ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ Лектор – доцент Ивашкина Е.Н. ТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ

Термические процессы переработки нефтяного сырья Совокупность реакций крекинга (распада) и уплотнения, осуществляемые термически без применения катализаторов Совокупность реакций крекинга (распада) и уплотнения, осуществляемые термически без применения катализаторов

Сырье термодеструктивных процессов Остатки прямой перегонки нефти (мазуты, полугудроны, гудроны); Остатки прямой перегонки нефти (мазуты, полугудроны, гудроны); Остатки термического крекинга; Остатки термического крекинга; Остатки пиролиза (смолы); Остатки пиролиза (смолы); Деасфальтизат, асфальтит; Деасфальтизат, асфальтит; Высококипящие ароматизированные концентраты, газойли; Высококипящие ароматизированные концентраты, газойли; Экстрагенты масляного производства; Экстрагенты масляного производства; Тяжелые газойли каталитического крекинга, коксования, дистиллятные крекинг-остатки. Тяжелые газойли каталитического крекинга, коксования, дистиллятные крекинг-остатки.

Типы термических процессов 1. Термический крекинг высококипящего дистиллятного или остаточного сырья при повышенном давлении (2–4 МПа) и температуре 500–540°С с получением газа и жидких продуктов. 1. Термический крекинг высококипящего дистиллятного или остаточного сырья при повышенном давлении (2–4 МПа) и температуре 500–540°С с получением газа и жидких продуктов. 2. Висбрекинг – процесс легкого крекинга с ограниченной глубиной термолиза, проводимый при пониженных давлениях (1,5-3 МПа) и температуре с целевым назначением снижения вязкости котельного топлива. 2. Висбрекинг – процесс легкого крекинга с ограниченной глубиной термолиза, проводимый при пониженных давлениях (1,5-3 МПа) и температуре с целевым назначением снижения вязкости котельного топлива. 3. Коксование – длительный процесс термолиза тяжелых остатков или ароматизированных высококипящих дистиллятов при невысоком давлении и температуре 470–540 °С. Основное целевое назначение коксования – производство нефтяных коксов различных марок в зависимости от качества перерабатываемого сырья. Побочные продукты коксования – малоценный газ, бензины низкого качества и газойли. 3. Коксование – длительный процесс термолиза тяжелых остатков или ароматизированных высококипящих дистиллятов при невысоком давлении и температуре 470–540 °С. Основное целевое назначение коксования – производство нефтяных коксов различных марок в зависимости от качества перерабатываемого сырья. Побочные продукты коксования – малоценный газ, бензины низкого качества и газойли.

Типы термических процессов 4. Пиролиз – высокотемпературный (750–800°С) термолиз газообразного, легкого или среднедистиллятного углеводородного сырья, проводимый при низком давлении и исключительно малой продолжительности. Основным целевым назначением пиролиза является производство олефиносодержащих газов. 4. Пиролиз – высокотемпературный (750–800°С) термолиз газообразного, легкого или среднедистиллятного углеводородного сырья, проводимый при низком давлении и исключительно малой продолжительности. Основным целевым назначением пиролиза является производство олефиносодержащих газов. 5. Процесс получения технического углерода (сажи) – высокотемпературный (свыше 1200°С) термолиз тяжелого высокоароматизированного дистиллятного сырья, проводимый при низком давлении и малой продолжительности. 5. Процесс получения технического углерода (сажи) – высокотемпературный (свыше 1200°С) термолиз тяжелого высокоароматизированного дистиллятного сырья, проводимый при низком давлении и малой продолжительности.

Типы термических процессов 6. Процесс получения нефтяных пеков (пекование) – новый внедряемый в отечественную нефтепереработку процесс термолиза (карбонизации) тяжелого дистиллятного или остаточного сырья, проводимый при пониженном давлении, умеренной температуре (360–420°С) и длительной продолжительности. 6. Процесс получения нефтяных пеков (пекование) – новый внедряемый в отечественную нефтепереработку процесс термолиза (карбонизации) тяжелого дистиллятного или остаточного сырья, проводимый при пониженном давлении, умеренной температуре (360–420°С) и длительной продолжительности. 7. Процесс получения нефтяных битумов – среднетемпературный продолжительный процесс окислительной дегидроконденсации (карбонизации) тяжелый нефтяных остатков (гудронов, асфальтитов деасфальтизации), проводимый при атмосферном давлении и температуре 250–300°С. 7. Процесс получения нефтяных битумов – среднетемпературный продолжительный процесс окислительной дегидроконденсации (карбонизации) тяжелый нефтяных остатков (гудронов, асфальтитов деасфальтизации), проводимый при атмосферном давлении и температуре 250–300°С.

