Термоокислительный крекинг тяжелых нефтяных остатков Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

_Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 7_

УДК 665.63-404

А.В. Горбунов, А.И. Луганский, Н.С. Ушин

Российский Химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9

e-mail: [email protected]

ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНЫЙ КРЕКИНГ ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ

Аннотация

Термоокислительный крекинг универсальный способ переработки тяжелых нефтяных остатков таких как: мазут, полугудроны, гудрон и др. в светлые фракции (бензины, керосины и т.д.) и битумы различных марок (строительный, кровельный и др.). Помимо этого при работе установки в режиме не глубокой переработки можно получать котельное топливо различных марок, что особенно актуально в России в зимний период, когда битумы не находят целевого применения. Выход светлых фракций может достигать 50-70% масс. в зависимости от сырья.

Ключевые слова: инициированный крекинг; мазут; тяжелые нефтяные остатки; дизельное топливо; бензин; проточный реактор; моторное топливо.

Количество добываемой и перерабатываемой нефти в мире ежегодно растет. Так в мае 2015 года Российская Федерация вышла на первое место по добыче нефти в мире с показателем в 10,708 млн. баррелей в день. Однако переработка нефти в России значительно отстает от лидирующих показателей. Так средняя глубина переработки нефти (ГПН) составляет около 72%, в то время как в странах с высокоразвитой нефтепереработкой ГПН составляет 90-95%.

Одновременно с этим введение в строй используемых в высокоразвитых странах технологий,

позволяющих значительно повысить ГПН (таких как: гидрокрекинг, процесс Юрека и др.) невозможно ввиду трудной геополитической обстановки и значительных материальных и энергетических затрат. Ввиду этого актуальным вопросом является разработка новой технологии переработки тяжелых нефтяных остатков, позволяющая без значительных капиталовложений и энергозатрат модернизировать существующие ныне установки.

Установка ТОК изображена на рисунке 1.

Пр2

Рис. 1. Установка термоокислительного крекинга

Исходное сырье - тяжелый нефтяной остаток (были использованы мазуты с различных нефтяных месторождений и установок, гудроны, вакуумные

газойли и т.д.) хранится в обогреваемой электрическим обогревателем емкости Е1, откуда оно подается плунжерным дозирующим насосом (НДП) в

печь для подогрева сырья П1. Уровень в емкости определяется по положению поплавка и выводится на индикаторное табло. Температура сырья в емкости поддерживается в интервале 60-120°С. Рабочая часть НДП, соединительные трубопроводы между исходной емкостью и реактором а так же кран Кш1 обогреваются электрическими нагревателями во избежание застывания сырья на данных участках. Интервал температур выбран исходя из температуры размягчения сырья, но с учетом температуры вспышки и может варьироваться для различного сырья. Шаровой кран Кш1 предназначен для слива сырья из установки, вентиль Вт3 является предохранительным и предназначен для аварийного сброса давления на линии нагнетания насоса. Давление на данном участке определяется по манометру, значение выводится на индикаторное табло и в компьютер.

В печи П1 исходное сырье нагревается до температуры процесса (430-450°С). Во избежание местных перегревов на стенках и коксования сырье перемешивается лопастной мешалкой, при помощи электропривода Эд2 мощностью 3 кВт. Далее нагретое сырье сразу подается в реактор Р, где протекает процесс термоокислительного крекинга. Реактор снабжен электрообогревом. С помощью которого нагревается до температуры реакции 430-450°С (для избежания потерь тепла через стенку). Давление и уровень жидкой фазы регулируется в реакторе с помощью двух вентилей Вт2 и Кл1 по положению поплавка и показаниям манометра. Отводящаяся из реактора жидкая фаза (остаток крекинга) поступает в теплообменник Т1, где охлаждается до температуры 100-150°С за счет кипения внутри теплообменника жидкости (воды) и поступает в приемник Пр 1.

В нижней части реактора предусмотрено барботирующее устройство для подачи газа. Оно представляет из себя кольцо с отверстиями в нижней части кольца диаметром 0,7 мм каждое (если того требует опыт, то возможна замена на кольцо с диаметром 0,5 мм каждое). Во время нагрева установки и выхода на рабочий режим в установку подается из баллона азот. После установления рабочего режима происходит переключение с помощью шарового крана Кшт2 и по линии газа из баллона в реактор поступает воздух. Количество дозируемого воздуха и азота определяется по ротаметрам и регулируется с помощью вентилей Вт4 - Вт7 и должно быть одинаковым в опыте. Непосредственно перед подачей газов в реактор на линии газа установлена печь газа П2. Температура газа на выходе из печи газа поддерживается за счет электрообогрева и составляет 430-470°С в зависимости от требований опыта, давление на линии нагнетании газа контролируется манометром.

