Тема 2. Термические процессы переработки нефти

Аннотация

Изучив представленный материал, студент, будет знать теоретические основы термических процессов, их особенности и назначение. Кроме того, студент будет знать принципиальные технологические схемы термических процессов: термического крекинга, висбрекинга и замедленного коксования.

2.1 Теоретические основы термических процессов

К процессам термической деструкции относят термический крекинг, висбрекинг, коксование и пиролиз. Термические процессы в нефтепереработке применяются для углубления переработки нефти, понижения вязкости высококипящих фракций, получения непредельных соединений и кокса.

Термический крекинг – это высокотемпературная (при 500-550^оС) переработка углеводородов нефти для получения сырья сажевого производства, бензина, кокса и др.

Висбрекинг – это мягкий термический крекинг (450-500^оС) для получения котельного топлива путем снижения вязкости мазутов, гудронов и полугудронов.

Пиролиз – термическое разложение углеводородов под действием высоких температур 700-900^оС, чаще всего для получения газообразных непредельных соединений (этилена и пропилена).

Коксование – высокотемпературный процесс получения из остаточного сырья электродного иди топливного кокса (при температуре 490-500^оС).

При термической деструкции углеводородов (при температуре 500-900^оС) происходит образование продуктов с меньшей молекулярной массой, одновременно имеют место реакции синтеза.

Реакции распада: крекинг, дегидрирование, деалкилирование, дециклизация.

Реакции синтеза: конденсация, полимеризация, дегидроциклизация.

Реакции распада сопровождаются поглощением энергии. Эти реакции эндотермические. Реакции синтеза часто протекают с выделением энергии и их относят к экзотермическим реакциям.

Так как реакции обеих групп протекают с изменением объема, то для них имеет большое значение изменение внешнего давления. Увеличение давления для реакций, идущих с уменьшением объема, приводит к смещению равновесия вправо (к продуктам реакции). Напротив, для реакций, идущих с увеличением объема, сдвиг вправо (в сторону образования продуктов реакции) происходит при понижении давления. Не смотря на то, что термическое разложение происходит с увеличением объема практически все процессы ведут при повышенном давлении( около или более 5МПа). Повышенное давление позволяет подавить реакции глубокого распада, приводящие к повышенному газообразованию, то есть получению нецелевого продукта.

Реакции термического разложения углеводородов нефти

2.2 Промышленные процессы термической переработки нефти и нефтяных фракций

2.2.1.Термический крекинг

Процесс термического крекинга тяжелых нефтяных остатков в последние годы в мировой нефтеперера­ботке практически утратил свое "бензинопроизводящее" значение. В последнее время этот процесс используется для термопод­готовки дистиллятных видов сырья для установок коксования и произ­водства термогазойля( сырья для последующего получения технического углерода (сажи)).

В качестве сырья установки термического крекинга предпочтительно используют ароматизированные высококипящие дистилляты: тяжелые газойли каталитического крекинга, тяжелую смолу пиролиза и экстракты селективной очистки масел.

При термическом крекинге за счет преимущественного протекания реакций дегидроконденсации парафино-нафтеновых углеводородов образуются арены. Образующиеся при крекинге, а также содержащиеся в исходном сырье арены, подвергаются дальнейшей ароматизации.

Основными целевыми продуктами термического крекинга дистиллятного сырья являются термогазойль (фракция 200-480 °С) и дистиллятный крекинг-остаток — сырье установок замедленного коксования — с целью получения высококачествен­ного кокса, например игольчатой структуры. В процессе получают также газ и бензиновую фракцию.

Потребители сажевого сырья предъявляют повышенные требования к его ароматизованности и плот­ности. В термогазойле ограничиваются коксуемость, зольность и содержание смолисто-асфальтеновых веществ.

Термический крекинг дистиллятного сырья по технологическому оформлению установки практически мало чем отличаются от своих предшественников — установок двухпечного крекинга нефтяных остатков бензинового профиля. Это объясняется тем, что в связи с утратой бензинопроизводящего назначения кре­кинг-установок появилась возможность для использования их без суще­ственной реконструкции по новому назначению.

Ранее было установле­но, что при однократном крекинге не удается достичь требуемой глуби­ны термолиза тяжелого сырья из-за опасности закоксовывания змееви­ков печи и выносных реакционных аппаратов. Поэтому большим достижением в совершенствовании их технологии являлась разработка двухпечных систем термического крекинга, в которых в одной из печей проводят мягкий крекинг легко крекируемого исходного сырья, а во второй — жесткий крекинг более термостойких средних фракций термолиза.

На рис. 4 представлена принципиальная технологическая схема установки термического крекинга дистиллятного сырья, которая используется для производства вакуумного термога­зойля.

Исходное сырье после нагрева в теплообменниках подают в ниж­нюю секцию колонны К-3. Эта колонна разделена на две секции полу-глухой тарелкой, которая позволяет перейти в верхнюю секцию только парам. Продукты конденсации паров крекинга в верхней секции накапливают­ся в аккумуляторе (кармане) внутри колонны. Потоки тяжелого сырья, отбираемые соответственно с низа колонны, а легко­го сырья из аккумулятора К-3, подают в змеевики трубчатых печей. В печь П-1 подают тяжелое сырье, где оно нагревается до 500^оС, а легкое сырье направляют в печь П-2 где нагревают до температуры 550 °С и далее два потока направляют для углубления крекинга в выносную реакционную камеру К-1.

Рисунок – 4 Принципиальная технологическая схема установки термического крекинга дистиллятного сырья.

I – сырье, II – бензиновая фракция на стабилизацию, III – тяжелая бензиновая фракция из К-4, IV – вакуумный погон, V – термогазойль, VI – крекинг остаток, VII – газы на ГФУ, VIII – газы и водяной парк вакуум - системе, IX – водяной пар.

Из камеры К-1 продукты крекинга затем подают в испаритель высокого давления К-2, а крекинг-остаток и термогазойль через редукционный клапан направляют в испаритель низкого давления К-4. Газы и пары бензино-керосиновых фракций направляют в колонну К-3.

С верха К-3 и К-4 уходящие газы и пары бензиновой фракции охлаждают в конденсаторе-холодильнике и подают в газосепараторы С-1 и С-2. Газы подают на разделение на газофракционирующую установку (ГФУ), а основное коли­чество бензиновой фракции отправляют на стабилизацию.

Крекинг-остаток, выводимый гудрона получено, % масс.: 5 – газ, 1.3 – головка стабилизации бензина, 20.1 – фракция стабильного бензина, 52.6 – термогазойль, 19.9 – крекинг остаток, 1.1 – потери.