SYSTEMS OF QUENCHING IN THERMOLYTIC PROCESSES OF HEAVY HYDROCARBON RESIDUES PROCESSING
Abstract and keywords
Abstract (English):
In all the processes of thermo-destructive cracking (thermolytic processing) for fast termination of reactions of thermal cracking at the set conversion of raw materials quenching - rapid termination of reactions by supplying cracking cold product to products is used. Various schemes of quenching are considered; the advantages and disadvantages of these schemes are identified. The dependence of the schemes on the composition and quality of hardening products that make up quenching; their aggregate state; input space of hardening product in the thermolysis products is shown. A classification of schemes of quenching organization in thermolytic processes of deep processing of heavy hydrocarbon feedstock, which allows professionally to choose and scientifically justify this choice in the development and design of new operating industrial installations and their reconstruction, is presented.

Keywords:
hydrocarbon raw materials, deep processing, thermolytic processes, quenching, organization schemes, hardening product, advantages, disadvantages, classification
Text
Введение В течение нескольких последних десятилетий одной из основных проблем в мировой нефтепереработке является квалифицированное использование тяжёлых нефтяных и газоконденсатных остатков, к которым относятся гудроны, полугудроны и крекинг-остатки, а при отсутствии установок вакуумной перегонки с целью получения сырья каталитического крекинга и гидрокрекинга - и мазуты атмосферной перегонки нефти и газового конденсата тяжёлого фракционного состава. Однако следует отметить, что мазуты, получаемые из газовых конденсатов тяжёлого фракционного состава, в настоящее время используются в основном только в качестве котельного топлива, хотя, в отличие от светлых фракций, их реализация достаточно осложнена из-за высокого содержания парафинов и, как следствие этого, высокой температуры застывания. Использование мазутов в качестве котельных топлив является достаточно спорным вопросом, т. к., во-первых, имеется альтернатива их переработки в моторные топлива и, во-вторых, при сжигании мазутов на тепловых электростанциях и в котельных в атмосферный воздух выбрасывается огромное количество оксидов углерода, азота, сажи, включая и сильные канцерогены - бензо(α)пирены. Кроме того, с учётом сложившихся мировых цен на мазуты и светлые нефтепродукты и постоянно возрастающих потребностей в моторных топливах, мазут более выгодно и целесообразно использовать как сырьё для переработки, а не как энергетическое топливо. Одним из возможных направлений квалифицированной глубокой переработки тяжёлых нефтяных и газоконденсатных остатков является их термодеструктивное крекирование с получением дополнительного количества алкенсодержащего углеводородного газа, светлых нефтепродуктов и котельного топлива, имеющего температуру застывания и вязкость в соответствии с требованиями стандартов. К этим процессам термодеструктивного крекирования (термолитической переработки) относятся: - висбрекинг (лёгкий термический крекинг с целью производства котельных топлив требуемой вязкости без добавления в них светлых дизельных фракций) [1]; - термический крекинг при жёстком технологическом режиме с целью производства дополнительного количества светлых моторных топлив и углеводородных газов [1]; - гидровисбрекинг в среде водородсодержащего газа или с донорами водорода для предупреждения усиленного коксообразования и повышения качества получаемых продуктов [1]; - каталитический висбрекинг в присутствии водяного пара (процесс акваконверсии) [2]; - каталитический гидровисбрекинг [3]. Во всех этих процессах для быстрого прекращения протекания реакций термического крекинга при достижении заданной конверсии сырья применяют квенчинг (от английского слова «quenching» - резкое охлаждение; закалка; быстрое прекращение реакции холодным продуктом) - подачу холодного сырья или другого охлаждённого продукта в горячие продукты крекинга. Реже квенчинг называют также кулингом (от английского слова «cooling» - охлаждение). В русском языке синонимами терминов «квенчинг» и «кулинг» являются и часто применяются вместо них термины «закалка» и «холодная струя» [4]. Классификация систем квенчинга в термолитических процессах переработки углеводородных остатков В нефтепереработке существует несколько схем организации квенчинга в термодеструктивных (термолитических) процессах, различающихся рядом принципиальных признаков. Систематизация и обобщение этих существующих схем и разработка их классификации позволят научно обосновывать выбор той или иной схемы в зависимости от назначения процесса, вида сырья, используемого в процессе, получаемых нефтепродуктов и некоторых других факторов. В общем случае квенчинг может осуществляться с использованием как охлаждённых продуктов самого термолитического процесса, так и охлаждённых сторонних продуктов (нефть, вода, некондиционный бензин, смола пиролиза и др.). Значительно чаще в технологии используются продукты самого термолитического процесса, т. к. организация их подачи осуществляется непосредственно на самой промышленной установке. Для сторонних закалочных продуктов необходимо создание специальных систем их подачи, включающих в себя резервуары для хранения, отдельные насосы, теплообменно-холодильную аппаратуру, запорную арматуру и др., т. е. необходимы дополнительные капитальные и эксплуатационные затраты. Однако при применении некоторых сторонних продуктов, таких, как, например, некондиционный бензин или смола пиролиза, возможно улучшение технико-экономических показателей термолитических процессов, в частности увеличение выхода суммы светлых нефтепродуктов за счёт перехода в них испаряющихся при условиях процесса компонентов, входящих в состав потока квенчинга. Квенчинги с использованием охлаждённых продуктов самого термолитического процесса различаются по составу входящих в них закалочных продуктов и бывают однокомпонентными или смесевыми (двух-, трёх- или многокомпонентным). При однокомпонентном квенчинге в качестве закалочного используют дистиллятный продукт процесса (газойлевый квенчинг) или остаточный продукт процесса (квенчинг остатком). При печном термолизе осуществляют квенчинг потока продуктов реакции, выходящего из реакционной печи (технология Вуда). Преимущества и недостатки каждой из этих схем организации однокомпонентного квенчинга приведены в таблице. Преимущества и недостатки схем организации однокомпонентного квенчинга Схема квенчинга Преимущества Недостатки Источник Газойлевый квенчинг Пониженное коксообразование. Отсутствие механических примесей. Быстрое достижение температурного равновесия Повышенные нагрузки по парам и жидкости в зоне ввода сырья в колонну, в промывной секции и контуре циркуляционного орошения. Дополнительное смешение потоков [4-6] Квенчинг остатком Пониженное коксообразование в реакционном оборудовании. Возможность дополнительной утилизации тепла на установке на более высоком температурном уровне Обрастание фракционирующей колонны коксовыми отложениями. Высокие нагрузки в контуре квенчинга. Появление механических примесей [4-6] Квенчинг по технологии Вуда Отсутствует необходимость в дополнительной вакуумной колонне. Сокращение производства котельного топлива на 10-15 % Увеличение выхода тяжёлого газойля висбрекинга, который требует гидроочистки. Получаемое котельное топливо не соответствует требованиям ГОСТ и требует разбавления лёгким и (или) тяжёлым рецикловым газойлем каталитического крекинга [5, 7] Системы организации квенчинга различаются по месту ввода закалочного продукта. При печном термолизе закалочный продукт подают в точку технологической схемы процесса, находящуюся непосредственно на выходе сокинг-секции реакционной печи, а при термолизе с выносной реакционной камерой - в точку технологической схемы на выходе продуктов реакции из этой камеры. Таким образом, системы организации квенчинга различаются по четырём основным классификационным признакам: 1) происхождению закалочных продуктов, входящих в состав квенчинга; 2) количеству закалочных продуктов, входящих в состав квенчинга; 3) изменению агрегатного состояния закалочных продуктов квенчинга; 4) месту ввода закалочного продукта в продукты термолиза. Заключение Предложенная классификация систем квенчинга в термолитических процессах глубокой переработки тяжёлого углеводородного сырья обобщает и систематизирует многообразие этих систем и позволяет квалифицированно выбирать и научно обосновывать соответствующий выбор при разработке и проектировании новых и реконструкции действующих промышленных установок подобного назначения.
References

