Разработка технологии легкого гидропиролиза высоковязкой высокосернистой нефти мощностью 100 тысяч тонн в год Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Г. Г. Гарифзянова

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЛЕГКОГО ГИДРОПИРОЛИЗА ВЫСОКОВЯЗКОЙ ВЫСОКОСЕРНИСТОЙ НЕФТИ МОЩНОСТЬЮ 1GG ТЫСЯЧ ТОНН В ГОД

Предложена промышленная технология легкого гидропиролиза ВВН для мини-НПЗ , где в качестве катализатора использован техуглерод, содержащий никель и ванадий, а в качестве гидрирующий агента - метановодородная смесь.

Новые жесткие ограничения выбросов вызывают радикальные перемены в структуре спроса на производимые нефтепродукты. В то же время возрастает использование тяжелых нефтей с повышенным содержанием высококипящих остаточных фракций, серы и металлов [І].

В настоящее время особое значение приобретают малозатратные новые технологии, позволяющие эффективно использовать сырье в нефтепереработке и предусматривающие снижение энерго- и материалоемкости выпускаемой продукции, повышение качества моторных топлив (МТ), удовлетворяющих экологическим требованиям евро - стандартов.

В этой статье изложена разработанная на основе лабораторных исследований, новая технология легкого гидропиролиза высоковязкой высокосернистой нефти (ВВН) мощностью 1GG тыс.т в год, удовлетворяющая современным требованиям. Легкий каталитический гидропиролиз предлагается осуществить за счет смешения ВВН с водородсодержащим газом (ВСГ) и ввода катализатора в виде суспензии с последующим подогревом сырья в печи с вертикальными трубами и выдерживания требуемого времени пребывания сырья в реакторе в восходящем полусквозном потоке. В качестве катализатора используются соединения ванадия и никеля, имеющиеся в техуглероде, полученном при пиролизе тяжелой фракции нефти в водородной плазме. На этот способ переработки нефти получен патент [2].

В тяжелой нефтяной фракции концентрируются металлы ванадия и никеля, которые при плазмохимическом пиролизе переходят в углеродистый остаток - техуглерод. ВВН предварительно насыщается водородом для проведения гидрирования гетероатомных соединений, находящихся в составе смол и асфальтенов. Под воздействием водорода, температуры и катализатора происходит деструкция макромолекул полициклических углеводородов смол и асфальтенов с получением соединений с меньшей молекулярной массой. Схема установки двухступенчатого легкого гидропиролиза ВВН представлена на рис. 1.

Нефть из сырьевой емкости E1011, оборудованной мешалкой и обогреваемой горячей водой, насосом Н1021 подается через теплообменники Т108-І, Т1082 , где подогревается до температуры ^G^ за счет тепла нефтепродуктов, в печь П1031. После печи П1031 парожидкостная смесь с температурой 360оС и давлением P=2,G МПа поступает в реактор Р106, где происходит ее частичное расщепление. 2G% тяжелой фракции нефти подвергается рециркуляции из реактора Р106 через переливную линию в емкость Е1012 и насосом Н1022 под давлением 3,G МПа циркулируется через печь П1032, где подогревается до температуры 450оС и поступает в реактор Р106.

Тяжелая фракция перед печью П1032 смешивается с водородсодержащим газом. Давление реакционной массы перед реактором Р106 уменьшается до 2,G МПа. Горячая газопаровая смесь с верха реактора через холодильник Т1082 поступает в горячий сепаратор высокого давления С107. Газопаровая смесь перед сепаратором охлаждается до Т=360оС.

Рис. 1 - Технологическая схема установки легкого гидропиролиза ВВН

В сепараторе С107 происходит отделение горячих газов и паров от жидкой фазы. Жидкая тяжелая фракция нефти из нижней части сепаратора направляется в реактор плазмохимического пиролиза. Горячие газы с верха сепаратора с Т=360оС подвергаются охлаждению в теплообменниках Т108і, Т109, Т110. В теплообменнике Т108і за счет тепла горячих газов происходит нагрев нефти. В теплообменнике Т109 происходит нагрев водородсодержащего газа, поступающего под давлением со стадии газоразделения. Нагретый водородсодержащий газ направляется на смешение с нефтью и тяжелой фракцией перед печами П 103-1,2. Газожидкостная смесь поступает в сепаратор С111 высокого давления, где происходит отделение газов от жидкой фазы. Г азы направляются на стадию газоочистки от Н2Э. Жидкая фаза из нижней части сепаратора С111 под давлением подается на узел каталитического синтеза моторных топлив. В поток сырья перед трубчатой печью П1031 подается каталитическая суспензия, которая готовится в емкости Е104 с помощью мешалки и гомогенизатора РПА (роторно-пульсационного аппарата) из мелкофракционного (размеры < 70 мн) катализатора и нефти. Катализатор в емкость Е104 подается из бункера 112 дозатором 113. Концентрация катализатора в нефти 2-3% мас.

