способ коксования нефтяных остатков

Формула изобретения

1. Способ коксования нефтяных остатков, включающий нагрев первичного сырья, его обработку, предварительную термополиконденсацию с последующим коксованием вторичного сырья и разделением парогазовых продуктов коксования, отличающийся тем, что обработку первичного сырья после нагрева проводят путем абсорбции тяжелых нефтяных фракций парогазовых продуктов коксования с отделением легких фракций, направляемых в ректификационную колонну, и образованием вторичного сырья, которое нагревают до температуры коксования и подвергают предварительной термополиконденсации в смеси с теплоносителем - кубовым остатком ректификационной колонны в отдельном реакторе, а затем проводят коксование под давлением 0,5-1,5 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что абсорбцию тяжелых фракций парогазовых продуктов коксования проводят под давлением 0,4-1,45 МПа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительную термополиконденсацию вторичного сырья с теплоносителем проводят в течение 10-30 мин.

4. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используют фракцию 250-360°С - кубовый остаток ректификационной колонны, нагретую до температуры, которая выше на 50-60°С температуры вторичного сырья.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтепереработке, в частности к способам переработки тяжелых нефтяных остатков, с целью получения нефтяного кокса.

Известен способ получения нефтяного кокса, включающий предварительный нагрев нефтяного остатка (первичного сырья) до 300-400°С, смешение его с парогазовыми продуктами коксования в кубовой части ректификационной колонны, нагрев полученной смеси (вторичное сырье) до 480-510°С, выдержку его в реакторе в течение 16-28 часов с получением кокса и разгонку легких фракций коксования с получением газа, бензиновой и газойлевой фракций (З.И.Сюняев. "Производство, облагораживание и применение нефтяного кокса". М.: "Химия", 1973, стр.101-103).

Такой способ коксования нефтяных остатков используется почти на всех действующих установках коксования России.

Известно, что повышение температуры нагрева сырья, также как и повышение давления в реакторе коксования, способствуют повышению качества и увеличению выхода кокса. Однако в известном способе температура нагрева вторичного сырья, содержащего тяжелые компоненты (асфальтены, карбены, карбоиды), ограничена из-за опасности закоксовывания труб печного змеевика, а повышение давления в реакторе ограничено низким давлением в ректификационной колонне (0,20-0,25 МПа), куда поступают парогазовые продукты коксования из реактора.

Повышать давление в ректификационной колонне нецелесообразно из-за повышения энергозатрат на процесс фракционирования. Установка дроссельного клапана на линии паров между реактором и ректификационной колонной также недопустима из-за опасности быстрого забивания его частицами кокса.

Известен способ получения нефтяного кокса, включающий нагрев первичного сырья до 350°С, разделение его на легкие фракции и тяжелый остаток в дополнительном испарителе, разгонку легких фракций первичного сырья в ректификационной колонне, смешение тяжелого остатка первичного сырья с кубовым остатком ректификационной колонны с образованием вторичного сырья, коксование его в реакторе с получением кокса и подачей парогазовых продуктов коксования в низ ректификационной колонны (Патент РФ №2209826, МПК 7 С 10 В 55/00, опубл.10.08.2003 г.).

Основным недостатком данного способа является то, что парогазовые продукты коксования также, как в предыдущем способе, поступают в низ ректификационной колонны, ввиду чего давление в реакторе коксования также ограничено давлением в ректификационной колонне и не может быть повышено.

Известен способ коксования нефтяных остатков, включающий нагрев сырья, смешение его с парогазовыми продуктами коксования в кубовой части ректификационной колонны, нагрев полученного вторичного сырья и подачу его в реактор коксования вместе с теплоносителем - фракцией 200-500°С дистиллята коксования, нагретого отдельно от сырья на 50-60°С выше температуры вторичного сырья (Патент РФ 2162876, МПК 7 С 10 В 55/00, опубл. 10.02.2001 г.).

Недостатком данного способа является также невозможность повышения давления в реакторе коксования, т.к. парогазовые продукты коксования подаются в кубовую часть ректификационной колонны, работающей при низком давлении.

