СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПЕРЕРАБОТКИ ТЯЖЕЛОГО НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ Российский патент 2014 года по МПК C10G9/00 C10G9/36 

Настоящее изобретение относится к области переработки тяжелого нефтяного сырья, такого как тяжелые и сверхтяжелые нефти, сверхвязкие нефти, природные битумы, нефтяных остатков, таких как остатки атмосферной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки вакуумной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки процесса висбрекинга. Изобретение может быть использовано при переработке нефтяного сырья на нефтеперерабатывающих предприятиях и при облагораживании тяжелого нефтяного сырья в промысловых условиях.

Значительную часть мировых запасов углеводородного сырья составляют тяжелые и сверхтяжелые нефти, сверхвязкие нефти и природные битумы (далее тяжелое нефтяное сырье). В условиях роста мирового потребления углеводородного сырья и на фоне снижения существующих запасов обычной нефти наблюдается увеличение доли тяжелого нефтяного сырья в общем объеме добычи нефти. Добыча, первичная подготовка и транспортировка тяжелого нефтяного сырья заметно сложнее аналогичных процессов по сравнению с обычной нефтью. Высокая плотность и вязкость тяжелого нефтяного сырья делает его подготовку значительно более энергоемкой и капиталоемкой. Независимо от способа транспортировки (трубопроводный транспорт, водный транспорт и т.д.) стоимость транспортировки тяжелого нефтяного сырья существенно выше по сравнению с обычной нефтью. Тяжелое нефтяное сырье, как правило, характеризуется низким содержанием моторных фракций, высоким содержанием серы, металлов и т.д. Такое сырье требует использование более дорогих, с точки зрения эксплуатационных и капитальных затрат, процессов на нефтеперерабатывающих заводах для получения конечных продуктов, соответствующих требованиям рынка. Таким образом, тяжелое нефтяное сырье обладает более низкой по сравнению с обычными нефтями коммерческой стоимостью. По этой причине, многие запасы такого сырья остаются неразработанными.

Другая проблема заключается в том, что с увеличением доли тяжелого нефтяного сырья в общем объеме производства, также увеличивается количество образующихся на нефтеперерабатывающих заводах тяжелых нефтяных остатков. При этом существует мировая тенденция в сторону снижения объемов потребления остаточных котельных топлив и увеличения потребления моторных топлив, в первую очередь дизельного топлива. Для многих нефтеперерабатывающих заводов, особенно российских, ресурсы по увеличению мощности существующих производств, направленных на углубление переработки нефти, исчерпаны.

Это определяет необходимость разработки новых способов переработки тяжелых нефтяных остатков в светлые моторные фракции, желательно работающих без катализаторов и водорода и имеющих низкий порог рентабельной мощности. Отказ от использования катализаторов с одной стороны продиктован их относительно высокой стоимостью, сложностью обращения, эрозией внутренней поверхности рабочих аппаратов, так и тем фактом, что тяжелые нефтяные остатки содержат значительные количества металлов и других примесей, являющихся ядами для катализаторов с другой стороны.

Известен способ переработки тяжелой нефти с целью снижения вязкости, описанный в патенте US 5096566. Способ предполагает раздельный нагрев потока тяжелой нефти и потока газа, смешение горячего газа и горячей нефти под давлением и немедленное пропускание смеси тяжелая нефть/газ через маленькую форсунку или сопло. При этом происходит существенный перепад давления, и эжектированная смесь тяжелой нефти и газа в виде мелких капель нефти уносится высокотурбулентным потоком газа с образованием струи. Эта струя поступает в реакционную камеру, откуда происходит вывод нефти с пониженной вязкостью. Данный способ основан на разрушении дисперсной структуры тяжелой нефти и асфальтеновых агломератов за счет очень больших сдвиговых усилий, образующихся в процессе прохождения смеси через сопло.

Данный способ решает только проблему снижения вязкости тяжелого нефтяного сырья и может быть использован на промыслах для решения вопроса транспортировки тяжелого нефтяного сырья, но не решает задачи переработки тяжелого нефтяного сырья и тяжелых нефтяных остатков с получением более легких продуктов. Также к недостаткам данного способа можно отнести тот факт, что в качестве газа рекомендуется использовать водород, который является дорогим и требующим отдельного производства для его получения.

Также из уровня техники, соответствующего настоящему изобретению, известен процесс висбрекинга с выносной реакционной камерой, описанный в Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа, Уфа: Гилем, 2002 и получивший применение на многих нефтеперерабатывающих заводах. При ректификации нефтяного сырья под вакуумом образуются значительные количества вакуумного остатка. К сожалению, на многих российских нефтеперерабатывающих заводах вакуумные остатки используются в качестве основы для производства остаточных котельных топлив. Вязкость вакуумных остатков значительно превышает значения, регламентируемые требованиями к остаточным топливам. Для снижения вязкости, как правило, используются ценные дистиллятные фракции. Процесс висбрекинга направлен на термическую переработку тяжелых нефтяных остатков с целью снижения их вязкости и расхода ценного разбавителя. Режим процесса предполагает крекинг тяжелых углеводородов, входящих в состав сырья, за исключением асфальтенов, а также боковых углеводородных цепей полициклических соединений. Процесс ведется при температуре 480-500°C и времени реакции 1,5-2 минуты или при более низкой температуре 430-450°C и времени реакции 10-15 минут. Продукты реакции, как правило, фракционируют под вакуумом.

Основным недостатком данного процесса является низкая глубина переработки тяжелого нефтяного сырья при значительном выходе газов разложения (5-6% масс, на сырье). Продукт переработки используется в качестве остаточного топлива.

В патенте RU 2354681 описан способ высокотехнологичного термического крекинга тяжелых нефтяных остатков с повышением глубины переработки сырья и с более высоким выходом светлых дистиллятных фракций, в частности дизельных. Способ термического крекинга тяжелых нефтепродуктов, включает их подачу совместно с активной донорно-водородной добавкой как исходного сырья в зону крекинга и его термообработку. В качестве донорно-водородной добавки предлагается использовать воду в количестве 10-50 мас.%, а исходное сырье предлагается подавать в зону крекинга в виде водно-нефтяной эмульсии под сверхкритическим давлением 22,5-35,0 МПа. Предлагаемая температура термообработки 320-480°C.

Основным недостатком данного способа является проведение термообработки под экстремально высоким давлением. В первую очередь, одновременное воздействие высокой температуры и экстремально высокого давления создает множество сложностей с выбором материального исполнения и аппаратурного оформления. Также необходимо учитывать, что продукты реакции, содержащие легкие углеводороды и находящиеся в условиях ведения процесса, являются источником повышенной опасности.

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа переработки тяжелого нефтяного сырья, такого как тяжелые и сверхтяжелые нефти, сверхвязкие нефти, природные битумы, нефтяных остатков, таких как остатки атмосферной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки вакуумной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки процесса висбрекинга, имеющего высокую эффективность, высокую глубину переработки сырья, низкий уровень газообразования, низкое коксообразование и низкий порог рентабельной мощности.

Задача, положенная в основу настоящего изобретения, решается с помощью способа переработки углеводородного сырья, заключающимся в том, что нагревают перерабатываемое сырье и параллельно готовят перегретый водяной пар, нагретое перерабатываемое сырье и перегретый водяной пар подают в первую реакционную камеру реактора, имеющего две последовательно расположенные и сообщающиеся между собой реакционные камеры, при этом объем первой реакционной камеры меньше объема второй реакционной камеры, и диаметр и объем второй реакционной камеры обеспечивают снижение давления и температуры реакционной смеси, температуру перерабатываемого сырья устанавливают меньше температуры в первой реакционной камере, а температуру водяного пара устанавливают выше температуры в первой реакционной камере, температура и давление перерабатываемого сырья, температура и давление перегретого водяного пара устанавливаются на значения достаточные для осуществления термического крекинга, по меньшей мере, части углеводородного сырья в первой реакционной камере, при этом давление и температуру перерабатываемого сырья, давление и температуру перегретого пара устанавливают с обеспечением давления и температуры во второй реакционной камере, при которых протекание реакций термического крекинга является маловероятным, продукты реакции выводят из второй реакционной камеры реактора.

