способ регулирования качества нефтяной спекающей добавки

Формула изобретения

1. Способ регулирования качества нефтяной спекающей добавки, получаемой термополиконденсацией нефтяного сырья в адиабатическом реакторе путем изменения параметров процесса термополиконденсации, отличающийся тем, что предварительно определяют свойства исходного сырья, а в качестве изменяемого параметра выбирают время пребывания сырья в реакторе, который устанавливают в зависимости от температуры и давления, при этом по заданному выходу летучих веществ сначала определяют содержание -фракции, а затем по заданным температуре и давлению - требуемое время пребывания сырья в реакторе, причем содержание -фракции и время пребывания сырья в реакторе определяют по формулам

где - время пребывания сырья в реакторе, мин; Р - давление процесса, МПа; - содержание -фракции (веществ, нерастворимых в толуоле) в НСД, %; V - выход летучих веществ в НСД, %; k₁, k ₂, n - коэффициенты, зависящие от качества исходного сырья и заданных температуры и давления; А₁, А₂, А₃, А ₄ - коэффициенты корреляционных уравнений; е - const.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нефтяного сырья используют гудрон западно-сибирской нефти, или смесь гудрона с тяжелой смолой пиролиза, или смесь гудрона с тяжелым газойлем каталитического крекинга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтепереработки и направлено на получение нефтяных спекающих добавок с заданными характеристиками качеств, необходимыми потребителю.

Известен способ производства нефтяной спекающей добавки (НСД) с высоким содержанием летучих веществ методом замедленного коксования в коксовой камере, в котором получение НСД определенного качества добиваются изменением конструкции аппарата, например верхняя часть коксовой камеры имеет значительно больший диаметр, чем остальная часть аппарата, за счет чего устраняется унос коксовых частиц с парами в колонну установки коксования. Подача сырья, нагретого до 488°С, в низ коксовой камеры в течение не более 16 ч и последующая обработка реакционной массы водяным паром до 1 ч дает нефтяную спекающую добавку в виде полукокса с выходом летучих веществ 11-25% мас. [Пат. СРР №71642, МПК С10В 55/00, опубл. 29.11.80 г.].

Недостатком известного способа является невозможность фиксирования качества целевого продукта и увязки его с изменением условий процесса. Полученная данным способом спекающая добавка имеет нестабильные показатели, например, по выходу летучих веществ.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения нефтяной спекающей добавки, разработанный фирмой «Куреха Кемикал индастри», в котором в специальном аппарате-реакторе одновременно с сырьем подается водяной пар. Процесс является полупериодическим и по цикличности напоминает процесс замедленного коксования. В этом процессе предварительно подогретый гудрон с температурой 475-480°С поступает в один из двух попеременно работающих реакторов. Температура в жидкой массе поддерживается в пределах 410-420°С. В загружаемый сырьем реактор одновременно подается водяной пар с температурой 620-850°С, с помощью которого регулируется глубина термополиконденсации, обеспечивается перемешивание реакционной смеси и осуществляется отпарка дистиллятных продуктов крекинга. Через два часа поток сырья поступает во второй реактор, а продукт из первого реактора выводят в буферную емкость и направляют на стадию грануляции. Цикл работы реакторов составляет 4 часа. Продукт имеет температуру размягчения 230-241°С, отличается высокой коксуемостью 67,0-69,3% и значительным содержанием веществ, нерастворимых в бензоле 58,3-59,5% [Пат. СССР №1087077, МПК С10В 57/04, опубл. 15.04.1984 г.].

Регулирование качества НСД в известном способе осуществляется изменением таких параметров проведения процесса термополиконденсации, как расход и температура водяного пара.

Недостатком данного способа является сложность регулирования, а также большие затраты водяного пара (25-30% на гудрон). В процессе предусматривается также перегрев водяного пара до температуры 620-850°С, что влечет за собой большие эксплуатационные затраты.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение регулирования качества нефтяной спекающей добавки, получаемой в процессе термополиконденсации, а также снижение эксплуатационных затрат.

