Переработка тяжелой нефти. Реакторы и моделирование процессов
Покупка
Тематика:
Горная промышленность. Металлургия
Издательство:
Профессия
Автор:
Анчита Хорхе
Год издания: 2015
Кол-во страниц: 592
Дополнительно
Вид издания:
Практическое пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-91884-068-9
Артикул: 631079.02.99
Приведены классификация процессов и сопоставление различных технологий переработки тяжелой нефти: от термических до термокаталитических и гидрогенизационных процессов. Рассмотрены важные вопросы совместимости и стабильности тяжелых видов нефтяного сырья, особое внимание уделено асфальтенам и их роли в образовании кокса. Выполнен анализ основных факторов, влияющих на сложную цепь реакций, равновесие фаз, массоперенос, диффузию в частицы катализатора. Отдельные главы посвящены моделированию процесса газификации и термических процессов висбрекинга и коксования. Для каждого процесса приведены экспериментальные данные, даны практические рекомендации по реализации моделей, определению ключевых параметров и их влиянию на выбор технологии и типа реактора. Результаты моделирования процессов и реакторов подтверждены сравнительными экспериментальными и фактическими данными.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 21.03.01: Нефтегазовое дело
- ВО - Магистратура
- 21.04.01: Нефтегазовое дело
- ВО - Специалитет
- 21.05.05: Физические процессы горного или нефтегазового производства
- 21.05.06: Нефтегазовые техника и технологии
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru
CRC Press is an imprint of the Taylor & Francis Group, an informa business Boca Raton London New York Jorge Ancheyta Modeling of Processes and Reactors for Upgrading of Heavy Petroleum ©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru
Хорхе Анчита ПЕРЕРАБОТКА ТЯЖЕЛОЙ НЕФТИ РЕАКТОРЫ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ Санкт-Петербург 2015 Перевод с английского языка под редакцией О. Ф. Глаголевой, В. А. Винокурова ©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru
УДК 663.63 ББК 35.514 Приведены классификация процессов и сопоставление различных техно логий переработки тяжелой нефти: от термических до термокаталитических и гидрогенизационных процессов. Рассмотрены важные вопросы совместимости и стабильности тяжелых видов нефтяного сырья, особое внимание уделено асфальтенам и их роли в образовании кокса. Выполнен анализ основных факторов, влияющих на сложную цепь реак ций, равновесие фаз, массоперенос, диффузию в частицы катализатора. Отдельные главы посвящены моделированию процесса газификации и тер мических процессов висбрекинга и коксования. Для каждого процесса приведены экспериментальные данные, даны прак тические рекомендации по реализации моделей, определению ключевых параметров и их влиянию на выбор технологии и типа реактора. Результаты моделирования процессов и реакторов подтверждены сравнительными экспериментальными и фактическими данными. УДК 663.63 ББК 35.514 All Rights Reserved. Authorized translation from English language edition published by CRC Press, an imprint of Taylor & Francis Group LLC. Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав. Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых из дательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых све дений и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги. ISBN 978-1-4398-8046-3 (англ.) ISBN 978-5-91884-068-9 Хорхе Анчита Переработка тяжелой нефти. Реакторы и моделирование процессов : пер. с англ. яз. под ред. О. Ф. Глаголевой, В. А. Винокурова. — СПб. : ЦОП «Профессия», 2015. — 592 с., ил. ISBN 978-5-91884-068-9 ISBN 978-1-4398-8046-3 (англ.) © 2013 by Taylor & Francis Group, LLC © ЦОП «Профессия», 2015 © Перевод, оформление: ЦОП «Профессия», 2015 Ан64 ©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru
Оглавление Предисловие к русскому изданию ........................................................... 17 Предисловие ......................................................................................... 19 Благодарности ...................................................................................... 23 Глава 1. Тяжелая нефть ......................................................................... 27 1.1. Определение ....................................................................................................27 1.2. Классификация нефтей ..................................................................................28 1.3. Свойства ..........................................................................................................29 1.3.1. Физические и химические свойства ........................................................29 1.3.2. Асфальтены ...............................................................................................31 1.3.3. Оценка химического состава асфальтенов ..............................................34 1.3.3.1. Экспериментальная часть ...............................................................36 1.3.3.2. Результаты........................................................................................38 1.3.4. Склонность к коксообразованию ............................................................42 1.3.5. Вязкость ....................................................................................................43 1.3.5.1. Вязкость нефтей ..............................................................................43 1.3.5.2. Вязкость смеси нефтей ....................................................................45 1.3.5.3. Другие свойства смесей ...................................................................52 1.3.6. Стабильность и совместимость нефтей ...................................................53 1.3.6.1. Определения ....................................................................................53 1.3.6.2. Методы оценки стабильности и совместимости.............................54 1.4. Анализ тяжелой нефти ....................................................................................57 1.4.1. Определение .............................................................................................57 1.4.2. Цели анализа ............................................................................................58 1.4.3. Виды анализа ............................................................................................59 1.4.4. Свойства некоторых тяжелых нефтей .....................................................59 1.5. Проблемы при переработке тяжелой нефти ..................................................66 Литература .............................................................................................................68 Глава 2. Технологии переработки тяжелой нефти .................................... 71 2.1. Общая классификация процессов .................................................................71 2.2. Текущее положение в области переработки тяжелого сырья ........................75 ©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru
Оглавление 6 2.3. Технологии обогащения водородом ...............................................................76 2.3.1. Гидровисбрекинг ......................................................................................77 2.3.2. Гидропереработка в неподвижном слое...................................................77 2.3.3. Гидропереработка в движущемся слое .....................................................78 2.3.4. Гидропереработка в кипящем слое ..........................................................79 2.3.5. Гидропереработка в фазе суспензии ........................................................80 2.4. Технологии обеднения углеродом ..................................................................81 2.4.1. Экстрактивная деасфальтизация .............................................................82 2.4.2. Газификация .............................................................................................82 2.4.3. Коксование ...............................................................................................83 2.4.4. Висбрекинг ...............................................................................................83 2.4.5. Каталитический крекинг остаточного сырья в псевдоожиженном слое ....83 2.5. Перспективные технологии ...........................................................................84 2.6. Комбинированные процессы облагораживания ...........................................85 2.6.1. Комбинированные технологии обеднения углеродом ...........................85 2.6.2. Комбинированные технологии обогащения водородом ........................92 2.6.3. Комбинированные технологии обогащения водородом и обеднения углеродом ............................................................................93 Литература ...........................................................................................................100 Глава 3. Моделирование висбрекинга ....................................................105 3.1. Введение ........................................................................................................105 3.2. Описание процесса .......................................................................................106 3.3. Способы висбрекинга ...................................................................................106 3.3.1. Висбрекинг в змеевике ...........................................................................108 3.3.2. Висбрекинг с выносной реакционной камерой ....................................108 3.3.3. Различия между процессами ..................................................................109 3.4. Параметры процесса .....................................................................................109 3.4.1. Свойства сырья .......................................................................................110 3.4.2. Температура ............................................................................................111 3.4.3. Давление .................................................................................................111 3.4.4. Время пребывания в реакционной зоне ................................................111 3.4.5. Закачка пара ...........................................................................................112 3.4.6. Главные параметры процесса .................................................................112 3.5. Химия процесса ............................................................................................112 3.5.1. Разрыв связи C–C ..................................................................................114 3.5.2. Дегидрирование ......................................................................................114 3.5.3. Изомеризация .........................................................................................114 3.5.4. Полимеризация и конденсация .............................................................114 3.5.5. Реакции с участием гетероатомов ..........................................................114 3.6. Кинетика реакций ........................................................................................115 3.7. Моделирование реакторов ...........................................................................118 ©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru
Оглавление 7 3.7.1. Эмпирические зависимости ..................................................................118 3.7.2. Моделирование реакторов .....................................................................119 3.7.2.1. Общие характеристики реакторов висбрекинга ...........................119 3.7.2.2. Моделирование процессов в змеевике и в реакционной камере ....120 3.7.3. Моделирование процесса висбрекинга .................................................125 3.7.3.1. Характеристики реакторов и рабочие условия .............................125 3.7.3.2. Свойства сырья и продуктов .........................................................126 3.7.3.3. Результаты моделирования ...........................................................127 3.7.3.4. Заключительные замечания и рекомендации ...............................131 Обозначения ........................................................................................................133 Литература ...........................................................................................................135 Глава 4. Моделирование процесса газификации .....................................137 4.1. Введение ........................................................................................................137 4.2. Типы процессов газификации ......................................................................138 4.2.1. Газификация в стационарном слое ........................................................138 4.2.1.1. Противоточные газогенераторы стационарного слоя ..................138 4.2.1.2. Параллельноточные газогенераторы стационарного слоя ...........139 4.2.2. Газогенераторы с кипящим (псевдоожиженным) слоем ......................139 4.2.3. Факельные газогенераторы ....................................................................140 4.2.4. Другие способы газификации ................................................................140 4.3. Параметры процесса .....................................................................................141 4.3.1. Температура ............................................................................................141 4.3.2. Давление .................................................................................................141 4.3.3. Скорость начала псевдоожижения ........................................................142 4.3.4. Соотношение воздух / пар ......................................................................142 4.3.5. Коэффициент избытка