СПОСОБ ВИСБРЕКИНГА ТЯЖЕЛОГО НЕФТЯНОГО ОСТАТКА Российский патент 2006 года по МПК C10G9/14 

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу получения котельного топлива из нефтяных остатков, и может быть использовано для углубления переработки нефти.

Известен способ получения котельного топлива, включающий нагрев тяжелого нефтяного остатка до температуры висбрекинга в змеевиках трубчатой печи, охлаждение продуктов висбрекинга до температуры прекращения реакций коксообразования (400°С) за счет подачи охлаждающего продукта (кулинга) с целью предотвращения отложений кокса в ректификационной колонне, разделение продуктов висбрекинга на газ, бензиновые фракции и остаток (котельное топливо). Регулирование глубины висбрекинга, материального баланса процесса и степени снижения вязкости остатка висбрекинга осуществляется за счет изменения конечной температуры сырья в печи [Варфоломеев Д.Ф., Фрязинов В.В., Валявин Г.Г. Висбрекинг нефтяных остатков. Экспресс-информация. Тематический обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1982, стр.9-11].

Недостатком данного способа является то, что из-за малого времени пребывания сырья в змеевиках печи и для обеспечения необходимой глубины висбрекинга необходимо поддерживать повышенную температуру в змеевиках печи (470-500°С), что приводит к их закоксовыванию и остановке установки на очистку змеевиков от отложений кокса.

Наиболее близким к заявляемому объекту является способ висбрекинга тяжелого нефтяного остатка, заключающийся в том, что нефтяной остаток нагревают в змеевиках трубчатой печи до температуры висбрекинга (450-460°С) и подают в вертикальный цилиндрический адиабатический реактор. За счет достаточно большого объема нагретому сырью в реакторе обеспечивается выдержка и, соответственно, необходимая глубина висбрекинга [Варфоломеев Д.Ф., Фрязинов В.В., Валявин Г.Г. Висбрекинг нефтяных остатков. Экспресс-информация. Тематический обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1982, стр.26-27].

Недостаток данного способа - низкая скорость движения продуктов висбрекинга в реакторе, что приводит к образованию кокса и отложению его на стенках. Со временем весь объем реактора заполняется коксом, и установку останавливают на очистку. Очистка реактора от кокса по сравнению с очисткой трубы является очень трудоемкой процедурой и осуществляется главным образом вручную с помощью отбойных молотков.

Кроме того, из-за хаотичного движения потока сырья в реакторе, что характерно для аппаратов большого диаметра, имеет место неодинаковое время пребывания в реакторе различных порций сырья, что способствует образованию неоднородного по составу потока и снижает эффективность процесса висбрекинга, а также затрудняет возможность регулирования глубины висбрекинга.

Изобретение направлено на снижение скорости отложений в реакторе и упрощение процесса очистки реактора висбрекинга с одновременным повышением эффективности процесса за счет уменьшения продолжительности процесса висбрекинга на заданную глубину.

Это достигается тем, что в способе висбрекинга тяжелого нефтяного остатка, включающем нагрев нефтяного остатка до температуры висбрекинга (450-485°С), выдержку продуктов висбрекинга в адиабатическом реакторе с получением газа, бензиновых фракций и остатка висбрекинга, реактор выполнен трубчатым при отношении длины трубчатого реактора к диаметру более 200.

Кроме того, на входе в реактор подают транспортирующий агент, в качестве которого используют водяной пар или инертный газ.

Способ осуществляют следующим образом.

Нефтяной остаток, например гудрон, нагревают до температуры висбрекинга (450-485°С) в змеевиках печи и направляют в трубчатый реактор, защищенный от теплопотерь в окружающую среду слоем теплоизоляции.

За счет тепла, сообщенного нефтяному остатку в печи, в трубчатом реакторе продолжаются реакции висбрекинга, в результате чего увеличивается глубина висбрекинга. Температура продуктов за счет протекания эндотермических реакций постепенно снижается.

Скорость движения продуктов висбрекинга в турбулентном потоке по причине малого сечения трубчатого реактора достаточно высокая, что значительно снижает скорость отложения кокса на стенках реактора. Вследствие того, что по режиму работы трубчатый реактор представляет собой реактор идеального вытеснения, в нем обеспечивается однородность состава потока в пределах его сечения, что способствует более интенсивному протеканию процесса висбрекинга.

Способ предусматривает подачу в трубчатый реактор транспортирующего агента, например, водяного пара или инертного газа. Изменяя время пребывания продуктов реакции в реакторе путем изменения расхода транспортирующего агента, регулируют глубину висбрекинга.

Очистку образовавшихся на стенках реактора отложений легко осуществить традиционным паровоздушным методом

Предлагаемый способ иллюстрируется примерами.