Поставленная задача решается способом регулирования качества нефтяной спекающей добавки, получаемой термополиконденсацией нефтяного сырья в адиабатическом реакторе путем изменения параметров процесса термополиконденсации, в котором согласно изобретению предварительно определяют свойства исходного сырья, а в качестве изменяемого параметра выбирают время пребывания сырья в реакторе, который устанавливают в зависимости от температуры и давления, при этом по заданному выходу летучих веществ сначала определяют содержание -фракции, а затем по заданным температуре и давлению - требуемое время пребывания сырья в реакторе, причем содержание -фракции и время пребывания сырья в реакторе определяют по формулам

где - время пребывания сырья в реакторе, мин; Р - давление процесса, МПа; - содержание -фракции (веществ, нерастворимых в толуоле) в НСД, %; V - выход летучих веществ в НСД, %; k₁, k ₂, n - коэффициенты, зависящие от качества исходного сырья и заданных температуры и давления; А₁, А₂, А₃, А ₄ - коэффициенты корреляционных уравнений; e-const.

Целесообразно в качестве нефтяного сырья использовать гудрон западно-сибирской нефти, или смесь гудрона с тяжелой смолой пиролиза, или смесь гудрона с тяжелым газойлем каталитического крекинга, или смесь тяжелой смолы пиролиза с тяжелым газойлем каталитического крекинга.

Температура в реакторе заложена в формуле (1) опосредствованно через коэффициенты k₁, n.

Для определения коэффициентов вышеприведенных уравнений на лабораторной установке была проведена серия опытов с различными видами сырья: гудроны западно-сибирской нефти с разных НПЗ плотностью 940-960 кг/м³, коксуемостью 13-15,4%, содержанием серы 1,9-2,6% мас.; смесь гудрона с тяжелой смолой пиролиза (ТСП); смесь гудрона с тяжелым газойлем каталитического крекинга (ТГКК) и смесь тяжелой смолы пиролиза с тяжелым газойлем каталитического крекинга (ТСП-ТГКК), все смеси в различных соотношениях. Смола пиролиза обладала следующими свойствами: плотность 990-1010 кг/м ³, коксуемость 10-13%, содержание серы 0,15-0,20% мас., тяжелый газойль каталитического крекинга имел плотность 960-970 кг/м³, коксуемость 2-3%, содержание серы 1,10-1,20% мас.

Нефтяные остатки подвергли термополиконденсации при различном давлении, температуре и разном времени пребывания на лабораторной установке, представляющей собой реактор с якорной мешалкой. Загрузка сырья составляла 1,0-1,5 кг. При этом получали НСД различного качества. Для продуктов определяли основные показатели качества нефтяной спекающей добавки (содержание -фракции, выход летучих веществ). Коэффициенты k ₁, k₂, n определяли путем обработки экспериментальных данных по кинетическому уравнению (1). Значения коэффициентов для гудрона и смесей тяжелых нефтяных остатков (гудрона западно-сибирской нефти, тяжелой смолы пиролиза, газойля каталитического крекинга) приведены в таблице 1.

На чертеже показан пример статистической обработки полученных экспериментальных данных для смесей нефтяных остатков при определении коэффициентов уравнения (2) А₁, А₂ , А₃, А₄, значения которых приведены в таблице 2. Была найдена корреляционная зависимость между выходом летучих веществ продукта термополиконденсации как функция от содержания -фракции в виде полиноминального уравнения (2). Статистическая обработка проводилась в стандартной программе Microsoft Office приложение Excel.

Способ осуществляют следующим образом. Для получения НСД заданного качества (с определенным выходом летучих веществ) из исходного сырья с заранее определенными свойствами при заданных температуре и давлении в реакторе сначала определяют содержание -фракции из уравнения (2), используя при этом коэффициенты из таблицы 2. Затем, подставляя полученное значение , а также коэффициенты из таблицы 1 в уравнение (1), получают требуемое время пребывания сырья в реакторе, соответствующее заданному качеству НСД - определенному выходу летучих веществ.

