способ переработки нефтяного сырья

Формула изобретения

Способ переработки тяжелого нефтяного сырья путем его подготовки, нагрева, деструкции под воздействием различного типа излучений с последующим разделением на газ, дистиллатные фракции и остаток, отличающийся тем, что сырье при 80 - 100^oC озонируют озоновоздушной смесью, получаемой из воздуха под действием пучка быстрых электронов, смешивают с водой и подвергают радиолизу в импульсном режиме с энергией в пучке электронов 0,5 - 2,0 МэВ при давлении 0,10 - 0,12 МПа, отделяют газ и воду, последнюю освобождают от растворенных продуктов озонолиза и радиолиза, очищают от загрязняющих примесей одновременным воздействием озоновоздушной смеси и пучка быстрых электронов и возвращают на стадию смешения с озонированным сырьем.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к способу переработки нефтяного сырья (высоковязких нефтей, природных битумов, мазутов, полугудронов) и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Известны различные способы переработки высоковязких нефтей и природных битумов, которые могут быть отнесены к традиционным методам.

Например, способ, заключающийся в том, что исходный природный битум Ашальчинского месторождения подвергают гидрокрекингу на алюмоникельмолибденовом катализаторе при температуре 450^oC, давлении 3 МПа, объемной скорости сырья 2 ч^-1, объемной скорости водородсодержащего газа 1000 м³/(м³/ч). Исходную нефть смешивают с рециркулятом - фракцией 180-350^oC в соотношении 2:1 и водородсодержащим газом. Затем нагревают до температуры 280-290^oC и подают в реактор. В результате переработки получают низкооктановый бензин (НК-180^oC), дизельное топливо (180-350^oC) и котельное топливо (более 350^oC). Способ характеризуется низким термическим КПД, высокой металлоемкостью и повышенной взрыво- и пожароопасностью [Алиев В.С., Рустамов М.И. и др. Химия и технология топлив и масел, 1984, N 8, с. 6-7].

Для переработки тяжелого нефтяного сырья любого происхождения разработан процесс термоконтактного крекинга, заключающийся в том, что исходное сырье в смеси с рециркулятом (остатком выше 420^oC) подают в реактор через систему распылителей под уровень псевдоожиженного слоя частиц кокса, непрерывно циркулирующих в реакторном блоке и обеспечивающих подвод тепла в реактор. Процесс осуществляется на поверхности горячих частиц кокса при температуре 600-620^oC. Образовавшиеся газы и пары по выходе из слоя проходят через систему циклонных сепараторов для отделения коксовой пыли и поступают в скруббер - парциальный конденсатор, который для уменьшения закоксовывания передаточных линий расположен непосредственно на реакторе. В верхнюю часть парциального конденсатора в качестве орошения подается охлажденный тяжелый газойль. За счет контакта паров продукта с тяжелым газойлем конденсируются наиболее тяжелые компоненты паров. Сконденсированная смесь (рециркулят) с низа парциального конденсатора подается на смешение с исходным сырьем. Частицы кокса - теплоносителя с отложившимся тонким слоем образовавшегося в процессе кокса опускаются в низ отпарной секции реактора, при этом они продуваются встречным потоком водяного пара. Далее пневмотранспортом их подают в коксонагреватель. С помощью воздуходувки в коксонагреватель подают воздух в количестве, необходимом для нагрева циркулирующего кокса до заданной температуры. Кокс нагревается за счет теплоты сгорания части балансового кокса. Нагретый в коксонагревателе кокс возвращают в реактор. Избыток кокса выводят из системы в виде фракции наиболее крупных частиц. Размеры частиц кокса, циркулирующих в реакторном блоке, составляют 0,075-0,300 мм, а частиц балансового кокса - выше 0,4 мм.

Газы и пары с верха парциального конденсатора поступают в ректификационную колонну. С низа колонны выводят тяжелый газойль, часть которого подают в парциальный конденсатор, а часть выводят в виде готового продукта. В ректификационной колонне отделяют легкий газойль и нестабильный бензин. Последний освобождают в водогазоотделителе от жирного газа.

Технологический режим процесса термоконтактного крекинга характеризуется следующими параметрами:

- температура: в реакторе - 510-540^oC, в коксонагревателе - 600-620^oC;

- давление в реакторе и коксонагревателе - 0,14-0,16 МПа;

- кратность циркуляции кокс : сырье - 7-8;

- массовая скорость подачи сырья - 0,6-1,0 ч^-1.

Продукты, полученные в процессе термоконтактного крекинга, имеют низкое качество. Для получения из них товарных моторных топлив и сырья для каталитического крекинга необходимы процессы облагораживания: гидроочистка, гидрирование, демеркаптанизация. Кроме того, существенным недостатком данного способа являются ограничения по содержанию в исходном сырье фракций, выкипающих ниже 350^oC. Это связано со стабильной работой парциального конденсатора, которая нарушается при содержании в сырье фракций НК-350^oC выше 10 мас. %. В среднем высоковязкие нефти и природные битумы содержат от 14 до 28 мас.% светлых фракций, поэтому перед термоконтактным крекингом их необходимо освобождать от этих фракций [Соскинд Д.М., Радченко Е.Д., Спектор Г.С. и др. Химия и технология топлив и масел, 1984, N 2, с. 4-7; Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа.- М.: Химия, 1983, с. 31- 33].