Наиболее близким к предлагаемому является способ коксования нефтяных остатков, включающий предварительный нагрев первичного сырья до 350-380°С и его сепарацию на паровую фазу, поступающую в ректификационную колонну и жидкую (вторичное сырье), которая после нагрева в печи до 480-500°С направляется в один из свободных реакторов коксования, где происходят его предварительная термополиконденсация (выдержка) и разделение на паровую и жидкую фазы. Паровая фаза вторичного сырья с к.к. 400°С с верха реактора термополиконденсации вместе с парами из реактора коксования поступает в низ ректификационной колонны, а жидкая фаза с низа реактора термополиконденсации вместе с предварительно охлажденным кубовым остатком ректификационной колонны нагревается до 475-510°С и подается в реактор коксования (А.С. №1447835, МПК 7 С 10 В 55/00, опубл. 30.12.88 г.).

Известный способ имеет следующие недостатки:

- как и вышеописанные, он может быть реализован при давлении в реакторе не более 0,25-0,30 МПа, в то время, как повышение давления в реакторе, как сказано выше, положительно влияет на выход и качество кокса;

- предварительная термополиконденсация вторичного сырья с отделением образовавшейся паровой фазы с к.к. до 400°С перед нагревом в печи уменьшает количество сырья коксования, повышает его плотность и коксовое число и, как следствие, опасность закоксовывания печного змеевика, что может привести к аварийной остановке установки;

- предварительная сепарация паровой фазы тяжелого нефтяного сырья (первичного) при температуре 350-380°С нецелесообразна из-за отсутствия паровой фазы;

- использование реакторов коксования поочередно для коксования и предварительной термополиконденсации усложняет эксплуатацию установки из-за необходимости периодического переключения потоков сырья с температурой 480-500°С с одного реактора на другой.

Таким образом, возникла задача увеличения выхода и улучшения качества кокса, а также упрощения эксплуатации установки.

Указанная задача решается способом коксования нефтяных остатков, включающим нагрев первичного сырья, его обработку, предварительную термополикоденсацию с последующим коксованием вторичного сырья и разделением парогазовых продуктов коксования, в котором согласно изобретению обработку первичного сырья после нагрева проводят путем абсорбции тяжелых нефтяных фракций парогазовых продуктов коксования с отделением легких фракций, направляемых в ректификационную колонну, и образованием вторичного сырья, которое нагревают до температуры коксования и подвергают предварительной термополиконденсации в смеси с теплоносителем - кубовым остатком ректификационной колонны в отдельном реакторе, а затем проводят коксование под давлением 0,5-1,5 МПа.

Целесообразно абсорбцию тяжелых фракций парогазовых продуктов коксования первичным сырьем проводить под давлением 0,4-1,45 МПа.

Предварительную термополиконденсацию вторичного сырья с теплоносителем целесообразно проводить в течение 10-30 минут.

В качестве теплоносителя целесообразно использовать фракцию 250-360°С, нагретую до температуры выше на 50-60°С температуры вторичного сырья.

Обработка первичного сырья путем абсорбции тяжелых фракций парогазовых продуктов коксования в абсорбере под давлением 0,4-1,45 МПа позволяет вести коксование в реакторе при более высоком давлении (до 1,5 МПа), что ускоряет процесс коксования и увеличивает выход кокса. Кроме того, добавление в схему абсорбера позволяет регулировать полноту абсорбции тяжелых фракций парогазовых продуктов коксования первичным сырьем, а также количество и качество кубового остатка ректификационной колонны, используемого в качестве теплоносителя.

Включение в схему отдельного реактора термополиконденсации позволяет лучше подготовить вторичное сырье к основному процессу коксования, повысить его коксообразующие качества, что, в свою очередь, способствует ускорению процесса коксования, улучшению качества и увеличению выхода кокса, выравниванию качества кокса по высоте реактора коксования.

Кроме того, наличие отдельного реактора термополиконденсации, из которого вторичное сырье без дополнительного нагрева поступает на коксование, упрощает эксплуатацию и увеличивает межремонтный пробег установки.

Совместная термополиконденсация вторичного сырья вместе с теплоносителем, нагретым на 50-60°С выше, чем вторичное сырье, способствует их лучшему перемешиванию с хорошим тепло- и массообменном с образованием более однородного и более подготовленного для последующего коксования продукта.

Сравнение существенных признаков предлагаемого способа и прототипа показало наличие нового действия - абсорбции тяжелых фракций парогазовых продуктов коксования первичным сырьем, нового вида сырья, подвергаемого предварительной термополиконденсации - смеси вторичного сырья с теплоносителем, а также новых условий осуществления предварительной термополиконденсации в отдельном специальном реакторе, поэтому можно сделать вывод о соответствии предлагаемого способа критерию "новизна".

