Патент на изобретение №2246523

(54) СПОСОБ УГЛУБЛЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКОГО КРЕКИНГА ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области деструктивной переработки нефти и нефтепродуктов. Способ заключается в том, что нефтепродукты нагревают в трубчатой печи и дополнительно выдерживают продукты разложения в выносной реакционной камере. Нагревание реакционной смеси в трубчатой печи осуществляют при температуре и давлении, соответствующих параметрам торможения реакции разложения нефтепродуктов, обеспечивающих после сброса давления на выходе из печи перевод реакционной смеси в состояние достижимого перегрева, с последующим переводом в неассоциированное состояние молекул наиболее термостойких компонентов нефтепродуктов в процессе разложения в реакционной камере. Описано также устройство для реализации вышеуказанного способа, содержащее нагревательную печь и выносную реакционную камеру, причём между ними установлен дроссельный реактор в виде гидравлического сопротивления, обеспечивающий сброс давления на выходе из нагревательной печи и подачу в реакционную зону выносной реакционной камеры гомогенных добавок для интенсификации процесса углубления термического крекинга тяжелых нефтепродуктов. Предложенный способ и устройство для его осуществления позволяют получить дополнительный выход легколетучих целевых фракций из тяжелых нефтепродуктов по сравнению с известными способами крекинга тяжелых нефтепродуктов. 2 с.п. ф-лы. 2 ил.

Изобретение

относится к области деструктивной переработки нефти и нефтепродуктов и может быть использовано для организации процесса термического и каталитического крекинга тяжелого остаточного сырья.

Известен способ углубления крекинга нефти и тяжелых нефтепродуктов путем нагрева в трубчатой печи (Мухина Т.Н., Барабанов Н.Л., Бабаш С.Е. и др. Пиролиз углеводородного сырья. М.: Химия, 1987). Недостатками этого способа являются: совмещение процесса нагрева и процесса терморазложения нефтепродуктов в трубчатой печи, что исключает взаимную регулировку и оптимизацию, ограниченная скорость подвода тепла через стенки змеевика трубчатой печи вследствие интенсивного коксоотложения на стенках труб.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому способу является углубление процесса термического крекинга тяжелых нефтепродуктов в выносной реакционной камере, выбранное в качестве прототипа (Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. М.: Химия, 1968. С.64).

В этом способе установленная после трубчатой печи выносная реакционная камера обеспечивает дополнительное выдерживание продуктов терморазложения, поступающих из трубчатой печи при высокой температуре, за счет аккумулированного в ней тепла. При этом на долю выносной реакционной камеры приходится 20-30% общего бензинообразования.

Недостатком прототипа является неполное терморазложение нефтепродуктов, а также протекание нежелательных вторичных реакций в процессе терморазложения, в частности интенсивное коксообразование в трубах нагревательной печи, что связано с тем, что давление в конце змеевика нагревательной печи практически находится на уровне давления в выносной реакционной камере.

Задачей предложенного изобретения является разработка эффективного способа углубления термического и каталитического крекинга тяжелых нефтепродуктов с использованием трубчатой нагревательной печи и устройства для его осуществления, обеспечивающих устранение указанных недостатков, свойственных прототипу.

Поставленная задача решается способом, в котором нагрев реакционной смеси в трубчатой печи осуществляют при температуре и давлении, соответствующих параметрам торможения реакции разложения нефтепродуктов, обеспечивающих после сброса давления на выходе из печи перевод реакционной смеси в состояние достижимого перегрева, с последующим переходом в неассоциированное состояние молекул наиболее термостойких компонентов нефтепродуктов в процессе разложения их в выносной реакционной камере, при этом между нагревательной печью и выносной реакционной камерой установлен дроссельный реактор в виде гидравлического сопротивления, обеспечивающего сброс давления на выходе из нагревательной печи и подачу в реакционную зону выносной реакционной камеры гомогенных добавок для интенсификации процесса углубления термического крекинга тяжелых нефтепродуктов.

