RU2321614C1

RU2321614C1 - Hydrocarbon feedstock processing plant

Info

Publication number: RU2321614C1
Application number: RU2006129074/04A
Authority: RU
Inventors: Дарь Алексеевна Кочеткова (RU); Дарья Алексеевна Кочеткова; Алексей Юрьевич Кочетков (RU); Алексей Юрьевич Кочетков; Раиса Прохоровна Кочеткова (RU); Раиса Прохоровна Кочеткова
Original assignee: Алексей Юрьевич Кочетков
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2008-04-10

Abstract

FIELD: petroleum processing.

SUBSTANCE: invention relates to low-capacity hydrocarbon feedstock (petroleum, stabilized gas condensate, and the like) processing plants involving liquid-phase oxidative catalytic cracking, dehydrogenation, isomerization, and aromatization in heterogeneous catalyst bed. More particularly, invention concerns plant for liquid-phase oxidative catalytic cracking of hydrocarbon feedstock consisting of feed vessel to prepare feedstock connected via pipelines provided with shutoff means, through reactor producing gasoline fraction, to reactor producing diesel fuel fraction and black oil fuel, to heat-exchangers wherein gasoline vapor-gas fractions and diesel fuel are condensed and black oil fuel is cooled, to liquid fraction storage tanks, and to pumps supplying hydrocarbon feedstock and those removing gasoline, diesel fuel, and black oil fuel from the plant. Feed vessel for preparing feedstock incorporates grate throughout its surface and distribution system, through which air is supplied to activate hydrocarbon feedstock. Structures of gasoline and diesel fuel production reactors are of the same type, contain electrical heaters to heat hydrocarbon feedstock in lower reactor zone and contain three fixed beds. To dispose middle bed of heterogeneous catalysts, there is a mounted block in the form of two-way heat-exchanger wherein tube space is filled with catalyst granules, through which hydrocarbon feedstock from the tube plate enters as descending flow lower catalyst bed, while vapor-gas phase enters as ascending flow upper catalyst bed.

EFFECT: simplified structure, reduced metal usage, increased reliability and economical efficiency of plant, prevented thermal decomposition of hydrocarbon feedstock and cocking on catalyst surface, and enabled switch of plant to process different types of hydrocarbon stock without assembling operations.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к малотоннажным установкам для переработки углеводородного сырья (нефти, стабилизированного газового конденсата и др.) путем жидкофазного окислительного каталитического крекинга, дегидрирования, олигомеризации, изомеризации, ароматизации в слое гетерогенных катализаторов.The invention relates to the oil refining industry, in particular to small-tonnage plants for the processing of hydrocarbon feedstocks (oil, stabilized gas condensate, etc.) by liquid-phase oxidative catalytic cracking, dehydrogenation, oligomerization, isomerization, aromatization in a layer of heterogeneous catalysts.

Классическая схема переработки включает в себя сначала первичное разделение нефти на отдельные фракции, выкипающие в различных определенных температурных интервалах без изменения химических структур углеводородов и гетероатомных соединений на установках атмосферной или вакуумной перегонки, включающая ректификационную колонну с магистралью подвода нагретого нефтяного сырья, магистралью отвода жидкой фракции - дистиллята с установленным на ней насосом, теплообменником и холодильником, сепаратором и вакуумсоздающим устройством в виде жидкостно-газового струйного сепаратора. Далее, согласно классической схеме, полученный на установке перегонки нефтяного сырья дистиллят направляется для повышения октанового числа бензина и цетанового числа дизельного топлива с содержанием серы не более 0,003 мас.% на установки дегидрирования гидрокрекинга, риформинга, изомеризации [Б.И.Бондаренко «Установки каталитического крекинга». М., Гостоптехиздат, 1958 г., стр.6]. Эти установки отличаются сложностью конструкции, дороговизной изготовления и монтажа. В процессе эксплуатации возникает проблема обеспечения их устойчивой работой. Причиной этого является не только множество взаимосвязанных балансовых потоков продуктов и тепла, но и масштабный фактор.The classical refining scheme includes first the primary separation of oil into separate fractions, boiling off at various specific temperature ranges without changing the chemical structures of hydrocarbons and heteroatomic compounds in atmospheric or vacuum distillation units, including a distillation column with a heating line for supplying heated oil raw materials, and a liquid fraction removal line - distillate with a pump, heat exchanger and refrigerator installed on it, a separator and a vacuum-generating device in de liquid-gas jet separator. Further, according to the classical scheme, the distillate obtained at the crude oil distillation unit is sent to increase the octane number of gasoline and the cetane number of diesel fuel with a sulfur content of not more than 0.003 wt.% To the hydrocracking, reforming, isomerization units [B. I. Bondarenko “Catalytic Plants cracking. " M., Gostoptekhizdat, 1958, p.6]. These installations are distinguished by complexity of design, high cost of manufacture and installation. During operation, the problem arises of providing them with stable operation. The reason for this is not only a multitude of interconnected balance flows of products and heat, but also a large-scale factor.

