Переработка Нефти

УМЕНЬШЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ОСТАТКА

Даже руины были уничтожены.

Марк Аней Лукан. «О гражданской войне»

При больших объемах нефтепереработки неизбежно образуются большие количества кубового остатка. В эко­номике США изменения потребности в бензине никогда не сопровождались соответствующими изменениями по­требности в остаточном топливе. Даже сокращение коли­чества прямогонного остатка за счет вакуумной перегон­ки не смогло установить соответствие между произво­димым и требуемым количеством остаточного топлива. Поэтому нефтепереработчики придумали несколько спо­собов превращать остатки в легкие продукты. Еще в 1920 году большие количества нефтяного пека перераба­тывались на установке термического крекинга, что значи­тельно сокращало дисбаланс между бензином и остаточ­ными фракциями. Развитие технологии в более поздние годы позволило сконструировать установки коксования. Эти процессы весьма схожи, и мы рассмотрим их здесь как наиболее распространенные способы уменьшения ко­личества остаточных фракций.

Термический крекинг

В главе, посвященной вакуумной перегонке, Вы узна­ли о процессе, который был разработан, чтобы избе­жать крекинга. В этой главе Вы узнаете о процессе, спе­циально задуманном, чтобы вызвать крекинг за счет по­вышения температуры. Разница в том, что во втором слу­чае условиями процесса управляют.

Вспомните, что термическим крекингом называется распад молекул углеводорода с образованием меньших молекул, обычно олефинов, так как в системе недоста­точно водорода. Парафины с длинной цепью могут ра­зорваться в любом месте. Циклические соединения обыч­но разрываются в месте присоединения боковой группы, если таковая есть. В результате, тяжелые продукты кре­кинга обычно имеют повышенное содержание олефи­нов, нафтенов и ароматики.

Сырьем для термического крекинга обычно является остаток вакуумной перегонки (пек), но иногда использу­ются тяжелый крекинг-газойль и рециркулирующий га­зойль с установки крекинга.

Если продукты, поступающие на термический кре­кинг, сильно различаются по температурам кипения, то легкокипящее сырье не смешивают с высококипящим. Хотя на рисунке 10.1 эти потоки показаны вместе, в действительности каждый из них поступает в отдельную трубчатую печь, так как для продуктов

Требуются более жесткие условия (более высокие темпе­ратуры). В печах сырье нагревается до температур в пре­делах Время пребывания сырья

Рис. 10.1. Реакционный блок установки термического крекинга.

В змеевиках, проходящих через печи, поддерживают не­большим, чтобы там не происходили слишком глубокие химические превращения. В противном случае будет об­разовываться кокс, который быстро забьет (закоксует) змеевик, что может привести к остановке всего процесса. Затем нагретое сырье поступает в реакционную секцию, которая должна находиться под достаточно высоким дав­лением (около 140 psi или 10 атм), что способствует крекингу, но не коксованию.

На выходе из реактора продукт смешивается с более холодным потоком, что останавлива­

Ет процесс крекинга. Оба потока подаются в секцию раз­гонки, где легкокипящие продукты сразу поднимаются вверх, так как давление в этой секции понижено (как это происходит в колонне вакуумной перегонки прямо - гонного остатка). На дне остается тяжелый крекинг-оста­ток, часть которого направляется снова в реакционную камеру в качестве то, что остается, обычно

Используется как компонент остаточного топлива.

Легкокипящие продукты из верхней части секции раз­гонки подают в ректификационную колонну, которая показана на рисунке 10.2. Продукты С4- отправляют на установку фракционирования крекинг-газа. Бензин и нафту (лигроин) с установки термического крекинга использу­ют как компоненты бензина либо направляют на уста­новку риформинга. Газойль можно использовать как ди­зельное топливо или отправить на рециркуляцию.

