Применение пара при переработке тяжёлой нефти

Применение пара в процессах переработки нефти обширно на столько, что потребление топлива на генерацию пара составляет треть от потребления топлива всего нефтеперерабатывающего завода (Parkash, 2003).

В большинстве процессов переработки нефти используются печи (furnaces), паровые котлы (high-pressure steam boilers, steam generation units) и теплообменники, предназначенные для производства пара высоких температур (до 500 °C) и давлений (порядка 4,2-10 МПа). Parkash Surinder пишет о четырёх основных необходимых давлениях пара, применяемых в процессах переработки нефти: 1450 psig (10 МПа), 900 psig (6,2 МПа), 475 psig (3,3 МПа) и 150 psig (1 МПа) (Parkash, 2003).

Крекинг

Наиболее важным процессом в переработке нефти является крекинг. Его целью является расщепление сложных углеводородов на более простые. Термический крекинг задействует пар, разогреваемый до температур 750-900 °С (задействованы печи, furnaces) и выше при пиролизе. Давления достигают порядка 100 атм (10 МПа). Крекинг нефти происходит при 450-520 °С c сопутствующим производством кокса.

Установка термического крекинга является наиболее сложной, массивной и дорогостоящей среди всего нефтеперерабатывающего завода.

Лёгкий крекинг (Visbreaking)

Тяжёлая нефть нагревается печами (furnace) до 480 °C и переводится в реакционную камеру (soaker) под давлениями 140-300 psig (0,9-2 МПа) (Hsu C., 2006).

Процесс коксования

Парогенератор Е-2005/1,2 за счет теплоты кубового продукта вырабатывает пар давления 3,7-4,1 МПа (36-40 атм). Кратность циркуляции циркулирующего кубового продукта обычно равна 1,5-2,0 от расхода сырья или в объемном выражении – 14,7 м3/час на квадратный метр площади сечения колонны. Расход в парогенераторы является корректируемым параметром, который может регулироваться для количественного изменения теплового потока, поднимающегося в колонну, увеличивая или уменьшая таким образом расход верхнего орошения (Ткачев, 2006).

Промышленный процесс коксования осуществляется на установках 3х типов: периодическое коксование в коксовых кубах, замедленное коксование в камерах, непрерывное коксование в псевдоожиженном слое кокса-носителя.

Замедленное коксование (Delayed coking)

Типичные параметры процесса: температура в камерах 450-480 °С (нагрев печами (furnace), давление 0,2-0,6 МПа (но для сдувания кокса достигает 20,7 МПа), продолжительность процесса может достигать 48 часов, см. Таблица 1 (Neftegaz.ru, 2011).

Таблица 1. График работы коксового барабана
Заполнение барабана Удаление кокса из барабана
В течение 16 часов происходит заполнение барабана коксом 1 час – обработка паром под давлением 3,000 psig = 20,7 МПа (Banerjee, 2012)
4 часа обработка холодной водой
1.5 часа удаления оборудования для закачки и открытие нижней пластины
4 часа выбуривание кокса
1 час – подключение оборудования для закачки и закрытие нижней пластины
4.5 часа проверка и разогрев

Периодическое коксование

Типичные параметры процесса: температура в паровой фазе 360-400 °С, давление атмосферное (Neftegaz.ru, 2011).

Непрерывное коксование в кипящем слое или термоконтактный крекинг или флексикокинг (Flexicoking)

Типичные параметры процесса (Рисунок 11): температура в теплообменнике 300-320 °С, в реакторе 510-540 °С и регенераторе 600-620 °С; давление в реакторе 0,14-0,16 МПа, регенераторе 0,12-0,16 МПа (Neftegaz.ru, 2011). Процесс непродолжительный и длится всего несколько минут (Banerjee, 2012).

Прокаливание

Стадии облагораживания: кристаллиты → карбонизация (прокаливание при 500-1000 °С) → 2-мерное упорядочение структуры (1000-1400 °С) → предкристаллизация (трансформация кристаллитов при 1400 °С и выше) → кристаллизация, или графитированние (2200-2800 °С) (Neftegaz.ru, 2011).

Стабилизация

Для процессов стабилизации используется пар температуры 175-180 °C и давления 9 bar = 0,9 МПа. Для линии с объемами 50,000 баррелей/сутки, достаточно генерации 20 т/ч пара. Парогенераторы могут производить 40 т/ч для линий с более высоким потенциалом процессов стабилизации, до100,000 баррелей/сутки. Потенциал процессов стабилизации уменьшается для систем горячей нефти до максимум 30,000 баррелей/сутки, и тогда парогенераторы тепловой мощности 6 гигакалорий/час производят 12-13 т пара/сут (Treccani).

Гидрогенезационные процессы

Гидроочистка (Hydro-treating)

Процессы, в которых не происходит существенного изменения в молекулярной структуре сырья:

  • Гидроочистка бензиновых фракций проходит при температуре 320-360 °С и давлении 3-5 МПа.
  • Гидроочистка керосиновых фракций при давлении до 7 МПа.
  • Гидроочистка дизельных фракций при температуре 350-400 °С и давлении 3-4 МПа.
  • Гидроочистка вакуумных дистиллятов (газойлей) для использования их в качестве сырья каталитического крекинга, гидрокрекинга и коксования (для получения малосернистого кокса) проводится при температуре 360-410 °С и давлении 4-5 МПа.
  • Гидроочистка масел и парафинов проводится на катализаторах АКМ и АНМ при температуре 300-325 °С и давлении 4 МПа. Гидроочистка масел на алюможелезомолибденовом катализаторе с промоторами позволяет снизить температуру до 225-250 °С и давление до 2,7-3,0 МПа.
  • Гидрообессеривание мазутов проводят при температуре 370-430 °С и давлении 10-15 МПа на катализаторах АКМ.

Гидрооблагораживание (Hydrorefining)

Процессы, в которых до 10 % сырья подвергается изменению молекулярной структуры: сероочистка - деароматизация - деазотизация при давлении 6-12 МПа.

Гидрокрекинг (Hydrocracking)

Процессы (высокого давления - более 10 МПа и среднего давления - менее 10 МПа), в которых более 50 % сырья подвергается деструкции с уменьшением размера молекул.

  • Гидрокрекинг тяжелых газойлевых фракций проходит в две ступени:
    • при температуре 340-420 °С и давлении 10-20 МПа
    • при температуре 290-380 °С и давлении 7-10 МПа.
  • Гидрокрекинг, сочетающий риформинг и селективный гидрокрекинг (селектоформинг) протекает при температуре около 360 °С, давлении 3 МПа.
  • Гидродеароматизация протекает при температуре 280-340 °С и давлении 4 МПа. При значительных содержаниях серы и азота в сырье гидрокрекинг вторичного сырья проводят при температуре 350-400 °С и давлении 25-35 МПа.

Парогенераторные установки UNISTEAM™ незаменимы в процессах переработки нефти.