image
energas.ru

Газовая промышленность № 10 2017

Переработка газа и газового конденсата

01.10.2017 11:00 ПРОБЛЕМА И ПЕРСПЕКТИВА ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗОВ КОКСОВАНИЯ ТЯЖЕЛОГО НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ
Замедленное коксование – развивающийся процесс нефтепереработки, мощности которого по перерабатываемому сырью на начало 2017 г. достигли 15,8 млн т/год. Получаемый в процессе замедленного коксования побочный продукт – углеводородный коксовый газ в большинстве случаев не находит квалификационного применения и сжигается на факеле. В данной работе проведены исследования состава углеводородного газа процесса коксования, полученного из различных видов сырья – гудрона и асфальта деасфальтизации этого гудрона, полученных из смеси западносибирских нефтей. Оценивалось влияние на углеводородный состав давления процесса коксования в интервале, наиболее характерном для процесса замедленного коксования, – от 0,15 до 0,35 МПа. Газ отбирали при температуре 340–370 ºС, температура коксования составляла 500 ºС. Выход углеводородных газов составил 13,47–16,26 % при коксовании гудрона, а при коксовании асфальта – от 15,00 до 16,27 %. Существенная часть в составе газов коксования представлена олефинами. При этом из них пропилена в газах коксования асфальта содержится 9,35–10,83 %, а для газов коксования гудрона – 7,22–9,36 %. Сумма бутенов в газах коксования гудрона при давлении коксования более 0,25 МПа превышает аналогичный показатель для газов коксования асфальта и достигает 7,42–7,88 %. Высокое содержание сероводорода в газах коксования, полученных из гудрона и асфальта, – соответственно, 10,29–10,89 % и 13,33–15,33 %, – требует их предварительной очистки перед дальнейшей переработкой. Решением проблемы, связанной с аминовой очисткой газов коксования, протекающей при относительно высоком давлении 2–7 МПа по сравнению с процессом коксования, может служить монтаж водокольцевого компрессора среднего давления. Далее потенциально ценные компоненты – олефины – могут быть извлечены, а оставшийся коксовый газ – использован в качестве газообразного топлива для печей коксования.
Ключевые слова: ГАЗЫ КОКСОВАНИЯ, ЗАМЕДЛЕННОЕ КОКСОВАНИЕ, ГАЗОПЕРЕРАБОТКА, УГЛЕВОДОРОДНЫЙ СОСТАВ, ОЛЕФИНЫ, КОМПРИМИРОВАНИЕ.
Открыть PDF


Замедленное коксование на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) России – бурно развивающийся процесс (на сегодняшний день 12 установками оснащены 10 предприятий отрасли). Причиной тому служит гибкость процесса с точки зрения переработки (утилизации) практически любых видов тяжелых нефтяных остатков, что, в свою очередь, повышает глубину переработки нефтяного сырья до 95 % [1].

Целевым назначением процесса замедленного коксования в России является получение углеродистой продукции специального назначения – нефтяного кокса, используемого в химической технологии и металлургии в качестве восстановителя [2]. Кроме кокса в процессе коксования получают углеводородный газ, бензин, легкий и тяжелый газойли. Бензиновую фракцию и легкий газойль обычно подвергают гидроочистке с получением компонентов товарных бензинов и дизельных топлив, а тяжелый газойль используют как компонент судового топлива. Углеводородные газы коксования во многих случаях не находят квалифицированного применения и сжигаются на факеле.

Несмотря на то что данная проблема широко не освещена в научно-технической литературе, исследования по совершенствованию технологии переработки и рационального применения газов коксования проводят как отечественные, так и зарубежные ученые.

1.png

Ван Вейчи и др. [3] предлагают перерабатывать газы коксования с выделением жидких углеводородов на установке каталитического крекинга. При выборе данной технологии выход сухого газа возрастает с 3,54 до 4,62 %, а выход жидких углеводородов – с 16,20 до 16,67 %.

В работе А.Ф. Вильданова и др. [4] представлена малоотходная комплексная схема очистки газов коксования от сернистых соединений, состоящая из блоков щелочного гидролиза карбонилсульфида, щелочно-каталитической очистки сжиженных углеводородных газов от меркаптанов с использованием гомогенного катализатора ИВКАЗ, блока «Серокс» для очистки сернисто-щелочных стоков от сульфида натрия и сернокислотной нейтрализации сернисто-щелочных стоков.

 

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В данной работе были исследованы углеводородные газы, полученные в лабораторном кубе в процессе коксования гудрона и асфальта его деасфальтизации из смеси западносибирских нефтей при различных параметрах технологического режима (табл. 1).

Всего было проанализировано шесть образцов коксовых газов: три из гудрона и три из асфальта. Давление коксования для каждого из взятых видов сырья поддерживали в интервале 0,15–
0,35 МПа с шагом 0,10 МПа, так как большинство отечественных установок, функционирующих еще с 1980-х гг., эксплуатируются при давлении около 0,35 МПа, а тенденция зарубежных компаний для данного процесса (например, Foster Weller) – это снижение давления до 0,15 МПа.

Исследования проводили на лабораторном газовом хроматографе ЛХМ-80, предназначенном для анализа органических и неорганических газообразных и жидких соединений методом газовой хроматографии. Газ-носитель – He.

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Коксование проводили в лабораторном кубе периодического действия при нагреве сырья до 500 ºС. Отбор газа осуществлялся после выхода на постоянный режим процесса образования газожидкостных продуктов: при ~370 ºС для гудрона и ~340 ºС для асфальта. В табл. 2 приведены результаты хроматографического анализа газов коксования гудрона (1–3) и асфальта (4–6).

