книги / Современные и перспективные термолитические процессы глубокой переработки нефтяного сырья

тарелки, а исходное (первичное) сырье с температурой 320-330 °С — на каскад­ ные тарелки, где оно контактирует с парами из реакторов. Поскольку первичное сырье нагрето до температуры паров, происходит их конденсация, где образуется жидкая фаза, которая стекает по тарелкам в низ колонны, и образуется вторичное сырье (смесь исходного сырья и рециркулята). Формируется коэффициент рецир­ куляции — отношение количества вторичного сырья к первичному. Такая схема работы низа колонны обусловливает максимальные коэффициенты рециркуляции 1,5-1,7, и даже более 2. Все отечественные установки работали, а многие работают

и в настоящее время с высокими значениями К — 1,5 и выше. Это было связано

стем, что рециркулирующие продукты улучшают тепловой режим реакционных камер, что приводит к некоторому снижению летучих веществ и повышению ме­ ханической прочности кокса. Но высокий коэффициент рециркуляции значительно увеличивает расход энергоносителей на тонну переработанного сырья. Поэтому большинство современных установок работают с коэффициентом рециркуляции на уровне 5-10% . Исключение составляют установки по производству кокса игольчатой структуры, работающие с высоким рециклом — 200 % и более. Осо­ бенно нецелесообразно присутствие во вторичном сырье фракций, выкипающих до 380—400 °С. В табл. 3.4 приведен состав первичного и вторичного сырья при работе установки с коэффициентом рециркуляции 70 % (1,7). Производительность установки 600 тыс. т сырья в год (установка 21-10/6 КНПЗ). Наличие во вторичном сырье фракций, выкипающих до 400 °С, которые не участвуют в формировании

конечного материального баланса и являются «балластом», конечно, приводит к повышенным расходам энергоносителей и снижает технико-экономические по­ казатели установки.

газ+бензин

К-1 легкий

газойль^

тяжелый J b . газой^

Ъсырье

170 кг/ч

н.к. =280°С

Рисунок 3.14 — Формирование продуктов рециркуляции при различных режимах работы К-1

При производительности установки по сырью 600 тыс. т/год и коэффициенте ре­ циркуляции 1,7 приходится перекачивать, нагревать, охлаждать 420 тыс. т/год рецирку­ лирующих фракций, в т. ч. выкипающих до 380-400 °С, в количестве 126,8 тыс. т/год.

131

Коэффициент рециркуляции можно значительно уменьшить, исключив контакт паров с первичным сырьем (рис. 3.14б). Такая схема позволяет снизить рециркуля­ цию до 20-25 %, но при этом количество рециркулята сложно регулировать, и его величина постоянно меняется. Это связано с тем, что при переводе сырья на оче­ редную камеру температура внизу колонны падает, и рециркуляция увеличивается, при выходе на нормальный режим рециркуляция снова уменьшается, и такой цикл повторяется каждый раз при переключении камер.

Расчеты показывают, что циклическое увеличение коэффициента рециркуляции и как следствие этого периодическое снижение производительности установки по сырью в целом за год уменьшает производительность установки по свежему сырью - н а 1 0 0 тыс. т/год.

Количеством и качеством рециркулирующих фракций можно управлять, уста­ новив выносную секцию к основной ректификационной колонне (К-0, рис. 3.14в). Первичное сырье поступает не в основную колонну, а в секцию К-0, наличие ко­ торой позволяет четко регулировать количество рециркулята и даже работать без него с нулевым коэффициентом рециркуляции. Кроме того, необходимо организовать более четкую ректификацию продуктов рециркуляции. Для этого под аккумулято­ ром необходимо смонтировать эффективные контактные устройства и подать на них

132

Использование сырьевой емкости К-0 позволило исключить контакт исходного сырья с продуктами коксования из камер Р-1-Р-4 и регулировать количество рециркулята в широких пределах (от 0 и выше) путем изменения его подачи в К-0. При производительности по свежему сырью 900 тыс. т/год и количестве рециркулята 10 % (90 тыс. т/год) загрузка печей вторичного сырья составит 990 тыс. т/год.

При модернизации установки были реализованы следующие основные техно­ логические решения:

—смонтирована и обвязана промежуточная емкость для вторичного сырья К-0;

—установлен и обвязан насос для перекачки нижнего циркуляционного орошения (НЦО) колонны К-1;

—установлены теплообменники на линии НЦО и тяжелого газойля коксования;

—смонтирован и обвязан горячий насос для откачки остатка с низа колонны К-1;

—увеличена поверхность конденсаторов-холодильников на дистилляте колонны К-1.