В соответствии с данным способом достигается низкий уровень газообразования, так как во второй реакционной камере реакция термического крекинга практически прекращается и, соответственно, снижается вероятность образования короткоцепочных углеводородов и твердых остатков, что означает низкое газообразование и низкое коксообразование при высокой степени конверсии сырья.

Для осуществления данного способа используется стандартная аппаратура, а конструкция реактора является простой для промышленного исполнения. Соответственно, для воплощения данного способа требуются низкие затраты, что означает низкий порог рентабельной мощности. Данный способ может быть использован при низкой мощности по сырью, что позволяет его применение даже в промысловых условиях.

При переработке тяжелого углеводородного сырья, такого как тяжелые и сверхтяжелые нефти, сверхвязкие нефти, природные битумы, и нефтяные остатки, таких как остатки атмосферной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки вакуумной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки процесса висбрекинга, достигается максимальная эффективность способа, так как достигается высокая степень переработки сырья, а именно, высокая степень снижения средней молекулярной массы сырья.

Предпочтительно обеспечивают среднее время пребывания реакционной смеси в первой реакционной камере менее 0,1 секунды. В данном случае обеспечивается необходимая степень конверсии сырья при ограничении образования короткоцепочных углеводородов и твердых остатков, соответственно, низкое газообразование и коксообразование.

Также предпочтительно обеспечивают среднее время пребывания реакционной смеси во второй реакционной камере не менее 10 секунд. В данном случае обеспечивается стабилизация продуктов реакции.

Кроме того, согласно данному способу, перерабатываемое сырье до подачи в первую реакционную камеру реактора нагревают до температуры в интервале от на 30°C меньше до на 15°C больше температуры начала термического разложения углеводородного сырья. Это позволяет минимизировать нежелательные процессы газообразования и коксообразования в теплообменной аппаратуре. Кроме того, при данном уровне нагрева сырья, реакция термического крекинга в реакторе проводится с наибольшей эффективностью, так как для начала реакции термического крекинга требуется сообщить сырью сравнительно небольшое количество энергии.

Также, согласно данному способу, готовят водяной пар с температурой от 500°C до 800°C. Такая температура перегретого водяного пара является достаточной для инициирования реакции термического крекинга сырья, нагретого до указанной выше температуры, и не является избыточной, то есть сырью не сообщается избыточное количество энергии, которое может вызвать повышение образования короткоцепочных углеводородов и увеличение энергетических затрат процесса.

Согласно настоящему изобретению, кратность подачи водяного пара к сырью составляет от 0,6 кг водяного пара на 1 кг сырья до 1,5 кг водяного пара на 1 кг сырья. В отношении указанных выше параметров сырья и водяного пара, данное количество пара достаточно для обеспечения необходимой для реакции термического крекинга сырья и дополнительно достаточно для обеспечения функции ингибирования реакции поликонденсации с участием образовавшихся радикалов. При этом данное количество водяного пара не является избыточным и не оказывает заметного отрицательного влияния на целевые реакции.

Кроме того, перед нагревом сырья, в углеводородное сырье может быть добавлена вода в количестве до 15% масс. Это снизит вероятность нежелательного на этапе нагрева термического крекинга углеводородного сырья и снизит образование коксовых отложений на поверхности теплообменных аппаратов.

Также задача, положенная в основу настоящего изобретения, решается с помощью реактора термического крекинга углеводородного сырья, содержащего две последовательно расположенные и сообщающиеся между собой реакционные камеры, при этом объем первой реакционной камеры меньше объема второй реакционной камеры, первая реакционная камера имеет средства подачи сырья и перегретого водяного пара, вторая реакционная камера имеет средство вывода продуктов реакции, диаметр и объем второй реакционной камеры выполнены с возможностью обеспечения снижения давления и температуры реакционной смеси до температуры и давления, при которых протекание реакций термического крекинга является маловероятным.

Применение такого реактора обеспечивает возможность регулирование давления подачи сырья, температуры сырья, давления и температуры перегретого пара с обеспечения давления и температуры во второй реакционной камере, при которых протекание реакций термического крекинга является маловероятным, что на практике означает практически полную и моментальную остановку реакции термического крекинга сырья и, соответственно, возможность обеспечения низкого газообразования и низкого коксообразования при высокой степени конверсии сырья.

Кроме того, конструкция реактора является простой для промышленного исполнения. Соответственно, изготовления данного реактора требуются низкие затраты, что означает низкий порог рентабельной мощности. Данный реактор может быть использован при низкой мощности по сырью, даже в промысловых условиях.

В соответствии с экспериментальными данными, предпочтительно, объем второй реакционной камеры больше объема первой реакционной камеры минимум в пять раз. При такой разнице объемов возможно регулирование параметров процесса с получением стабильных условий в первой и второй реакционных камерах. При меньшей разнице объемов, становиться сложным регулирование параметров процесса с обеспечением протекания реакции термического крекинга в первой реакционной камере и прекращения реакции термического крекинга во второй реакционной камере.

Предпочтительно средства подачи сырья и перегретого водяного пара выполнены с обеспечением приложения сдвиговых усилий в отношении сырья. Сдвиговые усилия в отношении сырья обеспечивают разрушение надмолекулярных структур в составе сырья, например, асфальтеновых агломератов, что обеспечивает вовлечение этих углеводородов в реакции крекинга.

Также реактор термического крекинга может содержать несколько первых реакционных камер, соединенных со второй реакционной камерой, при этом объем второй реакционной камеры больше суммы объемов первых реакционных камер минимум в пять раз. В данном случае увеличивается единичная производительность реактора при сохранении всех его преимуществ.

Предпочтительно первая реакционная камера выполнена с возможностью обеспечения среднего времени пребывания реакционной смеси в первой реакционной камере менее 0,1 секунды.

В данном случае обеспечивается необходимая степень конверсии сырья при ограничении образования короткоцепочных углеводородов и твердых остатков, соответственно, низкое газообразование и коксообразование.

Также предпочтительно вторая реакционная камера выполнена с возможностью обеспечения среднего времени пребывания реакционной смеси во второй реакционной камере не менее 10 секунд. В данном случае обеспечивается стабилизация продуктов реакции.

Также задача, положенная в основу настоящего изобретения, решается с помощью установки переработки тяжелого углеводородного сырья, содержащей средство нагрева тяжелого углеводородного сырья, средство подготовки перегретого водяного пара, реактор термического крекинга углеводородного сырья, систему разделения продуктов реакции и систему рекуперации тепла, при этом реактор термического крекинга углеводородного сырья содержит две последовательно расположенные и сообщающиеся между собой реакционные камеры, объем первой реакционной камеры меньше объема второй реакционной камеры, первая реакционная камера имеет средства подачи сырья и водяного пара, вторая реакционная камера имеет средство вывода продуктов реакции, диаметр и объем второй реакционной камеры обеспечивают изменение давления и температуры реакционной смеси до температуры и давления, при которых протекание реакций термического крекинга является маловероятным, средство нагрева тяжелого углеводородного сырья и средство подготовки водяного пара подключены к первой реакционной камере, и система разделения продуктов реакции и система рекуперации тепла подключены ко второй реакционной камере.

