СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ Российский патент 2000 года по МПК C10G15/12 

Изобретение применимо в нефтехимической и химической промышленности, конкретно в технологии переработки нефти, тяжелых нефтяных остатков, а также газовых конденсатов и природного газа.

Известны классические способы термокаталитической переработки нефти и нефтяных фракций (Справочник нефтехимика. Т. 1. /Ред. Огородников С.К. - Л.: Химия, 1978. - стр. 54.), в которых осуществляют:
- атмосферную перегонку нефти с получением бензиновой, керосиновой, дизельной фракций и мазута;
- вакуумную перегонку мазута с получением вакуумного газойля или масленных дистиллятов;
- каталитический крекинг вакуумного газойля с получением бензина;
- гидрокрекинг дизельной фракции с очисткой от сероводорода;
- каталитический риформинг бензиновых фракций с получением высокооктанового бензина;
- термический пиролиз сжиженных газов (этановой, пропановой и бутановой фракций) и низкооктанового бензина с получением этилена, пропилена и ацетилена.

К недостаткам упомянутых классических схем можно отнести низкую глубину переработки нефти и нефтяных фракций в моторное топливо (не более 65%) и в непредельные углеводороды (не более 45% от массы сырья). В частности, термический пиролиз имеет следующие недостатки:
- большую зависимость от качественного состава сырья;
- многостадийность и разветвленность процессов приводит к снижению управляемости и качества, а также увеличению потерь;
- образуются значительное количество смол, причем с утяжелением сырья, например, при переходе от этановой к дизельной фракциям, выход смол увеличивается в 2 раза;
- переход на высококипящие фракции (керосиновые и дизельные) связан со снижением выхода этилена и усилением закоксованности змеевиков печи.

В последнее время все большую известность приобретают плазмохимические способы переработки углеводородного сырья. Известен, например, способ получения ацетилена и этилена из углеводородного сырья с использованием плазмохимических реакций (Крапивина С.А. Плазмохимические технологические процессы. - Л.: Химия, 1981. - Стр. 182).

По этому способу газообразные и/или жидкие углеводороды последовательно подвергают плазмохимическому пиролизу в плазмообразующем газе (техническом водороде или смеси водорода с метаном), очищают пирогаз от сажи и смол, проводят компремирование и осушение пирогаза и, наконец, отделяют последний от углеводородов вида C₃, C₄ и выше (гомологов ацетилена).

Плазмохимические способы обеспечивают более высокую степень переработки (конверсия сырья составляет 96...98% массы), увеличивают глубину переработки в непредельные углеводороды (более 75%), позволяют использовать в качестве сырья тяжелые нефтяные фракции (керосиновую и дизельную), а также сокращают количество стадий и уменьшают разветвленность химических процессов.

Известен способ (пат. ГДР N 270315 МКИ⁴ C 10 G 15/12 опубл. 26.07.89 г. ), при котором в плазмообразующий газ (водород) периодически кратковременно вводят кислородсодержащий инородный плазменный носитель. Введение такого носителя позволяет лишь устранить образование смол (пиролизного кокса) без увеличения выхода конечного продукта.

Увеличение выхода конечного продукта возможно при совмещении плазмохимического и каталитического процессов пиролиза. Так, по известному способу (Худяков Г.Н. и др. Влияние активизирующих добавок на плазмохимический процесс образования ацетилена из природного газа. /II Всесоюзный симпозиум по плазмохимии. - Тезисы докладов. - Рига: Зинатне, 1975. - С. 243-246., прототип) подают из питателя в плазменный поток водорода активизирующую добавку (порошок K₂CO₃), перемешивают поток со струями природного газа и осуществляют реакцию пиролиза, а затем охлаждают продукты реакции. Описанный способ позволяет несколько увеличить выход конечного продукта, но не дает возможность полно использовать активизирующие добавки, т.к. после введения добавки смесь плазменного потока с природным газом недостаточно однородна. Таким образом снижается интенсивность процессов плазмохимического пиролиза, увеличиваются удельные затраты электроэнергии и увеличивается расход добавок.

Целью изобретения является интенсификация процессов плазмохимического пиролиза нефти и тяжелых нефтяных остатков, переход к замкнутой системе комплексной переработки сырья, а также увеличение выхода конечного продукта.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе переработки сырья, включающем плазмохимический пиролиз в присутствии катализатора, закалку продуктов пиролиза и их разделение продуктов пиролиза, используют мелкодисперсный катализатор, который независимо от фазового состояния (твердого, жидкого или газообразного) предварительно гомогенно диспергируют с сырьем, а затем полученную смесь подвергают плазмохимическому пиролизу. При этом масса катализатора составляет, предпочтительно 1-5% массы сырья. Кроме того, использованный катализатор после разделения продуктов пиролиза регенерируют и возвращают на стадию пиролиза.

