способ переработки смеси жидких углеводородов и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ переработки смеси жидких углеводородов с использованием мембранного разделения на фракции, отличающийся тем, что из исходной смеси жидких углеводородов предварительно отделяют смесь светлых фракций, подавая исходную смесь с заданной скоростью через мембрану из кремнийорганической резины, обеспечивающей адсорбцию и диффузию предельных и цикличных углеводородов с ограниченным размером молекул, затем под действием регулируемого нагрева и вакуума осуществляют испарение смеси светлых фракций с наружной поверхности мембраны, создают направленный поток их паров и разделяют бензиновую и дизельную фракции по температурам конца их кипения.

2. Устройство для переработки смеси жидких углеводородов, включающее мембранный аппарат с рабочими элементами, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит узел фракционирования, выполненный в виде ректификационной колонны, конденсаторов-холодильников, соединенных с осевым насосом и гидрозатвором, при этом рабочие элементы мембранного аппарата выполнены в виде системы трубок из кремнийорганической резины вида [-(CH₃ )2Si-CH₂-] и [-(CH₃ )2Si-(CH₂)8-Si(CH₃ )2-O-], структурированной платиновым катализатором, а мембранный аппарат включает тепловентилятор и соединен с циркуляционными и осевым насосами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам и устройствам для фракционирования нефти и газового конденсата и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.

Известен способ переработки нефти, согласно которому исходную нефть последовательно нагревают теплом преимущественно отходящих потоков, обессоливают и обезвоживают в электродегидраторах, затем подогревают теплом циркулирующих потоков, далее гудроном, отводимым из вакуумной колонны. Нагретую таким образом нефть отбензинивают в колонне при подводе дополнительного тепла циркулирующим через печь продуктом низа отбензинивающей колонны. Бензиновые пары, отходящие верхом отбензинивающей колонны, охлаждают и конденсируют, отводя тепло в окружающую среду. Отводят из сепаратора сборника сухой газ, часть бензиновых фракций возвращают на орошение колонны, балансовое количество бензиновых фракций направляют на стабилизацию. Отбензиненную нефть догревают и упаривают в печи, испаряя, и полученный парожидкостный поток фракционируют в атмосферной колонне при подводе водяного пара, а также острого и циркуляционного орошения. Бензиновые фракции, отходящие верхом колонны, охлаждают и конденсируют, отводя тепло в окружающую среду, отводят из сепаратора сухой газ, часть конденсата возвращают на орошение колонны, балансовое количество конденсата направляют на дальнейшую переработку. Боковые погоны охлаждают в конечных холодильниках и отводят с установки. Низом атмосферной колонны отводят мазут и направляют на дальнейшую переработку (Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа. / Под ред. Б.И.Бондаренко - М.: Химия, 1983, с.14-17).

Известна типовая установка ЭЛОУ-АВТ для осуществления известного способа, включающая последовательно по ходу нефти соединенные подогреватели начального рекуперативного подогрева нефти, электродегидратор, подогреватели завершающего рекуперативного подогрева, отбензинивающее устройство, выполненное в виде сепаратора с водяным тарельчатым паропромывателем, печь нагрева отбензиненной нефти, ректификационную и отпарные колонны, паросепаратор, компрессор углеводородных газов, насосы, блок стабилизации легкого бензина, блок дебутанизации, конечные холодильники продуктов фракционирования, трубопроводы подачи нефти и сухого газа, трубопроводы отвода продуктов фракционирования (Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа / Под ред. Б.И.Бондаренко - М.: Химия, 1983, с.14-17).

Общими недостатками известных способа и установки являются:

- повышенные энергозатраты вследствие необходимости нагрева всего объема перерабатываемого сырья по температурам кипения;

- повышенная материалоемкость вследствие необходимой предварительной обработки сырья (обессоливание, обезвоживание), дополнительное оборудование - холодильники кубового остатка, системы ректификационных колонн;

- пожаро-взрывоопасность процесса из-за наличия огневых процессов, необходимости нагрева сырья до высоких температур конца кипения выделяемой фракции.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ переработки стабильных газовых конденсатов с использованием метода мембранного разделения, позволяющего отделять сырье на молекулярном уровне с использованием мембран (Статья «Мембранное разделение стабильных газовых конденсатов», авторы И.А.Бурная, А.И.Гагуашвили, О.О.Гачечиладзе, Л.И.Ружинская. А.И.Хананашвили, Н.В.Шафаренко. Журнал «Химия и технология топлив и масел», №6, 2005 г., стр.10-11).

