Комбінована установка деасфальтизації залишкових нафтових фракцій та генерації електроенергії

Винахід відноситься до нафтопереробної промисловості, конкретніше до процесів поглиблення переробки нафти. Одніє. з основних задач української нафтопереробної промисловості є поглиблення переробки нафти. Складною проблемою залишається переробка вакуумних залишків (гудрону) внаслідок наявності в них смолистих і коксівних сполук, а також важких металів (в основному ванадію і нікелю). Для подальшої каталітичної переробки залишки повинні пройти попереднє очищення. Підготовка їх (очищення) здійснюється за допомогою термічних, гідрогенізаційних і екстрактивних процесів [1, 2, 3]. До найбільш економічних процесів, що забезпечують глибоке очищення нафтових залишків, відноситься процес облагороджування залишків на дрібнодисперсному контактному матеріалі. Процес протікає у псевдоожиженому шарі сорбенту-теплоносія в інтервалі температур 450-550°С; при цьому відбувається розкладання асфальтенів, і на сорбенті-теплоносії відкладається кокс із металами, що були у сировині. У результаті відбувається віддалення асфальтенів майже на 100%, металів - на 95-98%, коксівність знижується на 75-85%, а вміст сірки та азоту зменшується на 40-70%. Закоксовані частки адсорбенту-теплоносія транспортуються в регенератор, де відбувається випал коксу. Продуктами випалу є в основному CO і СО2 у співвідношенні приблизно 1:1. Високий вміст СО у газах регенерації приводить до часткового догорання його у розрідженому шарі часток, у циклонах і навіть у газовідвідних трубах. У ряді випадків це викликає прогар апаратів і руйнування каталізатора. Для запобігання таких ситуацій застосовують каталітичний допал СО у присутності спеціальних каталізаторів і промоторів, застосовують також спеціальні котли для допалу CO [1, 3]. Усе це ускладнює і здорожчує технологічну установку. При цьому використання енергії газів випалу невисока. Даний винахід дає можливість усунути зазначені недоліки. Найближчим аналогом (прототипом) даного винаходу є установка APT (переробка залишків) фірми "Енгельгарт" [1, 2]. Сутність винаходу полягає у тому, що запропонована комбінована установка деасфальтизації залишкових нафтових фракцій та генерації електроенергії має апарат пароповітряної газифікації коксу з одночасною адсорбцією сірки частками вапняку чи доломіту (замість апарату випалу коксу), а також має енергетичну парогазову установку (ПГУ), яка працює на отриманному синтез-газі. Запропонована комбінована установка дає можливість виключити використання дорогих каталізаторів випалювання коксу і виробляти дешеву електроенергію. Тобто, комбінована установка деасфальтизації залишкових нафтових фракцій та генерації електроенергії, відрізняється тим, що для регенерації адсорбенту-теплоносія використовується апарат пароповітряної газифікації коксу з одночасною адсорбцією сірки, а синтез-газ, що утворюється, без охолодження направляється в енергетичну парогазову установку (ПГУ) для генерації електроенергії. Комбінована установка деасфальтизації залишкових нафтових фракцій і | генерації електроенергії, яка надана на рисунку, складається з таких блоків і основних апаратів. Реакторно-регенераційний блок, що включає реактор 1 і газифікатор 2. Енергетична парогазова установка включає керамічний фільтр 3, повітряний компресор 4, камеру згоряння 5, газову турбіну 6, електрогенератори 7, котел-утилізатор 8, парову турбіну 9, конденсатор 10, живильний насос 11. Робота комбінованої установки здійснюється у такий спосіб. Сировина (мазут, гудрон, асфальтит і ін.) подається в реактор 1. Сировина змішується з водяним паром і розпилюється в нижній частині ліфтреактора, куди надходить гарячий регенерований адсорбент-теплоносій з газифікатора 2. Адсорбенттеплоносій повинен мати невелику питому поверхню (10-15м3/г) і низьку активність, але великий діаметр пор, щоб він міг працювати при значній закоксованості. У якості сорбентов-теплоносіїв можуть бути використані крупнопористі алюмосилікати, оксиди алюмінію, боксити. Крім того, для поглинання сірки адсорбент повинен містити добавки вапняку чи доломіту, що зв'язують сірку й очищають синтез-газ від сірчистих сполук (COS, H2S, SO2 і ін.). Добавки, що зв'язують сірку, вводяться у