способ получения остаточного продукта термополиконденсации

Формула изобретения

1. Способ получения остаточного продукта термополиконденсации, включающий нагрев нефтяного сырья, его поликонденсацию в реакторе при повышенных температуре и давлении с образованием и выводом целевого продукта - остаточного продукта термополиконденсации и дистиллятных продуктов с последующим их разделением в ректификационной колонне, отличающийся тем, что одновременно с сырьем в низ реактора подают инертное газообразное вещество, определяют перепад давления между верхом и низом реактора и по его величине устанавливают фазовое состояние реакционной массы, а затем, в зависимости от полученных данных и заданного качества целевого продукта, прекращают подачу сырья в реактор и либо продолжают процесс поликонденсации в текущем технологическом режиме, либо подают в реактор теплоноситель с температурой 460-500°С в течение времени, достаточном для получения целевого продукта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве инертного газообразного вещества используют, например, водяной пар или азот.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перепад давления между верхом и низом реактора определяют, например, дифманометром.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае установления жидкофазного состояния реакционной массы определяют ее плотность.

5. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что плотность жидкофазной реакционной массы определяют путем деления величины перепада давления на величину уровня заполнения реактора.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используют газойль.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к способу получения остаточного продукта термополиконденсации (пека, нефтяной спекающей добавки - НСД, кокса).

Известен способ получения спекающих добавок из тяжелого нефтяного сырья путем нагрева исходного сырья до 400-500°С, ввода его в верхнюю часть реактора и выдержки с подачей снизу теплоносителя - исходного сырья (Пат. РФ №1624016, С 10 В 55/00, оп. 30.09.91, БИ №4).

Однако качество остаточного продукта термополиконденсации - нефтяной спекающей добавки, полученной известным способом, не всегда удовлетворяет необходимым требованиям.

Известен способ получения пека путем термодеструкции нагретого нефтяного сырья при повышенных температуре и давлении, дальнейшей поликонденсации полученных продуктов в присутствии водяного пара с получением продукта поликонденсации и разделением последнего на дистиллятные фракции и пековый продукт, причем пековый продукт подвергают дополнительной термообработке в присутствии фракции разделения продукта поликонденсации, выкипающей выше 350°С, и процесс проводят с рециркуляцией полученного пека на поликонденсацию (Пат. РФ №1675317, МПК С 10 С 1/16, оп. 07.08.91, БИ №33).

Известный способ направлен на повышение качества остаточного продукта термополиконденсации - пека, однако, как и в вышеописанном способе, целевой продукт не всегда отвечает необходимым требованиям. Объясняется это тем, что в процессе получения остаточного продукта термополиконденсации затруднительно проконтролировать как фазовое состояние реакционной массы (жидкое, твердое или двухфазное), так и качество получаемого целевого продукта и, соответственно, воздействовать на него с целью получения продукта необходимого качества. Отсутствие такого оперативного контроля в промышленных условиях может повлечь повышение эксплуатационных затрат, в частности увеличение времени охлаждения содержимого реактора, или вызвать аварийную ситуацию на установке при попытке, например, охладить полученный жидкий продукт водой.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является получение остаточного продукта термополиконденсации (пека, НСД, кокса) необходимого качества путем регулирования фазового состояния реакционной массы.

Указанная задача решается способом получения остаточного продукта термополиконденсации, включающим нагрев нефтяного сырья, его поликонденсацию в реакторе при повышенных температуре и давлении с образованием и выводом целевого продукта - остаточного продукта термополиконденсации и дистиллятных продуктов с последующим их разделением в ректификационной колонне, в котором согласно изобретению одновременно с сырьем в низ реактора подают инертное газообразное вещество, определяют перепад давления между верхом и низом реактора и по его величине при известном уровне заполнения реактора устанавливают фазовое состояние реакционной массы, а затем, в зависимости от полученных данных и заданного качества целевого продукта, прекращают подачу сырья в реактор и либо продолжают процесс поликонденсации в текущем технологическом режиме, либо подают в реактор теплоноситель с температурой 460-500°С в течение времени, достаточного для получения целевого продукта.

Целесообразно в качестве инертного газообразного вещества использовать водяной пар или азот.

Перепад давления между верхом и низом реактора определяют, например, дифманометром.

Целесообразно в случае установления жидкофазного состояния реакционной массы определить ее плотность.

Плотность жидкофазной реакционной массы целесообразно определить путем деления величины перепада давления на величину уровня заполнения реактора.

В качестве теплоносителя может быть использован газойль.