окислителя .......................................................142 4.3.6. Размер частиц .........................................................................................142 4.4. Описание процесса .......................................................................................142 4.5. Химия и термодинамика процесса...............................................................144 4.6. Моделирование реактора газификации .......................................................145 4.6.1. Уравнения модели ..................................................................................146 4.6.1.1. Баланс масс ....................................................................................146 4.6.1.2. Термодинамическое равновесие ...................................................148 4.6.1.3. Баланс энергий ..............................................................................154 4.6.1.4. Теплота сгорания синтез-газа и КПД газификации .....................156 4.6.2. Решение уравнений модели ...................................................................157 4.7. Моделирование процесса газификации ......................................................158 4.7.1. Проверка модели ....................................................................................158 4.7.2. Влияние условий реакций ......................................................................160 4.7.2.1. Влияние давления ..........................................................................160 ©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru
Оглавление 8 4.7.2.2. Влияние температуры ....................................................................162 4.7.2.3. Влияние кратности кислорода к сырью ........................................162 4.7.2.4. Влияние кратности воды к сырью .................................................164 4.7.3. Применение модели ...............................................................................165 4.7.3.1. Применение модели к вакуумным остаткам с различными свойствами ............................................................................................165 4.7.3.2. Оптимизация выхода водорода .....................................................167 Литература ...........................................................................................................168 Глава 5. Моделирование процесса коксования .......................................170 5.1. Введение ........................................................................................................170 5.2. Процессы коксования ..................................................................................171 5.2.1. Замедленное коксование........................................................................172 5.2.2. Непрерывное коксование (флюидкокинг) ............................................173 5.2.3. Флексикокинг ........................................................................................174 5.3. Описание процесса .......................................................................................175 5.4. Параметры процесса .....................................................................................177 5.4.1. Температура на выходе из печи и на входе в камеры коксования ...........177 5.4.2. Давление в камере коксования ..............................................................178 5.4.3. Коэффициент рециркуляции сырья ......................................................179 5.4.4. Виды сырья .............................................................................................179 5.5. Теоретические основы процесса коксования ..............................................180 5.5.1. Химия процесса ......................................................................................180 5.5.2. Кинетика реакций ..................................................................................181 5.5.3. Термическое разложение асфальтенов ..................................................182 5.6. Кинетика реакций коксования ....................................................................184 5.6.1. Разделение атмосферного остатка .........................................................184 5.6.2. Неизотермическая кинетика .................................................................185 5.6.3. Термическое разложение........................................................................186 5.6.4. Кинетические параметры ......................................................................189 5.6.5. Примечания ............................................................................................193 5.7. Зависимости для прогнозирования выхода кокса .......................................193 5.7.1. Зависимости ...........................................................................................193 5.7.1.1. Зависимости Гэри и Хэндверка .....................................................194 5.7.1.2. Зависимости Мейплза ...................................................................195 5.7.1.3. Зависимости Шаброна и Спайта ...................................................197 5.7.1.4. Зависимости Кастильони ..............................................................198 5.7.1.5. Зависимости Смита и соавторов ...................................................201 5.7.1.6. Зависимости Фолька и соавторов .................................................202 5.7.2. Применение зависимостей ....................................................................203 5.7.2.1. Влияние свойств сырья .................................................................203 ©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru
Оглавление 9 5.7.2.2. Влияние давления ..........................................................................205 5.7.2.3. Влияние температуры ....................................................................206 5.7.3. Заключительные положения ..................................................................207 Обозначения ........................................................................................................208 Литература ...........................................................................................................209 Глава 6. Некаталитическая (термическая) гидропереработка ..................212 6.1. Введение ........................................................................................................212 6.2. Экспериментальная часть ............................................................................214 6.2.1. Сырье ......................................................................................................214 6.2.2. Оборудование .........................................................................................215 6.2.3. Условия реакций .....................................................................................217 6.2.4. Методы