Способ иллюстрируется следующими примерами для гудрона западно-сибирской нефти плотностью 951 кг/м³, коксуемостью 15,4%, содержанием серы 1,90% мас.

Пример 1. Требуется получить НСД с выходом летучих веществ 50% при температуре процесса 410°С и давлении 0,1 МПа. Расчет провели по уравнению (2), из которого определили необходимое количество -фракции (30%). Далее по уравнению (1) определили требуемое время пребывания, которое составит 240 мин. Нефтяная спекающая добавка, полученная экспериментально в этих условиях, характеризуется выходом летучих веществ 51,2%.

Пример 2. Требуется получить НСД с выходом летучих веществ 50% при температуре процесса 430°С и давлении 0,1 МПа. Расчет провели по уравнению (2), из которого определили необходимое количество -фракции (30%). Далее по уравнению (1) определили требуемое время пребывания, которое составит 90 мин. Нефтяная спекающая добавка, полученная экспериментально в этих условиях, характеризуется выходом летучих веществ 48,9%.

Пример 3. Требуется получить НСД с выходом летучих веществ 35% при температуре процесса 410°С и давлении 0,1 МПа. Расчет провели по уравнению (2), из которого определили необходимое количество -фракции (51%). Далее по уравнению (1) определили требуемое время пребывания, которое составит 340 мин. Нефтяная спекающая добавка, полученная экспериментально в этих условиях, характеризуется выходом летучих веществ 37,1%.

Пример 4. Требуется получить НСД с выходом летучих веществ 35% при температуре процесса 430°С и давлении 0,1 МПа. Расчет провели по уравнению (2), из которого определили необходимое количество -фракции (51%). Далее по уравнению (1) определили требуемое время пребывания, которое составит 120 мин. Нефтяная спекающая добавка, полученная экспериментально в этих условиях, характеризуется выходом летучих веществ 37,6%.

Пример 5. Требуется получить НСД с выходом летучих веществ 25% при температуре процесса 410°С и давлении 0,5 МПа. Расчет провели по уравнению (2), из которого определили необходимое количество -фракции (72%). Далее по уравнению (1) определили требуемое время пребывания, которое составит 560 мин. Нефтяная спекающая добавка, полученная экспериментально в этих условиях, характеризуется выходом летучих веществ 26,4%.

Пример 6. Требуется получить НСД с выходом летучих веществ 25% при температуре процесса 430°С и давлении 0,5 МПа. Расчет провели по уравнению (2), из которого определили необходимое количество -фракции (72%). Далее по уравнению (1) определили требуемое время пребывания, которое составит 280 мин. Нефтяная спекающая добавка, полученная экспериментально в этих условиях, характеризуется выходом летучих веществ 26,8%.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый способ позволяет значительно упростить регулирование качества НСД, отказавшись от подачи водяного пара, и при этом снизить эксплуатационные затраты. Кроме того, способ дает возможность осуществить прогноз условий проведения процесса термополиконденсации и качества целевого продукта.

Таблица 1 Коэффициенты уравнения (1)
Условия процесса		Значение констант
Температура, °С	Давление, МПа	k 1, мин-1		k2, МПа-1			n
410	0,1	0,0025		0,17			2,1
410	0,3	0,0022		0,0105			2,1
410	0,5	0,0020		0,0018			2,1
430	0,1	0,0070		0,17			2,1
430	0,3	0,0055		0,015			2,1
430	0,5	0,0040		0,0018			2,1
Таблица 2 Коэффициенты корреляционного уравнения (2)
Сырье термополиконденсации			А 1		А2	А3		А 4
Гудрон западно-сибирской нефти, смесь гудрона и ТСП, смесь гудрона и ТГКК, смесь ТСП и ТГКК			82,7865709		1,5988301	0,0202596		0,0001234