Наиболее близкой к предлагаемой является установка по переработке углеводородного сырья путем дегидрирования, крекирования, ароматизации и изомеризации в слое гетерогенного катализатора и последующей периодической регенерации последнего [RU 2226543 C₂]. Сырье направляют в ряд последовательно соединенных ступеней реакторов с межступенчатым подогревом. В реакторах в слое гетерогенного цеолитсодержащего (группы пентаксин) катализатора происходит конверсия углеводородов, причем поток сырья направляют последовательно в реакторы со все более высокой температурой. В то же время один реактор (или несколько) находится в режиме регенерации катализатора путем выжига кокса подачей кислородно-азотной смеси. Однако функциональная схема установки и номенклатура входящего в нее оборудования делает принципиально возможным ее использование в качестве малотоннажной установки для переработки углеводородного сырья.Closest to the proposed is a plant for the processing of hydrocarbons by dehydrogenation, cracking, aromatization and isomerization in a layer of a heterogeneous catalyst and subsequent periodic regeneration of the latter [RU 2226543 C ₂ ]. Raw materials are sent to a series of series-connected reactor stages with interstage heating. In reactors in the bed of a heterogeneous zeolite-containing (pentaxin group) catalyst, hydrocarbons are converted, and the feed stream is sent sequentially to reactors with an ever higher temperature. At the same time, one reactor (or several) is in the mode of catalyst regeneration by burning coke by supplying an oxygen-nitrogen mixture. However, the functional diagram of the installation and the range of equipment included in it makes it fundamentally possible to use it as a small-tonnage installation for the processing of hydrocarbon raw materials.

Недостатками такой установки являются:The disadvantages of this installation are:

- сравнительно невысокая эффективность и скорость процессов гидрокрекинга, изомеризации и алкилирования в газофазной фазе;- relatively low efficiency and speed of hydrocracking, isomerization and alkylation processes in the gas phase;

- большие габариты и металлоемкости, так как каталитические процессы дегидрирования, крекирования, ароматизации и изомеризации протекают при высоких температурах 450-500°С и 530-600°С в газофазной среде и в ярде последовательно соединенных ступеней реакторов с межступенчатым подогревом;- large dimensions and metal consumption, since the catalytic processes of dehydrogenation, cracking, aromatization and isomerization occur at high temperatures of 450-500 ° C and 530-600 ° C in a gas-phase medium and in a yard of sequentially connected reactor stages with interstage heating;

- необходимость использования больших площадей, которые требуются как для самой установки, так и для трубопроводов, так как согласно правил пожарной безопасности расстояние между печью нагрева углеводородного сырья и установкой на каждой ступени не должно быть менее 15 метров;- the need to use large areas, which are required both for the installation itself and for pipelines, since according to fire safety rules, the distance between the hydrocarbon heating furnace and the installation at each stage should not be less than 15 meters;

- загрязнение окружающей среды, так как при работе печи используется открытое пламя форсунок на жидком или жидкообразном топливе;- environmental pollution, since the furnace uses an open flame of nozzles on liquid or liquid fuel;

- обязательная регенерация катализатора подачей кислородно-азотной смеси, во-первых, требует технологического контроля за активностью катализатора и качеством получаемой продукции; во-вторых, возникает сложность в их эксплуатации за счет периодического перевода реакторов с одного режима работы на другой;- mandatory regeneration of the catalyst by supplying an oxygen-nitrogen mixture, firstly, it requires technological control over the activity of the catalyst and the quality of the products obtained; secondly, there is a difficulty in their operation due to the periodic transfer of reactors from one operating mode to another;

- стадийный нагрев углеводородного сырья, когда температура нагрева с последующей стадией выше, чем на предыдущих, что инициирует не только коксообразование на поверхности катализатора, но и термическое разложение углеводородного сырья, что снижает качество получаемых товарных продуктов, а также требует постоянного процесса регенерации с помощью выжигания, тем самым снижая надежность работы установки.- stage-by-stage heating of hydrocarbon raw materials, when the heating temperature with the subsequent stage is higher than at the previous ones, which initiates not only coke formation on the catalyst surface, but also thermal decomposition of hydrocarbon raw materials, which reduces the quality of the resulting commodity products, and also requires a constant regeneration process by burning , thereby reducing the reliability of the installation.