Поиск по существенным отличительным признакам показал отсутствие технических решений с этими признаками, поэтому можно сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На чертеже приведена принципиальная схема осуществления предлагаемого способа.

Первичное сырье 1 насосом 2 прокачивают через конвекционный змеевик печи 3 и с температурой 360-390°С подают на верхнюю тарелку абсорбера 4. В нижнюю часть абсорбера 4 подают парогазовые продукты коксования 5 из реактора коксования 6. В абсорбере 4 первичное сырье 1 абсорбирует тяжелые фракции парогазовых продуктов коксования 5 с образованием вторичного сырья 7, которое насосом 8 прокачивают через часть радиантного змеевика печи 3 и с температурой 480-500°С подают на верх предварительного реактора термополиконденсации 9. С верха абсорбера 4 легкие фракции паров коксования 10 поступают в ректификационную колону 11, где разделяются на газ коксования 12, бензин 13 и коксовый газойль 14. С низа ректификационной колонны 11 коксовый газойль 14 (фракция с концом кипения не более 360°С) прокачивают через часть радиантного змеевика печи 3 и с температурой на 50-60°С выше температуры вторичного сырья 7 подают на верх реактора термополиконденсации 9, в котором смесь вторичного сырья 7 и теплоносителя 14 в течение 10-30 минут подвергается процессу термополиконденсации. Балансовое количество газойля коксования 14 с низа ректификационной колонны откачивают в товарный парк.

Продукты термополиконденсации 15 с низа реактора поликонденсации 9 под собственным давлением поступают в реактор коксования 6, где происходит коксование подготовленной сырьевой смеси.

Для уменьшения закоксовывания змеевика печи 3 в потоки вторичного сырья и теплоносителя подают турбулизатор (воду) 16.

В таблице приведены сравнительные показатели аналогов (Патент РФ 2209826 и 2162876), прототипа (А.С. SU №1447835) и предлагаемого способа по результатам опытов, проведенных на пилотной установке.

Таблица Сравнительные показатели работы установок коксования
Наименование показателей	Ед. изм.	Значения показателей
		Способ по пат. 2209826	Способ по пат. 2162876	Прототип а.с. 1447835	Предлагаемый способ
1. Природа первичного (исходного) сырья	-	Остаток крекирования гудрона западно-сибирской нефти
2. Расход первичного сырья	кг/час	20,0	20,0	20,0	20,0
3. Расход вторичного сырья	кг/час	23,0	25,0	23,0	25,0
4. Расход теплоносителя	кг/час	-	8,0	-	8,0
5. Температура нагрева первичного сырья	°С	350	380	380	380
6. Температура нагрева вторичного сырья	°С	500	500	510	500
7. Температура теплоносителя	°С	-	560	-	560
8. Давление в реакторе термополиконденсации	МПа	-	-	0,4	1,4
9. Давление в реакторах коксования	МПа	0,4	0,4	0,4	1,2
10. Давление в абсорбере (сепараторе)	МПа	0,4	-	0,4	1,15
11. Давление в ректификационной колонне	МПа	0,25	0,25	0,25	0,25
12. Продолжительность термополиконденсации	мин	-	-	30,0	30,0
13. Время заполнения реактора коксом V=25 л	час	4,0	3,7	3,7	3,0
14. Выход кокса от первичного сырья	% масс.	30,0	32,0	32,0	41,0
15. Выход газа коксования	-	7,0	7,2	8,0	9,4
16. Выход фракции бензина	-	8,2	8,4	9,2	10,8
17. Выход фракции легкого газойля	-	24,4	25,6	25,8	38,8
18. Выход фракции тяжелого газойля	-	30,4	26,8	25,0	-
19. Механическая прочность кокса	кгс/м2	48,0	56,0	50,0	59,0
20. Продолжительность работы печи до закоксовывания	час	12	16	16	21

Как следует из приведенных данных, предлагаемый способ позволяет увеличить выход кокса (до 41% масс. на сырье), улучшить его качество (механическая прочность увеличилась до 59 кгс/м²), а также увеличить выход легких дистиллятов коксования. Кроме того, способ дает возможность ускорить процесс коксования, увеличить длительность межремонтного пробега установки и упростить ее эксплуатацию.