Учитывая, что плазмохимический процесс осуществляется при высокой температуре и сверхвысокой скорости (10^-5...10^-4 с) присутствие мелкодисперсного с развитой поверхностью катализатора, гомогенно диспергированного в сырье, повышает степень конверсии сырья, уменьшает удельные затраты электроэнергии, что в конечном итоге интенсифицируют процесс плазмохимического пиролиза нефти и нефтяных остатков.

Процесс осуществления предлагаемого способа переработки нефти и нефтяных остатков (фиг. 1. ) состоит из стадии подготовки сырья и катализатора, при котором сырье 1 смешивают с мелкодисперсионным катализатором 2, гомогенезируют смесь и направляют на следующую стадию, где гомогенизированную смесь 3 подвергают плазмохимическому пиролизу с получением продуктов пиролиза 4, которые направляют на стадию разделения. При разделении продуктов пиролиза катализатор 5 регенерируют и возвращают на стадию подготовки сырья, а технический углерод 6 собирают для дальнейшего использования. Пироконденсат 7 разделяют на непредельные углеводороды 8 C₂-C₄, бензиновую 9 и метановодородную фракции 10, возвращая последнюю на стадию плазмохимического пиролиза.

Для оценки промышленной применимости способа переработки нефти и нефтяных остатков проведена экспериментальная проверка технологии переработки, схема которой представлена на фиг. 2.

На схеме обозначены: сырье 1, катализатор 2, гомогенизированная смесь катализатора и сырья 3, продукты пиролиза 4, регенерированный катализатор 5, технический углерод 6, пироконденсат 7, непредельные углеводороды C₂-C₄ 8, бензиновая 9 и метановодородная фракции 10, емкость с мешалкой 11, дозатор 12, гомогенизатор 13, дозировочный насос 14, реактор плазмохимического пиролиза 15, водород 16, закалочное устройство 17, фильтр 18 для разделения технического углерода 6 и регенерированного катализатора 5, холодильник 19, сепаратор 20.

По представленной технологии сырье 1 подают в емкость с мешалкой 11, а с помощью дозировочного насоса 12 подают пылевидный, каплеобразный или в виде тумана катализатор 2. При этом катализатор 2 перемешивают с сырьем, одновременно гомогенизируя суспензию специальным гомогенизатором 13, который работает по наружному контуру "емкость 11 - гомогенизатор 13 - емкость 11" в течение не менее одного часа. Затем гомогенизированную смесь катализатора с сырьем 3 с помощью дозировочного насоса 14 направляют в реактор плазмохимического пиролиза 15, куда подают и плазмообразующий газ - водород 16. В реакторе 15 за счет воздействия плазменной струи и катализатора осуществляют деструкцию углеводородов, входящих в состав сырья. Затем продукты пиролиза 4 направляют в закалочное устройство 17, выполненное в виде теплообменника. Далее продукты пиролиза 4 направляют в фильтр 18, где отделяют пироконденсат 7 от технического углерода 6 и катализатора. Причем регенерированный катализатор 5 возвращают на стадию подготовки сырья в дозатор 12. Наконец, пироконденсат 7 охлаждают в холодильнике 19 и подают в сепаратор 20, где разделяют на непредельные углеводороды 8, бензиновую 9 и метановодородную 10 фракции, направляя последнюю на стадию плазмохимического пиролиза в реактор 15.

В ходе проведения экспериментальных проверок изменялись сырье (нефть и мазут) и концентрация катализатора. Мощность плазмотрона при переработке нефти составляла 13 кВт, а при переработке мазута - 12,4 кВт. Результаты проверок приведены в табл. 1. Такие же проверки проводились и на других видах катализаторов.

Из результатов следует, что:
- совместное использование плазмохимического и плазмокаталитического методов позволяет по сравнению с термическим пиролизом увеличить выход непредельных углеводородов почти в два раза;
- использование мелкодисперсных катализаторов гомогенно диспергированных с сырьем снижает расход электроэнергии примерно в 1,9 раза;
- увеличение концентрации предварительно подготовленного катализатора в исходном сырье снижает расход электроэнергии при сохранении высокой степени выхода суммы непредельных углеводородов C₂-C₄.

Приведенная технологическая схема не исчерпывает варианты его использования с применением описанной совокупности существенных признаков изобретения. В настоящее время способ переработки нефти и нефтяных остатков готовится к промышленному применению.

Изобретение применяется в нефтехимической и химической отраслях промышленности при переработке нефти, тяжелых нефтяных остатков, а также газовых конденсатов и природного газа. Способ осуществляют в присутствии мелкодисперсного катализатора, который предварительно гомогенно диспергируют с сырьем. При этом масса катализатора составляет 1-5% массы сырья. Использованный катализатор регенерируют и возвращают на стадию пиролиза. Способ обеспечивает высокую глубину переработки нефти и ее фракций при уменьшенных затратах электроэнергии. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ переработки нефти и нефтяных остатков, включающий плазмохимический пиролиз в присутствии катализатора, закалку и разделение продуктов пиролиза, отличающийся тем, что используют катализатор, гомогенно диспергированный в сырье. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что катализатор составляет 1 - 5% массы сырья. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что катализатор регенерируют и возвращают на стадию пиролиза.