Определение величины перепада давления в реакторе при известном уровне его заполнения позволяет четко определить фазовое состояние и, при необходимости, плотность содержимого реактора. Так, при перепаде давления 0,01-0,05 МПа реакционная масса находится преимущественно в твердой фазе (практически независимо от уровня заполнения) и остаточный продукт термополиконденсации представляет собой НСД или кокс; при перепаде давления 0,1-0,35 МПа и уровне заполнения реактора 10-23 м реакционная масса находится преимущественно в жидкой фазе и продукт представляет собой пек; при перепаде давления 0,05-0,2 МПа и уровне заполнения реактора 5-20 м реакционная масса находится в двухфазном состоянии и продукт (некондиционный) представляет собой слои НСД или кокса и пека.

Определение фазового состояния и плотности реакционной массы в процессе получения остаточного продукта термополиконденсации позволяет получить целевой продукт необходимого качества и, кроме того, выбрать наиболее оптимальный и безопасный способ охлаждения содержимого реактора. При этом, если в реакторе находится целевой продукт в жидкой фазе (пек), то выгрузка его производится через холодильник в контейнеры или другие известные устройства. Если в реакторе целевой продукт в твердой фазе (НСД, кокс), то используется типовой метод пропарки, охлаждения и выгрузки, применяемый для кокса в процессе замедленного коксования.

На чертеже приведена зависимость перепада давления от уровня заполнения реактора, плотности и фазового состояния реакционной массы при получении остаточного продукта термополиконденсации, где;

- А - твердая фаза (НСД, кокс);

- Б - двухфазное состояние;

- В - жидкая фаза (пек);

- 1 - пек с плотностью 1000 кг/м ³; 2 - пек с плотностью 1200 кг/м³, 3 - пек с плотностью 1400 кг/м³.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В качестве сырья использовали крекинг-остаток гудрона со следующими показателями качества;

- плотность - 1000 кг/м³;

- коксуемость - 20%;

- выкипает: до 350°С - 15%, до 500°С - 58%;

- содержание серы - 0,5%;

- вязкость условная ВУ ₈₀ - 9,0, ВУ₁₀₀ - 4,2.

Сырье указанного качества непрерывно подают в печь, где оно нагревается до 420°С и далее - в реактор для проведения процесса термополиконденсации при температуре 400-410°С, давлении 0,25-0,30 МПа. Парогазовые продукты выводят из реактора в ректификационную колонну для разделения на газ, бензин, газойлевые фракции. В реакторе, где находятся остаточные продукты термополиконденсации, в течение опыта определяют перепад давления между низом и верхом реактора (штуцерами ввода сырья в реактор и вывода паров дистиллята из реактора), а также уровень раздела фаз: пар - жидкость по следящему радиационному уровнемеру, расположенному снаружи реактора. Полученные результаты приведены в таблицах 1 и 2 и на чертеже.

Как видно из данных таблицы 1 и чертежа, перепад давления 0,01-0,05 МПа соответствует твердой фазе полученного продукта - НСД, коксу; перепад давления 0,1-0,35 (при уровне заполнения реактора 10-23 м) соответствует жидкой фазе - пеку соответствующей плотности. Для получения уточненных данных в расчетах учитывается дополнительное давление столба углеводородных паров и пены над уровнем заполнения реактора, она вычитается из величины перепада давления.

Таблица 1.
Зависимость перепада давления от высоты заполнения реактора, плотности и фазового состояния реакционной массы при получении остаточного продукта термополиконденсации
Высота заполнения реактора, м	Перепад давления, МПа·100
	Твердая фаза (НСД, кокс)	Жидкая фаза (пек)						Пена			Пары
	Плотность, кг/м 3·10-3
	-	1,0	1,2	1,25	1,3	1,35	1,4	0,3	0,5	0,7	0,16
5	1-5	5	6	6,25	6,5	6,75	7	1,5	2,5	3,5	0,8
6	1-5	6	7,2	7,5	7,8	8,1	8,4	1,8	3	4,2	0,96
7	1-5	7	8,4	8,75	9,1	9,45	9,8	2,1	3,5	4,9	1,12
8	1-5	8	9,6	10	10,4	10,8	11,2	2,4	4	5,6	1,28
9	1-5	9	10,8	11,25	11,7	12,15	12,6	2,7	4,5	6,3	1,44
10	1-5	10	12	12,5	13	13,5	14	3	5	7	1,6
11	1-5	11	13,2	13,75	14,3	14,85	15,4	3,3	5,5	7,7	1,76
12	1-5	12	14,4	15	15,6	16,2	16,8	3,6	6	8,4	1,92
13	1-5	13	15,6	16,25	16,9	17,55	18,2	3,9	6,5	9,1	2,08
14	1-5	14	16,8	17,5	18,2	18,9	19,6	4,2	7	9,8	2,24
15	1-5	15	18	18,75	19,5	20,25	21	4,5	7,5	10,5	2,4
16	1-5	16	19,2	20	20,8	21,6	22,4	4,8	8,0	11,2	2,56
17	1-5	17	20,4	21,25	22,1	22,95	23,8	5,1	8,5	11,9	2,72
18	1-5	18	21,6	22,5	23,4	24,3	25,2	5,4	9	12,6	2,88
19	1-5	19	22,8	23,75	24,7	25,65	26,66	5,7	9,5	13,3	3,04
20	1-5	20	24	25	26	27	28	6	10	14	3,2
21	1-5	21	25,2	26,25	27,3	28,35	29,4	6,3	10,5	14,7	3,36
22	1-5	22	26,4	27,5	28,6	29,7	30,8	6,6	11	15,4	3,52
23	1-5	23	27,6	28,75	29,9	31,05	32,2	6,9	11,5	16,1	3,68