Коксование

Коксование — это термический крекинг тяжелого не­фтяного сырья в более жестких условиях, при котором в качестве одного из продуктов получается твердый остаток — кокс. После многих лет накопления информации о тер­мическом крекинге стало достаточно ясно, что благодаря высоким температурам и очень высоким скоростям пода­чи сырья, коксообразования не происходит, пока сырье не выходит из узких змеевиков в печах в большой уравни-

Тельный резервуар. Если углеводородную смесь задержать в этой изолированной емкости, которая называется коксо­вый барабан, то можно провести управляемые процессы глубокого крекинга и коксования. Была разработана техно­логия, которая позволяет эффективно проводить этот про­цесс, включив его в непрерывный режим крекинга. Хотя идея коксования проще, чем идея крекинга, в первом слу­чае требуется более сложное оборудование, так как прихо­дится иметь дело с коксом. Поскольку кокс — твердое ве­щество, то возникают дополнительные проблемы.

Сырье для коксования (то же, что и для крекинга) нагревают приблизительно до 540°С (~1000°F) и подают в нижнюю часть коксового барабана. Легкокипящие про­дукты крекинга поднимаются вверх и откачиваются из верхней части барабана. Высококипящие продукты оста­ются и, поскольку нагревание продолжается, разлагают­ся до кокса, который представляет собой твердое веще­ство, похожее на уголь. Пары из верхней части барабана направляют на ректификацию, так же, как и продукты термического крекинга.

Удаление кокса из барабана — отдельная проблема, так как он представляет собой твердую лепешку. В пре­жние времена реактор термического крекинга иногда за - коксовывался в результате какого-либо нарушения техно­логического режима или аварии. Единственным спосо­бом вычистить кокс из реактора было послать туда рабо­чих в кислородных масках с отбойными молотками. Не­сомненно, что именно это сдерживало разработку про­изводства кокса на нефтеперерабатывающих заводах.

В настоящее время удаление кокса — это ежедневная рутинная процедура, которая осуществляется подачей струи воды под давлением (около 2000 psi или 140 атм). Сначала в коксовой лепешке, находящейся в барабане, просверливается отверстие сверху вниз. Затем в отвер­стие опускают вращающийся стержень, в результате чего струя воды направляется в разные стороны. За счет вы­сокого давления лепешка кокса разбивается на куски, которые вываливаются из нижней части колонны и по-

Рис. 10.3. Коксование.

Падают в тележки или вагонетки для подвозки к месту хранения. Обычно барабаны работают в режиме 48-часо­вого цикла: 24 часа барабан заполняется коксом, а пере­ключение, охлаждение и удаление кокса занимают око­ло 22 часов, в течение которых заполняется коксом со­седний барабан.

Выходы. Продукты, выходящие с установок коксова­ния и термического крекинга, чувствительны к услови­ям процесса, к которым прежде всего относятся темпе­ратура в печах и свойства сырья. Область температур ки­пения, групповой состав и относительная плотность сы­рья обычно позволяют предсказать результаты процесса. В качестве примера рассмотрим результаты переработки остатка с установки вакуумной перегонки (полученного из Западно-Техасской сырой нефти) на установке тер­мического крекинга, работающей в режиме максималь­ного производства бензина, и на установке коксования.

Термический крекинг Коксование

* Весовые проценты, так как это не жидкость.

Таким образом, при термическом крекинге количе­ство остатка уменьшается на 80%. В случае коксования остатка вообще нет, но образуется около 30% кокса, для которого нужен рынок сбыта. В обоих процессах образу­ются также бензин, нафта и газойль, но они низкого качества. Нафту часто перерабатывают на установке ката­литического риформинга, а газойль — на установке гид­рокрекинга. Но остаток исчезает, так что игра стоит свеч!

Кокс. О коксе полезно сказать несколько слов. Большая часть кокса, который выпускается нефтеперерабатываю­щим заводом, выглядит как губка и потому называется губчатый кокс. Основные области применения такого кок­са — это производство электродов, получение карбида кальция и графита. Прочность губчатого кокса недоста­точна для его использования в доменных печах для вы­плавки чугуна или в литейном производстве.

Вторая форма кокса — игольчатый кокс, который так называется из-за своих удлиненных микрокристаллов. Что­бы получить такой кокс, требуется особое сырье и более жесткие условия работы. По своему качеству такой вид кокса предпочтительнее в производстве электродов, чем губчатый кокс. В результате, игольчатый кокс значитель­но дороже, чем губчатый.