анализа ......................................................................................217 6.3. Результаты .....................................................................................................218 6.3.1. Двухреакторная установка .....................................................................218 6.3.1.1. Некаталитическое гидрообессеривание ........................................218 6.3.1.2. Избирательность к некаталитическим процессам гидрообессеривания и гидродеметаллизации..............................221 6.3.1.3. Влияние температуры и соотношения FmT / VSiC на плотность продукта ............................................................................................222 6.3.1.4. Влияние температуры и соотношения FmT / VSiC на кривую разгонки продукта .........................................................................223 6.3.1.5. Влияние на состав суммарного жидкого продукта .......................223 6.3.1.6. Распределение температур по оси реакторов ................................227 6.3.2. Однореакторная установка ....................................................................228 6.3.2.1. Кинетика некаталитической гидроочистки ..................................228 6.3.2.2. Кинетика превращения вакуумного остатка ................................230 6.3.2.3. Кинетика некаталитического гидрокрекинга ...............................232 Обозначения ........................................................................................................237 Латинские ........................................................................................................237 Нижние индексы .............................................................................................238 Литература ...........................................................................................................238 Глава 7. Моделирование каталитической гидроочистки ..........................243 7.1. Введение ........................................................................................................243 7.1.1. Значение гидроочистки в нефтепереработке ........................................244 7.1.2. Текущая ситуация в нефтеперерабатывающей отрасли ........................247 7.2. Описание процесса .......................................................................................249 7.3. Типы реакторов .............................................................................................251 7.3.1. Реакторы с неподвижным слоем ...........................................................251 ©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru
Оглавление 10 7.3.1.1. Охлаждение в реакторах с неподвижным слоем катализатора ...........254 7.3.1.2. Внутреннее оборудование реакторов ............................................256 7.3.2. Реакторы с движущимся слоем катализатора .......................................258 7.3.3. Реакторы с кипящим слоем катализатора .............................................259 7.3.4. Реакторы с суспензионным слоем .........................................................261 7.4. Теоретические основы ..................................................................................262 7.4.1. Реакции гидроочистки ...........................................................................262 7.4.1.1. Гидрообессеривание ......................................................................263 7.4.1.2. Гидродеазотирование .....................................................................265 7.4.1.3. Гидродеоксигенация ......................................................................265 7.4.1.4. Гидродеметаллизация ....................................................................266 7.4.1.5. Реакции гидрирования ..................................................................266 7.4.1.6. Гидрокрекинг .................................................................................266 7.4.1.7. Гидродеасфальтизация ...................................................................267 7.4.2. Кинетика реакций ..................................................................................267 7.4.3. Термодинамика .......................................................................................272 7.4.4. Катализаторы ..........................................................................................275 7.5. Параметры процесса .....................................................................................277 7.5.1. Температура реакций ..............................................................................278 7.5.2. Парциальное давление водорода ...........................................................280 7.5.3. Скорость подачи сырья ..........................................................................281 7.5.4. Кратность водорода к сырью и скорость циркуляции ..........................281 7.5.5. Активация катализатора .........................................................................283 7.6. Моделирование гидроочистки газойля, полученного из тяжелой нефти ........... 285 7.6.1. Экспериментальная часть ......................................................................285 7.6.1.1. Материалы и оборудование ...........................................................285 7.6.1.2. Эксперименты ...............................................................................286 7.6.1.3. Методы анализа .............................................................................287 7.6.2. Построение модели реактора .................................................................288 7.6.2.1. Допущения, принимаемые в рамках модели ................................288 7.6.2.2. Баланс масс в нестационарном состоянии ...................................289 7.6.2.3. Баланс теплоты в нестационарном состоянии .............................290 7.6.2.4. Граничные условия ........................................................................291 7.6.2.5. Метод интегрирования ..................................................................292 7.6.3. Модели кинетики реакций ....................................................................292 7.6.3.1. Гидрообессеривание ......................................................................292 7.6.3.2. Гидродеазотирование .....................................................................292 7.6.3.3. Гидродеароматизация ....................................................................293 7.6.3.4. Гидрирование олефинов ................................................................295 7.6.3.5. Мягкий гидрокрекинг ...................................................................295 7.6.4. Расчет параметров ..................................................................................295 7.6.4.1. Кинетические параметры ..............................................................295 ©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru