Процесс деасфальтизации масляного сырья пропаном

Переработка нефти и газа

Процесс деасфальтизации масляного сырья пропаном

ВВЕДЕНИЕ

Деасфальтизация (Произв. 81) | Современные высокопроизводительные нефтегазоперерабатывающие предприятия оснащены сложными по конструкции аппаратами и машинами, способными функционировать в условиях низких температур, глубокого вакуума и высоких давлений в агрессивных средах. Промышленная переработка нефти на современных НПЗ осуществляется посредством сложной многоступенчатой физической и химической переработки на отдельных или комбинированных технологических установках, предназначенных для получения большого ассортимента нефтепродуктов.

Технологические процессы НПЗ подразделяются на физические (первичные) и химические (вторичные). Физическими процессами достигается деление нефти на составляющие компоненты (топливные и масляные фракции) или удаление из фракций или остатков нефти нежелательных групповых хим. компонентов. В химических процессах переработка нефтяного сырья осуществляется путем химических превращений с получением новых продуктов.

Хим. процессы на современных НПЗ делятся:

1)по способу активации химических реакций - на термические и каталитические

2)по типу протекающих в них химических превращений - на деструктивные, гидрогенизационные и окислительные.

Главным процессом переработки нефти (после ЭЛОУ) является атмосферная перегонка, на которой отбираются топливные фракции (бензиновые, осветительного керосина, реактивного и дизельного топлив) и мазут, используемый либо как компонент котельного топлива, либо как сырье для последующей глубокой переработки.

2

Консорциум « Н е д р а »

Увеличение объема производства нефтепродуктов, расширение их ассортимента и улучшение качества — основные задачи, поставленные перед нефтеперерабатывающей промышленностью в настоящее время. Решение этих задач в условиях, когда непрерывно возрастает доля переработки сернистых и высокосернистых, а за последние годы и высокопарафинистых нефтей, потребовало изменения технологии переработки нефти. Большое значение приобрели вторичные и, особенно, каталитические процессы.

Производство топлив, отвечающих современным требованиям, невозможно без применения таких процессов, как каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидроочистка, алкилирование и изомеризация, а в некоторых случаях — гидрокрекинг. Риформинг при более низких давлениях в системе и в сочетании с экстрактивной перегонкой или экстракцией растворителями позволяет получать ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы и высшие), используемые в нефтехимической промышленности.

Гидроочистка нефтяных дистиллятов является одним из наиболее распространенных процессов, особенно при переработке сернистых и высокосернистых нефтей. Основной целью гидроочистки нефтяных дистиллятов является уменьшение содержания в них сернистых, азотистых и металлоорганических соединений. При гидроочистке происходит разложение органических веществ, содержащих серу и азот. Они реагируют с водородом, циркулирующим в системе, с образованием сероводорода и аммиака, которые удаляют из системы.

Изомеризация — процесс превращения низкооктановых парафиновых углеводородов, преимущественно фракций С5 и С6 или их смесей, в соответствующие изопарафиновые фракции с более высоким октановым числом. Полимеризация—процесс превращения пропилена и бутиленов в жидкие олигомерные продукты, используемые в качестве компонентов автомобильных бензинов или сырья для нефтехимических процессов. В зависимости от сырья, катализатора и технологического режима количество продукта может изменяться в широких пределах.

3

Консорциум « Н е д р а »

1 МЕСТО ПРОЦЕССА В СХЕМЕ НПЗ

Получаемые при первичной перегонке нефти нефтяные остатки содержат компоненты, которые позволяют увеличить ресурс выпуска остаточных высоковязких масел.

Для извлечения масляных компонентов из остатков используется процесс деасфальтизации низкомолекулярными алканами (пропаном).

В последние годы, в связи с широким развитием процессов каталитического крекинга и гидрокрекинга, процесс деасфальтизации используется для получения сырья данных процессов.

Вариант деасфальтизации - процесс "Добен" - в качестве растворителя используется легкий бензин.

Среди компонентов нефти минимальной растворимостью в жидком пропане обладают асфальтены и смолы. Из углеводородов и это высокомолекулярные полициклические арены и полициклические нафтеноароматические углеводороды.

Рисунок 1 – Место процесса в схеме НПЗ топливно-масляного профиля

4

Консорциум « Н е д р а »

2 НАЗНАЧЕНИЕ ПРОЦЕССА

Назначение процесса - удаление из нефтяных остатков смолисто-асфальтеновых веществ и полициклических ароматических углеводородов с повышенной коксуемостью и низким индексом вязкости.

Традиционным сырьем процессов деасфальтизации является остаток вакуумной перегонки нефтей – гудрон.

В зависимости от вида сырья и условий деасфальтизации температура размягчения по КиШ асфальтов составляет от 27-30 до 39-45°С. При использовании двухступенчатой деасфальтизации и применении в качестве сырья гудронов глубоковакуумной перегонки этот показатель составит

50-64 °С.

Процесс деасфальтизации гудронов в мировой нефтепереработке применяют при производстве не только высоковязких остаточных масел, но и компонентов сырья для каталитического крекинга и гидрокрекинга.

Растворители. На большинстве промышленных установок масляных производств применяют пропан 95-96 %-ной чистоты. В состав технического пропана (получаемого обычно из установок алкилирования) входят примеси этана и бутанов. Допускается содержание этана не выше 2 % масс, и бутанов не более 4 % масс. При повышенных концентрациях этана в техническом пропане, хотя и улучшаются избирательные свойства растворителей, повышается давление в экстракционной колонне и системе регенерации. При избыточном содержании бутанов за счет повышения растворяющей способности растворителя ухудшается качество деасфальтизата (возрастают коксуемость и вязкость, ухудшается цвет). Особенно нежелательно присутствие в пропане олефинов (пропилена и бутиленов), снижающих его селективность, вследствие чего возрастает содержание смол и полициклических ароматических углеводородов в деасфальтизате.