Все вышеуказанные недостатки в схеме установки значительно осложняют ее эксплуатацию, так как для создания устойчивой работы требуется обеспечивать согласование технологических режимов, балансовых продуктов и тепловых потоков между ступенями конденсации паров от реактора к реактору.All the above disadvantages in the installation scheme significantly complicate its operation, since in order to create stable operation it is necessary to ensure the coordination of technological modes, balance products and heat fluxes between the steps of vapor condensation from reactor to reactor.

Задачей предлагаемого технического решения является создание малогабаритной и менее металлоемкой, экологически чистой установки по жидкофазному каталитическому окислительному крекингу (дегидрирование, ароматизация и изомеризация) углеводородного сырья, исключающей возможность термического его разложения и коксообразования на поверхности катализатора, позволяющая повысить эффективность технологического процесса и получить продукты переработки высокого качества (бензин с выходом 28-31 мас.% с октановым числом не менее 80 (по исследовательскому методу) и содержанием серы не более 0,0015 мас.% и, дизельное топливо с выходом не менее 46-54 мас.%, цетановым числом не менее 55, и содержанием серы не более 0,0025 мас.%.The objective of the proposed technical solution is the creation of a small-sized and less metal-intensive, environmentally friendly installation for liquid-phase catalytic oxidative cracking (dehydrogenation, aromatization and isomerization) of hydrocarbon feedstock, which excludes the possibility of its thermal decomposition and coke formation on the catalyst surface, which allows to increase the efficiency of the process and to obtain high-quality processed products quality (gasoline with a yield of 28-31 wt.% with an octane rating of at least 80 (according to research method) and a sulfur content of not more than 0.0015 wt.% and diesel fuel with a yield of at least 46-54 wt.%, a cetane number of not less than 55, and a sulfur content of not more than 0.0025 wt.%.

Поставленная задача решается тем, что в емкости по подготовке сырья слой гетерогенного катализатора в виде гранул размещен на решетке, перекрывающей площадь сечения, через которую компрессором с помощью распределительной системы подается воздух для активации углеводородного сырья, конструкция реакторов по получению бензина и дизельного топлива однотипны, содержат теплоэлектронагреватели углеводородного сырья, установленные в нижней части реактора, и имеют три неподвижных слоя гетерогенных катализаторов, размещенных таким образом, чтобы один из слоев, расположенный в середине реактора, обеспечивал нисходящий поток углеводородного сырья, стекающий в виде пленки по внешней геометрической поверхности катализатора, нижний слой гетерогенных катализаторов находился в жидком слое углеводородного сырья, верхний слой гетерогенных катализаторов обеспечивал восходящий поток парогазовой фазы, которая по соответствующим трубопроводам поступает в конденсаторы, откуда сконденсированный бензин, дизельное топливо и охлажденный мазут поступает в емкости готовой продукции.The problem is solved in that in the tank for the preparation of raw materials, a layer of a heterogeneous catalyst in the form of granules is placed on a grate that overlaps the cross-sectional area through which air is supplied by the compressor using a distribution system to activate hydrocarbons, the design of reactors for producing gasoline and diesel fuel is the same, contain hydrocarbon heaters installed in the lower part of the reactor and have three fixed layers of heterogeneous catalysts arranged in this way so that one of the layers located in the middle of the reactor provides a downward flow of hydrocarbon feedstock, flowing in the form of a film on the external geometric surface of the catalyst, the lower layer of heterogeneous catalysts is in the liquid layer of hydrocarbon feeds, the upper layer of heterogeneous catalysts provides an upward flow of the vapor-gas phase, which according to the corresponding pipelines enter condensers, from where condensed gasoline, diesel fuel and chilled fuel oil enter the finished product tanks.

Распределительная система подвода воздуха выполнена в виде трубы с отверстиями.The distribution air supply system is made in the form of a pipe with holes.