Исходный газовый конденсат поступает в накопительную емкость, откуда насосом подается в блок получения бензиновой фракции, состоящий из мембранного аппарата и холодильника-конденсатора. Выделившаяся в мембранном аппарате бензиновая фракция выводится через холодильник-конденсатор, а отбензиненное сырье поступает обратно в накопительную емкость, откуда насосом подается в блок дизельной фракции, состоящий из мембранного аппарата и холодильника-конденсатора. Выделившаяся в блоке дизельная фракция выводится через холодильник-конденсатор.

Рабочие элементы мембранных аппаратов представляют собой трубчатые полимерные полупроницаемые мембраны, сложные в изготовлении, т.к. требуют предварительной подготовки, чтобы обеспечить возможность избирательно удерживать (адсорбировать) углеводородные соединения с определенной величиной молекул.

Установка для осуществления известного способа включает накопительную емкость, два мембранных аппарата для получения бензиновой и дизельной фракций и два холодильника-конденсатора. Одна мембрана избирательно удерживает бензиновую фракцию, а вторая - дизельную (Статья «Мембранное разделение стабильных газовых конденсатов», авторы И.А.Бурная, А.И.Гагуашвили, О.О.Гачечиладзе, Л.И.Ружинская, А.И.Хананашвили, Н.В.Шафаренко. Журнал «Химия и технология топлив и масел», №6, 2005 г., стр.10-11).

Общими недостатками известных способа и устройства являются:

- использование специально подготовленных дорогостоящих полимерных материалов для изготовления мембран с разными физическими свойствами для первого и второго мембранных аппаратов;

- селективное выделение углеводородных фракций требует применения мембран с разными физическими свойствами и последовательного прохождения сырья через них, а производительность процесса фильтрации существенно снижается при уменьшении концентрации фильтруемого компонента. Поэтому последовательное выделение на рабочих элементах мембраны сначала бензиновой, а затем дизельной фракциями требует большого количества полимерных трубок и времени обработки;

- выделение углеводородных фракций осуществляется на молекулярном уровне, т.е. по величине молекул, однако стандарты на топливо предписывают присутствие фракций по температурам кипения. Сложность зависимости величины молекул от температуры кипения не позволяет получать качественный продукт переработки, соответствующий стандартному.

Изобретение решает общую техническую задачу, заключающуюся в повышении качества конечных продуктов переработки смеси жидких углеводородов при минимальных энергозатратах и материалоемкости оборудования за счет осуществления одностадийного выделения светлых фракций с последующим их разделением по температурам конца кипения.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В заявляемом способе переработки смеси жидких углеводородов с использованием мембранного разделения на фракции, согласно п.1 формулы, из исходной смеси жидких углеводородов предварительно отделяют смесь светлых фракций, подавая исходную смесь с заданной скоростью через мембрану из кремнийорганической резины, обеспечивающей адсорбцию и диффузию предельных и цикличных углеводородов с ограниченным размером молекул, затем под действием регулируемого нагрева и вакуума осуществляют испарение смеси светлых фракций с наружной поверхности мембраны, создают направленный поток их паров и разделяют бензиновую и дизельную фракции по температурам конца кипения.

Устройство для переработки смеси жидких углеводородов, включающее мембранный аппарат с рабочими элементами, согласно п.2 формулы, дополнительно содержит узел фракционирования, выполненный в виде ректификационной колонны, конденсаторов-холодильников, соединенных с осевым насосом и гидрозатвором, при этом рабочие элементы мембранного аппарата выполнены в виде системы трубок из кремнийорганической резины вида [-(CH₃)2Si-CH₂ -] и [-(CH₃)2Si-(CH₂ )8-Si(CH₃)2-O-], структурированной платиновым катализатором, а мембранный аппарат включает тепловентилятор и соединен с циркуляционными и осевым насосами.

В заявленных технических решениях сочетаются преимущества известных технологий мембранного разделения углеводородных смесей и ректификации и устраняются их недостатки, решая проблему безопасного получения качественных моторных топлив в условиях сырьевого и финансового дефицита, что трудно выполнимо с помощью существующих технологий.

Заявляемые технические решения предусматривают одновременное одноступенчатое отделение светлых фракций, что многократно повышает производительность и снижает стоимость технологии и оборудования.

Заявляемые технические решения дают возможность разделять бензиновую и дизельную фракции по температурам конца их кипения (конденсируемости), обеспечивая получение продукта, по качеству соответствующего стандарту, поскольку стандарты предписывают выделение фракций по температурам конца кипения, а не молекулярному составу (по прототипу).