Термический крекинг а) в жидкой фазе при температуре 500– 540 °С и давлении 2–7 МПа (больше образуется бензинов); а) в жидкой фазе при температуре 500– 540 °С и давлении 2–7 МПа (больше образуется бензинов); б) в паровой фазе при температуре 550–600 °С и давлении 0,2–0,5 МПа (больше образуется газообразных). б) в паровой фазе при температуре 550–600 °С и давлении 0,2–0,5 МПа (больше образуется газообразных).

Схема превращений процесса термического крекинга С – сырьё; Б – бензин; Г – газ; К – крекинг-остаток и кокс.

Схема превращений процесса термического крекинга

Термический крекинг дистиллятного сырья Сырье: ароматизированные высококипящие дистилляты, тяжелые газойли каталитического крекинга, тяжелая смола пиролиза, экстракты селективной очистки масел. Сырье: ароматизированные высококипящие дистилляты, тяжелые газойли каталитического крекинга, тяжелая смола пиролиза, экстракты селективной очистки масел. Целевые продукты: термогазойль ( град.С), дистиллятный крекинг-остаток – сырье установок замедленного коксования, газ, бензиновая фракция. Целевые продукты: термогазойль ( град.С), дистиллятный крекинг-остаток – сырье установок замедленного коксования, газ, бензиновая фракция.

Показатели качества термогазойля Индекс корреляции Индекс корреляции

Принципиальная технологическая схема

Висбрекинг тяжелого нефтяного сырья процесс легкого крекинга с ограниченной глубиной термолиза, проводимый при пониженных давлениях (1,5–3 МПа) и температуре с целевым назначением снижения вязкости котельного топлива. процесс легкого крекинга с ограниченной глубиной термолиза, проводимый при пониженных давлениях (1,5–3 МПа) и температуре с целевым назначением снижения вязкости котельного топлива. Обычно сырьем является гудрон, тяжелые нефти, мазуты, асфальты процессов деасфальтизации Обычно сырьем является гудрон, тяжелые нефти, мазуты, асфальты процессов деасфальтизации

Основные направления висбрекинга Печной (в печи с сокинг-секцией, при высокой температуре град. С и коротком времени пребывания 1,5-2 мин), получается более стабильный крекинг-остаток с меньшим выходом газа и бензина, но с высоким выходом газойлевых фракций Печной (в печи с сокинг-секцией, при высокой температуре град. С и коротком времени пребывания 1,5-2 мин), получается более стабильный крекинг-остаток с меньшим выходом газа и бензина, но с высоким выходом газойлевых фракций

Основные направления висбрекинга С выносной реакционной камерой (с восходящим и нисходящим потоком по способу подачи сырья, при град. С, мин), более экономичен, т.к. более низкая тепловая нагрузка на печь С выносной реакционной камерой (с восходящим и нисходящим потоком по способу подачи сырья, при град. С, мин), более экономичен, т.к. более низкая тепловая нагрузка на печь

Принципиальная технологическая схема

Основные параметры работы установки Параметры работы печи 2 Параметры работы печи 2 Загрузка, м3/час – Загрузка, м3/час – Температура на входе, град. С – Температура на входе, град. С – Давление на входе, МПа – 4,0-4,2 Давление на входе, МПа – 4,0-4,2

Основные параметры работы установки Параметры работы печи 3 Параметры работы печи 3 Загрузка, м3/час – Загрузка, м3/час – Температура на входе, град. С – Температура на входе, град. С – Давление на входе, МПа – 2,2-2,5 Давление на входе, МПа – 2,2-2,5 Температура низа ректиф. колонны, град. С – Температура низа ректиф. колонны, град. С – Давление в рефлюксной емкости, МПа – 0,9 Давление в рефлюксной емкости, МПа – 0,9 Температура аккумулятора ректиф. колонны, град. С Температура аккумулятора ректиф. колонны, град. С

Современные тенденции в технологии висбрекинга Утяжеление сырья, в связи с: Утяжеление сырья, в связи с: повышением глубины отбора дистиллятных фракций: повышением глубины отбора дистиллятных фракций: вовлечение в переработку остатков более тяжелых нефтей с высоким содержанием асфальто-смолистых веществ повышенной вязкости и коксуемости вовлечение в переработку остатков более тяжелых нефтей с высоким содержанием асфальто-смолистых веществ повышенной вязкости и коксуемости

Процесс коксования Сырье: мазуты, гудроны, остатки производства масел (асфальты, экстракты), остатки термокаталитических процессов, тяжелая смола пиролиза, крекинг- остатки, тяжелый газойль каталитического крекинга Сырье: мазуты, гудроны, остатки производства масел (асфальты, экстракты), остатки термокаталитических процессов, тяжелая смола пиролиза, крекинг- остатки, тяжелый газойль каталитического крекинга

Разновидности процессов Замедленное коксование (установки УЗК) (наиболее распространено) Замедленное коксование (установки УЗК) (наиболее распространено) Периодическое коксование в кубах (малая производительность) Периодическое коксование в кубах (малая производительность) Коксование в псевдоожиженном слое порошкообразного кокса (в основном для получения газа и жидких дистиллятов) Коксование в псевдоожиженном слое порошкообразного кокса (в основном для получения газа и жидких дистиллятов)

Целевое назначение УЗК Производство крупно-кускового нефтяного кокса, который применяется в производстве анодной массы, обожженных анодов для алюминиевой промышленности, графитированных электродов, при изготовлении конструкционных материалов, в производстве цветных металлов, кремния и др. Производство крупно-кускового нефтяного кокса, который применяется в производстве анодной массы, обожженных анодов для алюминиевой промышленности, графитированных электродов, при изготовлении конструкционных материалов, в производстве цветных металлов, кремния и др.