кількості 5-10% від маси адсорбенту і вони також є теплоносієм. У висхідному потоці сировина контактує з завислим (витаючим) адсорбентом при температурі 490530°С і тиску 1,5-2,0МПа. У цих умовах більш легкі фракції сировини випаровуються, асфальтени піддаються розпаду, а кокс і метали відкладаються на поверхні часток адсорбенту. Продукти крекінгу, які виходять з реактора 1, швидко охолоджуються газойлем, що впорскується для запобігання подальшого розпаду продуктів. Адсорбент-теплоносій після відпарювання водяним паром надходить у газифікатор 2, де відбувається газифікація коксу. Розглянемо більш детальніше процес пароповітряної газифікації коксу, що відклався на частках теплоносія. Первинними реакціями газифікації вуглецевих відкладень є: С+0,5О2«СО С+Н2О«СО+Н2 Потім протікають вторинні реакції: С+0,5О2«СО2 С+СО2«2CO СО+Н2О«СО2+Н2 Усі наведені реакції оборотні, і склад газу пароповітряної газифікації залежить від параметрів процесу і співвідношення реагентів С:Н2О:О2. Реакторно-регенераційний блок працює під тиском 1,0-2,0МПа, необхідним для роботи газотурбінного двигуна (ГТД). Температура газифікації коксових відкладень - 800-900°С. Така температура найбільш сприятлива для хімічної адсорбції сірки із сірчистих сполук. Залишковий вміст сірки не перевищує 100мг/м3 газу. Отриманий штучний газ (синтез-газ) має приблизно такий склад: CO - 23-26; Н2 - 13-22; СН4 - 0,1-0,5; N2 - 50-56%об. Нижча теплота згоряння газу - 4600-5500кДж/м. Синтез-газ не містить вільного кисню, він безпечний і може використовуватися як паливо. Газ, що утворився, звільняється від пилу та сажі в сепараторах регенератора 2, і для більш глибокого очищення від твердих домішок він проходить керамічний фільтр 3. Очищений синтез-газ подається в камеру згоряння 5 газотурбінної установки (ГТУ). Повітря з компресора 4 надходить як у камеру згоряння, так і в газифікатор 2. Газова турбіна 6 служить приводом електрогенератора 7. Вихлопні гази з неї подаються в котелутилізатор 8, де генерується пара тиском 6-10МПа, яка після перегріву подається в парову турбіну 9. Відпрацьована пара конденсується в конденсаторі 10, і конденсат живильним насосом 11 подається в котел-утилізатор 8. Пара з проміжного відбору турбіни 9 подається в реактор 1 і газифікатор 2. Таким чином, єдиним джерелом теплової та електричної енергії в комбінованій установці є кокс, що газифікується. Нижче наведено основні показники комбінованої установки. З кожної тонни сировини в процесі деасфальтизації утворюється 900-880кг газоподібних і рідких продуктів і 100-120кг коксу. Наприклад, при переробці гудрону, що має елементарний склад (%мас): С - 86; Н - 10; S - 3,4; N - 0,5; О - 0,1, утворюються продукти у приблизно таких кількостях: газ - 8; бензинова фракція - 15; легкий газойль - 13; важкий газойль 54; кокс (газифікований) - 10%мас. Якщо газифікація коксу здійснюється пароповітряним дуттям і при цьому забезпечується співвідношення гудрон: пар: повітря, рівне 1:0,6:3,8, то при температурі 850°С і тиску 1,6МПа утворюється газ приблизно такого складу (%об.):СО - 23; Н2 - 21; СН4 - 0,4; Н2О - 0,5; N2 - 53. Нижча теплота згоряння цього газу - 5330кДж/м3. При деасфальтизації 1 тонни гудрону утворюється 100кг коксу, і при газифікації його виходить 540м3 газу при температурі 850°С. При спалюванні його в камері згоряння ГТУ виділяється 3млн. кДж теплоти. Отже, при КПД ГТД, рівним 35%, його потужність буде 290кВт, а потужність ПГУ утилізаційного типу близько 385кВт на 1т/г гудрону. Для НПЗ середньої потужності (5-6млн.т/рік) з метою глибокої переробки нафти необхідна установка деасфальтизації гудрону потужністю 1млн. т/рік, отже потужність парогазової ТЕС буде 60МВт. Річний виробіток електроенергії складе близько 450млн. кВт-годин, що істотно знизить енергетичні витрати на переробку нафти. Список посилань 1. Каминский Э.Ф., Хавкин В.А. Глубокая переработка нефти: технологический и экологический аспекты. М.: Техника, 2001. - 384с. 2. Степанов А.В., Горюнов B.C. Ресурсосберегающая технология переработки нефти. - Киев: Наукова думка, 1993. - 270с. 3. Разработка технологии адсорбционно - каталитической очистки мазута. В.И. Марчевка, Т.Х. МеликАхназаров, Б.З. Соляр и др. // Химия и технология топлив и масел. - 1990. - №1. - С.3-5.