.75-77.
Везиров Р.Р. Основные практические закономерности и особенности процесса висбрекинга б . // Баш. хим. ж.- 2010.- T.17, №3.- С.189-195.
Patent №1899889 US Elimination water hazard in treating oils /C.D. Bayne. // 28.02.1933. Patent №4247387 US Process for the continuous 7 thermal cracking of hydrocarbon oils / A. Mohammed// 27.01.1981.
Patent №4551233 US Continuous thermal cracking process/ Petrus M.M. Blauwhoff, Anton E. Cornelissen // 5.11.1985. Везиров Р.Р. Висбрекинг - технологии, проверенные практикой и временем // XTTM.- 8 2010.- №6.- С.3-8.
Патент №2443752 РФ Реактор для жидкофаз-ного термического крекинга/ Tеляшев Э.Г., ^хонов А.А., Хайрудинов И.Р. // Б.И.-
2012.- №б.
Патент №250278б РФ Реактор для жидкофаз- 9. ного термического крекинга /Tеляшев Э.Г., ^хонов А.А., Хайрудинов И.Р. // Б.И.- 10 2013.- №3б.
Патент №2448148 РФ Реактор для термического крекинга/ Tеляшев Э.Г., ^хонов А.А., Хай- 11 рудинов И.Р. // Б.И.- 2012.- №11.
Патент №2500788 РФ Реактор для термического крекинга/ Tеляшев Э.Г., ^хонов А.А., Хай- 12 рудинов И.Р. // Б.И.- 2013.- №34.
Патент №2277115 РФ Реактор для жидкофаз-ного термического крекинга / ^хонов А.А., Хайрудинов И.Р. // Б.И.- 2006.- №15.
Патент №2548042 РФ Реактор для термического крекинга / Tеляшев Э.Г., ^хонов А.А., 13. Хайрудинов И.Р. // Б.И.- 2015.- №10.
Патент №2345121 РФ Реактор для жидкофаз-ного термического крекинга / Ольгин А.А. // Б.И.- 2009.- №3. 14.
Патент №2137804 РФ Реактор для жидкофаз-ного термического крекинга / Хайрудинов И.Р., Ситников С.А., Mингараев С.С., Гаска-ров H.C., Хайруллин Р.^, Руднев А.П., Има- 15. шев У.Б.// Б.И.- 2004.- №33. Патент №2145б25 РФ Способ жидкофазного термического крекинга и реактор для его осуществления / Хайрудинов И.Р., Измайлов Р.Б., 1б. Истомин H.H., Жирнов Б.С., Хафизов H.C., Батуллин M.r., Аникеев И.К., Рахимов Х.Х., Гаскаров H.C., Камалов Г.Г., Имашев У.Б. // Б.И.- 2003.- №13. 17.
Патент №2021995 РФ Реактор для осуществления термического крекинга / Басин M^., Вай-нора Б.Ю., Гимбутас А.А., Барильчук M^., Беднов Б.В., Сивцов С.А., Ранько П.^ // 18 Б.И.- 2004.- №28.
Патент №2488б2б РФ Реактор термической конверсии / Курочкин А.В. // Б.И.- 2013.-№21.
Davletshin A.R., Obukhova S.A., Vezirov R.R. i dr. [Comparison efficiency of the processing the West Siberian tar]. Nauchnye trudy Vtorogo Mezhdunarodnogo simpoziuma «Nauka i tehnologiya uglevodorodnykh dispersnykh sistem» [Proceedings of the Second International Symposium «Science and technology of petroleum disperse systems»]. Ufa, 2000, Part 2, pp. 45-47. Khayrudinov I.R., Tikhonov A. A., Yagudin M.N., Telyashev E.G. [Apparatus design of visbreaking installations] Materialy konferentsii «Nefte-pererabotka-2011» [Proceedings of the conference «Oil refining-2011»]. Ufa, GUP INKhP RB Publ., 2011, pp. 246-248. Khayrudinov I.R., Tikhonov A.A. Apparaturnoe oformlenie vynosnykh reaktsionnykh kamer ustanovok visbrekinga gudrona [Apparatus of external reactionary chambers in visbreaking installation]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2011, v.18, no. 1, pp.75-77.
Vezirov R.R. Osnovnye prakticheskie zakono-mernosti i osobennosti protsessa visbrekinga [The main practical regularities and peculiarities of the process of visbreaking]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2010, v. 17, no. 3, pp.189-195.
S.D. Bayne Elimination water hazard in treating oils. Patent US, no. 1899889, 1933. A. Mohammed Process for the continuous thermal cracking of hydrocarbon oils. Patent US, no. 4247387, 1981.
Petrus M.M. Blauwhoff, Anton E. Cornelissen Continuous thermal cracking process. Patent US, no. 4551233, 1985.
Vezirov R.R. Visbreking — tekhnologii, prove-rennye praktikoi i vremenem [Visbreaking — technology was proven with practice and time]. Khimiya i tekhnologiya topliv i masel [Chemistry and Technology of Fuels and Oils], 2010, no. 6, pp.3-8.
Telyashev E.G., Tikhonov A.A., Khayrudinov I.R. Reaktor dlya zhidkofaznogo termicheskogo krekinga [Reactor for liquid-phase thermal cracking]. Patent RF, no. 2443752, 2012. Telyashev E.G., Tikhonov A.A., Khayrudinov I.R. Reaktor dlya zhidkofaznogo termicheskogo krekinga [Reactor for liquid-phase thermal cracking]. Patent RF, no. 2502786, 2013.
