способ приготовления нефтяных масел с низкой температурой застывания и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ приготовления нефтяных масел с низкой температурой застывания, включающий нагрев масла косвенным теплообменом с теплоносителем и введение в него депрессорной присадки с одновременным перемешиванием, отличающийся тем, что смесь масла с присадкой прокачивают по замкнутому контуру через емкость, при этом перемешивание масла с присадкой проводят в потоке, а перед смешиванием масла с присадкой создают часть потока масла в виде кольцевых пленок, которые нагревают косвенным теплообменом до 150 - 500^oC, а депрессорную присадку вводят в кольцевые пленки масла в виде нагретых до 120 - 150^oC струй, которыми осуществляют перемешивание с маслом.

2. Установка для приготовления нефтяных масел с низкой температурой застывания, содержащая емкость со сливным патрубком и с размещенным ниже уровня заправки масла змеевиком, соединенным с источником подачи и слива теплоносителя, и источник подачи депрессорной присадки в масло, отличающаяся тем, что сливной патрубок емкости соединен трубопроводом, в котором последовательно установлены насос и подогреватель-смеситель, с емкостью, образуя замкнутый циркуляционный контур, при этом подогреватель выполнен в виде кожухотрубного теплообменника, внутри и снаружи труб которого размещены с кольцевыми зазорами трубки, причем верхние концы внутренних трубок соединены с коллектором подачи присадки, а их выходные концы снабжены соплами, срезы которых расположены выше выходных торцов наружных труб.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области приготовления продуктов нефтепереработки и касается состава нефтяных парафинистых масел, применяемых в качестве рабочих жидкостей объемных гидроприводов строительных, дорожных, подъемно-транспортных и др. наземных машин, работающих при низких температурах.

Известно, что применение обычных смазочных масел при низких температурах окружающей среды невозможно из-за потери их текучести. Поэтому к маслам, обычно получаемым из парафинистых нефтей, имеющим высокую температуру застывания, добавляют депрессорные присадки, позволяющие использовать такие масла (гидравлические жидкости) при низких температурах. Вводят депрессаторы в количествах 0,5-1% (книга Н.И. Итинская. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости. М.: Колос, 1969, с. 209).

Действие депрессаторов заключается в подавлении процесса образования в масле сплошных кристаллических сеток при понижении температуры, что позволяет смазочному маслу сохранять свою подвижность. Это происходит благодаря адсорбции депрессатора на кристаллах парафина, имеющих форму удлиненных пластинок, препятствуя соединению их между собой и образованию сетчатой структуры, по строению похожую на губку, что препятствует их росту. При этом парафиновые углеводороды выпадают в осадок (там же, с. 210).

Известен способ приготовления нефтяного масла с заданными свойствами, включающий нагрев масла косвенным теплообменом с теплоносителем и введение в него депрессорной присадки с одновременным перемешиванием (см. книгу Е.Д. Вилянская, Т.Н. Куликовская, Д.А. Знаменская. Нефтяные масла для паровых турбин. М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 71).

Недостаток известного способа приготовления масла, преимущественно из парафинистых нефтей, с заданной низкой температурой застывания путем смешивания с депрессорной присадкой заключается в том, что он не позволяет получить масло с достаточно низкой температурой застывания - ниже -30^oC. Одной из причин этого недостатка является то, что нагрев масла с присадкой осуществляется до 115^oC, что не позволяет при этих температурах осуществлять внедрение частиц присадки в межмолекулярные связи парафина. А нагрев до температур выше 120^oC приводит к интенсивному окислению масла в присутствии кислорода воздуха и ухудшению его эксплуатационных свойств. Другая причина - низкая эффективность процесса перемешивания масла с присадкой в емкости барботированием газом. Это особенно проявляется при перемешивании больших количеств масла, что, кроме этого, приводит к непроизводительным затратам газа. Как следствие, это не позволяет образовывать на поверхности кристаллов парафина надежной защитной пленки, препятствующей возможности сращивания кристаллов. Это приводит к снижению текучести масла при более высоких отрицательных температурах, чем это требуется.

Другим недостатком известного способа являются большие энергетические затраты на нагрев смешиваемых сред в емкости, особенно при приготовлении больших объемов масла, т.к. необходимо поддерживать температуру 115^oC всей массы масла, а теплообмен с теплоносителем осуществляется через стенку змеевика.

Известна установка для приготовления нефтяных масел с низкой температурой застывания, содержащая емкость со сливным патрубком и с размещенным ниже уровня заправки масла змеевиком, соединенным с источником подачи и слива теплоносителя, и источник подачи депрессорной присадки в масло (см. там же, с. 71).

Недостаток известной установки заключается в низкой эффективности организации процесса перемешивания и нагрева смеси масла и присадки. Это связано с наличием узла перемешивания смеси в виде барботера и узла нагрева - в виде змеевика. Как следствие этого, она не позволяет получить масло с заданной низкой температурой застывания.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в создании способа и установки для приготовления масла, обладающего низкой температурой застывания, и снижении энергетических затрат.

Это достигается тем, что в способе приготовления нефтяных масел с низкой температурой застывания, включающем нагрев масла косвенным теплообменом с теплоносителем и введение в него депрессорной присадки с одновременным перемешиванием, согласно изобретению смесь масла с присадкой прокачивают по замкнутому контуру через емкость, при этом перемешивание масла с присадкой проводят в потоке без доступа воздуха, а перед смешиванием масла с присадкой создают часть потока масла в виде кольцевых пленок, которые нагревают косвенным теплообменом до 150-500^oC, а депрессорную присадку вводят в кольцевые пленки масла в виде нагретых до 120-150^oC струй, которыми осуществляют перемешивание с маслом.

