9. Термический крекинг. Режим процесса. Принципиальная схема. Характеристика продукции.
Термический крекинг высококипящего дистиллятного или остаточного сырья проводится при повышенном давлении (2…4 МПа) и температуре 500…540оС с получением газа и жидких продуктов.
Процесс термического крекинга тяжелых нефтяных остатков в последние годы в мировой нефтепереработке практически утратил свое «бензинопроизводящее» значение. В настоящее время этот процесс получил новое назначение — термоподготовка дистиллятных видов сырья для установок коксования и производства термогазойля — сырья для последующего получения технического углерода (сажи).
В качестве сырья установки термического крекинга дистиллятного сырья (ТКДС) предпочтительно используют ароматизированные высококипящие дистилляты: тяжелые газойли каталитического крекинга, тяжелую смолу пиролиза и экстракты селективной очистки масел.
При ТКДС за счет преимущественного протекания реакции дегидроконденсации аренов, образующихся при крекинге парафино-нафтеновых углеводородов, а также содержащихся в исходном сырье, происходит дальнейшая ароматизация сырья.
Основными целевыми продуктами ТКДС 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.
Наиболее важными показателями качества термогазойля являются индекс корреляции, содержание серы, коксуемость, фракционные состав, вязкость и температура застывания.
Индекс корреляции термогазойля
(Ик) принято рассчитывать в
зависимости от плотности (d
)
и средней температуры кипения (Ткип)
по формуле
Ик = 474 d - 456,8 + 48640/Ткип
Между индексом корреляции и коэффициентом ароматизованности (А) сырья установлена следующая зависимость
Ик =0,58 А+9,
где А = КоСо;
Ко - число ароматических колец в гипотетической молекуле сырья;
Со - содержание углеводорода в циклической структуре, %.
Эта формула даёт удовлетворительные результаты при изменении А в пределах 140 - 200 или Ик в диапазоне 90 - 120.
Выход сажи и её дисперсность зависит, прежде всего, от индекса корреляции термогазойля. Поэтому потребители газового сырья предъявляют повышенные требования к его ароматизованности и плотности. В термогазойле ограничивают коксуемость, зольность и содержание смолисто-асфальтовых веществ.
Кроме термической ароматизации, индекс корреляции термогазойля возможно значительно повысить путём вакуумной перегонки продукта ТКДС (от 90 до 150 и выше). При этом одновременно с повышением качества термогазойля происходит увеличение его выхода почти вдвое. В этой связи на ряде отечественных НПЗ установки ТКДС были дооборудованы вакуумной колонной.
По технологическому оформлению установки ТКДС 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, переняв при этом богатейший опыт многолетней эксплуатации таких нелёгких в управлении процессов. Причём переход на дистиллятное сырьё, которое выгодно отличается от остаточного сырья меньшей склонностью к закоксовыванию, значительно облегчает эксплуатацию установок ТКДС.
Ещё в ранний период создания крекинг-процессов было установлено, что при однократном крекинге не удаётся достичь требуемой глубины термолиза тяжёлого сырья из-за опасности закоксовывания змеевиков печи и выносных реакционных аппаратов. Большим достижением в совершенствовании их технологии является разработка двухступенчатых систем термического крекинга, в котором в одной из печей проводится мягкий крекинг легко крекируемого исходного сырья, а во второй - жёсткий крекинг более термостойких средних фракций термолиза. На современных установках ТКДС сохранён оправдавший себя принцип двухкратного селективного крекинга исходного сырья и рециркулируемых средних фракций крекинга, что позволяет достичь требуемой глубины ароматизации термогазойля.
Технологическая схема. Установка состоит из следующих секций: реакторное отделение, включающее печи крекинга тяжёлого П-1 и лёгкого П-2 сырья и выносную реакционную колонну К-1; отделение разделения продуктов крекинга, которое включает испарители высокого давления К-2 и низкого К-4 давления для отделения крекинг-остатка, комбинированную ректификационную колонну высокого давления К-3, вакуумную колонну К-5 для отбора вакуумного термогазойля и тяжёлого крекинг-остатка и газосепараторов С-1 и С-2 для отделения газа от нестабильного бензина.
Исходное сырье после нагрева в теплообменниках подают в нижнюю секцию колонны К-3. Эта колонна разделена на две секции полуглухой 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°С, 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 отгон, V – термогазойль, VI – крекинг остаток, VII – газы на ГФУ, VIII – газы и водяной пар к 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 с низа К-4, подвергается вакуумной разгонке в колонне К-5 на вакуумный термогазойль и вакуумный дистиллятный крекинг-остаток.