Для размещения среднего слоя гетерогенных катализаторов смонтирован блок в виде двухходового теплообменника, в котором трубное пространство заполнено гранулами катализатора, по которому с трубной доски нисходящим потоком в виде пленки поступает углеводородное сырье в нижний слой катализатора, который находится в толще сырья, а в межтрубное пространство восходящим потоком поступает парогазовая фаза в верхний слой катализатора, обеспечивая процесс ректификации.To accommodate the middle layer of heterogeneous catalysts, a block is mounted in the form of a two-way heat exchanger, in which the tube space is filled with catalyst granules, through which hydrocarbon feed flows from the tube board in a film-like manner into the lower catalyst layer, which is located in the thickness of the raw material, and into the annulus the vapor-gas phase enters the upper catalyst bed, providing a rectification process.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, снижение металлоемкости, повышение надежности и экономичности установки, предотвращение термического разложения углеводородного сырья и коксообразования на поверхности катализатора, обеспечение перестройки на переработку различных видов углеводородного сырья без монтажных работ благодаря жидкофазному каталитическому окислительному крекингу углеводородного сырья.The technical result of the invention is to simplify the design, reduce the metal consumption, increase the reliability and efficiency of the installation, prevent the thermal decomposition of hydrocarbon materials and coke formation on the catalyst surface, ensure the conversion to the processing of various types of hydrocarbons without installation due to liquid-phase catalytic oxidative cracking of hydrocarbon materials.

Использование теплоэлектронагревателей для нагрева углеродного сырья, которые расположены в нижней зоне реактора, а также неподвижные слои гетерогенных катализаторов по высоте реактора решает вопросы снижения габаритов и металлоемкости установки и уменьшения занимаемой площади и протяжения трубопроводов, снижения загрязнения окружающей среды, нет выбросов продуктов сгорания топлива в атмосферу, нет соприкосновения углеводородного сырья с раскаленным открытым пламенем, а также улучшающего качество бензина, дизельного топлива и мазута, так как ликвидирована опасность термического разложения углеводородного сырья.The use of heat electric heaters for heating carbon raw materials, which are located in the lower zone of the reactor, as well as fixed layers of heterogeneous catalysts along the height of the reactor, solves the problems of reducing the dimensions and metal consumption of the installation and reducing the occupied space and length of pipelines, reducing environmental pollution, there are no emissions of fuel combustion products into the atmosphere , there is no contact of hydrocarbons with a red-hot open flame, as well as improving the quality of gasoline, diesel fuel and ma uta have been eliminated the danger of thermal decomposition of hydrocarbons.

На чертеже представлена схема технологической установки жидкофазного каталитического окислительного крекинга. Установка состоит из двух последовательно соединенных ступеней, содержащая два основных реактора 1 и 2 с теплоэлектронагревателями, емкость по подготовке сырья 3, емкости готового продукта бензина 4, дизельного топлива 5 и мазута 6, насоса 10 для подачи углеводородного сырья на установку, насосов по отгрузке бензина 11, дизельного топлива 12 и мазута 13, а также конденсаторов для бензиновой фракции 7, дизельного топлива 8 и для охлаждения мазута теплообменника 9. Конденсаторы 7 и 8 снабжены устройствами для визуального контроля чистоты получаемого продукта. Компрессор служит 14 для подачи воздуха. Все аппараты соединены трубопроводами с запорной арматурой.The drawing shows a diagram of a technological installation of a liquid-phase catalytic oxidative cracking. The installation consists of two stages connected in series, containing two main reactors 1 and 2 with heat electric heaters, a tank for preparing raw materials 3, a tank for the finished product of gasoline 4, diesel fuel 5 and fuel oil 6, a pump 10 for supplying hydrocarbon feedstock to the installation, pumps for shipping gasoline 11, diesel fuel 12 and fuel oil 13, as well as condensers for gasoline fraction 7, diesel fuel 8 and for cooling the heat exchanger fuel oil 9. Condensers 7 and 8 are equipped with devices for visual monitoring of the purity of the resulting product. The compressor 14 serves to supply air. All devices are connected by pipelines to valves.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Емкость по подготовке углеводородного сырья с подводом воздуха в слой катализатора, расположенного по периметру решетки в виде неподвижного слоя, устанавливается, как правило, выше всей установки для обеспечения возможности подачи нефтепродуктов самотеком в реактор 1 для получения бензина.The capacity for the preparation of hydrocarbon raw materials with air supply to the catalyst layer located around the perimeter of the lattice in the form of a fixed layer is usually installed above the entire installation to allow the supply of oil products by gravity to the reactor 1 to produce gasoline.

Углеводородное сырье насосом 10 из парка подается в емкость 3 для предварительной подготовки путем подачи воздуха компрессором 14 через распределительную систему, после чего углеводородное сырье самотеком поступает в реактор 1, где при атмосферном давлении температура поддерживается теплоэлектронагревателями в пределах 185-195°С. Расход углеводородного сырья регулируется задвижкой с электроприводом.Hydrocarbon feedstock is pumped from the park to the tank 3 for preliminary preparation by supplying air to the compressor 14 through a distribution system, after which the hydrocarbon feedstock flows by gravity into the reactor 1, where at atmospheric pressure the temperature is maintained by heaters in the range 185-195 ° C. Hydrocarbon consumption is regulated by an electric valve.

