Результат интеллектуальной деятельности: Способ гидрокрекинга мазута

Изобретение относится к гидрокрекингу мазута в присутствии метана и предназначено для получения дистиллятных продуктов плотностью 835-850 кг/м³.

Из уровня техники известен способ гидрокрекинга тяжелого углеводородного сырья, описанный в патенте RU 2169170, опубл. 20.06.2001. Данный способ гидрокрекинга осуществляют путем подачи в реакционную камеру водорода или водородного газа в количестве 20-30 мас.% к количеству реагентов и доводят давление газа в камере до 10-30 МПа, температуру до 1300-1500 К. В камеру с нагретым водородом подают перерабатываемое сырье в количестве 70-80 мас.% к количеству реагентов и перемешивают его с водородом, смесь крекируют при общем времени контакта сырья с водородом 2-12 мс, далее продукты реакции подвергают закалке при одновременном снижении температуры и давления в течение 5-10 мс и направляют на выделение целевых продуктов. Апробирование способа гидрокрекинга мазута позволило в целевых продуктах получить газообразные продукты (CH4, С2Н4, C2H6, С3Н8, С4) в количестве 42,266 мас.% к продуктам реакции; бензина (C5, С6, С7, C8, C9, C10, С11, С12) 34,096 мас.%; дизельного топлива (C13-C20) 17,284 мас.% при конверсии 98-99%.

Недостатком способа гидрокрекинга по патенту RU 2169170, принятого в качестве прототипа, является его выполнение при высокой температуре и предельном давлении, а также низкая эффективность выхода продукта в связи с большим объёмом получаемого газа.

Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение процесса гидрокрекинга мазута путем его выполнения при пониженных температуре и давлении, а также повышение эффективности выхода дистиллятных продуктов.

Указанный результат достигается благодаря предлагаемому способу гидрокрекинга мазута, в котором подогревают мазут до 90-110°С, смешивают его с метаном, подающимся под давлением 0,8-1,2 МПа, образованную смесь мазута с метаном нагревают до 280-380°С и подают в реактор гидрокрекинга для гидрокрекинга в присутствии промотированного катализатора, а образовавшиеся в нем пары направляют в устройство ректификации с последующем охлаждением разделенных потоков для получения дистиллятов мазута с плотностью 805-850 кг/м3.

В одном из вариантов изобретения, соотношение масс мазута с метаном при их смешивании составляет 80:20.

В одном из вариантов изобретения катализатором является смесь оксидов в равных мольных долях элементов подгруппы скандия и подгруппы титана из периодической системы элементов (ПСЭ), принадлежащих разным и любым четным периодам ПСЭ, нанесенных на оксид алюминия. При этом катализатор может быть промотирован композиционным материалом, состоящим из металлов пятого периода ПСЭ и элементов с атомными номерами от 75 до 83 ПСЭ.

Далее будет подробно описано заявленное изобретение.

Предлагается способ гидрокрекинга мазута, плотность которого составляет 910-1000 кг/м³.

Сырьё (мазут) подается в сырьевую ёмкость. Сырьевая ёмкость снабжена ТЭН для подогрева и контроллером температуры. В емкости сырье подогревается до температуры 90-110°С. Нагретый мазут через сетчатый фильтр насосом подается на смешение с природным газом (метаном) в статический смеситель, выполненный, например, в виде фрагмента трубопровода, соединяющего между собой сырьевую емкость и печь для нагрева. Поток мазута контролируется расходомером. Для приведения количества мазута к нормальным условиям (для контроля расхода сырья) можно ввести поправочный температурный коэффициент: +8% объёма на каждый +100 градусов от 20 градусов.

В статический смеситель под давлением от 0,85 до 1,2 МПа подается метан, например, из баллона. Баллон может быть оснащен обогреваемым редуктором для исключения замораживания редуктора. Также контроль потока метана может осуществляться расходомером. А для приведения к нормальным условиям можно применять поправочный коэффициент 10-20% от массы сырья.

Практическим путем было установлено, что для эффективного выхода конечного продукта оптимальное соотношение масс мазута и природного газа в смесителе составляет 80:20.

Из смесителя получившаяся смесь мазута и метана под давлением 0,85-1,2 МПа и при температуре 90-110°С подаётся в печь для дальнейшего нагрева. В печи может быть использован, например, индукционный или другой типа нагрева. Смесь нагревается до температуры 280-380°С и передаётся на реактор гидрокрекинга для крекинга метаном.