При применении настоящей установки достигается низкий уровень газообразования, так как во второй реакционной камере реакция термического крекинга практически прекращается и, соответственно, снижается вероятность образования короткоцепочных углеводородов и твердых остатков, что означает низкое газообразование и низкое коксообразование при высокой степени конверсии сырья.

В состав данной установки входит стандартная аппаратура, а конструкция реактора является простой для промышленного исполнения. Соответственно, при строительстве и эксплуатации данной установки требуются низкие затраты, что означает низкий порог рентабельной мощности. Данная установка может быть использована при низкой мощности по сырью и даже в промысловых условиях.

В соответствии с экспериментальными данными, предпочтительно, объем второй реакционной камеры больше объема первой реакционной камеры минимум в пять раз. При такой разнице объемов возможно регулирование параметров процесса с получением стабильных условий в первой и второй реакционных камерах. При меньшей разнице объемов, становиться сложным регулирование параметров процесса с обеспечением протекания реакции термического крекинга в первой реакционной камере и прекращения реакции термического крекинга во второй реакционной камере.

Также реактор термического крекинга в составе установки переработки тяжелого углеводородного сырья может содержать несколько первых реакционных камер, соединенных со второй реакционной камерой, при этом объем второй реакционной камеры больше суммы объемов первых реакционных камер минимум в пять раз. В данном случае увеличивается единичная производительность реактора и установки в целом при сохранении всех преимуществ.

Предпочтительно первая реакционная камера выполнена с возможностью обеспечения среднего времени пребывания реакционной смеси в первой реакционной камере менее 0,1 секунды.

В данном случае обеспечивается необходимая степень конверсии сырья при ограничении образования короткоцепочных углеводородов и твердых остатков, соответственно, низкое газообразование и коксообразование.

Также предпочтительно вторая реакционная камера выполнена с возможностью обеспечения среднего времени пребывания реакционной смеси во второй реакционной камере не менее 10 секунд. В данном случае обеспечивается стабилизация продуктов реакции.

При переработке тяжелого углеводородного сырья, такого как тяжелые и сверхтяжелые нефти, сверхвязкие нефти, природные битумы, и нефтяные остатки, таких как остатки атмосферной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки вакуумной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки процесса висбрекинга, достигается максимальная эффективность процесса, так как достигается высокая степень переработки сырья, а именно, высокая степень снижения средней молекулярной массы сырья.

Также задача, положенная в основу настоящего изобретения, решается с помощью способа переработки углеводородного сырья, заключающегося в том, что нагревают перерабатываемое сырье до температуры в интервале от на 30°C меньше до на 15°C больше температуры начала термического разложения углеводородного сырья, параллельно готовят перегретый водяной пар с температурой от 500°C до 800°C, нагретое перерабатываемое сырье и перегретый водяной пар подают в полый реактор, где происходит реакция термического крекинга сырья, выводят продукты реакции из реактора.

В соответствии с указанным способом основная масса сырья после его нагрева находится в предкритическом по отношении к реакции термического крекинга состоянии. В результате при смешении с перегретым водяным паром происходит очень быстрый нагрев сырья до температур, при которых начинаются реакции термического крекинга сырья. На практике можно сказать о том, что происходит практически мгновенная инициализация реакции термического крекинга. При этом благодаря способу подвода энергии, а именно подводу энергии путем смешения потоков сырья и перегретого пара, инициализация реакции происходит в отношении всего объема сырья в один момент времени.

Таким образом исключается чрезмерный перегрев части сырья и наличие недостаточно нагретой части сырья, как в случае в висбрекингом или другими известными способами крекинга, основанных на передаче тепловой энергии через поверхность теплообмена, например, стенки трубок. Часть сырья, которая ближе к стенке, получает больше энергии, чем часть сырья, расположенная в центре трубки. Кроме того, в случае передачи энергии через поверхность теплообмена, из-за неравномерного нагрева сырья, необходимо подавать большее, чем необходимо для реакции крекинга количество энергии. Это означает, что, в соответствии с заявленным способом, общее количество затрачиваемой процессом энергии ниже.

Кроме того, отсутствие чрезмерного перегрева части сырья снижает образование короткоцепочных углеводородов, а значит снижает газообразование и коксообразование.

Как отмечалось выше, данный способ является менее энергоемким, по сравнению с известными способами, при достижении одной степени конверсии сырья. Соответственно снижаются энергетические и операционные расходы на переработку сырья, что означает снижение порога рентабельной мощности.

Кроме того, для осуществления данного способа используется стандартная аппаратура. Соответственно, для воплощения данного способа требуются низкие затраты, что означает низкий порог рентабельной мощности. Данный способ может быть использован при низкой мощности по сырью, что позволяет его применение даже в промысловых условиях.

При переработке тяжелого углеводородного сырья, такого как тяжелые и сверхтяжелые нефти, сверхвязкие нефти, природные битумы, и нефтяные остатки, таких как остатки атмосферной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки вакуумной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки процесса висбрекинга, достигается максимальная эффективность способа, так как достигается высокая степень переработки сырья, а именно, высокая степень снижения средней молекулярной массы сырья.

Предпочтительно реакцию термического крекинга сырья проводят в реакторе, имеющем две последовательно расположенные и сообщающиеся между собой реакционные камеры, при этом объем первой реакционной камеры меньше объема второй реакционной камеры.

Применение такого реактора обеспечивает возможность регулирования давления подачи сырья, температуры сырья, давления и температуры перегретого пара с обеспечения давления и температуры во второй реакционной камере, при которых протекание реакций термического крекинга является маловероятным, что на практике означает практически полную и моментальную остановку реакции термического крекинга сырья и, соответственно, возможность обеспечения низкого газообразования и низкого коксообразования при высокой степени конверсии сырья.

Предпочтительно обеспечивают среднее время пребывания реакционной смеси в первой реакционной камере менее 0,1 секунды. В данном случае обеспечивается необходимая степень конверсии сырья при ограничении образования короткоцепочных углеводородов и твердых остатков, соответственно, низкое газообразование и коксообразование.

Также предпочтительно обеспечивают среднее время пребывания реакционной смеси во второй реакционной камере не менее 10 секунд. В данном случае обеспечивается стабилизация продуктов реакции.

Также задача, положенная в основу настоящего изобретения, решается с помощью способа «Способ переработки углеводородного сырья», заключающегося в том, что сырью передается первое количество энергии путем нагрева перерабатываемого сырья до температуры в интервале от на 30°C меньше до на 15°C больше температуры начала термического крекинга углеводородного сырья с использованием поверхностного теплообмена, параллельно готовят перегретый водяной пар с температурой от 500°C до 800°C, передают сырью второе количество энергии путем смешения нагретого сырья и перегретого водяного пара в реакторе, при этом смешение сырья и перегретого водяного пара осуществляют с обеспечением передачи сырью третьего количества энергии путем механического воздействия потока перегретого пара на поток нагретого сырья в реакторе, при этом суммарное количество подводимой энергии регулируется с целью повышения скорости реакций крекинга по наиболее слабым связям молекул в составе сырья при минимальной скорости образования короткоцепочных радикалов, выдерживают оптимальное время пребывания реакционной смеси в полости реактора для обеспечения протекания реакций термического крекинга сырья, выводят продукты реакции из реактора.