В последние годы в связи с внедрением в производстве масел процессов гидрокрекинга, в которых происходит снижение вязкости остатка, возникла необходимость в получении деасфальтизатов повышенной вязкости - 30 сСт и более при 100°С. Для получения таких деасфальтизатов применяют растворитель с повышенной растворяющей

5

Консорциум « Н е д р а »

способностью - смесь пропана и до 15 % бутана или изобутана (последний предпочтительнее в силу более высокой избирательности).

В процессах деасфальтизации нефтяных остатков, целевым назначением которых является получение максимума сырья для последующей глубокой топливной переработки, чаще всего применяют бутан, пентан или их смеси с пропаном, а также легкий бензин.

Основными факторами процесса деасфальтизации являются:

-кратность пропана к сырью;

-тип растворителя и его чистота;

-качество сырья;

-температура;

-давление.

Температура. С увеличением температуры процесса снижается растворимость компонентов сырья в пропане, особенно при температурах, близких к 96.9оС (критическая температура пропана). Это связано с тем, что с увеличением температуры резко падает плотность пропана, тогда как плотность компонентов сырья изменяется значительно меньше. В результате снижаются силы притяжения между молекулами растворителя и молекулами углеводородов сырья, что приводит к падению растворимости. При температуре, близкой к критической, растворимость нежелательных компонентов (асфальтенов, смол, полициклической ароматики) снижается до нуля, но и растворимость ценных масляных компонентов резко падает.

Поэтому процесс деасфальтизации ведут в узком температурном диапазоне:

50-85оС

При температурах до 45-50оС в пропане растворяются высокомолекулярные полициклические арены и нейтральные смолы (возрастает растворимость пропана, снижается селективность процесса).

При температурах выше 85оС, многие ценные углеводороды не растворяются в пропане и уходят с битумом.

6

Консорциум « Н е д р а »

Давление. Давление процесса деасфальтизации подбирается таким образом, чтобы пропан находился в жидкой фазе. Поэтому давление непосредственно связано с температурой процесса и составом технического пропана. Обычно процесс деасфальтизации ведут под давлением на 0.3-0.5 МПа выше, чем давление насыщенных паров сжиженного пропана. Р=3.5-4.5 МПа.

Кратность растворителя к сырью. Количество пропана, необходимое для насыщения сырья, зависит от состава сырья и температуры процесса. Чем больше в сырье асфальто-смолистых веществ и чем выше температура процесса, тем быстрее происходит насыщения сырья растворителем. С увеличением количества растворителя больше чем нужно для насыщения сырья, образуется двухфазная система:

Верхний слой - раствор деасфальтизата; нижний слой - асфальтово-смолистая часть сырья с растворенным в ней пропаном (раствор битума).

Для четкого разделения сырья на две фазы кратность растворителя к сырью должна быть 3-4: 1 по объему. Высокая кратность растворитель : сырье объясняется ограниченной растворимостью сырья в пропане и высокой температурой процесса, поддерживаемой для увеличения четкости выделения из сырья целевых компонентов, что снижает растворяющую способность пропана. Необходимая кратность пропана к сырью зависит от концентрации желательных компонентов в сырье.

Для сырья с более высоким содержанием парафинов требуется более высокая кратность, чем для сырья с высоким содержанием асфальто-смолистых веществ.

Для малосмолистого сырья кратность составляет 8-12 : 1; для малосмолистого - 4-6 : 1 (по объему).

Влияние кратности растворителя на показатели деасфальтизации при нормальных температурах процесса имеет следующие зависимости:

- С увеличением кратности на первых этапах разбавления после образования двухфазной системы выход деасфальтизата падает, а его качество возрастает.

7

Консорциум « Н е д р а »

- При достижении определенного оптимума разбавления дальнейшее увеличение кратности растворителя приводит к увеличению выхода деасфальтизата и снижению его качества, так как из-за увеличения концентрации пропана в нем начинают растворятся углеводороды с высокой цикличностью и смолистые вещества.

Тип растворителя и его чистота. С увеличением молекулярной массы алканов их растворяющая способность растет, но снижается избирательность.

Присутствие этана (метана) способствует снижению растворяющей способности и повышению избирательности, но даже тогда, когда не требуется высокая растворяющая способность, содержание этана в техническом пропане ограничивают 2-3 % масс., так как при значительной концентрации этана, процесс пришлось бы осуществлять при высоких значениях.

Содержание бутана в растворителе определяется тем, каково сырье процесса. Если сырье малосмолистое, то идут на повышение содержания бутана, чтобы повысить растворяющую способность растворителя и снизить подачу растворителя в процесс. Содержание бутана достигает 50%.

Непредельные углеводороды (пропилен) являются нежелательными компонентами растворителя, так как повышают растворимость смол и полициклической ароматики.

Качество сырья. Эффективность деасфальтизации зависит от глубины отбора масляных фракций при вакуумной перегонке мазута, то есть от содержания в гудроне фракций, выкипающих до 500оС.

Более легкие фракции обладают более высокой растворимостью в пропане, растворяясь в нем они действуют как промежуточный растворитель, повышающий растворимость нежелательных компонентов сырья (асфальто-смолистых веществ) в пропане. Как следствие снижается качество разделения и качество деасфальтизата.

То есть сырье более широкого фракционного состава деасфальтизируется хуже, чем сырье узкого фракционного состава, освобожденное от легких фракций.

О степени деасфальтизации сырья судят по коксуемости деасфальтизата. Чем выше коксуемость деасфальтизата, тем, как вы сами понимаете, ниже его качество.

8

Консорциум « Н е д р а »

vk.com/id446425943

Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:

«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»