Пример 1 (по аналогу). Гудрон западно-сибирской нефти при расходе 115000 кг/час был нагрет в трубчатой печи до температуры висбрекинга 485°С и охлажден на выходе из печи до 400°С путем подачи кулинга. Средняя скорость движения продуктов в реакторе составила 30 м/с. Продолжительность непрерывной работы змеевика до остановки на очистку составила 3 месяца. Продолжительность очистки реактора от кокса составила 2 суток. В течение года проведено 4 очистки. Общее время на очистку - 8 суток. Степень снижения вязкости остатка - 13,5.

Пример 2 (по прототипу). Тот же гудрон при том же расходе был нагрет в трубчатой печи до температуры висбрекинга 450°С и направлен в вертикальный цилиндрический адиабатический реактор. Средняя скорость движения продуктов в реакторе составила 0,2 м/с, продолжительность реакции - 75 с. Продолжительность непрерывной работы установки до остановки на очистку реактора от кокса составила 12 месяцев. В течение года проведена 1 очистка, которая производилась механически при помощи ручных инструментов. Время на очистку - 10 суток. Производительность установки по сравнению с примером 1 снизилась на 27600 т/год. Степень снижения вязкости остатка - 19,2.

Пример 3. Тот же гудрон при том же расходе, что и в примере 1, был нагрет в трубчатой печи до температуры висбрекинга 450°С и направлен в адиабатический трубчатый реактор с внутренним диаметром 402 мм и длиной 150 м, снабженный теплоизоляцией. Средняя скорость движения продуктов в реакторе - 8,0 м/с, продолжительность реакции - 18,8 с. Продолжительность непрерывной работы установки до остановки на очистку реактора от кокса - 12 месяцев. Продолжительность очистки реактора от кокса - 2 суток. В течение года проведена 1 очистка. Увеличение продолжительности работы установки по сравнению с прототипом (примером 2) составляет 8 суток, при этом производительность установки повысилась на 22080 т/год. Степень снижения вязкости остатка - 22,5.

Пример 4. Тот же гудрон при том же расходе, что и в примере 1, был нагрет в трубчатой печи до температуры висбрекинга 450°С и направлен в адиабатический трубчатый реактор с внутренним диаметром 402 мм и длиной 150 м, снабженный теплоизоляцией. На входе в реактор подавался транспортирующий агент (водяной пар) в количестве 1000 кг/ч. Средняя скорость движения продуктов в реакторе - 9,0 м/с, продолжительность реакции - 17,1 с. Продолжительность непрерывной работы установки до остановки на очистку реактора от кокса - 12 месяцев. Продолжительность очистки реактора от кокса - 2 суток. В течение года проведена 1 очистка. Увеличение продолжительности работы установки по сравнению с прототипом (примером 2) составляет 8 суток, производительность установки повысилась на 22080 т/год. Степень снижения вязкости остатка - 19,2.

Пример 5. Тот же гудрон при том же расходе, что и в примере 1, был нагрет при тех же условиях и направлен в тот же реактор, что и в примере 3. В трубчатый реактор подавался водяной пар в качестве транспортирующего агента, расход которого составил 5000 кг/ч. При этом средняя скорость движения продуктов в реакторе составила 14,0 м/с, продолжительность реакции - 10,9 с. Продолжительность непрерывной работы установки до остановки на очистку реактора от кокса - 12 месяцев. Продолжительность очистки реактора от кокса - 2 суток. В течение года проведена 1 очистка. Увеличение продолжительности работы установки по сравнению с прототипом (примером 2) составляет 8 суток, повышение производительности установки - 22080 т/год. Степень снижения вязкости остатка - 16,9.

Пример 6. Тот же гудрон при том же расходе, что и в примере 1, был нагрет при тех же условиях и направлен в адиабатический трубчатый реактор длиной 200 м. Расход водяного пара - 1000 кг/ч. Средняя скорость движения продуктов в реакторе - 10,0 м/с, продолжительность реакции - 20,0 с. Продолжительность непрерывной работы установки до остановки на очистку реактора от кокса - 12 месяцев. Продолжительность очистки реактора от кокса - 2 суток. В течение года проведена 1 очистка. Увеличение продолжительности работы установки по сравнению с прототипом (примером 2) составило 8 суток, производительность установки повысилась на 22080 т/год. Степень снижения вязкости остатка - 16,9.

Данные по примерам 1-6 сведены в таблицу.

