способ интенсификации процесса первичной перегонки нефти

Формула изобретения

Способ интенсификации процесса первичной перегонки нефти путем введения в сырьевой поток, поступающий в ректификационную колонну, поверхностно-активного вещества соли никеля синтетической жирной кислоты - Ni(RCOO)₂, где R=C₉÷C ₁₅, взятого в количестве 30÷45 ppm.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам интенсификации процесса первичной перегонки нефти и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.

Известны способы переработки нефти на установках первичной перегонки с применением испаряющего агента [И.А.Александров. Перегонка и ректификация. - М.: Химия, 1981. - 32 с.].

Одной из основных проблем первичной перегонки нефти является недостаточная глубина отбора светлых фракций из нефти [Справочник нефтепереработчика: Справочник / Под ред. Г.А.Ласточкина, Е.Д.Радченко, М.Г.Рудина. - Л.: Химия, 1986. - 648 с., ил.]. Содержание в мазуте фракций до 350°С доходит до 10÷12% [М.Е.Левинтер, С.А.Ахметов. Глубокая переработка нефти. - М.: Химия, 1992. - 224 с.].

Общепринятым методом увеличения отбора светлых фракций в процессе первичной перегонки нефти является применение испаряющего агента, в качестве которого используется водяной пар. При введении водяного пара в низ атмосферной колонны происходит снижение парциального давления углеводородов и в результате барбатажа увеличивается поверхность раздела между жидкой и паровой фазами.

К недостаткам известных способов перегонки с водяным паром относятся увеличение затрат энерции (тепла и холода) на перегонку и конденсацию; повышение нагрузки колонн по парам, что приводит к увеличению диаметра аппаратов и уносу жидкостей между тарелками; увеличение сопротивления и повышение давления в колонне и других аппаратах; обводнение нефтепродуктов и необходимость их последующей сушки; усиление коррозии нефтеаппаратуры; образование больших количеств загрязненных сточных вод [М.Е.Левинтер, С.А.Ахметов. Глубокая переработка нефти. - М.: Химия, 1992. - 224 с.].

При рассмотрении процесса ректификации нефти и ее фракций используются термодинамические соотношения, но не учитывается динамика процесса, на которую влияет величина поверхности раздела жидкой и паровой фаз.

Одной из основных задач перегонки нефти и ее фракций является увеличение глубины отбора легких фракций из кубового остатка.

Поставленная задача решается путем введения поверхностно-активного вещества соли никеля синтетической жирной кислоты - Ni(RCOO) ₂, где R=C₉÷C₁₅, в количестве 30÷45 ppm, в сырьевой поток, поступающий в ректификационную колонну, что обеспечивает отбор легких фракций от кубового остатка, достижение требуемого результата осуществляется вследствие снижения времени, необходимого на испарение и кипение остаточной части легких фракций в кубовой части ректификационной колонны.

Указанный технических результат достигается за счет того, что при перегонке нефти и ее фракций затрачивается энергия, характеризующаяся не только скрытой теплотой испарения легких фракций и кубового остатка, но и работой на создание поверхности раздела между жидкой и паровой фазами, согласно формуле

A=S· ,

где А - работа, затрачиваемая на создание поверхности раздела между жидкой и паровой фазами;

S - суммарная поверхность пузырьков паровой фазы;

- поверхностное натяжение на границе раздела жидкой и паровой фаз.

Процесс испарения был подробно изучен Д.А.Франк-Каменецким [Д.А.Франк-Каменецкий. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. - М.: Наука, 1987. - 502 с.], на основании его работы следует, что при условии А=const, со снижением поверхностного натяжения на границе раздела жидкой и паровой фаз ( ), возрастает суммарная поверхность испарения и кипения жидкой фазы (S). С увеличением поверхности раздела между жидкой и паровой фазами пропорционально увеличивается скорость испарения и кипения.

В таблицах 1 и 2 представлены результаты испытания влияния поверхностно-активного вещества соли никеля синтетической жирной кислоты Ni(RCOO)₂, где R=C ₉÷C₁₅, на поверхностное натяжение топлив на границе с воздухом.

