Способ переработки высоковязкой высокосернистой нефти

 

Изобретение относится к области переработки нефтяного сырья с целью увеличения выхода светлых нефтепродуктов. Способ заключается в разложении нефти методом легкого гидропиролиза в присутствии мелкодисперсного суспендированного катализатора - концентрата металлов, полученного при газификации тяжелого остатка после перегонки нефти в смешанной плазме синтез-газа и водяного пара. Источником водорода для процесса легкого гидропиролиза нефти и плазменной газификации тяжелого остатка является тяжелый остаток и водяной пар. Преимуществами процесса является исключение из технологической схемы установок предварительного обессеривания, деасфальтизации и деметаллизации сырья, получения водорода, использование недорогого катализатора, что в целом делает производство экономически более выгодным. Данный способ переработки высоковязких высокосернистый нефтей позволяет увеличить выход светлых фракций за счет разложения смол и асфальтенов. При потенциальном содержании в высоковязкой нефти светлых фракций 35 мас.% их выход составит 60 мас.%. 1 ил.

Изобретение относится к способу переработки высоковязкой высокосернистой нефти и может быть использовано для повышения выхода светлых фракций из тяжелых нефтей.

При перегонке высоковязких высокосернистых нефтей выход светлых фракций ниже по сравнению с их выходом при перегонке обычных нефтей. Из-за высокого содержания серы в нефти во всех фракциях нефти содержание серы превышает норму, поэтому каждая выделенная фракция (бензиновая, керосиновая, дизельная фракции, вакуумный газойль) подвергается гидроочистке или гидрокрекингу на отдельных установках с привлечением водорода со стороны. Повышенное содержание тяжелых металлов в нефти приводит к отравлению дорогостоящих катализаторов гидроочистки и гидрокрекинга. Поэтому требуется предварительная деметаллизация тяжелых нефтяных фракций [Справочник нефтехимика. В двух томах. T. 1/Под ред. С.К.Огородникова. - Л.: Химия, 1978, с. 69 - 75. С.А.Ахметов. Физико-химическая технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие. Ч.2. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1997, с. 175-246].

Известен способ переработки высоковязкой высокосернистой нефти (ВВН), который заключается в перегонке нефти на фракции (бензиновую, керосиновую, дизельную, вакуумный газойль, гудрон), последующем термоконтактном крекинге гудрона с получением бензиновой, дизельной фракций и остатка. Бензиновая, керосиновая и дизельная фракции подвергаются раздельной гидроочистке для получения моторного топлива с низким содержанием серы. Вакуумный газойль также подвергается гидроочистке, затем подается на установку каталитического крекинга для получения высокооктанового бензина. В данном процессе выход светлых фракций составляет 53% при переработке нефти с потенциальным содержанием светлых фракций 39% (без учета каталитического крекинга вакуумного газойля). [Комплексное освоение природных битумов и высоковязких нефтей (извлечение и переработка)/ Труды всес. конф. по проблемам компл. освоения прир. битумов и высоковязких нефтей, РАН: г.Казань, 1992, с. 191-198].

Данный процесс взят в качестве прототипа. Этот метод имеет существенные недостатки: громоздкая и дорогостоящая система гидроочистки, низкий выход светлых фракций.

Целью изобретения является увеличение выхода светлых фракций при переработке высоковязких высокосернистых нефтей (ВВН), а также улучшение технологического процесса переработки ВВН.

Поставленная цель достигается тем, что высоковязкую высокосернистую нефть подвергают легкому каталитическому гидропиролизу в движущемся потоке суспендированного катализатора, полученного при плазменной газификации тяжелого остатка ВВН в смешанной плазме водяного пара и синтез-газа.

На фиг.1 приведена принципиальная схема осуществления предлагаемого способа. Высоковязкую высокосернистую нефть 8 подают на стадию 1, где происходит легкий гидропиролиз сырья в движущемся слое мелкодисперсного суспендированного катализатора в присутствии водородсодержащего синтез-газа. Тепло для реакции подводится за счет внешнего нагрева. После стадии 1 продукты реакции 9 подают на стадию 2, где происходит отделение газов и светлых фракций 10 от тяжелого остатка с катализатором 15. Газы и светлые фракции 10 подвергают разделению на узкие фракции на стадии 3 с получением газов 11, бензиновой фракции 12, керосиновой фракции 13, дизельной фракции 14. На стадии 4 осуществляют газификацию тяжелого остатка 15 в смешанной плазме водяного пара 20 и синтез-газа 18 с получением газов (Н₂, СО, H₂S) и концентрата металлов. Продукты реакции 16 разделяют на стадии 5, где происходит отделение газов 17 от концентрата металлов 19. Часть металлов 19 направляют на стадию 1 в качестве катализатора. Газы 17 на стадии 6 очищают от сероводорода абсорбцией раствором моноэтаноламина 21. Сероводород 22, выделенный из моноэтаноламина, подвергают каталитическому окислению с получением серы 23 на стадии 7. Часть синтез-газа 18, очищенного от сероводорода, возвращают на стадию 1 в качестве водородсодержащего газа, другая часть - на стадию 4 в качестве плазмообразующего газа. Балансовое количество синтез-газа выводят из системы. Синтез-газ можно использовать в качестве топлива на данной установке для получения электроэнергии на газотурбинной установке.

Такой способ ведения процесса переработки высоковязких высокосернистых нефтей позволяет увеличить выход светлых фракций за счет разложения смол и асфальтенов без использования дорогостоящих катализаторов. При потенциальном содержании в высоковязкой нефти светлых фракций 35 мас.% при осуществлении предлагаемого способа переработки нефти их выход составит 65 мас.% (без учета переработки вакуумного газойля). В качестве катализатора используют соединения металлов, имеющиеся в составе высоковязкой нефти. Происходит гидрообессеривание всей нефти, что исключает процессы гидроочистки полученных фракций. Исключается стадия предварительной деасфальтизации нефтяного сырья. Для ведения процесса не требуется водород со стороны. Потребность процесса (легкого каталитического гидропиролиза нефти и плазменной газификации тяжелого остатка) в водороде удовлетворяется за счет газификации тяжелого остатка в смешанной плазме, при этом трудно утилизируемый тяжелый остаток полностью подвергается разложению. В предлагаемом процессе технический водород синтезируется из водорода, содержащегося в тяжелом остатке и водяном паре.

Ниже приводится пример осуществления способа.

Техническая характеристика высоковязкой высокосернистой нефти: Плотность, кг/м³ - 902 Содержание, мас.%: смол - 17,8 асфальтенов - 6,1 ароматических углеводородов - 51,0 парафиновых и нафтеновых углеводородов - 49,0 Содержание серы, мас.% - 3,6 Содержание ванадия, мас.% - 0,04 Содержание никеля, мас.% - 0,04
Фракционный состав, мас.%:
Выход при Т до 200^oС - 18
Выход при Т до 350^oС - 35
Выход при Т до 500^oС - 60
Условия легкого каталитического гидропиролиза нефти:
Концентрация мелкодисперсного суспендированного катализатора - концентрата металлов (Ni, V) - 2-10 мас.% на сырье
Давление - 1,6-2,0 МПа
Температура - 350-450^oС
Объемная скорость подачи сырья - 0,5-1,5 ч^-1
Соотношение (H₂+СО):сырье - 0,1-0,3 кг/кг
Выход фракций после разгонки продуктов легкого каталитического гидропиролиза нефти, мас.%:
Бензиновая фракция - 30
Керосиновая и дизельная фракции - 35
Мазут, в т.ч. - 25
Вакуумный газойль - 10
Тяжелый остаток - 15
Газы (Н₂, СО, C₁-С₂, H₂S) - 15
Фракция С₃-С₄ - 5
Характеристика тяжелого остатка:
Плотность, кг/м³ - 1040
Содержание металлов, мас.% - 2
Содержание ванадия, мас.% - 0,2
Содержание никеля, мас.% - 0,2
Условия плазменной газификации тяжелого остатка в смешанной плазме водяного пара и синтез-газа:
Мощность плазмотрона - 12 кВт
Расход сырья - 6 кг/ч
Расход водяного пара - 9 кг/ч
Расход синтез-газа - 2 кг/ч
Температура - 1500^oС
Время пребывания в реакторе - 0,001 с
В результате плазменной газификации тяжелого остатка образуются синтез-газ, сероводород и концентрат металлов.

Состав газов пиролиза тяжелого остатка, об.%:
Водород - 60
Оксид углерода - 39
Сероводород - 1
Выход концентрата металлов 2% на тяжелый остаток.

По химическому составу концентрат металлов представляет собой смесь сульфидов (в основном ванадия и никеля) и карбидов металлов, а также свободных металлов. Сульфиды и карбиды металлов являются катализаторами гидрокрекинга смол и асфальтенов, содержащихся в высоковязкой нефти.

Приложение к заявке "Способ переработки высоковязкой высокосернистой нефти".

Влияние условий на результаты легкого каталитического гидропиролиза.

1. Температура.

Температура средняя в реакторе, ^oC - Выход светлых фракций, мас.%
350 - 63,0
400 - 65,0
450 - 65,5
2. Влияние давления.

Давление, МПа - Выход светлых фракций, мас.%
1,0 - 59,0
1,5 - 63,0
2,0 - 65,5
3,0 - 65,8
3. Влияние соотношения Н₂+СО/сырье, кг/кг.

Соотношение Н₂+СО/сырье, кг/кг - Выход светлых фракций, мас.%
0,10 - 61,0
0,20 - 65,5
0,30 - 65,8
4. Влияние концентрации катализатора.

Концентрация катализатора, мас.% на сырье - Выход светлых фракций, мас.%
2,0 - 62,0
3,0 - 64,8
5,0 - 65,0
10,0 - 65,6и

Формула изобретения

Способ переработки высоковязких высокосернистых нефтей в присутствии катализатора и водорода под давлением с разделением продуктов реакции на газы С₁-С₄, бензиновую, керосиновую, дизельную фракции и тяжелый остаток, отличающийся тем, что нефть подвергают легкому каталитическому гидропиролизу в движущемся слое мелкодисперсного суспендированного катализатора - концентрата металлов, выделенного из продуктов газификации тяжелого остатка в смешанной плазме синтез-газа и водяного пара, а полученный в процессе газификации тяжелого остатка синтез-газ после очистки от сероводорода возвращают на стадию гидропиролиза и на стадию газификации тяжелого остатка в качестве водородсодержащего газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1