К материалу рабочих элементов мембраны предъявлялись следующие требования:

продолжительная работа в диапазоне температур от -50 до 200°С;

устойчивость к старению;

стойкость в агрессивных средах нефтепродуктов;

прочность при разрыве не менее 4,9 МПа;

относительное удлинение 275-300%;

обеспечение селективности выделения светлых углеводородных фракций.

В процессе экспериментальных исследований было установлено, что наилучшие результаты при решении поставленных задач показали мембраны, рабочие элементы которых выполнены в виде системы трубок из полимера - кремнийорганической резины вида [-(CH₃)2Si-CH ₂-] и [-(CH₃)2Si-(CH ₂)8-Si(CH₃)2-O-], структурированной платиновым катализатором (статья «Мембранные материалы на основе кремнийорганических полимеров для разделения смесей жидкостей первопораций», авторы Л.Ф.Стернина, В.М.Копылов, В.А.Ковязин, И.М.Райгородский, Д.Г.Побединский. Информационно-аналитический журнал «Мембраны» ВИНИТИ РАН, №13, 2001 г., с.18-32.)

Такие полимеры производятся, например, фирмой Wacker Chemie AG (Германия). Изделия производят по стандартной технологии, рекомендуемой изготовителем. Кремнийорганические трубки являются коммерчески доступными и относительно дешевыми, а также используются в процессе без специальной обработки, что гарантирует стабильные параметры конечных продуктов и низкую стоимость установки.

Изобретение проиллюстрировано чертежом, на котором представлена схема установки для переработки смеси жидких углеводородов.

На схеме изображены: трубопровод 1, мембранный аппарат 2, содержащий рабочие элементы 3, циркуляционные насосы 4, тепловентиляторы 5, трубопровод остатка 6, осевой насос 7, ректификационная колонна 8, осевой насос колонны 9, конденсатор-холодильник бензиновой фракции 10, гидрозатвор 11, холодильник-конденсатор дизельной фракции 12.

Рабочие элементы 3 мембранного аппарата 2 выполнены в виде системы трубок из кремнийорганической резины вида [-(CH₃)2Si-CH₂ -] и [-(CH₃)2Si-(CH₂ )8-Si(CH₃)2-O-], структурированной платиновым катализатором.

Трубки имеют диаметр от 10 до 20 мм, толщину стенки 1-3 мм. Длина системы трубок определяется производительностью установки. Материал трубки обеспечивает адсорбцию и диффузию предельных и циклических углеводородов с ограниченным размером молекул, в остатке накапливаются тяжелые углеводороды, вода, соли, соединения серы.

Процесс переработки смеси жидких углеводородов осуществляется следующим образом.

Исходное сырье по трубопроводу 1 проходит через систему последовательно соединенных рабочих элементов 3 мембранных аппаратов 2, где происходит адсорбция и диффузия светлых фракций в вещество рабочих элементов 3. Остаток (тяжелые углеводороды, вода, соли, соединения серы) выводится по трубопроводу остатка 6.

Светлые углеводородные фракции испаряются с наружной поверхности рабочих элементов 3 под действием тепловентиляторов 5, которые нагревают пространство с наружной стороны системы трубок рабочих элементов 2 и создают направленный поток смеси углеводородных паров.

Осевой вентилятор 7 направляет поток смеси углеводородных паров в среднюю часть ректификационной колонны 8. Бензиновые пары осевым вентилятором 9 выводятся через холодильник-конденсатор бензиновой фракции 10. Дизельная фракция выводится низом колонны через гидрозатвор 11 и холодильник-конденсатор дизельной фракции 12.

Пример

На переработку подают нефть плотностью 820 кг/м ³ при 20°С.

Исходная нефть с постоянной скоростью 500 л/час проходит через систему трубок из кремнийорганической резины рабочих элементов 3 общей протяженностью 5000 м. Светлые углеводородные фракции диффундируют во внутреннюю поверхность стенок трубок рабочих элементов 3. Наружные поверхности этих трубок нагреваются тепловентиляторами 5 до 140-160°С, при этом образуется смесь паров, которую направляют в среднюю часть ректификационной колонны 8 под действием вакуума 0,01 МПа, создаваемого осевым вентилятором 7. Пары бензина выводятся верхом колонны через осевой вентилятор 9, поддерживающий разрежение 0,01-0,02 МПа, и поступают в конденсатор-холодильник 10. Пары дизельной фракции конденсируются в конденсационной секции колонны и доохлаждаются в холодильнике-конденсаторе 12.

Выход фракций: бензиновая 25%, дизельная 45%, остаток 30%.

Установка позволяет перерабатывать легкие и средние по плотности нефти и газовые конденсаты.