В соответствии с указанным способом основная масса сырья после передачи ему первого количества энергии находится в предкритическом по отношении к реакции термического крекинга состоянии. В результате при передачи сырью второго и третьего количества энергии происходит очень быстрый нагрев сырья до температур, при которых начинаются реакции термического крекинга сырья. На практике можно сказать о том, что происходит практически мгновенная инициализация реакции термического крекинга. При этом благодаря способу подвода энергии, а именно подводу энергии путем смешения потоков сырья и перегретого пара, инициализация реакции происходит в отношении всего объема сырья в один момент времени.

Таким образом исключается чрезмерный перегрев части сырья и наличие недостаточно нагретой части сырья, как в случае в висбрекингом или другими известными способами крекинга, основанных на передаче тепловой энергии через поверхность теплообмена, например, стенки трубок. Часть сырья, которая ближе к стенке, получает больше энергии, чем часть сырья, расположенная в центре трубки. Кроме того, в случае передачи энергии через поверхность теплообмена, из-за неравномерного нагрева сырья, необходимо подавать большее, чем необходимо для реакции крекинга количество энергии. Это означает, что, в соответствии с заявленным способом, общее количество затрачиваемой процессом энергии ниже.

Кроме того, отсутствие чрезмерного перегрева части сырья снижает образование короткоцепочных углеводородов, а значит снижает газообразование и коксообразование.

Как отмечалось выше, данный способ является менее энергоемким, по сравнению с известными способами, при достижении одной степени конверсии сырья. Соответственно снижаются энергетические и операционные расходы на переработку сырья, что означает снижение порога рентабельной мощности.

При передаче сырью третьего количества энергии путем механического воздействия потока перегретого пара на поток нагретого сырья осуществляется разрушение надмолекулярных структур в составе сырья, например, асфальтеновых агломератов, что обеспечивает вовлечение этих углеводородов в реакции крекинга и, соответственно, увеличивается степень конверсии сырья и увеличивается выход светлых углеводородов.

Для осуществления данного способа используется стандартная аппаратура. Соответственно, для воплощения данного способа требуются низкие затраты, что означает низкий порог рентабельной мощности. Данный способ может быть использован при низкой мощности по сырью, что позволяет его применение даже в промысловых условиях.

При переработке тяжелого углеводородного сырья, такого как тяжелые и сверхтяжелые нефти, сверхвязкие нефти, природные битумы, и нефтяные остатки, таких как остатки атмосферной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки вакуумной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки процесса висбрекинга, достигается максимальная эффективность способа, так как достигается высокая степень переработки сырья, а именно, высокая степень снижения средней молекулярной массы сырья.

Предпочтительно реакцию термического крекинга сырья проводят в реакторе, имеющем две последовательно расположенные и сообщающиеся между собой реакционные камеры, при этом реакции крекинга протекают преимущественно в первой реакционной камере, объем которой меньше объема второй реакционной камеры и давление подачи сырья, температуру сырья, давление и температуру перегретого пара устанавливают с обеспечением давления и температуры во второй реакционной камере, при которых протекание реакций термического крекинга является маловероятным.

Применение такого реактора и регулирование давления подачи сырья, температуры сырья, давления и температуры перегретого пара с обеспечением давления и температуры во второй реакционной камере, при которых протекание реакций термического крекинга является маловероятным, на практике означает практически полную и моментальную остановку реакции термического крекинга сырья и, соответственно, возможность обеспечения низкого газообразования и низкого коксообразования при высокой степени конверсии сырья.

Предпочтительно обеспечивают среднее время пребывания реакционной смеси в первой реакционной камере менее 0,1 секунды. В данном случае обеспечивается необходимая степень конверсии сырья при ограничении образования короткоцепочных углеводородов и твердых остатков, соответственно, низкое газообразование и коксообразование.

Также предпочтительно обеспечивают среднее время пребывания реакционной смеси во второй реакционной камере не менее 10 секунд. В данном случае обеспечивается стабилизация продуктов реакции.

Далее приводится описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает реактор переработки углеводородного сырья, согласно настоящему изобретению;

фиг.2 - технологическая схема установки переработки углеводородного сырья, согласно настоящему изобретению.

Как показано на фиг.1, реактор 1 переработки углеводородного сырья, согласно настоящему изобретению, состоит из двух соединенных между собой реакционных камер: первой реакционной камеры 2 и второй реакционной камеры 3.

В первую реакционную камеру вводят сырье и перегретый водяной пар. Процесс в первой реакционной камере ведут при давлении P₁ и температуре T₁.

Предпочтительно давление процесса в первой реакционной камере Pi устанавливают в интервале от 15 до 45 кгс/см²

Предпочтительно температуру процесса в первой реакционной камере T₁ устанавливают в интервале от 400°C до 500°C.

Конкретные значения давления P₁ и температуры T₁ выбирают в первую очередь в зависимости от состава перерабатываемого углеводородного сырья. Также на данные значения влияет желаемый состав получаемых продуктов.

Так для сырья, представленного в таблице 1, при экспериментальном испытании способа, согласно настоящему изобретению, было установлено P₁=32 кгс/см² и Т₁=470°C.

При давлении P₁ и температуре T₁ процесса происходит термический крекинг (разложение) углеводородов. При этом реакции крекинга углеводородов протекают с преимущественным образованием длинноцепочных радикалов. Давление P₁ и температура T₁ процесса регулируются с целью снижения скорости реакций крекинга, ведущих к образованию легких углеводородов C₁-С₄, которые образуют газовую фракцию и являются нежелательными.

В результате после прохождения реакции в первой реакционной камере 2, средняя молекулярная масса молекул углеводородов получаемого продукта становится ниже средней молекулярной массы углеводородного сырья. Таким образом получается более легкий продукт.

В известных способах разложения тяжелого нефтяного сырья, для повышения степени переработки сырья применяют более жесткие условия, что приводит в увеличению газообразования и, соответственно, к ухудшению материального баланса процесса и к необходимости применения системы газоразделения большой мощности, а также к необходимости транспортировки или утилизации газообразных продуктов, что бывает затруднительно в промысловых условиях.

На состав конечного получаемого продукта влияет способ и количество энергии, подводимой к молекулам углеводородов для проведения реакции крекинга.

При использовании подвода энергии только через поверхность теплообменного оборудования часть молекул сырья, находящаяся непосредственно у поверхности теплообменного оборудования, получает энергию, значительно превосходящую энергию, необходимую для крекинга молекул с образованием крупных радикалов, это вызывает излишнее дробление молекул с образованием короткоцепочных радикалов. Данные короткоцепочные радикалы далее участвуют в различных реакциях, проходящих преимущественно по радикально-цепному механизму, и приводят к образованию низкомолекулярных углеводородов.

Такой принцип крекинга лежит в основе процесса висбрекинга, где основной целью является снижение вязкости остаточного нефтепродукта. Вязкость является мерой внутреннего сопротивления жидкости течению и она, как правило, возрастает при наличии у молекул в составе жидкости короткоцепочных боковых ответвлений. В процессе висбрекинга преимущественно происходит крекинг боковых цепей, это снижает вязкость основной части нефтяного остатка, при этом образуется до 5-6% масс. углеводородных газов и около 10-15% масс. бензиновой фракции.

Согласно настоящему изобретению используется комбинированный способ подвода энергии к сырью для проведения реакции крекинга.

Углеводородное сырье нагревается любым известным способом до температуры Т₀, находящейся в диапазоне от температуры на 30°C ниже температуры начала термического разложения сырья при давлении процесса P₁ до температуры на 15°C выше температуры начала термического разложения сырья при давлении процесса Р^

Фактическое значение температуры начала термического разложения сырья может быть определено расчетным методом, но на практике более точным является экспериментальное определение в лабораторных условиях. Здесь под температурой начала термического разложения сырья понимается температура, при которой начинаются процессы разложения, заметные при наблюдении невооруженным глазом, т.е. над поверхностью тяжелого нефтяного сырья становятся видны газы разложения в виде восходящих потоков.