Втабл. 3.5 представлены сравнительные данные по материальным балансам установки до модернизации и после модернизации. Производительность установки по сырью была увеличена с 600 (по проекту фактически с 450) до 900 тыс. т/год, выработка кокса — со 126 до 171 тыс. т/год.

Таблица 3.5 — Материальный баланс процесса коксования гудрона до и после модернизации

Все получаемые продукты полностью соответствуют требованиям, предъявляе­ мым к показателям качества, действующим на НПЗ. Рекламаций по качеству кокса в течение 4 лет эксплуатации установки по новой технологии ни по содержанию летучих, ни по другим показателям не было.

Технология запатентована [59,60], и в настоящее время ведется проектирование двух крупных установок мощностью 1,2 млн т сырья в год на ОАО «Уфанефтехим»

134

и ОАО «Уфимский НПЗ». Обе установки проектируются по технологии с выносной секцией, ректификацией продуктов рециркуляции и монтажом высокотехнологичной шиберной системы открытия-закрытия коксовых камер.

За рубежом также широко проводится работа по снижению рециркуляции. В ос­ новном они связаны также с модернизацией основной ректификационной колонны. На рис. 3.16 и 3.17 показаны схемы низа фракционирующей колонны по технологии фирмы «Foster wheeler» и «Conoco Phillips».

Надо отметить следующие недостатки схемы работы низа колонны по техноло­ гии «Foster wheeler»:

1.Маловероятно, что такая схема обеспечит снижение рецикла до 5-7 % (сверх­ низкий рецикл).

2.Рецикл формируется за счет подачи кулинга и естественного снижения темпера­ туры, кулинг — величина непостоянная, и рецикл будет меняться.

3.При переводе реакторов температура в колонне падает, что также приводит к из­ менению рецикла.

4.Схема не исключает возможности попадания коксовых частиц на прием печных насосов, что ускоряет закоксовывание печей.

5.При организации безотходной технологии (возврат продуктов с узла улавлива­ ния) произойдет снижение производительности по сырью или увеличение на­ грузки на печь и теплонапряженности поверхности трубного экрана.

Камера распыления промывного газойля

Промывной

газойль

Пары с верха кокс, камеры

Рисунок 3.16 — Схема работы низа колонны по технологии «Foster wheeler»

Схема фирмы «Conoco Phillips» (рис. 3.17) имеет все недостатки, присущие ко­ лонне фирмы «Foster wheeler». Наличие устройства для улавливания кокса проблемы не решает, так как объем его небольшой и нет условий для «отстаивания» кокса.

135

Рисунок 3.17 — Схема ректификационной колонны УЗК «Conoco Phillips»

В заключение отметим, что схема работы установки с выносной секцией К-0 позволяет:

—гарантированно регулировать количество и фракционный состав рециркулирую­ щих фракций;

—исключить попадание коксовых частиц на прием печных насосов;

—стабилизировать режим работы реакторного блока в период переключения кок­ совых камер;

—исключить колебания температурного режима печи и реакторов;

—осуществить возврат продуктов реакции в переработку без снижения произво­ дительности по свежему сырью;

—регулировать качество тяжелого газойля по концу кипения и коксуемости;

—обеспечить минимальный расход энергоносителей на тонну переработанного сырья;

—в перспективе позволяет вырабатывать два сорта кокса [60].

3.5.Углубление переработки нефти

коксованием остатков глубоковакуумной перегонки нефти

Ранее (§ 1.1.1) было отмечено, что целевым назначением современных и перспек­ тивных процессов замедленного коксования является производство кроме нефтяного кокса максимального количества дистиллятов — полупродуктов для последующей гидрокаталитической переработки в ценные компоненты моторных топлив, тем са­ мым существенное углубление переработки нефти.

По показателю глубины переработки нефти (ГПН) отечественная нефтеперера­ ботка (~72 %) существенно отстает не только от США (~93 %) и западноевропейских

136

стран (~87 %), но и от среднемирового уровня (~74 %). Необходимость дальнейшего повышения ГПН тесно связана с актуальнейшей глобальной проблемой экономики наступившего столетия — истощением извлекаемых запасов нефти. По оценкам эк­ спертов, в случае сохранения нынешнего уровня мировой добычи (~3,5 млрд т/г) истощение извлекаемых запасов нефти в мире (~140 млрд т) произойдет примерно за 40 лет, а в России — за 20 лет [1-3]. Запасы нефти (~7 млрд т) за последние два десятилетия (после распада СССР) у нас в стране практически не восполнялись. К тому же в ближайшие годы мы обречены работать с трудноизвлекаемыми и сильно обводненными запасами [2]. Таким образом, проблема дефицита нефти для нашей страны стала реальной. Но тем не менее, как и в годы «нефтяного бума», Россия продолжает экспортировать ее в больших объемах (более половины добычи), а не­ которые средства массовой информации уверяют общество, что нефти хватит на все столетие, и без долларов не останемся.