Реактор гидрокрекинга представляет собой ёмкость для засыпки регулярной насадкой с внутренним устройством механических элементов в форме концентрических обечаек и устройств, служащих для организации потоков Из уровня техники известно выполнение данных реакторов (реакционных камер), предназначеных для проведения химических или физико-химических процессов в промышленном масштабе.

В реакторе реализовано взаимодействие двух потоков: газообразный поток - метан, и жидкий поток - мазут. В нем обеспечивается гидрокрекинг подаваемой смеси. Взаимодействие в реакторе происходит при промотированном катализаторе, реализованном в виде регулярной насадки. Регулярные насадки представляют собой пакеты вертикальных пластин, расположенных параллельно оси колонны реактора, которые изготавливаются из просечных гофрированных листов сложной конфигурации.

В реакторе, под воздействием промотора и катализатора, происходит перераспределение водорода между богатыми водородом молекулами и бедными водородом молекулами, с образованием насыщенных углеводородов с температурами кипения не выше поддерживаемой температуры в реакторе.

Катализатор, используемый в реакторе, предназначен для:

- Изомеризации С₅-С₁₈ без разделения;

- Метатеза олефинов;

- Снижение содержания серы;

- Диспропорционирование водорода;

- Крекинга.

В качестве катализатора используется смесь оксидов в равных мольных долях элементов 3 группы ПСЭ и 4 группы ПСЭ, принадлежащих разным и любым четным периодам ПСЭ. Одним из примеров катализатора является, но не ограничен им, смесь оксида скандия с оксидом титана. Оксиды нанесены на носитель - гамма оксид алюминия с поверхностью не менее 200м²/г. Суммарная доля оксидов не должна превышать 10% массы носителя.

Катализатор промотирован промотором, представляющий собой композиционный материал, состоящий из металлов пятого периода ПСЭ и элементов с атомными номерами от 75 до 83 ПСЭ. Количество элементов 75-83 от 40 до 75 массовых процента, количество металлов пятого периода от 25 до 60 массовых процента. Одним из примеров композиционного материала является материал из ниобия с цинком. Композиционный материал должен быть заключен в герметичную стальную капсулу с внутренним поперечником не менее 11 миллиметров и формой, набранной из прямых криволинейных поверхностей. Доля криволинейных поверхностей должна быть не менее 60%. Варианты формы - цилиндр, линза, сфера. Коэффициент заполнения контейнера композитом от 45 до 70% объёма. Капсула промотора создаёт область пространства, в которой изменяются условия протекания химических реакций. Присутствие промотора превращает каталитический процесс, в том числе и на катализаторах промышленного применения, в менее затратную версию. Например, снижении энергии активации, зафиксированное в одной из лабораторий, составляет 3,5 раза.

После реактора пары продукта направляются в устройство ректификации, где происходит разделение продуктового потока на три фракции: тяжелую, среднюю и лёгкую. К легкой фракции относят легкие дистилляты, 90 об.% которых или более (включая потери) перегоняются при температуре 210 градусов Цельсия (по методу ASTM D 86). К средней фракции - средние дистилляты, у которых менее 90 об.% (включая потери) перегоняется при 210 градусах Цельсия и 65 об.% или более (включая потери) перегоняется при 250 градусах Цельсия по методу ASTM D 86. А к тяжелой фракции - тяжелые дистилляты, менее 65 об.% которых (включая потери) перегоняется при 250 градусах Цельсия по методу ASTM D 86 или процент перегонки которых при 250 градусах Цельсия не может быть определен данным методом

После устройства ректификации продуктовые потоки проходят теплообменники-конденсаторы и теплообменники-охладители. Каждый поток направляется в собственный сборник, где производится замер (взвешиванием) полученного продукта.

Конечным продуктом являются дистилляты с плотностью 805-850 кг/м³.

Благодаря предлагаемому способу снижено содержание серы в конечном продукте в среднем в 6 раз - получены дистилляты с содержанием серы 0,068-0,082%. Дистилляты имеют схожие кривые разгонки. При этом 95% дистиллятов испаряется в интервале 250-330°С.

Данный процесс допирования метаном мазута с переводом его в смесь дистиллятных продуктов при воздействии промотированного катализатора является низкозатратным, протекающим гладко в весьма мягких условиях.