Таким образом, на данном этапе, в случае если температура Т₀ ниже температуры начала термического разложения сырья, углеводородному сырью сообщается энергия близкая к необходимой для крекинга, но не достаточная для его осуществления.

В некоторых случаях в тяжелом нефтяном сырье может содержаться некоторое количество компонентов с более низкой температурой начала термического разложения и термически менее стабильных, чем основная часть сырья. Такая ситуация возможна, например, при смешении в состав тяжелого нефтяного сырья остатков, полученных из различных технологических процессов на НПЗ. В таком случае при подборе оптимальных параметров процесса необходимо ориентироваться на основную часть сырья. Если вести нагрев сырья на первой стадии исходя из температуры начала термического разложения термически нестабильного компонента сырья, то подведенного на данной стадии количества энергии может быть недостаточно для осуществления реакции термического крекинга в основной части сырья.

Однако, в соответствии с экспериментальными данными, Т₀ не должна превышать температуру начала термического разложения сырья более чем на 15°C, так как дальнейший нагрев может вызвать нежелательные процессы газообразования и коксообразования в теплообменных аппаратах до поступления сырья в реактор.

Следует отметить, что согласно настоящему изобретению, для предотвращения нежелательного на этом этапе термического крекинга углеводородного сырья и образования коксовых отложений на поверхности теплообменных аппаратов, целесообразно добавлять в нагреваемое углеводородное сырье некоторое количество воды в пределах до 15% масс. в расчете на подаваемое углеводородное сырье.

Параллельно нагреву сырья, как это описано выше, согласно настоящему изобретению, осуществляется подготовка водяного пара.

Для этих целей одним из существующих способов генерируется перегретый водяной пар с температурой Т_вп от 500°C до 800°C. Температура перегретого водяного пара выбирается исходя из количества энергии, которое необходимо сообщить тяжелому нефтяному сырья для проведения процесса крекинга. Давление перегретого водяного пара выбирается в соответствии с технологическими параметрами реактора и должно обеспечивать его нормальную работу.

Данные значения температуры определены экспериментальным путем. Конкретные значения указанной температуры зависят от перерабатываемого сырья и желаемого состава продуктов переработки.

Далее нагретое углеводородное сырье и перегретый водяной пар поступают в реактор 1, а именно в первую реакционную камеру 2.

Углеводородное сырье поступает в реакционную полость первой реакционной камеры 2 через множество каналов 4 углеводородного сырья.

Перегретый водяной пар подается в реакционную полость реакционной камеры 2 через один или несколько каналов 5 водяного пара.

Конструкция первой реакционной камеры 2, а именно расположение каналов углеводородного сырья и каналов водяного пара, обеспечивает такое взаимодействие потоков углеводородного сырья и перегретого водяного пара, при котором происходит интенсивное перемешивание потоков углеводородного сырья и водяного пара и, соответственно, интенсивный теплообмен и механическое взаимодействие со значительными сдвиговыми усилиями.

В частности, как показано на фиг.1 поток перегретого водяного пара пересекается с потоками сырья под прямым или близким к прямому углом.

В результате образуется большая площадь поверхности контакта углеводородного сырья и водяного пара, что приводит к интенсивному теплообмену.

В результате смешения потоком перерабатываемого сырья и перегретого водяного пара в первой реакционной камере устанавливается температура T₁ выше температуры сырья Т₀ и ниже температуры перегретого водяного пара Т_вп.

Таким образом температура перегретого водяного пара Т_вп устанавливается выше температуры реакции термического крекинга сырья, а именно выше температуры в первой реакционной камере T₁.

Таким образом происходит интенсивная передача второй части тепловой энергии от водяного пара к потоку углеводородного сырья путем смешения.

Третья часть энергии передается от водяного пара к углеводородному сырью в виде кинетической энергии при механическом взаимодействии потоков.

Суммарно полученной углеводородным сырьем энергии достаточно для инициирования и осуществления реакции термического крекинга.

При этом, благодаря описанному выше способу подвода энергии, энергия подводится ко всему объему углеводородного сырья практически равномерно. Что означает, отсутствие перегретой части сырья и недостаточно нагретой части сырья, как в случае в висбрекингом или другими известными способами крекинга, основанных на передаче тепловой энергии через поверхность теплообмена, например, стенки трубок. Часть сырья, которая ближе к стенке, получает больше энергии, чем часть сырья, расположенная в центре трубки. Кроме того, в случае передачи энергии через поверхность теплообмена, из-за неравномерного нагрева сырья, необходимо подавать большее, чем необходимо для реакции крекинга количество энергии.

Таким образом, описанный выше способ подвода тепла к углеводородному сырью является энергетически более равномерным, по сравнению с подводом тепла через поверхность теплообмена.

Кроме того, при использовании заявленного способа подвода тепла снижается образование короткоцепочных радикалов. Данные радикалы далее участвуют в различных реакциях, проходящих преимущественно по радикально-цепному механизму, и приводят к образованию низкомолекулярных углеводородов, которые образуют газовую фракцию.

Расположение каналов 4 углеводородного сырья и каналов 5 водяного пара обеспечивает такое взаимодействие потоков углеводородного сырья и перегретого водяного пара, при котором происходит механическое взаимодействие со значительными сдвиговыми усилиями. Данные сдвиговые усилия, возникающие в первой реакционной камере 2, обеспечивают разрушение надмолекулярных структур в составе сырья, например, асфальтеновых агломератов, что обеспечивает вовлечение этих углеводородов в реакции крекинга.

Предпочтительное среднее время пребывания реакционной смеси в первой реакционной камере составляет менее 0,1 секунды. Данное время пребывания обеспечивает низкое газообразование и коксообразование.

Далее реакционная смесь, состоящая из углеводородов и водяного пара, поступает во вторую реакционную камеру 3.

Вторая реакционная камера 3 имеет большие по сравнению с первой реакционной камерой 2 размеры. Диаметр второй реакционной камеры подбирается с учетом объемной производительности реактора по реакционной смеси при рабочем давлении и температуре. Высота второй реакционной камеры подбирается с учетом требуемого времени пребывания реакционной смеси, которое должно быть не менее 10 секунд для обеспечения стабилизации продуктов.

Объем второй реакционной камеры должен быть больше объема первой реакционной камеры минимум в пять раз.

При истечении реакционной смеси из первой реакционной камеры 2 во вторую реакционную камеру 3 происходит адиабатическое расширение потока, при этом поток тратит часть своей энергии на работу расширения, что ведет к снижению внутренней энергии и температуры. Во второй реакционной камере устанавливается давление Р₂, температура реакционной смеси Т2.

Таким образом, вторая реакционная камера 3, благодаря большему диаметру и длине и, соответственно, объему, обеспечивает снижение давления и температуры реакционной смеси. Давление подачи сырья, температура сырья, давление и температура перегретого пара регулируются с учетом данного аспекта с целью обеспечения давления Р₂ и температуры Т₂ во второй реакционной камере, при которых протекание реакций термического крекинга является маловероятным.

Соответственно, в этих условиях Р₂ и Т₂ инициирование реакций крекинга становится маловероятным, по этой причине во второй реакционной камере происходит обрыв цепи реакций и стабилизация продуктов, что резко снижает образование углеводородов с низкой молекулярной массой и, соответственно, снижает образование газовой фазы.

Диаметр и объем второй реакционной камеры подбирается с учетом обеспечения возможности указанных Р₂ и Т₂, при которых инициирование реакции крекинга становиться маловероятным.