Таблица 1
Влияние поверхностно-активного вещества Ni(RCOO)2 на величину поверхностного натяжения бензина при температуре 15°С
Концентрация присадки, ppm	поверхностное натяжение
бензин А 80	бензин АИ 92	бензин АИ 95
мН/м	% отн.	мН/м	% отн.	мН/м	% отн.
0	24,6	100	22,1	100	22,5	100
9,25	18,8	76,5	17,7	80,1	20,6	91,7
18,5	20,3	82,4	18,3	82,6	21,8	97,2
27,75	23,2	94,1	19,1	86,3	22,1	98,1

Таблица 2
Влияние поверхностно-активного вещества Ni(RCOO)2 на величину поверхностного натяжения дизельного топлива
Концентрация присадки, ppm	поверхностное натяжение
Температура испытания 41°С	Температура испытания 48°С
мН/м	% отн.	мН/м	% отн.
0	23,8	100	22,9	100
9,25	16,3	68,5	12,1	52,8
18,5	18,4	77,3	14,9	65,1
27,75	21,6	90,8	19,4	84,7

Понижение поверхностного натяжения Ni(RCOO)₂ снижает работу, затрачиваемую на образование единицы новой поверхности на границе раздела жидкой и паровой фаз, что приводит к ускорению испарения и кипения.

Рассмотрим влияние Ni(RCOO)₂ на процесс первичной перегонки нефти. Результаты исследования влияния Ni(RCOO)₂ на скорость испарения и кипения Шаимской нефти в условиях перегонки по методу Энглера на аппарате АРНС Э приведены на фиг.1, 2 и 3, а на скорость испарения и кипения фракций нефти, прямогонной бензиновой фракции Шаимской нефти, на фиг.4. На фиг.1 представлена зависимость увеличения выхода фракций от расхода присадки при разгонке Шаимской нефти по методу Энглера на аппарате АРНС Э при нагреве до 100°С, где цифрами обозначены: 1 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 1.5 мл/мин; 2 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.0 мл/мин; 3 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.5 мл/мин. На фиг.2 представлена зависимость увеличения выхода фракций от расхода присадки при разгонке Шаимской нефти по методу Энглера на аппарате АРНС Э при нагреве до 200°С, где цифрами обозначены: 4 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 1.5 мл/мин; 5 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.0 мл/мин; 6 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.5 мл/мин. На фиг.3 представлена зависимость увеличения выхода фракций от расхода присадки при разгонке Шаимской нефти по методу Энглера на аппарате АРНС Э при нагреве до 300°С, где цифрами обозначены: 7 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 1.5 мл/мин, 8 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.0 мл/мин; 9 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.5 мл/мин. На фиг.4 представлена зависимость увеличения выхода бензиновой фракции от расхода присадки при разгонке бензиновой фракции Шаимской нефти по методу Энглера на аппарате АРНС Э при нагреве до 100°С, где цифрами обозначены: 10 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 1.5 мл/мин; 11 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.0 мл/мин;

12 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.5 мл/мин.

Зависимости фиг.1, 2, 3 и 4 имеют максимальный экстремум, который повышается с увеличением скорости перегонки. Для Шаимской нефти максимальный экстремум наблюдается при расходе Ni(RCOO) ₂ 37 ppm, с данным расходом проведен эксперимент по влиянию Ni(RCOO)₂ на скорость испарения и кипения в условиях четкой ректификации нефти на аппарате АРН 2, результаты которого представлены на фиг.5. На фиг.5 приведена зависимость увеличения выхода фракций Шаимской нефти при расходе Ni(RCOO)₂ 37 ppm от скорости перегонки в условиях четкой ректификации на аппарате АРН 2, где цифрами обозначены: 1 рассматриваемая зависимость при нагреве до 100°С; 2 - рассматриваемая зависимость при нагреве до 200°С.

Способ осуществляется следующим образом: в сырьевой поток ректификационной колонны вводится поверхностно-активное вещество Ni(RCOO)₂ в количестве 30-45 ppm, что приводит к ускорению испарения и кипения кубового продукта, вследствие увеличения поверхности на границе раздела жидкой и паровой фаз, а также получение развитой поверхности способствует уменьшению временного промежутка, необходимого для приближения к состоянию термодинамического равновесия, и увеличивает отбор отгоняемых фракций от потенциала, снижая потери отгоняемых фракций с кубовым продуктом, в случае разгонки нефти дизельной фракции с мазутом.