После сброса избыточного давления в реакторе автоматическим регулировочным вентилем Кл1 отходящая смесь поступает в конденсатор К2 (где конденсируется) а затем в холодильник Т2, где происходит конденсирование и охлаждение смеси до температуры окружающей среды. После охлаждения

происходит разделение в сепараторе на жидкую и газообразную фракции. Газовая фракция (в основном азот и газы крекинга) проходя через газовые часы выбрасывается в атмосферу. Жидкая фракция продуктов теркоокислительного крекинга поступает в приемник Пр2. Также в верхней части реактора предусмотрен предохранительный вентиль Вт2. В случае резкого повышения давления в реакторе открывается вентиль Вт2 и пары продуктов поступают в конденсатор К2 минуя автоматический регулировочный вентиль.

Таблица 1. Свойства сырья - прямогонного мазута

Рязанского НПЗ.

Наименование показателя Значение показателя

Массовая доля серы, % масс. 2,55

Температура вспышки в открытом тигле, °С 118

Плотность при 20°С, кг/м3 946

Фракционный состав, °С:

н.к. 214,6

5% 314,7

10% 351,5

Выход до 350°С, %об. 9,8

Выход до 360°С, %об. 11,1

Вязкость условная при 100°С, °ВУ 3,3

Вязкость кинематическая при 100°С, мм2/с 22,2

Таблица 2. Оптимальные условия проведения термоокислительного крекинга прямогонного мазута

Рязанского НПЗ.

Параметр Значение

Температура в реакторе, 0С 440

Давление в реакторе, ати 5

Время пребывания сырья в реакторе, мин. 25

Количество воздуха на сырье, % масс. 6

Таблица 3. Материальный баланс термоокислительного _крекинга мазута Рязанского НПЗ.

№ Наименование потока Выход продукции % масс

1 ВЗЯТО:

1.1 Мазут 98,5

1.2. Воздух, в т. ч. 5,9

Азот 4,4

Кислород 1,5

Итого: 104,4

2 ПОЛУЧЕНО:

2.1. Инертный газ 4,4

2.2. Газ углеводородный 3,6

2.3. Вода 0,2

2.4. Фракция <3600С, в т.ч. 51,6

Фракция <1800С 9,4

Фракция 1800С - 3600С 42,2

2.5. Фракция >3600С 44,6

Итого: 104,4

На основании полученных данным можно смело утверждать, что термоокислительный крекинг является перспективным способом переработки тяжелых нефтяных остатков, не уступающий по

основным показателям современным зарубежным аналогам.

Исследования проводились при финансовой

поддержке Минобрнауки по проекту

КРМБР157714Х0107. "

Горбунов Андрей Викторович ведущий инженер деканата ХФТ факультета РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва

Луганский Артур Игоревич ведущий инженер кафедры ТООиНХС РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва Ушин Николай Сергеевич инженер кафедры ТООиНХС РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва

Литература

1. http://www.bloomberg.com/news/articles/2015-06-02/russia-near-record-output-adds-to-global-glut-before-opec-meets

2. Швец В.Ф., Сучков Ю.П., Козловский Р.А., Луганский Л.И., Горбунов А.В. Термоокислительный крекинг мазута. Исследование процесса в проточном реакторе // Химическая промышленность сегодня - 2013 - № 10. - С.19-25

2. Бех Н.И., Луганский А.И., Мороз И.В., Ермаков А.Н. Технология переработки тяжелых нефтяных остатков без применения водорода // Химическая техника - 2010 - № 3 - С. 34-37.

3. Демьянов С. В., Гольдберг Ю. М., Швец В.Ф., Ермаков А.Н., Луганский А.И., Ханикян В.Л., Козловский Р.А., Корнеев И.С. Способ термоокислительного крекинга тяжелых нефтяных остатков // Патент России №2458967 от 20.08.2012.

Gorbunov Andrei Viktorovich, Luganskiy Artur Igorevich, Ushin Nikolai Sergeevich

D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. e-mail: [email protected]

THERMOOXIDATIVE CRACKING OF HEAVY OIL RESIDUES

Abstract

Thermooxidative cracking is a universal method how to conversion heavy oil residues, such as fuel oil, half-tar, tar etc. into light fractions (gasoline, petrol etc.) and different kinds of bitumen. Also when the plant operates in a deep processing mode, it is possible to gain different kinds of fuel oil. That would be useful for Russia in winter, because bitumen is not used there at that period of time. The yield of light fractions may be up to 50-70% by weight depending on the raw feedstock.

Key words: initiated cracking; fuel oil; heavy oil residues; diesel fuel; gasoline; flow reactor; petrol.