В способе, согласно настоящему изобретению, перегретый водяной пар выполняет дополнительную функцию ингибирования реакции поликонденсации с участием образовавшихся радикалов.

Для реализации данной функции кратность подачи водяного пара к сырью должна быть не менее 0,6 кг водяного пара на 1 кг сырья. На практике данное значение не превышает 1,5 кг водяного пара на 1 кг сырья.

Для оптимальных результатов данное значение должно быть около 1 кг водяного пара на 1 кг сырья. Однако, данное значение выбирается в соответствии с характеристиками перерабатываемого сырья.

Далее стабильные продукты выводятся из второй реакционной камеры 3 через вывод 6, дросселируются и поступают в ряд последовательно расположенных сепараторов, работающих при различных температурах и предназначенных для разделения продуктов переработки сырья и водного конденсата.

Согласно настоящему изобретению, для увеличения единичной производительности реактор 1 может содержать несколько первых реакционных камер 2. Расположение двух и более первых реакционных камер 2 относительно оси реактора 1 выбирается с учетом оптимального взаимодействия потоков реакционной смеси, поступающих из первых реакционных камер 2 во вторую реакционную камеру 3. Диаметр второй реакционной камеры подбирается аналогичным описанному выше способу в отношении реактора с одной первой реакционной камерой с учетом суммарной объемной производительности реактора 1 по реакционной смеси при рабочем давлении _Р2 и температуре Т₂. Высота второй реакционной камеры подбирается с учетом требуемого времени пребывания реакционной смеси, которое должно быть не менее 10 секунд для обеспечения стабилизации продуктов.

В соответствии с описанным выше способом переработки углеводородного сырья в реакторе переработки углеводородного сырья происходит практически мгновенный нагрев углеводородного сырья до температуры, достаточной для осуществления реакции крекинга, и практически мгновенное прекращение реакции, из-за использования второй реакционной камеры большего объема. Время пребывания сырья в первой реакционной камере является одним из важных управляемых параметров процесса. Данное время пребывания определяется законами гидродинамики и зависит в первую очередь от разности давлений между Р₁ и Р₂ и управляется путем регулирования указанных давлений при заданных размерах реакционной камеры.

Температурный режим также является важным регулируемым параметром процесса, T₁ регулируется за счет изменения Т_вп и соотношения массового расхода перегретого водяного пара к массовому расходу тяжелого нефтяного сырья. Т₂ является контролируемым параметром и зависит от количества энергии затраченной на термический крекинг и работу адиабатического расширения реакционной смеси.

Как показано на фиг.2, установка переработки углеводородного сырья, согласно настоящему изобретению, включает в себя емкость подачи углеводородного сырья 7, из которой посредством насоса 8 через теплообменники 9 и 10 в реактор 1 переработки углеводородного сырья подается тяжелое углеводородное сырье, например, битум.

При необходимости предусмотрен дополнительный нагрев сырья перегретым паром с помощью теплообменника 11. Также возможно использование других способов нагрева вместо теплообменника 11, например, трубчатой печи.

Перед поступлением на теплообменник 9 к тяжелому углеводородному сырью добавляется подготовленная вода в заданной процессом пропорции для снижения коксообразования в теплообменниках и предотвращения каких-либо реакций крекинга.

Также установка переработки углеводородного сырья, согласно настоящему изобретению, включает в себя емкость подачи воды 12, из которой с помощью насоса 13 подготовленная вода подается на смешение с тяжелым углеводородным сырьем и в реактор 1 через теплообменники 14, 15, 16, 17 бойлер 18 и пароперегреватель 19.

Также перегретый пар с бойлера 18 и пароперегревателя 19 при необходимости подается на теплообменник 11 для дополнительного нагрева тяжелого углеводородного сырья.

Нагретое тяжелое углеводородное сырье поступает в первую реакционную камеру 2, куда также подается перегретый пар с пароперегревателя 19.

Время пребывания сырья в первой реакционной камере 2 минимально и составляет менее 0,1 секунды.

Далее реакционная смесь поступает во вторую реакционную камеру 3, где происходит стабилизация продуктов крекинга.

Далее стабильная реакционная смесь дросселируется и поступает в сепаратор 20 тяжелого остатка. Отделенный тяжелый остаток отбирается насосом 21, охлаждается в теплообменнике 17 подготовленной водой и поступает в сепаратор 22, где отделяется газовая фаза и сжигается на факеле. Тяжелый остаток поступает в товарные емкости.

Паровая фаза из сепаратора 20 тяжелого остатка охлаждается и частично конденсируется в теплообменнике 10, поступает в сепаратор 23. Жидкая фаза является так называемой фракцией С4, отбирается насосом 24 на дальнейшее смешение с фракцией С3.

Паровая фаза из сепаратора 23 охлаждается и частично конденсируется в теплообменнике 9 и поступает в сепаратор 25. В данном аппарате происходит отделение фракции СЗ, которая отбирается насосом 26.

Паровая фаза охлаждается в теплообменнике 16 подготовленной водой и поступает в сепаратор 27. Продукт конденсации, фракция С2, отбирается насосом 28 и смешивается с фракциями СЗ и С4, суммарный поток поступает в теплообменник 15 для рекуперации тепла подготовленной воде.

Паровая фаза из сепаратора 27, состоящая преимущественно из водяного пара, поступает на конденсацию в теплообменник 29, где в качестве хладагента используется оборотный гликолевый раствор. Для охлаждения гликолевого раствора используется аппарат воздушного охлаждения.

Сконденсировавшийся поток поступает в трехфазный сепаратор 30, где происходит отделение водного конденсата от фракции С1. Далее водный конденсат откачивается насосом 31 в блок очистки для повторного использования.

Образующиеся в ходе реакции незначительные количества газов разложения сбрасываются в факельную линию. Фракция С1 отбирается насосом 32, смешивается с предварительно охлажденными в теплообменнике 33 фракциями С2, С3 и С4, образовавшаяся смесь является целевым продуктом процесса - синтетической нефтью.

Указанная выше технологическая схема предназначена для переработки тяжелого нефтяного сырья.

В частности было произведено испытание настоящей технологии при переработке природного битума Ашальчинского месторождения в промысловых условиях.

Процесс переработки проводился при следующих параметрах:

Давление подачи сырья - 32 атм;

Температура нагрева сырья Т₀ - 410-420°C;

Температура начала разложения сырья - 398°C

Давление подачи перегретого водяного пара - 36 атм;

Температура перегретого водяного пара - 590°C;

Средняя температура в первой реакционной камере T₁ - 470°C

Кратность водяной пар/сырье - 1.

Ниже в таблице 1 приведены результаты анализа образца перерабатываемого природного битума Ашальчинского месторождения.

Таблица 1 Характеристики природного битума Ашальчинского месторождения Показатель Метод испытания Значение 1. Фракционный состав, % масс.     н.к. - 193°C   2 193°C-360°C ASTM D7169 20 360°C-520°C   27 520°C и выше   51 2. Плотность, г/см³ ASTM D4052 0,9698 3. Содержание серы, % масс. ASTM D4294 4,30 4. Содержание мех. примесей и воды ASTM D1796 0,4 5. Зольность, % масс. ASTM D482 0,0396 6. Содержание асфальтенов, % масс. ASTM D6560 3,3 7. Кинематическая вязкость при 40°C, сСт ASTM D445 558,2 8. Кинематическая вязкость при 100°C, сСт ASTM D445 28,2

В соответствии с программой испытаний образца Ашальчинского природного битума по предлагаемой технологии, было выделено 4 фракции продуктов превращения сырья. Свойства этих фракций и их выход представлены в таблице 2.