Известен также способ переработки высоковязких нефтей и природных битумов путем экстракции органической фазы из песчаника с последующей традиционной перегонкой выделенной нефти на АВТ. Недостатком данного способа является низкий выход светлых дистиллатов, так как высоковязкие нефти и природные битумы начинают претерпевать термические превращения при температурах, близких к температуре их перегонки (300-320^oC) [Лихтерова Н.М., Авджиев Г.Р., Горенков А.Ф. Химия и технология топлив и масел, 1989, N 1, с. 7-9].

Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки нефтяного сырья, включающий нагрев тяжелых нефтяных остатков до температуры 410-510^oC, которые затем подвергают висбрекингу под воздействием энергии сверхвысокой частоты (СВЧ) в диапазоне 300 МГц - 300 ГГц, преимущественно при 915 - 2375 МГц, применяемых в промышленности. Энергию подают через волновод, связанный с генератором СВЧ и источником питания в течение 0,5-5 мин, и процесс ведут под давлением 0,1-3,0 МПа.

Продукты реакции выводят из реактора и подвергают разделению известными способами на газ, дистиллатные фракции и крекинг-остаток [патент России N 2054449, C 10 G 15/08].

Однако этот способ характеризуется низким тепловым КПД, значительным коксообразованием, ограниченностью сырьевой базы и малой экологической эффективностью.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание экологически чистого, замкнутого цикла переработки тяжелого нефтяного сырья с минимальными энергетическими затратами и получением товарных продуктов, содержащих незначительное количество сернистых и азотистых соединений. Процесс переработки характеризуется также отсутствием кокса и загрязненных сточных вод. Наиболее предпочтительным сырьем для переработки предлагаемым способом являются высоковязкие нефти, природные битумы, мазуты.

Для достижения поставленной цели исходное сырье с целью обеспечения подвижности (улучшения реологических свойств) нагревают до температуры 80-100^oC, далее нагретое сырье обрабатывают озоновоздушной смесью при расходе озона 2,5-12 г/кг сырья, проозонированную нефть смешивают с водой и подвергают облучению пучком активных электронов в импульсном режиме с энергией в пучке 0,5-2 МэВ при давлении 0,1-0,12 МПа, после отделения газа и воды обработанное сырье разделяют вакуумной перегонкой на компоненты - автомобильный бензин, дизельное топливо, масляные фракции и дорожный битум. Воду защелачивают 2%-ным NaOH и обрабатывают HCl до pH=2-3, выпавший осадок нефтяных озонидов отделяют фильтрованием и сушат, получая при этом деэмульгатор для обезвоживания и обессоливания нефти. Воду, освобожденную от осадка, направляют на очистку, заключающуюся в одновременном воздействии пучка активных электронов и озоновоздушной смеси. Очищенную воду возвращают на стадию смешения с озонированным сырьем. Образовавшийся газ является компонентом топлива, используемого на нагрев и подготовку сырья.

На чертеже представлена схема осуществления предлагаемого способа для переработки высоковязких нефтей.

В соответствии с предложенным способом были переработаны пять образцов высоковязких нефтей, физико-химические характеристики которых представлены в табл. 1. Примеры осуществления предлагаемого способа представлены в табл. 2.

Характеристики блока производства озона приведены в табл. 3, 4.

После очистки отходящей воды в блоке одновременного ее озонирования и облучения вода отвечает требованиям стандартов по водоемам 2-й категории. Производительность по воде до 150000-200000 м³/сутки. Потребляемая мощность до 320 кВт. Затраты электроэнергии на очистку воды составляют 0,3 кВт/чм³ воды.

Процесс выделения водорастворимых продуктов озонирования и облучения нефти осуществляют известными способами - защелачиванием водных растворов, нейтрализацией и доведением pH среды до 2-3, фильтрованием и сушкой получаемого осадка (сыпучего порошка коричневого цвета). Его выход на исходные асфальтены нефти или тяжелых остатков около 70 мас.%. Этот продукт является деэмульгатором, легко растворим в слабощелочных водных растворах (pH=7-9), в воде с жидким стеклом, низших спиртах, в нефти.

Таким образом, предлагаемый способ переработки тяжелого сырья позволяет создать технологию с замкнутым циклом сточных вод, получить максимальный выход товарной продукции, экономить энергию на переработку (КПД электронных ускорителей 0,85), снизить количество вредных выбросов в окружающую среду, увеличить выход светлых фракций на 8-15% абс., улучшить качество топливных и масляных фракций по содержанию сернистых соединений, избежать образования кокса и большого количества газообразных продуктов, значительно снизить температуру и давление в системе.