1. Kapustin V. M., Gureev A. A. Tehnologiya pererabotki nefti. V 2 ch. Ch. 2. Destruktivnye processy. M.: KolosS, 2007. 334 s.

2. Kaminskiy E. F., Havkin V. A. Glubokaya pererabotka nefti: tehnologicheskiy i ekologicheskiy aspekty. M.: Tehnika. OOO «TUMA GRUPP», 2001. 384 s.

3. Ahmadova H. H., Syrkin A. M., Sadulaeva A. S. Rol' visbrekinga v uglublenii pererabotki nefti // Innovacii v nauke: materialy VIII Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Ch. I. Novosibirsk: Sibir. associaciya konsul'tantov, 2012. S. 76-84.

4. Tarakanov G. V. Osnovnye terminy v neftegazopererabotke. Kratkiy spravochnik: ucheb. posobie dlya stud. vyssh. ucheb. zaved. Astrahan': Izd-vo AGTU, 2010. 131 s.

5. Nizamova G. I. Zakonomernosti kinetiki zhidkofaznogo termoliza gudronov i sovershenstvovanie tehnologii processa visbrekinga: dis. … kand. tehn. nauk. Ufa, 2016. 125 s.

6. Pivovarova N. A., Tumanyan B. P., Belinskiy B. I. Visbreking neftyanogo syr'ya. M.: Tehnika. OOO «TUMA GRUPP», 2012. 64 s.

7. Sieli Gari M. Visbreking - sleduyuschee pokolenie // Neftegaz. 2000. № 1. S. 78-83.