Таблица 2 Характеристики фракций продуктов переработки Показатель Фр. С1 Фр. С2 Фр. С3 Фр. С4 1. Фракционный состав, % масс.         н.к. - 193°C 35 1,5 0 0 193°C-360°C 63,5 82,5 31,5 2 360°C-520°C 1,5 16 58,5 52 520°C и выше 0 0 10 46 2. Выход на исходное сырье, % масс. 16,82 4,34 37,24 18,92 3. Плотность, г/см³ 0,8294 0,8973 0,9452 0,9902

Смешением всех четырех фракций получена синтетическая нефть с плотностью 0,9149 г/см^З, выход составляет 77,32% масс, фракционный состав синтетической нефти представлен в таблице 3, где также представлен итоговый материальный баланс процесса.

Таблица 3 Материальный баланс переработки Ашальчинского природного битума Сырье Продукты Наименование % масс. Наименование % масс. 1. Природный битум, в т.ч. 100 1. Синтетическая нефть, в т.ч. (на сырье) 77,32 н.к. - 193°°CС 2 н.к. - 193°C 5,96 193°C-360°C 20 193°C-360°C 26,37 360°C-520°C 27 360°C-520°C 32,57 520°C и выше 51 520°C и выше 12,43     2. Углеводородные газы 0,27     3. Сажа (кокс) 0,14     4. Тяжелый остаток 22,26 ИТОГО 100   100

Как видно из таблицы 3, после переработки природного битума Ашальчинского месторождения, являющегося тяжелым нефтяным сырьем, произошло существенное увеличение содержания легких фракций.

Содержание нефтяных фракций с температурой кипения ниже 520°C увеличилось, при этом снизилось содержание фракции с температурой кипения 520°C и выше с 51% масс. до 34,69% масс. (включая тяжелый остаток).

Благодаря наличию второй реакционной камеры 3 большего объема и, соответственно, резкой и полной остановке реакции крекинга, использованию комбинированного способа подвода энергии, а также выбору температуры подачи сырья Т₀ и температуры перегретого водяного пара Т_вп, образование углеводородных газов находиться на уровне 0,27% масс, от сырья, что является хорошим показателем.

Предлагаемый процесс хорошо работает на различных видах сырья. В качестве примера работы процесса ниже представлены данные по переработке тяжелых нефтяных остатков на НПЗ. Технологический процесс предполагает возврат тяжелой части реакционной смеси для повторной переработки.

Процесс переработки проводился при следующих параметрах:

Давление подачи сырья - 24 атм;

Температура нагрева сырья Т₀ - 400-410°C;

Температура начала разложения сырья - 391°C

Давление подачи перегретого водяного пара - 30 атм;

Температура перегретого водяного пара - 620°C;

Средняя температура в первой реакционной камере Т₁ - 460°C,

Кратность водяной пар/сырье - 0,8.

В таблице 4 представлены характеристики тяжелых нефтяных остатков, образующихся на одном из НПЗ в Южной Америке.

Таблица 4 Характеристики тяжелых нефтяных остатков с НПЗ   Характеристика Значение 1 Плотность, град. API 26,7 2 Содержание серы, % масс 0,105

  Характеристика Значение 4 Углеродный остаток, % масс 3,29 5 Содержание асфальтенов, % масс <0,50 6 Зольность, % масс <0,001 7 Фракционный состав (ASTM D7169): °C   Н.К. 328.8   30% вес. 447,7   50% вес. 496,3   80% вес. 608,1   90% вес. 668,7   95% вес. 700,7   К.К. 735

В таблице 5 представлен материальный баланс процесса переработки тяжелых нефтяных остатков с НПЗ.

Таблица 5 Материальный баланс переработки тяжелых нефтяных остатков с НПЗ Сырье Продукты Наименование % масс. Наименование % масс. 1. Тяжелый нефтяной остаток 100 1. Углеводородные газы н.к. - 36.1°С 0,20     2. Синтетическая нефть, в т.ч. 92,65     Фракция 36.1-71.1°°СС 3,26     Легкая бенз. фракция 71.1-100°С 5,93     Средняя бенз. фракция 100-165.5°С 17,22     Тяжелая бенз. фракция 165.5-193.3°С 8,87     Керосиновая фракция 193.3-232.2°С 14,59     Дизельная фракция 232.2-326.6°С 33,72

Наименование % масс. Наименование % масс.     Тяжелая диз. фракция 326.6-360°С 9,06     3. Тяжелый остаток и потери 7,14 Итого 100 Итого 100,00

Как видно из таблицы 5, после тяжелых нефтяных остатков с НПЗ, являющихся тяжелым нефтяным сырьем, произошло существенное увеличение содержания легких фракций.

При температуре начала кипения сырья 328,8°С содержание фракций с температурой кипения ниже 326,6°С в продукте составляет 83,59% масс., а суммарный выход светлых дистиллятных фракций составил 92,65% масс., что является хорошим показателем.

Кроме того, благодаря наличию второй реакционной камеры 3 большего объема и, соответственно, резкой и полной остановке реакции крекинга, использованию комбинированного способа подвода энергии, а также выбору температуры подачи сырья Т₀ и температуры перегретого водяного пара Т_вп, образование углеводородных газов находиться на уровне 0,20% масс. от сырья, что также является хорошим показателем.

Таким образом, конструкция реактора 1 и подбор технологических параметров процесса, согласно настоящему изобретению, позволяют достичь высокую степень конверсии сырья при минимальном газообразовании и потерях.

Согласно настоящему изобретению, термическому крекингу подвергается равномерно практически весь объем сырья, избегая перегрева части сырья, что не наблюдается в известных процессах, в которых для высокой степени конверсии происходит ужесточение условий проведения реакции, что ведет к перегреву части сырья и, соответственно, большому газообразованию, коксообразованию и к высоким потерям.

Изобретение относится к области переработки тяжелого нефтяного сырья. Изобретение касается способа переработки тяжелого углеводородного сырья, в котором нагревают перерабатываемое сырье и параллельно готовят перегретый водяной пар, нагретое перерабатываемое сырье и перегретый водяной пар подают в первую реакционную камеру реактора, имеющего две последовательно расположенные и сообщающиеся между собой реакционные камеры, при этом объем первой реакционной камеры меньше объема второй реакционной камеры, и диаметр и объем второй реакционной камеры обеспечивают снижение давления и температуры реакционной смеси, температуру перерабатываемого сырья устанавливают меньше температуры в первой реакционной камере, а температуру водяного пара устанавливают выше температуры в первой реакционной камере, температура и давление перерабатываемого сырья, температура и давление перегретого водяного пара устанавливаются на значения, достаточные для осуществления термического крекинга, по меньшей мере, части углеводородного сырья в первой реакционной камере, при этом обеспечивают среднее время пребывания реакционной смеси в первой реакционной камере менее 0,1 секунды и среднее время пребывания реакционной смеси во второй реакционной камере не менее 10 секунд, выводят продукты реакции из второй реакционной камеры реактора. Изобретение также касается реактора термического крекинга углеводородного сырья, установки переработки тяжелого углеводородного сырья и других способов переработки углеводородного сырья. Технический результат - высокая степень конверсии сырья при минимальном газообразовании и потерях. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 табл., 2 ил.