В условиях реально наступившего дефицита нефти и при наличии в достаточных количествах природного газа (в РФ Уз от мировых запасов) для сжигания в топках котлов, существующая практика нерационального расходования нефтяных ресурсов

и«мазутная» политика в энергетике не могут быть оправданы. Нефть должна пол­ ностью и без остатка перерабатываться с получением только высококачественных

иэкологически чистых нефтепродуктов, прежде всего моторных топлив, высокоин­ дексных смазочных масел и использоваться в качестве сырья для нефтехимии.

Опроблеме углубления переработки нефти официально говорится и прини­ маются решения более 20 лет. Однако результаты по их реализации исключитель­ но скромны. Здесь уместны слова бывшего министра Миннефтехимпрома СССР

В. Н. Лемаева: «В нашей стране утратили понимание, для чего добывается углево­ дородные сырье — нефть и газ. У руководства страны сложилось впечатление, что мы обладаем такими ресурсами нефти и газа, которые обеспечат нам десятилетиями безбедное существование. Мы не сделали ни одного шага в развитии новых техно­ логий в области нефтепереработки и нефтехимии».

Решение застарелой проблемы повышения ГПН для России невозможно без разработки и внедрения в производство технологических процессов переработки тяжелых нефтяных остатков (ТНО) — мазутов, гудронов и в перспективе битуми­ нозных нефтей, являющихся исключительно трудноперерабатываемыми видами сы­ рья по причине их высокой коксогенности и большого содержания в них металлов (никеля, ванадия и др.) — ядов для катализаторов. В этой связи каталитическая или гидрокаталитическая переработка ТНО рентабельно возможна лишь после их пред­ варительной деасфальтизации и деметаллизации известными в мировой нефтепере­ работке некаталитическими процессами, такими как сольвентные или термоконтак­ тные (термоадсорбционные). Однако сольвентные процессы типа «Демекс» фирмы «ЮОП», «РОЗЕ» фирмы «Керр-Макги» и отечественные пропановой деасфальти­ зации, применяемые в производствах смазочных масел) характеризуются высокой энергоемкостью, повышенными капитальными и эксплуатационными затратами; они приводят к образованию еще более тяжелого асфальтового остатка, чем гудроны. Термоконтактные процессы (APT, ЗД, АКО, ЭТКК и др. (см. § 1.3) в настоящее время в России не освоены и не рассматриваются в «Основных положениях энергетической стратегии страны» как перспективные для внедрения их в нефтепереработку.

137

В последние годы на ряде НПЗ страны начато строительство новых УЗК по переработке типовых вакуумных остатков, выкипающих свыше 500 °С. Однако на НПЗ ряда зарубежных развитых стран мира (например, в США) освоили техноло­ гию глубоковакуумной перегонки мазутов с получением глубоковакуумных газойлей с последующей их каталитической переработкой в моторные топлива, а гудроны, выкипающие свыше 500 °С (вплоть до 600 °С) стали подвергаться коксованию. В результате существенно возрастает ГПН и улучшаются технико-экономические показатели УЗК.

В табл. 3.6 приведены данные по качеству различных российских нефтей, вакуум­ ных остатков и получаемых из них коксов. Экспериментальные данные по коксуемос­ ти, выходу кокса на остаток и нефть, отношению выхода кокса на коксуемость и дру­ гим физико-химическим свойствам ТНО, выкипающим при температурах 480-590 °С, из западносибирской и арланской нефтей приведены в табл. 3.7. На рис. 3.18 представлены зависимости выхода кокса от коксуемости ТНО различных нефтей.

138

Таблица 3.6 — Характеристика некоторых российских нефтей, остатков вакуумной их перегонки и коксов

Нефть

Таблица 3.7 — Характеристика глубоковакуумных остатков

Из представленных данных вытекает следующий однозначный вывод: с повы­ шением глубины вакуумного отбора нефтяного остатка:

—симбатно возрастает коксуемость по Конрадсону;

—увеличивается выход кокса на остаток;

—снижается отношение выхода кокса к коксуемости ТНО;

—уменьшается выход остатка на исходную нефть (рис. 3.19).

140