Характеристика исходного сырья - нефти:

1. Плотность при 20оС, г/см3 0,902

2. Кинематическая вязкость, мн3/сек при 20оС 88,98

3. Содержание ароматических углеводородов, % мас. 51,0

4. Содержание парафиновых и нафтеновых углеводородов, % мас. 49,0

5. Фракционный состав, % мас.:

н.к. 30

выход при Т до 350 оС 35

выход при Т до 500 оС 60

6. Элементарный состав, %мас.:

С - 85,10; Н - 11,14; N - 0,08; V - 0,04; N - 0,04; Э - 3,6.

Основные показатели процесса гидропиролиза приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-химические параметры процесса

Наименование Т ермодинамическая характеристика Параметры процесса

Процесс протекает в присутствии водорода, катализатора при высокой температуре и давлении. В реакторе протекают следующие реакции: - крекинг высокомолекулярных углеводородов с получением низкомолекулярных углеводородов; - гидрокрекинг смол; - идрокрекинг асфальтенов с получением низкотемпературных ароматических углеводородов; - гидрообессривание сырья; - разложение металлопорфиринов с образованием сульфидов металлов и углеводородов Процесс эндотермический. Суммарный тепловой эффект 100 ккал/кг сырья. Температура 360-450оС; давление 2,0 МПа; объемная скорость подачи сырья 1 ч-1; катализатор мелкодисперсный 13% мас. к сырью. Соотношение ВСГ: сырье 1:10 кг/кг

Материальные потоки приведены в табл. 2.

72

Таблица 2 - Материальные потоки

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

кг/ч кг/ч кг/ч кг/ч кг/ч кг/ч кг/ч кг/ч кг/ч кг/ч кг/ч кг/ч кг/ч кг/ч

Нефть 12500 10250 2250 10250 10250 2250 12500

ВСГ 1250 1250

Катализатор 250 250 250 250

Катализат 14000

Тяжелая фракция 3750

Легкая фракция 10000

Газы* 2450

Светлые фракции 7550

Итого: 2500 14000

*Состав газов, кг/ч: водородсодержащий газ - 740; фракция С3-С4 - 625; этан - 382; этилен - 350; сероводород - 353.

Расчет параметров сепаратора С107

Сепаратор С107 используется для разделения тяжелой фракции с температурой кипения выше 360оС от легкой фракции. Давление в системе 10 атм. Расход компонента газа Gi=10000 кг/ч; молекулярная масса этих компонентов Mi =238.

Определяем объем газов, проходящих через поперечное сечение сепаратора в единицу времени, по формуле [3]:

.. 00/Д + 273 1 1 Gi

V2 = 22,4--------х —х-----ZY —1 ,

2 273 P 3600 Mi

где T - температура системы, оС; Gi - расход газа, кг/ч; Mi - молекулярная масса всех компонентов; Р - давление в системе; Z - коэффициент сжимаемости.

Из [3] по графику определяем Z=0,5:

w „„„ 360 + 273 1 1 10000 3/

V = 22,4----------х — х------0,5 Y -----= 0,03 м3/с .

2 273 10 3600 238

G 2 8

Расчет плотности газа в условиях сепаратора составит: рГ = —= —’— = 93,33 кг/м3.

V2 0, 03

Для предотвращения уноса капелек нефти вычисляем допустимую скорость движения газового потока в свободном сечении сепаратора по формуле С.Н.Обрядчикова и П.А.Хохрякова:

U2 = 0,0334 , где - рж и рг- плотности жидкости и газа соответственно, кг/м3.

V Рг

Допустимую скорость движения газового потока находим по формуле I 902

U2 = 0,0334 -----@ 0,1 м/с .

2 V 93,33

Необходимое значение диаметра корпуса сепаратора при расчете по газовому потоку составит:

d = гж; =

Д/ 3,14U2 '13,14 х 0,1

Для нормального обеспечения разделения газа и жидкости выбираем большее, чем вычисленное, значение и принимаем D=1,0 м. Полное сечение корпуса при D=1 м составляет: S=0,785х12=0,785 м2

Принимаем, следующие значения параметров сепаратора: D=1,0 м, Н=6,0 м, Р=2,5 МПа и перегородка расположена на расстоянии 0,5 R.

Выводы

1. Легкий гидропиролиз ВВН является одной из основных стадий мини - НПЗ по переработке любой нефти, в том числе ВВН.

2. Разработанная новая технология позволяет получить три фракции: светлую, тяжелую и газы. Газы, содержащие Н2, СН4, С2Н6, С2Н4, H2S, направляются на сероочистку, а светлая фракция Ткк=360оС - на синтез высококачественных моторных топлив.

3. Применение частичной рециркуляции тяжелой фракции нефти, повышение при этом давления в системе циркуляции до 3,0 МПа увеличивает выход МТ и подавляет побочные реакции путем изменения соотношения реагентов в рабочей зоне реактора.

Литература

1. Сомов В.Е., Злотников Л.Е. Нефтепереработка - важная составляющая ТЭК России // Нефтепереработка и нефтехимия. 2003. №1. С.5.

2. Патент №2187536 РФ.

3. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М.: Химия 1973, С.16.

© Г. Г. Гарифзянова - канд. хим. наук, докторант ЦНИТ КГТУ.