1. Способ переработки углеводородного сырья, заключающийся в том, что
нагревают перерабатываемое сырье и параллельно готовят перегретый водяной пар,
нагретое перерабатываемое сырье и перегретый водяной пар подают в первую реакционную камеру реактора, имеющего две последовательно расположенные и сообщающиеся между собой реакционные камеры, при этом объем первой реакционной камеры меньше объема второй реакционной камеры, и диаметр и объем второй реакционной камеры обеспечивают снижение давления и температуры реакционной смеси,
температуру перерабатываемого сырья устанавливают меньше температуры в первой реакционной камере, а температуру водяного пара устанавливают выше температуры в первой реакционной камере, температура и давление перерабатываемого сырья, температура и давление перегретого водяного пара устанавливаются на значения, достаточные для осуществления термического крекинга, по меньшей мере, части углеводородного сырья в первой реакционной камере, при этом
обеспечивают среднее время пребывания реакционной смеси в первой реакционной камере менее 0,1 секунды и среднее время пребывания реакционной смеси во второй реакционной камере не менее 10 секунд,
выводят продукты реакции из второй реакционной камеры реактора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перерабатывают тяжелое углеводородное сырье, такое как тяжелые и сверхтяжелые нефти, сверхвязкие нефти, природные битумы, и нефтяные остатки, таких как остатки атмосферной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки вакуумной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки процесса висбрекинга.

3. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что перерабатываемое сырье до подачи в первую реакционную камеру реактора нагревают до температуры в интервале от на 30°C меньше до на 15°C больше температуры начала термического разложения углеводородного сырья.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что готовят водяной пар с температурой от 500°C до 800°C.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что кратность подачи водяного пара к сырью составляет от 0,6 кг водяного пара на 1 кг сырья до 1,5 кг водяного пара на 1 кг сырья.

6. Способ по любому из пп.1, 2, 4, или 5, отличающийся тем, что перед нагревом сырья, в углеводородное сырье добавляют воду в количестве до 15% масс.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что перед нагревом сырья, в углеводородное сырье добавляют воду в количестве до 15% масс.

8. Реактор термического крекинга углеводородного сырья, содержащий две последовательно расположенные и сообщающиеся между собой реакционные камеры, при этом объем первой реакционной камеры меньше объема второй реакционной камеры, первая реакционная камера имеет средства подачи сырья и перегретого водяного пара, вторая реакционная камера имеет средство вывода продуктов реакции, при этом первая реакционная камера выполнена с возможностью обеспечения среднего времени пребывания реакционной смеси в первой реакционной камере менее 0,1 секунды и вторая реакционная камера выполнена с возможностью обеспечения среднего времени пребывания реакционной смеси во второй реакционной камере не менее 10 секунд.

9. Реактор по п.8, отличающийся тем, что объем второй реакционной камеры больше объема первой реакционной камеры минимум в пять раз.

10. Реактор по любому из пп.8 или 9, отличающийся тем, что средства подачи сырья и перегретого водяного пара выполнены с обеспечением приложения сдвиговых усилий в отношении сырья.

11. Реактор по п.8, отличающийся тем, что содержит несколько первых реакционных камер, соединенных со второй реакционной камерой, при этом объем второй реакционной камеры больше суммы объемов первых реакционных камер минимум в пять раз.

12. Реактор по п.10, отличающийся тем, что содержит несколько первых реакционных камер, соединенных со второй реакционной камерой, при этом объем второй реакционной камеры больше суммы объемов первых реакционных камер минимум в пять раз.

13. Установка переработки тяжелого углеводородного сырья, содержащая средство нагрева тяжелого углеводородного сырья, средство подготовки перегретого водяного пара, реактор термического крекинга углеводородного сырья, систему разделения продуктов реакции и систему рекуперации тепла, при этом
реактор термического крекинга углеводородного сырья содержит две последовательно расположенные и сообщающиеся между собой реакционные камеры, объем первой реакционной камеры меньше объема второй реакционной камеры, первая реакционная камера имеет средства подачи сырья и водяного пара, вторая реакционная камера имеет средство вывода продуктов реакции, при этом первая реакционная камера выполнена с возможностью обеспечения среднего времени пребывания реакционной смеси в первой реакционной камере менее 0,1 секунды и вторая реакционная камера выполнена с возможностью обеспечения среднего времени пребывания реакционной смеси во второй реакционной камере не менее 10 секунд,
средство нагрева тяжелого углеводородного сырья и средство подготовки водяного пара подключены к первой реакционной камере, и
система разделения продуктов реакции и система рекуперации тепла подключены ко второй реакционной камере.

14. Установка по п.13, отличающаяся тем, что объем второй реакционной камеры больше объема первой реакционной камеры минимум в пять раз.

15. Установка по п.13, отличающаяся тем, что содержит несколько первых реакционных камер, соединенных с второй реакционной камерой, при этом объем второй реакционной камеры больше суммы объемов первых реакционных камер минимум в пять раз.

16. Установка по любому из пп.13, 14 или 15, отличающаяся тем, что тяжелое углеводородное сырье представляет собой тяжелые и сверхтяжелые нефти, сверхвязкие нефти, природные битумы, и нефтяные остатки, таких как остатки атмосферной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки вакуумной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки процесса висбрекинга.

17. Способ переработки углеводородного сырья, заключающийся в том, что
нагревают перерабатываемое сырье до температуры в интервале от на 30°C меньше до на 15°C больше температуры начала термического разложения углеводородного сырья,
параллельно готовят перегретый водяной пар с температурой от 500°C до 800°C,
нагретое перерабатываемое сырье и перегретый водяной пар подают в полый реактор, имеющий две последовательно расположенные и сообщающиеся между собой реакционные камеры, при этом объем первой реакционной камеры меньше объема второй реакционной камеры, в котором происходит реакция термического крекинга сырья, при этом обеспечивают среднее время пребывания реакционной смеси в первой реакционной камере менее 0,1 секунды и среднее время пребывания реакционной смеси во второй реакционной камере не менее 10 секунд,
выводят продукты реакции из реактора.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что перерабатывают тяжелое углеводородное сырье, такое как тяжелые и сверхтяжелые нефти, сверхвязкие нефти, природные битумы, и нефтяные остатки, таких как остатки атмосферной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки вакуумной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки процесса висбрекинга.

19. Способ переработки углеводородного сырья, заключающийся в том, что
сырью передают первое количество энергии путем нагрева перерабатываемого сырья до температуры в интервале от на 30°C меньше до на 15°C больше температуры начала термического крекинга углеводородного сырья с использованием поверхностного теплообмена,
параллельно готовят перегретый водяной пар с температурой от 500°C до 800°C,
передают сырью второе количество энергии путем смешения нагретого сырья и перегретого водяного пара в реакторе,
при этом смешение сырья и перегретого водяного пара осуществляют с обеспечением передачи сырью третьего количества энергии путем механического воздействия потока перегретого пара на поток нагретого сырья в реакторе,
при этом суммарное количество подводимой энергии регулируется с целью повышения скорости реакций крекинга по наиболее слабым связям молекул в составе сырья при минимальной скорости образования короткоцепочных радикалов,
выдерживают оптимальное время пребывания реакционной смеси в полости реактора для обеспечения протекания реакций термического крекинга сырья,
при этом реакцию термического крекинга сырья проводят в реакторе, имеющем две последовательно расположенные и сообщающиеся между собой реакционные камеры, и реакции крекинга протекают преимущественно в первой реакционной камере, объем которой меньше объема второй реакционной камеры, и обеспечивают среднее время пребывания реакционной смеси в первой реакционной камере менее 0,1 секунды и среднее время пребывания реакционной смеси во второй реакционной камере не менее 10 секунд,
выводят продукты реакции из реактора.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что перерабатывают тяжелое углеводородное сырье, такое как тяжелые и сверхтяжелые нефти, сверхвязкие нефти, природные битумы, и нефтяные остатки, таких как остатки атмосферной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки вакуумной перегонки и продукты на их основе или с их содержанием, остатки процесса висбрекинга.