Это достигается тем, что в установке для приготовления нефтяных масел с низкой температурой застывания, содержащей емкость со сливным патрубком и с размещенным ниже уровня заправки масла змеевиком, соединенным с источником подачи и слива теплоносителя, и источник подачи депрессорной присадки в масло, согласно изобретению сливной патрубок емкости соединен трубопроводом, в котором последовательно установлены насос и подогреватель-смеситель, с емкостью, образуя замкнутый циркуляционный контур, при этом подогреватель выполнен в виде кожухотрубного теплообменника, внутри и снаружи труб которого размещены с кольцевыми зазорами трубки, причем верхние концы внутренних трубок соединены с коллектором подачи присадки, а их выходные концы снабжены соплами, срезы которых расположены выше выходных торцов наружных труб.

На фиг. 1 изображена упрощенная схема установки для приготовления масла с низкой температурой застывания, а на фиг. 2 - элемент подогревателя-смесителя.

Установка содержит емкость 1 (открытая сверху или герметичная) со сливным патрубком 2, заполненную маслом 3 из парафинистых нефтей, ниже уровня заправки которого в ней размещен змеевик-теплообменник 4, соединенный трубопроводом 5 со входом в систему подогрева теплоносителя 6. Патрубок 2 соединен трубопроводом 7, в котором последовательно установлены насос 8 и подогреватель-смеситель 9, с емкостью 1 ниже уровня заправки масла, образуя замкнутый циркуляционный контур. Подогреватель-смеситель 9 выполнен в виде кожухотрубного теплообменника с трубами 10, размещенными вдоль кожуха, концы которых объединены в коллекторы 11 и 12: верхний-11 соединен трубопроводом 13 с насосом 14 с выходом системы подогрева теплоносителя 6, а нижний-12 - трубопроводом 15 со входом в змеевик 4. Внутри и снаружи каждой трубы 10 соосно с кольцевыми зазорами размещены трубки 16 и 17, при этом верхние концы внутренних трубок 16 соединены с коллектором 18, который подключен к источнику подачи депрессорной присадки (на чертеже условно не показан), а на нижних их концах установлены сопла 19, внутри которых размещены конуса 20. Торцы трубок 17 открыты сверху и снизу, при этом нижние торцы трубок 16 размещены выше нижних торцов трубок 17. К днищу емкости 1 подсоединен патрубок 21 отбора проб масла для определения температуры его застывания в процессе приготовления. На чертеже подогреватель-смеситель 9 условно изображен в увеличенном масштабе по отношению к размерам емкости 1 (в действительности соотношение их объемов составляет 1:20). Выход подогревателя 9 соединен трубопроводом 22 с емкостью 1.

Способ приготовления масла с низкой температурой застывания осуществляется следующим образом.

Включают насосы 8 и 14 и систему подогрева 6 теплоносителя, при этом основная масса масла проходит через кожух подогревателя 9, а часть потока масла проходит через кольцевые зазоры между трубками 10 и 17, образуя кольцевые пленки, вытекающие из этих зазоров. Тонкая пленка масла обтекает стенку трубки 10, нагретую до 150-500^oC теплоносителем, нагреваясь до этих температур. При температурах выше 500^oC начинают происходить необратимые процессы в масле, нарушающие его эксплуатационные свойства. При этих температурах ослабляются межмолекулярные связи в масле и парафине, а поскольку нагрев масла происходит в объеме без доступа кислорода, то изменений его физико-химических свойств, а значит и эксплуатационных - не происходит. Кроме того, происходит разрушение парафиновых кристаллов на более мелкие частицы, вплоть до молекулярного уровня. Регулируя скорость (изменяя давление подачи в пределах 2-10 ат) подачи присадки, добиваются ее нагрева в трубках 16 до 120-150^oC. В этом температурном диапазоне снижается вязкость присадки без изменения ее эксплуатационных свойств, дающая равномерное распыление струй на выходе из сопел 19. Далее присадка распыляется соплом 19 с конусом 20. При этом высокоскоростная струя присадки смешивается с пленкой масла, и молекулы присадки внедряются между молекулами парафина в масле, что обеспечивает создание надежной защитной пленки на поверхности кристаллов парафинов, препятствуя их слипанию, приводящему к снижению текучести масла при низких температурах. На выходе из трубок 17 смесь масла с присадкой смешивается с основным потоком масла, которое охлаждает смесь, поступающую по циркуляционному контуру в емкость 1, где она подогревается косвенным теплообменном от змеевика 4, по которому течет теплоноситель, выходящий из подогревателя 9. После введения последней порции присадки (общий ее объем не превышает 0,5-1% от объема, заправляемого в емкость 1 масла) продолжают циркуляцию смеси масла с присадкой с периодическим отбором пробы через патрубок 21 с последующим анализом на температуру застывания масла. После достижения заданной (установившейся) температуры процесс прокачивания прекращают. В процессе прокачивания масла возможно введение и других присадок, улучшающих другие свойства масла. Создание циркуляционного потока смеси масла с присадкой через емкость способствует равномерному распределению присадки по объему масла. Перемешивание кольцевой пленки масла, нагретой до 150-500^oC, со струями присадки обеспечивает внедрение молекул присадки в межмолекулярные связи парафина и позволяет создавать на их поверхности пленки из присадок, исключающих образование и сращивание кристаллов парафина, что позволяет получать масла с низкой температурой застывания. Кроме того, локальный нагрев масла и подача его в виде кольцевых пленок значительно снижают энергетические затраты для нагрева меньшего количества масла, а именно такого количества, которое необходимо для перемешивания всего количества присадки. Такой механизм перемешивания позволяет исключить из схемы установки механические мешалки и барботеры, что также способствует снижению энергозатрат и упрощает ее конструкцию.