Кокс содержит некоторые количества воды и жидких углеводородов, поэтому перед использованием он дол­жен быть высушен. Измельчение кокса с последующим нагреванием с целью удаления этих примесей называет­ся кальцинированием.

Кроме того, кокс можно применять в качестве топли­ва на нефтеперерабатывающем заводе — точно таким же образом, как используется любое другое твердое топли­во, например, каменный уголь.

Легкий крекинг (висбрекинг)

При переработке нефтяных остатков — полугудронов и гудронов — целевым продуктом обычно является котельное топливо, получаемое в результате снижения вязкости исходного остатка. Такой процесс неглубокого разложе­ния сырья называется легким крекингом или висбрекингом. — Прим. ред.

Висбрекинг — это термический крекинг для бедных. Установка висбрекинга использует тяжелый остаток от процесса вакуумной перегонки, часть которого подвер­гается в ней термическому крекингу. Продукт можно сно­ва разделить на фракции, что приводит к уменьшению объема остатка. После этого к остатку добавляют для раз­бавления некий дистиллятный нефтепродукт (разбави­тель), тогда остаток (пек) висбрекинга становится при­годным к применению в качестве остаточного (котельно­го) топлива. Количество дистиллята, добавляемого для разбавления, меньше, чем количество продуктов кре­кинга, выходящих с установки — таким образом, в це­лом, объем остаточного топлива снижается.

В качестве разбавителя можно брать тяжелый крекинг - газойль, рециркулирующий газойль или погон, получен­ный при разделении продуктов на этой же установке.

Висбрекинг напоминает термический крекинг, но от­личается от последнего по интенсивности. Оборудование в этом случае проще, и весь процесс дешевле. С другой стороны, только 20—30% тяжелого остатка вакуумной перегонки подвергается трансформации.

Замечание. В нефтепереработке многих стран значитель­ные количества тяжелого прямогонного газойля попада­ют в кубовый остаток. В США он был бы отделен как головной погон вакуумной перегонки и заменен сверхтя­желым крекинг-газойлем в качестве разбавителя.

Учитывая возможные источники остаточного топли­ва, уменьшение количества остатка может сводиться к вакуумной перегонке в сочетании с каталитическим кре­кингом, а не к термическому крекингу в сочетании с коксованием. Однако это будет именно уменьшение ко­личества остатка, но не деструкция пека.

УПРАЖНЕНИЯ

1. Заполните пропуски:

А. Основное различие между термическим и каталитичес­ким крекингом — то, что в первом случае для ускоре­ния процесса не используется.

Б. Основное различие между термическим крекингом и коксованием — это производство и

TOC \o "1-3" \h \z в. Чтобы предотвратить коксование в реакторе термичес­кого крекинга, сырье.

Г. Чтобы ускорить коксование в коксовом барабане, сы­рье.

Д. Качество бензина, нафты и газойля с установок терми­ческого крекинга и коксования.

Е. На нефтеперерабатывающем заводе производится два типа кокса: и.

Ж. Фракцию направляют на установку фракциониро­вания газа, так как она содержит

З. Три главных части установок термического крекинга и

Коксования — это, и

, который в случае коксования называется

Управляющий нефтеперерабатывающего завода из вто­рой и третьей главы должен сообщить менеджеру по продаже, сколько кокса поступит на рынок. Весь ку­бовый остаток с установки вакуумной перегонки на­правляется на установку коксования. Для расчета ис­пользуйте выходы продуктов, приведенные в этой гла­ве, и ответы на задачу 2 в третьей главе. Считайте, что относительная плотность остатка из вакуум-испарите­ля составляет \Q°API или 350 фунт./бар. (Не забудьте, что выход кокса приведен в весовых процентах, а еди­ницей измерения количества кокса при продаже явля­ется короткая тонна, содержащая 2000 фунтов.)

Добавьте установку термического крекинга, включая потоки соответствующих веществ, в общую техноло­гическую схему нефтеперерабатывающего завода.