Давление нагнетали посредством образования в кубе коксования при нагреве сырья газообразных продуктов, и после достижения заданного значения стравливали и регулировали скорость отвода газожидкостных продуктов таким образом, чтобы значение давления оставалось постоянным в течение всего процесса.

 1_1.png

РЕЗУЛЬТАТЫ

Выход углеводородных газов в процессе коксования в лабораторном кубе возрастает с повышением давления процесса, что соответствует литературным и промышленным данным. Выход газов составляет 13,47–16,26 % при коксовании гудрона и достигает значений в интервале 15,0–16,27 % при коксовании асфальта (рис. 1).

Рациональным способом переработки полученных в данном исследовании газов коксования является первоначальное выделение суммы углеводородов С5–С6, которые содержатся в газах коксования гудрона от 10,52 до 10,95 %, а в газах коксования асфаль-та – 8,25–12,75 %. На НПЗ выделение суммы углеводородов С5–С6 производят в абсорбционной колонне, в качестве абсорбента обычно используют легкий газойль замедленного коксования, что позволяет не только «осушить» газ, но и вовлечь жидкие углеводороды в сырьевые ресурсы для последующего приготовления среднедистиллятных видов топлив.

Существенная часть в составе газов коксования представлена олефинами (рис. 2), содержание которых суммарно составляет 16,23–18,27 % для газов коксования гудрона и 16,29–21,45 % для газов коксования асфальта. Выход пропилена выше для газов коксования асфальта при равном давлении процесса и составляет 9,35–10,83 % против 7,22–9,36 % для газов коксования гудрона. При повышении давления более 0,25 МПа содержание суммы бутенов становится выше в газах коксования гудрона по сравнению с газообразными продуктами переработки асфальта и достигает значений 7,42–7,88 %.

Олефины широко используют в нефтехимической промышленности и органическом синтезе, при этом для их получения применяют специальный процесс – высокотемпературный пиролиз природного газа. Так, например, пропилен применяют для получения изопропилового спирта и ацетона, для синтеза альдегидов, полипропилена, пластмасс, каучуков, моющих средств и растворителей. Бутены используют для синтеза бутадиена, бутанола, изооктана и полиизобутилена.

После выделения олефинов в ходе промышленного процесса коксования гудрона и асфальта из смеси западносибирских нефтей полученные коксовые газы при давлении 0,15–0,35 МПа можно использовать как газообразное топливо для печей при предварительной сероочистке для предотвращения коррозии оборудования и снижения выбросов SOx в атмосферу. Так, в газах коксования гудрона, полученных при различном давлении, содержится сероводорода 10,29–10,89 %, а в газах коксования асфальта – 13,33–15,33 %.

Одной из проблем при реализации процесса переработки газов коксования является их низкое давление, 0,15–0,35 МПа, в то время как для применения наиболее распространенного способа очистки аминами от кислых газов (H2S и CO2) на НПЗ и в химических производствах необходимо создать давление в сырьевом потоке 2–7 МПа [5].

Второй проблемой является вероятный унос частиц коксовой пыли из реактора коксования в ректификационную колонну, а после и в газовую фазу. Накопление данных частиц в местах потери гидравлического сопротивления способствует закоксовыванию данного участка трубопровода. Кроме того, при сжигании частички кокса могут затруднить распыл газообразного топлива форсунками.

Решением данных проблем на НПЗ может стать монтаж водокольцевого компрессора [6] среднего давления (1,2–10,0 МПа), устанавливаемого после абсорбционной колонны, в которую поступают газы коксования. Отличительной особенностью данного типа нагнетающего устройства является наличие вращающегося кольца жидкости (воды). Через образуемое серповидное пространство между жидкостью и ступицей эксцентрично расположенного колеса пропускаются газы, при этом частички кокса сорбируются водой, а сами газы компримируются.

 

ВЫВОДЫ

В процессе замедленного коксования тяжелых нефтяных остатков – гудрона и асфальта из смеси западносибирских нефтей при давлении 0,15–0,35 МПа были получены образцы углеводородных газов, содержащие углеводороды С5–С6 в количестве 8,25–12,75 %, сероводород – 10,29–15,33 %, олефины – 16,23–21,45 %. Предложен возможный вариант переработки и использования данных углеводородных газов. 

Таблица 1. Сырье и параметры процесса получения газов коксования

Параметры коксования

Образцы газов коксования

1

2

3

4

5

6

Сырье

Гудрон

Гудрон

Гудрон

Асфальт

Асфальт

Асфальт

Температура, ºС

500

500

500

500

500

500

Давление, МПа

0,15

0,25

0,35

0,15

0,25

0,35

Выход газа, %

13,47

15,40

16,26

15,00

15,27

16,27

 

Таблица 2. Результаты хроматографического анализа газов коксования, % масс.

Компонентный состав

Образцы газов коксования

1

2

3

4

5

6

Водород

0,62

0,61

0,61

0,71

0,70

0,78

Сероводород

14,20

13,33

15,33

10,89

10,82

10,29

Метан

18,56

15,64

16,65

17,62

19,62

21,01

Этан

14,56

15,97

15,05

16,32

16,05

16,89

Этилен

1,13

2,04

1,59

1,80

1,87

1,31

Пропан

15,65

16,09

16,46

12,79

13,91

17,05

Пропилен

9,36

8,35

7,22

10,83

10,56

9,35

Н-бутан

5,75

7,08

6,97

5,39

6,63

7,05

Изобутан

1,69

2,06

2,17

2,08

2,02

1,99

Сумма бутенов

7,68

7,88

7,42

8,82

7,57

6,03

Сумма С5–С6

10,80

10,95

10,52

12,75

10,07

8,25

 



← Назад к списку