способ переработки жидкого углеводородного сырья и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ переработки жидкого углеводородного сырья, включающий испарение нагретого сырья в процессе ректификации, отличающийся тем, что сырье распыляют в нагретую газовую среду, в которой возбуждают газодинамические колебания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в газовую среду подают водород.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в газовую среду подают вещества, разлагающиеся с выделением водорода.

4. Устройство для переработки жидкого углеводородного сырья, содержащее корпус перегонного аппарата, снабженный патрубками для ввода и вывода потоков, и обеспеченное нагревателями, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено источником газодинамических колебаний, который связан с корпусом, и оборудовано форсунками, каждая из которых размещена в корпусе на свободном конце патрубка для ввода потоков.

5. Устройство для переработки жидкого углеводородного сырья, отличающееся тем, что корпус снабжен дополнительными патрубками.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке нефти, газового конденсата, тяжелых нефтяных остатков, каменноугольных смол.

Известен способ переработки остаточных нефтяных фракций, заключающийся в том, что жидкостный поток эвапорационного пространства подвергают дополнительному распылению водяным паром /1/.

Недостатком известного способа является низкий выход светлых фракций.

Целью изобретения является повышение выхода светлых фракций.

Для достижения этой цели способ переработки жидкого углеводородного сырья предусматривает испарение сырья путем распыления нагретого потока в дистилляционный аппарат, обеспеченный источником кавитации, с последующим отбором продуктов дистилляции.

Отличие данного способа заключается в том, что поток сырья распыляют при атмосферном давлении в нагретую от 140 до 1000^oC газовую среду, которой посредством излучателя сообщают /передают/ газодинамические колебания частотой от 20 Гц до 10 кГц интенсивностью более 0,01 Вт/м².

При переработке высококипящих фракций в газовую среду подается водород или вещества, выделяющие водород (аммиак, метанол).

Способ переработки жидкого углеводородного сырья осуществляется следующим образом.

Поток сырья нагревают для снижения вязкости до температуры 90^oC и распыляют в дистилляционный аппарат, обеспеченный источником кавитации. В аппарате при атмосферном давлении содержится нагретая от 140 до 1000^oC газовая среда, которой сообщают /передают/ газодинамические колебания частотой в полосе от 20 Гц до 10 кГц интенсивностью более 0,01 Вт/м². В качестве излучателя применяется сирена, механический, электродинамический или газоструйный излучатель.

Возбужденные излучателем газодинамические колебания являются источником кавитации, вследствие которой в процессе захлопывания кавитационных пузырьков заполненных паром, газом или их смесью происходит разрушение высокомолекулярных соединений /2, стр. 374/; интенсифицируют процесс теплообмена между каплями сырья и нагретой газовой средой, что сокращает время фазового перехода и исключает условия, способствующие образованию новых высокомолекулярных соединений /2, стр. 340/.

Известно, что скорость разложения углеводородов на более летучие вещества увеличивается в присутствии молекулярного водорода или соединений, разлагающихся с выделением водорода. Водород в значительной степени сокращает реакции образования диенов реагируя с винильными радикалами CH₂=CH, предотвращая их присоединение к этилену. Следствием этого будет снижение выхода тяжелых нефтепродуктов.

В качестве веществ выделяющих водород используется:

1. Аммиак, который при нагревании в диапазоне от 400 до 600^oC разлагается на азот и водород

NH₃ 1/2 N₂+3/2 H₂-46,3 кДж.

2. Метанол, термическое разложение которого происходит по реакции

CH₃OH CO+2H₂-103 кДж.

При изменении водного раствора метанола тепловой эффект эндотермической реакции будет частично компенсироваться тепловым эффектом реакции с водяным паром

CO+H₂O CO₂+H₂+41 кДж.

Устройство для осуществления способа переработки жидкого углеводородного сырья.

Известно устройство, которое содержит корпус, снабженный патрубками для ввода и вывода потоков /1, прототип/.

Недостатком известного устройства является низкий выход светлых фракций.

Отличительная особенность устройства состоит в том, что оно оборудовано источником кавитации, снабжено нагревательными элементами для нагрева газовой среды внутри корпуса аппарата и на свободном конце каждого патрубка для подачи потоков смонтированы форсунки, размещенные внутри аппарата. В качестве источника кавитации используется сирена с приводом от электродвигателя или воздушной турбины, механический излучатель с приводом от электродвигателя, электродинамический излучатель присоединенный к генератору электрических импульсов, газоструйный излучатель, источником газодинамических колебаний в котором является струя газа водорода или веществ, разлагающихся с выделением водорода, отвода потоков пара и жидкой фазы, корпус снабжен дополнительными патрубками.

На фиг.1 схематично изображено описываемое устройство, которое содержит корпус дистилляционного аппарата 1 с подающим поток сырья патрубком 4, подающим поток водорода или веществ, разлагающихся с выделением водорода, патрубком 6, отводящим поток пара патрубком 9 и отводящим поток жидкой фазы патрубком 8. На свободных концах каждого подающего сырье патрубка 4 смонтированы форсунки 2. Корпус дистилляционного аппарата снабжен нагревательными элементами 5. Для снижения вязкости сырье предварительно подогревается нагревателем 3. Источником кавитации служит излучатель газодинамических колебаний 7, который связан с корпусом 1.