Известно устройство для углубления термического крекинга тяжелых нефтепродуктов, содержащее трубчатую нагревательную печь и выносную реакционную камеру (Смидович Е.В. Термическая переработка нефти и газа. М.: Химия, 1966, с.64).

Для реализации предлагаемого способа предложено устройство, в котором между трубчатой нагревательной печью и выносной реакционной камерой дополнительно установлен дроссельный реактор.

Предложенное изобретение (фиг.1) содержит нагревательную печь 1 с трубчатым нагревателем (змеевиком) 2, соединенным последовательно с выносной реакционной камерой 3, между которыми установлен дроссельный реактор 4.

Реализация предложенного способа и работа устройства для его осуществления происходят следующим образом (фиг.1).

Подлежащие углубленному термическому крекингу тяжелые нефтепродукты поступают в нагревательную печь 1, где с помощью трубчатого нагревателя 2 нагрев реакционной смеси протекает при температуре и давлении, соответствующих параметрам торможения реакции терморазложения наиболее термостойких компонентов тяжелых нефтепродуктов и испарения остатков легких фракций. Далее нагретая реакционная смесь с заданной температурой и давлением поступает в дроссельный реактор 4. На выходе из реактора происходит сброс давления с одновременным возрастанием скорости движения реакционной смеси и перевод ее в состояние достижимого перегрева, в котором молекулы наиболее термостойких компонентов находятся в неассоциированном (изолированном друг от друга, как в газовых системах) состоянии. Ослабление ван-дер-ваальсовых связей, включая диполь-дипольное взаимодействие между молекулами, обеспечивает освобождение колебательных, вращательных и поступательных степеней свободы молекул тяжелых нефтепродуктов на выходе из дроссельного реактора и в реакционной камере 3. Перевод больших молекул в неустойчивое, перевозбужденное по сравнению с ассоциированным состоянием в змеевике, вызывает повышение их реакционной способности – дополнительное разделение на фрагменты и тем самым обеспечивает эффективное углубление термического крекинга тяжелых нефтепродуктов при малом времени пребывания компонентов в зоне реакции, повышает выход конечных легких целевых продуктов терморазложения. Увеличение запаса тепловой энергии смеси в змеевике в результате сокращения доли газововых фракций также способствует интенсификации термического разложения смеси и обеспечивает наибольший выход легких фракций по сравнению с прототипом. Затем реакционная смесь поступает в выносную реакционную камеру 3, в которой также осуществляются процесс терморазложения и фиксация конечного состава.

Пример. Для проверки возможности углубления крекинга тяжелых фракций нефтепереработки предлагаемым способом испытания проведены на лабораторном стенде, представленном на фиг.2. В качестве исходного продукта использован крекинг-остаток, полученный в результате переработки мазута с материальным балансом: углеводородный газ 3,7%, головка стабилизации 3,4%, крекинг-бензин 19,1%, керосиново-газойлевая фракция – 5,8%, крекинг-остаток – 68%. Исходный продукт объемом около 10 л подают методом выдавливания из монжуса 1 в трубчатый теплообменник 2, который подвергают нагреву газовыми горелками в камере 3 до температуры 540°С (определение температуры нагрева описано ниже). Нагретая реакционная смесь поступает через дроссельный реактор 4 и клапан 5 в ресивер 6, где происходит ее охлаждение до равновесной температуры, величина которой устанавливается в опыте (около 460°С). Наличие в трубопроводе гидравлического сопротивления, создаваемого дросселем, обеспечивает в нем повышение давления, необходимого для перевода реакционной смеси в состояние достижимого перегрева в самом реакторе и выносной реакционной камере. В качестве дросселя используют центробежную двухкомпонентную форсунку для распыления и закручивания жидкого топлива. Наличие у такой форсунки двух каналов позволяет вводить дополнительные гомогенные компоненты в реакционную смесь, например гомогенные добавки для интенсификации процесса терморазложения или водород для осуществления гидрокрекинга. Для удаления неполностью прореагировавших продуктов на неустановившемся режиме работы установки и предупреждения роста давления в системе установлен перепускной и предохранительный клапаны 7 и 8. Температуру в конце теплообменника измеряют термопарным методом. Пониженное давление, которое устанавливается за дросселем, тормозит протекание нежелательных вторичных реакций в процессе терморазложения, возможных в прототипе. Поскольку реакция разложения протекает в основном в реакторе и выносной реакционной камере, коксообразование на стенках нагревательной трубы практически не возникает, а пониженная температура в выносной камере снижает коксообразование и отложение кокса на стенках этой камеры.