Как видно из данных, приведенных в таблице 2, в примерах 1, 2, 3 получается пек соответственно с плотностью 1100; 1250; 1300 кг/м³, в примере 4 - в реакторе находится некондиционный продукт неопределенного качества, в примере 5 получают НСД (с содержанием летучих веществ 32%), в примере 6 - кокс (с содержанием летучих веществ 9%). При этом фазовый состав и качество продукта определяют соответствующим перепадом давления при известной высоте заполнения реактора согласно предлагаемому способу. По установленной характеристике содержимого реактора выбирают оптимальный способ охлаждения и выгрузки продукта из реактора.

Таблица 2
Примеры получения остаточного продукта термополиконденсации
№ примеров	Высота заполнения реактора, м	Перепад давления, МПа	Фазовое состояние реакционной массы, продукт	Плотность продукта, кг/м 3	Способ охлаждения и выгрузки продукта
1	5	0,055	Жидкая фаза (пек)	1100	Через холодильник
2	10	0,125	Жидкая фаза (пек)	1250	Через холодильник
3	15	0,195	Жидкая фаза (пек)	1300	Через холодильник
4	17	0,10	Жидкая фаза - твердая фаза (пек -НСД)	-	-
5	19	0,04	Твердая фаза (НСД)	-	Водяной пар «мятый», вода, гидровыгрузка
6	19	0,03	Твердая фаза (кокс)	-	Водяной пар «острый», вода гидровыгрузка

Следует заметить, что процесс термополиконденсации в примерах 1, 2, 3 непрерывный при постоянной подаче сырья в реактор, и при необходимости получения пека, например, с плотностью 1250 кг/м³ его непрерывно выводят при стабильном уровне заполнения реактора, равном 10 м.

В примере 4 получают некондиционный продукт в двухфазном состоянии. В этом случае для получения целевого продукта, например кокса, в реактор необходимо подать теплоноситель - газойль, нагретый до 460-500°С в течение времени, достаточного для получения заданного перепада давления, соответствующего заданному качеству продукта (см. табл.1 и чертеж).

В примере 5 процесс термополиконденсации продолжают за счет сохранения прежних параметров технологического режима: подачи сырья, температуры и давления в реакторе. При этом уровень заполнения реактора повышается и достигает 19 м. После чего подачу сырья переключают на следующий параллельный реактор. НСД продувают «мятым» водяным паром, охлаждают водой и выгружают с помощью гидрорезака.

В примере 6 условия получения продукта до уровня заполнения 19 м аналогичны примеру 5. Однако для получения кокса в реактор подают теплоноситель - газойль, нагретый до 460-500°С в течение времени (около 5 часов), достаточного для получения кокса заданного качества. После чего кокс пропаривают перегретым «острым» водяным паром, охлаждают и выгружают с помощью гидрорезака. При необходимости изменения качества кокса, сокращения времени термополиконденсации соответственно подбирают параметры процесса. Предлагаемый способ в этом случае позволяет контролировать и регулировать процесс получения целевого продукта.

При аварийной остановке реактора может сложиться ситуация, подобная приведенной в примере 4. В этом случае целесообразно продолжить мероприятия, приведенные в этом примере.

Таким образом, предлагаемый способ более простой по своему выполнению по сравнению с прототипом, путем регулирования фазового состояния и плотности реакционной массы позволяет получить остаточный продукт термополиконденсации заданного качества с наименьшими эксплуатационными затратами.