Устройство работает следующим образом.

Поток углеводородного сырья через патрубок 4 направляют в нагреватель 3 и распыляют форсунками 2 внутри корпуса 1, в котором при помощи излучателя 7 возбуждают газодинамические колебания.

Испарение распыленного сырья происходит в нагретой газовой среде внутри корпуса дистилляционного аппарата 1. Нагрев газовой среды в корпусе обеспечивается с помощью нагревателей 5. При испарении высококипящих углеводородов через подающий патрубок 6 в корпус аппарата подается водород или вещества разлагающиеся с выделением водорода. Получившийся при нагреве распыленного сырья пар отводится через дополнительный патрубок 9, а неиспарившаяся часть сырья отводится через дополнительный патрубок 8. Возбужденные излучателем 7 колебания газовой среды внутри корпуса дистиллятора инициируют процесс кавитации и интенсифицируют процесс теплообмена между распыленным сырьем и нагретой газовой средой.

Такое выполнение устройства обеспечивает возможность глубокой переработки высококипящих углеводородов при атмосферном давлении без применения катализаторов.

Способ переработки жидкого углеводородного сырья осуществлен на опытной установке, принципиальная схема которой приведена на фиг. 2.

Сырье из емкости 13 насосом 12 через патрубок 4 подается к подогревателю 3 и распыляется форсункой 2 внутри корпуса дистилляционного аппарата 1. Водород или вещества, разлагающиеся с выделением водорода, из емкости 11 через подающий патрубок 6 и подогреватель 10 подается в корпус 1. Нагрев газа в корпусе дистиллятора осуществляется электрическим нагревателем 5. Газодинамические колебания внутри корпуса дистиллятора возбуждаются электродинамическим излучателем 7, который подсоединен к генератору электрических импульсов 15. Вал насоса, подающего сырье к форсунке, приводится во вращение от электродвигателя 14. Отвод потоков пара и жидкой фазы осуществляется через патрубки 9 и 8. Избыточное давление в корпусе дистиллятора не превышало атмосферное не более чем на 0,015 МПа.

На экспериментальной установке получены следующие результаты.

Пример 1. Сырье газовый конденсат месторождения "Приполярбургаз" плотностью 752 кг/м³ и вязкостью 0,99сСт при 20^oC. Температура газовой среды в корпусе дистиллятора 920^oC. Давление газовой среды в корпусе 772 мм рт.ст. Давление подачи сырья к форсунке 4,5 МПа. Мощность потребляемая излучателем 10,7 Вт при частоте 8670 Гц. Процесс испарения осуществлялся без предварительного подогрева сырья, подачи водорода и веществ разлагающихся с выделением водорода.

В результате получено 100% испарение подаваемого в дистиллятор сырья. Продуктом переработки является газ, хроматографический анализ которого показал, что 96% объема составляют метан, этан и ацетилен.

Пример 2. Сырье нефть Верх-Тарского месторождения Новосибирской области плотностью 802 кг/м³ и вязкостью 2,1 сСт при 20^oC. Температура газовой среды в корпусе дистиллятора 420^oC. Давление газовой среды в корпусе 768 мм рт.ст. Давление подачи сырья к форсунке 7,2 МПа. Мощность потребляемая излучателем 8,2 Вт при частоте 7930 Гц. Процесс испарения осуществляется без предварительного подогрева сырья, подачи водорода и веществ разлагающихся с выделением водорода.

В результате получено, что выход светлых углеводородов, соответствующих бензиновым, керосиновым и дизельным фракциям, увеличился на 17,4% в сравнении с переработкой этого сырья в аппарате однократного испарения типа ОИ, который работал по традиционной схеме.

Пример 3. Сырье мазут плотность 914 кг/м³ и вязкость 257 сСт при 20^oC. Температура газовой среды в корпусе дистиллятора 470^oC, давление газовой среды 776 мм рт.ст. Давление подачи сырья в форсунку 12,5 МПа. Температура сырья в подогревателе 75^oC. Мощность потребляемая излучателем 10,5 Вт при частоте 8130 Гц.

В сравнении с переработкой сырья в аппарате однократного испарения типа ОИ, работающего по традиционной схеме, приведенной на фиг. 2, выход светлых углеводородов соответствующих бензиновым, керосиновым и дизельным фракциям увеличился:

без подачи водорода в корпус дистиллятора на 23,8%

при подаче водорода, равном 1,27% от массы сырья, на 34,2%

при подаче аммиака в количестве 3,58% от массы сырья на 28,3%

при подаче водного раствора метана, объемное содержание воды в котором составляло 8,5% в количестве 4,2% от массы сырья на 26,9%

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 1249062, кл. C 10 G 7/00, 1976 г.

2. Ультразвук. Малая энциклопедия. Глав. ред. И. П. Голямина. М. "Советская энциклопедия", 1979. 400 с.