Бензиновая фракция через верх 1 по трубопроводу поступает в конденсатор 7, а затем в емкость готовой продукции 4. С низа реактора 1 отбензиненное углеводородное сырье самотеком поступает в реактор 2 для получения дизельного топлива.The gasoline fraction through the top 1 through the pipeline enters the condenser 7, and then into the finished product tank 4. From the bottom of the reactor 1, the stripped hydrocarbon feedstock flows by gravity into the reactor 2 to produce diesel fuel.

Процесс получения дизельного топлива осуществляется при температуре 300-350°С и атмосферном давлении. Температура в заданном режиме реактора 1 и 2 поддерживается включением-отключением теплоэлектронагревателей.The process of producing diesel fuel is carried out at a temperature of 300-350 ° C and atmospheric pressure. The temperature in a given mode of the reactor 1 and 2 is supported by turning on / off the heaters.

Дизельное топливо с верха 2 по трубопроводам поступает в конденсатор 8, а затем в емкость готовой продукции 5, а с низа реактора 2 мазут по трубопроводу через теплообменник 9 поступает в емкость 6. Готовая продукция из емкостей 4, 5, 6 после отделения реакционной воды, содержащей продукты окисления сернистых соединений в виде сульфата натрия и сульфоновых солей натрия, сбрасываются на очистные сооружения, готовая продукция насосами 11, 12, 13 соответственно направляется в товарно-сырьевой парк.Diesel fuel from the top 2 through the pipelines enters the condenser 8, and then into the finished product tank 5, and from the bottom of the reactor 2 the fuel oil through the pipeline through the heat exchanger 9 enters the tank 6. The finished product from the tanks 4, 5, 6 after separation of the reaction water, containing products of the oxidation of sulfur compounds in the form of sodium sulfate and sulfonic sodium salts, are discharged to treatment plants, the finished products are pumped 11, 12, 13 to the raw material park, respectively.

Уровень сырья в реакторах 1 и 2 контролируется по уровнемерам, а контроль за температурой сырья осуществляется с помощью электронных цифровых приборов, датчики которых устанавливаются в нагревательных камерах реакторов 1 и 2.The level of raw materials in reactors 1 and 2 is controlled by level gauges, and the temperature of the raw materials is controlled by electronic digital devices, the sensors of which are installed in the heating chambers of reactors 1 and 2.

Глубина переработки углеводородного сырья в бензин и дизельное топливо на данной установке определяется величиной поверхности контакта жидкой и паровой фаз с поверхностью катализаторов и зависит от его активности и селективности.The depth of processing of hydrocarbon feedstocks into gasoline and diesel fuel at this installation is determined by the contact surface of the liquid and vapor phases with the surface of the catalysts and depends on its activity and selectivity.

Таким образом, предложенная установка проста в эксплуатации, экологически чиста, не слишком металлоемка и занимает немного места, легко монтируется и демонтируется, что дает возможность рекомендовать к использованию мини-НПЗ, а также позволяет получить продукты переработки углеводородного сырья высокого качества.Thus, the proposed installation is easy to operate, environmentally friendly, not too metal intensive and takes up little space, is easy to assemble and dismantle, which makes it possible to recommend mini refineries for use, and also allows to obtain high quality hydrocarbon processing products.

Claims

1. Installation for liquid-phase catalytic oxidative cracking of hydrocarbon feedstock, consisting of a feed tank for preparing feedstock, connected by pipelines with shut-off valves through a reactor to produce a gasoline fraction to a reactor to produce a fraction of diesel fuel and heavy fuel oil with heat exchangers for condensing gas-vapor fractions of gasoline, diesel fuel and for cooling fuel oil, containers for storing liquid fractions, pumps for supplying hydrocarbons for pumping gasoline, diesel top willow and fuel oil from the installation, characterized in that a grate over the entire area and a distribution system through which air is supplied to activate hydrocarbon feeds is mounted in the tank for preparing the feedstock, the design of reactors for producing gasoline and diesel fuel is the same, they contain hydrocarbon heaters in the bottom the reactor zone and have three fixed layers, and to accommodate the middle layer of heterogeneous catalysts, a block is mounted in the form of a two-way heat exchanger, in which space is filled with granules of catalyst, by which a tube bed downflow hydrocarbon feedstock is supplied to the lower catalyst layer, and into the annulus enters upflow vapor phase in the upper layer of the catalyst.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the distribution system for supplying air is made in the form of a pipe with holes.