Продукты УЗК Кроме кокса, на УЗК получают: Кроме кокса, на УЗК получают: Газы (используются в качестве технологического топлива или получения пропан-бутановой фракции на ГФУ) Газы (используются в качестве технологического топлива или получения пропан-бутановой фракции на ГФУ) Бензиновую фракцию (5-16%, невысокое октановое число, низкая химическая стабильности, высокое содержание серы) Бензиновую фракцию (5-16%, невысокое октановое число, низкая химическая стабильности, высокое содержание серы) Коксовые (газойлевые) дистилляты (используются в качестве компонентов диз. топлива, сырья каталитического и гидрокрекинга и т.д.) Коксовые (газойлевые) дистилляты (используются в качестве компонентов диз. топлива, сырья каталитического и гидрокрекинга и т.д.)

Показатели качества Плотность Плотность Коксуемость по Конрадсону Коксуемость по Конрадсону Содержание серы Содержание серы Содержание металлов Содержание металлов Групповой химический состав Групповой химический состав

Основные показатели качества нефтяных коксов Содержание серы Содержание серы Содержание золы Содержание золы Содержание летучих веществ Содержание летучих веществ Гранулометрический состав Гранулометрический состав Пористость Пористость Истинная плотность Истинная плотность Механическая прочность Механическая прочность Микроструктура Микроструктура

Классификация нефтяных коксов По содержанию серы: По содержанию серы: Малосернистые (до 1%) Малосернистые (до 1%) Среднесернистые (до 1,5%) Среднесернистые (до 1,5%) Сернистые (до 4%) Сернистые (до 4%) Высокосернистые (выше 4%) Высокосернистые (выше 4%) По гранулометрическому составу: По гранулометрическому составу: Кусковой (свыше 25 мм) Кусковой (свыше 25 мм) «Орешек» (8-25 мм) «Орешек» (8-25 мм) Мелочь (менее 8 мм) Мелочь (менее 8 мм)

Классификация нефтяных коксов По содержанию золы: По содержанию золы: Малозольные (до 0,5%) Малозольные (до 0,5%) Среднезольные (0,5-0,8%) Среднезольные (0,5-0,8%) Высокозольные (более 0,8%) Высокозольные (более 0,8%) По структуре: По структуре: Волокнистая (игольчатая, полосчатая) Волокнистая (игольчатая, полосчатая) Точечная (сфероидальная) Точечная (сфероидальная)

Принципиальная технологическая схема

Технологический режим Температура, град. С Температура, град. С На входе в К На входе в К На выходе из К На выходе из К Сырья на входе в Р-1-Р Сырья на входе в Р-1-Р Продуктов коксования Продуктов коксования на выходе из Р-1-Р на выходе из Р-1-Р Давление, кгс/см 2 Давление, кгс/см 2 В коксовых камерах1,7-6,1 В коксовых камерах1,7-6,1 Воды на резку кокса150 Воды на резку кокса150

Материальный баланс ПоказательСырье 1 (гудрон)Сырье 2 (крекинг-остаток) Поступило сырья, % мас.100 Получено, % мас. УВ-газ5,95,0 Головка стабилизации2,72,2 Бензин, н.к С13,05,5 Легкий газойль28,525,8 Тяжелый газойль25,928,5 Кокс Фр. выше 25 мм Фр. ниже 25 мм ,8 22,2

Мощности по УЗК Лидирующие позиции – США (70% мощностей), установки Лиммус, Фостер Уилер (средний выход кокса 30,7 % мас.) Лидирующие позиции – США (70% мощностей), установки Лиммус, Фостер Уилер (средний выход кокса 30,7 % мас.) Отечественные установки УЗК (Ново- уфимский и др. НПЗ) – мощностью 300, 600, 1500 тыс. т/год, средний выход кокса 20 % мас. в связи с низкой коксуемостью сырья Отечественные установки УЗК (Ново- уфимский и др. НПЗ) – мощностью 300, 600, 1500 тыс. т/год, средний выход кокса 20 % мас. в связи с низкой коксуемостью сырья

Неудовлетворительная работа вакуумных колонн АВТ (в качестве сырья коксования используют гудрон с низкой температурой начала кипения