Telyashev E.G., Tikhonov A.A., Khayrudinov I.R. Reaktor dlya termicheskogo krekinga [Reactor for thermal cracking]. Patent RF, no. 2448148, 2012.
Telyashev E.G., Tikhonov A.A., Khayrudinov I.R. Reaktor dlya termicheskogo krekinga [Reactor for thermal cracking]. Patent RF, no. 2500788, 2013.
Tikhonov A.A., Khayrudinov I.R. Reaktor dlya zhidkofaznogo termicheskogo krekinga [Reactor for liquid-phase thermal cracking]. Patent RF, no. 2277115, 2006.
Telyashev E.G., Tikhonov A.A., Khayrudinov I.R. Reaktor dlya termicheskogo krekinga [Reactor for thermal cracking]. Patent RF, no. 2548042, 2015.
24. Хайрудинов И.Р., Тихонов А.А., Таушев В.В., Теляшев Э.Г. Современное состояние и перспективы развития термических процессов переработки нефтяного сырья // Нефтепереработка — 2015: международная научно-практическая конференция: Материалы конференции. — Уфа: ГУП ИНХП РБ, 2015.- С.192-200.
25. Маганов Н.У., Ремпель Р. Д., Хайрудинов И.Р., Тихонов А.А., Теляшев Э.Г. Проектирование и освоение установки висбрекинга на НПЗ ОАО «ТАНЕКО» // Экспозиция нефть газ.- 2014.- №1(33).- С.17-18.
26. Патент №2402593 Трубчатая печь /Хайрудинов И.Р., Ягудин М.Н., Таушев В.В., Хайрудинова Г.И., Теляшев Э.Г. // Б.И.- 2010.- №30.
27. Нефтегазовый журнал «Инфо-ТЭК».- 2013. — №1.- С.72-76.
28. Патент №2372378 РФ Реактор для жидкофаз-ного термического крекинга / Теляшев Э.Г., Мингараев С.С., Хайрудинов И.Р., Хайруди-нова Г.И., Теляшев Г.Г., Ягудин М.Н., Тихонов А.А. // Б.И.- 2009.- №31.
29. Патент №2370521 РФ Реактор для жидкофаз-ного термического крекинга / Тихонов А.А., Мингараев С.С., Хайрудинов И.Р., Хайрудинова Г.И., Теляшев Г.Г. // Б.И.- 2009.- №29.
19. Ol'gin A.A. Reaktor dlya zhidkofaznogo termicheskogo krekinga [Reactor for liquidphase thermal cracking]. Patent RF, no. 2345121, 2009.
20. Khayrudinov I.R., Sitnikov S.A., Mingaraev S.S., Gaskarov N.S., Khairullin R.N., Rudnev A.P., Imashev U.B. Reaktor dlya zhidkofaznogo termicheskogo krekinga [Reactor for liquid-phase thermal cracking]. Patent RF, no. 2137804, 2004.
21. Khayrudinov I.R., Izmailov R.B., Istomin N.N., Zhirnov B.S., Khafizov N.S., Batullin M.G., Anikeev I.K., Rakhimov Kh.Kh., Gaskarov N.S., Kamalov G.G., Imashev U.B. Sposob zhidkofaz-nogo termicheskogo krekinga i reaktor dlia ego osushchestvleniya [Method of liquid-phase thermal cracking and reactor for its implementation]. Patent RF, no. 2145625, 2003.
22. Basin M.B., Vainora B.Iu., Gimbutas A.A., Baril'chuk M.V., Bednov B.V., Sivtsov S.A., Ran'ko P.T. Reaktor dlya osushchestvleniya termicheskogo krekinga [The reactor for the implementation of thermal cracking]. Patent RF, no. 2021995, 2004.
23. Kurochkin A.V. Reaktor termicheskoi konversii [The thermal conversion reactor]. Patent RF, no. 2488626, 2013.
24. Khayrudinov I.R., Tikhonov A.A., Taushev V.V., Telyashev E.G. [Modern state and prospects of development of heat treatment processes of oil processing]. Neftepererabotka-2015: Mezhdu-narodnaya nauchno-prakticheskaya konferen-tsiya: Materialy konferentsii [Proc. of International Scientific-Practical Conference «Refining-2015» ]. Ufa, GUP INKhP RB Publ., 2015, pp.192-200.
25. Maganov N.U., Rempel' R.D., Khairudinov I.R., Tikhonov A.A., Telyashev E.G. Proektirovanie i osvoenie ustanovki visbrekinga na NPZ OAO «TANEKO» [Design and development of vis-breaking refinery OAO «TANECO»]. Ekspozitsiya neft' gaz [Exposition Oil Gas], 2014, no.1(33), pp.17-18.
26. Khairudinov I.R., Yagudin M.N., Taushev V.V., Khairudinova G.I., Telyashev E.G. Trubchataya pech' [The tube furnace]. Patent RF, no. 2402593, 2010.
27. Neftegazovyi zhurnal «Info-TEK», 2013, no.1, pp. 72-76.
28. Telyashev E.G., Mingaraev S.S., Khairudinov I.R., Khairudinova G.I., Telyashev G.G., Yagudin M.N., Tikhonov A.A. Reaktor dlya zhidkofaznogo termicheskogo krekinga [Reactor for liquid-phase thermal cracking]. Patent RF, no. 2372378, 2009.
29. Tikhonov A.A., Mingaraev S.S., Khairudinov I.R., Khairudinova G.I., Telyashev G.G. Reaktor dlya zhidkofaznogo termicheskogo krekinga [Reactor for liquid-phase thermal cracking]. Patent RF, no. 2370521, 2009.