В результате проведенных испытаний терморазложения крекинг-остатка получают дополнительно примерно 2% углеводородного газа и 3% крекинг-бензина в пересчете на 100% по массе исходного мазута. Соответственно снижается содержание других фракций и, в частности, коксового остатка. Таким образом, проведенные испытания показывают, что сокращение времени процесса терморазложения и его интенсификация путем перевода реакционной смеси в состояние достижимого перегрева с помощью дроссельного устройства приводят к углублению термического крекинга и увеличения выхода целевых продуктов переработки мазута.

Выбор конструкции дроссельного реактора в большой степени зависит от вязкости перерабатываемого продукта. Для продуктов с небольшой вязкостью он может иметь форму перфорированной пластины с узкими каналами, для продуктов с большой вязкостью – более простую форму узла гидравлического сопротивления в виде диафрагмы. Необходимым требованием при выборе перепада давления и температуры реакции терморазложения является создание условий максимально возможного достижимого перегрева нелетучих компонентов.

Следует отметить и другие достоинства предложенного способа, которые могут быть реализованы при установке дроссельного реактора. Повышение давления в трубчатой печи, значительно превосходящее давление в выносной реакционной камере, приводит к повышению температуры начала процесса терморазложения и кипения фракций реакционной смеси, поэтому равновесие химических реакций терморазложения смещается в высокотемпературную область. В результате процесс выхода газообразных продуктов крекинга в трубчатой печи замедляется и увеличивается доля жидких фракций. Снижение доли газообразных компонентов реакционной смеси приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи через стенки змеевика и количества аккумулированного тепла в нагреваемых продуктах, что позволяет сократить время нагрева смеси и тем самым снизить коксоотложение на стенках змеевика. Увеличенный запас тепловой энергии расходуется при последующем эндотермическом разложении нефтепродуктов, обеспечивая больший выход легких фракций.

Благодаря простоте конструкции разработанные способ и устройство применимы в технологических процессах каталитического крекинга, в таком случае узел гидравлического сопротивления устанавливается перед поступлением реакционной смеси в зону контакта с катализатором.

Важным достоинством предложенного способа и устройства является многофункциональность – снижение коксообразования, закалка состава продуктов крекинга после образования, простота и дешевизна конструкции, небольшие габаритные размеры, возможность ее замены и ремонта без остановки процесса в печи (при параллельной установке двух реакторов), возможность установки на уже имеющемся технологическом оборудовании.

Формула изобретения

1. Способ углубления крекинга тяжелых нефтепродуктов путем их нагревания в трубчатой печи и дополнительного выдерживания продуктов разложения в выносной реакционной камере, отличающийся тем, что нагревание реакционной смеси в трубчатой печи осуществляют при температуре и давлении, соответствующих параметрам торможения реакции разложения нефтепродуктов, обеспечивающих после сброса давления на выходе из печи перевод реакционной смеси в состояние достижимого перегрева, с последующим переводом в неассоциированное состояние молекул наиболее термостойких компонентов нефтепродуктов в процессе разложения в выносной реакционной камере.

2. Устройство для реализации способа по п.1, содержащее трубчатую нагревательную печь и выносную реакционную камеру, отличающееся тем, что между нагревательной печью и выносной реакционной камерой дополнительно установлен дроссельный реактор.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 11.11.2007

Извещение опубликовано: 20.06.2009 БИ: 17/2009