Как видно из примеров, предлагаемый способ висбрекинга по сравнению с прототипом обеспечивает увеличение скорости потока (на выходе из реактора скорость потока составляет 8,0-14,0 м/с, в то время как в прототипе - 30 м/с), что позволит снизить скорость отложения кокса на стенках реактора. Кроме того, время, затрачиваемое на очистку трубчатого реактора, составляет 2 суток, что значительно меньше времени, которое необходимо для очистки вертикального цилиндрического реактора по прототипу (10 суток), что стало возможным за счет упрощения процесса очистки (Очистка трубчатого реактора произведена традиционным паровоздушным методом, в то время как в способе по прототипу приходилось очищать реактор механически). При этом производительность процесса висбрекинга увеличилась ˜ на 22000 тыс.т.

Из примеров видно, что предлагаемый процесс висбрекинга вследствие обеспечения однородности потока в пределах сечения трубчатого реактора протекает более интенсивно, благодаря чему необходимая глубина висбрекинга достигается за меньшее время: в способе по прототипу (пример №2) продолжительность реакции в реакторе составляет 75 сек, а в предлагаемом способе - от 11 до 20 сек. При этом получается близкий с прототипом материальный баланс. О последнем также свидетельствует и коэффициент снижения вязкости (14 по прототипу и 12-16 по предлагаемому способу). Степень снижения вязкости является одним из основных показателей эффективности процесса висбрекинга и определяется отношением вязкости исходного сырья и остатка висбрекинга. Чем выше этот показатель, тем эффективнее процесс. Однако стремление к достижению как можно больших значений показателя снижения вязкости приводит к негативным последствиям, в частности, к закоксовыванию аппаратов, снижению межремонтных пробегов, увеличению продолжительности операций очистки.

Кроме того, в предлагаемом способе обеспечивается заданная глубина висбрекинга за счет изменения времени пребывания продуктов реакции в реакторе регулированием расхода транспортирующего агента (примеры 4-5).

Таблица
Основные конструктивные и технологические показатели процессов висбрекинга№ п/пНаименование показателейПримеры №1 аналог (без реактора)2 прототип3 предлаг. сп.4 предлаг. сп.5 предлаг. сп.6 предлаг. сп.1Диаметр реактора, мм-18104024024024022Длина реактора, м-151501501502003Отношение длины реактора к диаметру-8,33733733734984Реакционный объем реактора, м³-38191919255Расход сырья, кг/ч1150001150001150001150001150001150006Расход транспортирующего агента (водяной пар), кг/ч1000001000500010007Температура на выходе из змеевика печи и на входе в реактор, °С4854504504504504508Скорость потока на выходе, м/с300,28,09,01410,09Продолжительность реакции в реакторе, с-7519171120,010Выход продуктов, % мас.:
- газ
- бензин (нк-180°С)
- остаток (котельное топливо) 
3,5
5,2
91,3 
3,9
5,8
90,3 
4,0
5,9
90,1 
3,8
5,5
90,7 
3,2
4,7
92,3 
4,0
5,9
90,111Продолжительность непрерывной работы до остановки на очистку, месяц3121212121212Продолжительность одной остановки на очистку, сут.210222213Количество остановок на очистку, ост./год41111114Общая продолжительность остановок на очистку, сут./год810222215Увеличение продолжительности работы реактора висбрекинга по сравнению с прототипом, сут./год20888816Увеличение производительности реактора висбрекинга по сравнению с прототипом (пример 2), тыс.т552002208022080220802208017Вязкость исходного гудрона при 80°С (°E₈₀ ^гудр)27027027027027027018Вязкость остатка висбрекинга при 80°С (°E₈₀ ^ост)20141214161219Степень снижения вязкости, °Е₈₀  ^гудр/°Е₈₀ ^ост13,519,222,519,216,922,5

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к способу получения котельного топлива из нефтяных остатков, и может быть использовано для углубления переработки нефти. Способ включает нагрев тяжелого нефтяного остатка до температуры висбрекинга, выдержку продуктов висбрекинга в адиабатическом трубчатом реакторе с получением газа, бензиновых фракций и остатка висбрекинга, при этом отношение длины трубчатого реактора к диаметру составляет более 200. Для регулирования глубины процесса и степени снижения вязкости остатка висбрекинга в реактор подается транспортирующий агент, в качестве которого используют водяной пар или инертный газ. Использование способа позволит снизить скорость образования отложений кокса в реакторе, упростить очистку стенок реактора, а также обеспечит возможность регулирования глубины висбрекинга. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ висбрекинга тяжелого нефтяного остатка, включающий нагрев тяжелого нефтяного остатка до температуры висбрекинга, выдержку продуктов висбрекинга в адиабатическом реакторе с получением газа, бензиновых фракций и остатка висбрекинга, отличающийся тем, что реактор выполнен трубчатым при отношении длины трубчатого реактора к диаметру более 200.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на входе в реактор подают транспортирующий агент, в качестве которого используют водяной пар или инертный газ.