способ переработки углеводородного сырья в многостадийном двухфазном потоке для получения моторных топлив

Формула изобретения

1. Способ переработки углеводородного сырья в многостадийном двухфазном потоке для получения моторных топлив, включающий подготовку сырья, ультразвуковую обработку, реакционную обработку, выделение целевых продуктов, отличающийся тем, что в поток подготовленного сырья вводят компримированный углеводородный газ, производят гидравлическую трансзвуковую кавитационную обработку смеси с образованием двухфазной смеси (ДФС), причем ДФС циркулирует через гидравлическое трансзвуковое кавитационное устройство путем ввода ее в поток подготовленного сырья при соотношении сырье:ДФС 1:(3-8), а перед ультразвуковой обработкой дополнительно нагревают ДФС;

реакционную обработку осуществляют в реакторе гидрокрекингового реформинга парогазовой смесью.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что компримированный углеводородный газ вводят в подготовленное сырье в объемном соотношении жидкость:газ, равном 1:1.

3. Способ по любому из пп.1-2, отличающийся тем, что гидравлическую трансзвуковую обработку осуществляют при температуре 140-160°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что ультразвуковую обработку ДФС производят при температуре 350-370°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что парогазовую смесь при температуре 300-320°С и ДФС вводят в нижнюю часть реактора гидрокрекингового реформинга.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в поток углеводородного сырья вводят тяжелые остатки, полученные при выделении целевых продуктов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химии, а именно к способам переработки нефти и нефтепродуктов, газового конденсата, некондиционных нефте- и маслоотходов.

Известен способ крекинга нефти и нефтепродуктов, включающий ультразвуковую обработку жидкого сырья в замкнутом циркуляционном контуре с интенсивностью излучения 1-10 МВт/м², с последующим разделением обработанного сырья на жидкую и парообразную фазы, получение из парообразной фазы конечного продукта При этом одновременно с сырьем в зону обработки подают вещество, обеспечивающее его диспергирование, в частности воду, в количестве 0,1-80 об.%, статическое давление поддерживают в диапазоне от 0,2 до 5 МПа (RU 2078116, С10G 15/00). В результате такой обработки становится возможным увеличить выход светлых нефтепродуктов до 90% и более.

Недостатком известного способа является сложность аппаратурного обеспечения процесса, предусматривающего наличие вращающихся элементов в реакционной зоне в условиях высоких температур. Кроме того, способ предусматривает получение в основном бензиновой фракции.

Известен способ переработки тяжелого углеводородного сырья (RU 2124550, С10G 15/08, В01F 11/02), заключающийся в том, что исходное сырье вместе с водородсодержащей добавкой сначала турбулизируют, а затем обрабатывают в несколько стадий акустическим излучением кавитационного происхождения, генерируемым за счет ускорения потока смеси сырья с добавкой в соплах до 330-350 м/с и последующего расширения потока в диффузорах. Изобретение позволяет повысить эффективность переработки тяжелого углеводородного сырья и выход целевого продукта из единицы объема рабочей камеры.

Недостатком способа является сложность проведения процесса, так как давление смеси исходного сырья и добавки, поступающей на переработку, должно составлять 18,0-20,0 МПа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является способ крекинга нефти и нефтепродуктов (RU 2232182, С10G 15/00), включающий предварительную подготовку сырья, ультразвуковую обработку, реакционную обработку с введением в реакционную зону активирующего газа и выделение целевых продуктов. Предварительная подготовка сырья включает нагрев сырья и введение в него диспергирующего вещества (вода) и поверхностно-активного вещества (солей сульфокислот) с получением эмульсии. Стадия предварительной подготовки позволяет изменять физико-химические свойства сырья. Протекающие при этом физико-химические процессы изменяют характер межмолекулярного взаимодействия углеводородных образовавшихся мицелл, находящихся в подготовленном сырье. При этом изменяется их ближнее и дальнее лигандное окружение, что влияет на процессы взаимодействия сырья с активирующими газами при ультразвуковом излучении. Полученную эмульсию направляют в реакционную зону с объемной скоростью 10-40 ч^-1, причем одновременно в реакционную зону подают активирующий газ с объемной скоростью 5-10 ч^-1. Техническим результатом является получение, помимо бензиновой фракции, дизельной фракции, а также снижение термических напряжений на этапе подготовки сырьевой смеси.

Недостатком известного способа является то, что предлагаемая предварительная подготовка сырья не позволяет в полной мере интенсифицировать химико-технологические процессы, необходимые для наиболее полной переработки углеводородного сырья.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности переработки углеводородного сырья, повышение ее глубины и увеличение выхода конечного продукта - моторных топлив.

Это достигается тем, что способ переработки углеводородного сырья, включающий подготовку сырья, ультразвуковую и реакционную обработку смеси, выделение целевых продуктов, усовершенствован тем, что в поток сырья вводят компримированный углеводородный газ в объемном соотношении жидкость:газ 1:1, осуществляют гидравлическую трансзвуковую кавитационную обработку смеси с образованием двухфазной смеси (ДФС), причем ДФС циркулирует через гидравлическое трансзвуковое кавитационное устройство путем ввода ее в поток подготовленного сырья при соотношении сырье:ДФС 1:(3÷8), дополнительно нагревают ДФС, а реакционную обработку производят в реакторе гидрокрекингового риформинга парогазовой смесью. Подготовку сырья осуществляют путем смешивания, в случае необходимости, с тяжелыми остатками, полученными при выделении целевых продуктов, и нагрева сырья до температуры 140-160°С. Перед ультразвуковой обработкой ДФС нагревают до температуры 350-370°С, после ультразвуковой обработки ДФС вводят в нижнюю часть реактора гидрокрекингового риформинга, куда также подают парогазовую смесь при температуре 300-320С.

В результате комплексного многофакторного и многократного кавитационно-акустического воздействия в двухфазной системе на перерабатываемое сырье происходит преобразование молекулярного состава тяжелых углеводородов, приводящее к уменьшению молекулярной массы, риформингу, изомеризации углеводородов, разложению органических соединений серы и полному переводу тяжелых углеводородов в светлые дистиллятные фракции (моторные топлива).

Гидроволновой кавитационный эффект основан на использовании внутренней энергии материи, выделяющейся при схлопывании в микрообъеме кавитационного пузырька. Температуры достигают 10000°С, давление 300 МПа. Столь высокие температуры, развивающиеся в маленькой газонаполненной полости, создают условия для образования в ней электрических разрядов, люминесценции, богатых энергией диссоциированных и ионизированных молекул, атомов и свободных радикалов.

Под воздействием высоких энергий, высвобождающихся в кавитационных полостях в реакциях, инициированных свободными радикалами, протекают все известные превращения углеводородов, составляющих основу нефтепродуктов, доведение глубины их гидрокрекингового риформинга до заданных продуктов.

Введение комбинированного углеводородного газа в соотношении жидкость:газ 1:1 необходимо для образования двухфазной смеси с требуемой скоростью прохождения звука в этой смеси. Введение газа и циркуляция образовавшейся ДФС при соотношении сырье:ДФС 1:(3÷8) создают условия, не требующие повышенного давления для проведения гидравлической трансзвуковой кавитационной обработки. Кроме того, молекулы газа уже на этой стадии вступают в реакцию со свободными радикалами, образующимися под воздействием кавитационного поля.

Нижний предел циркулирующей ДФС обусловлен конструктивными особенностями гидравлического трансзвукового кавитационного устройства, а верхний - экономической целесообразностью.

При температуре обрабатываемой смеси менее 140°С вязкость углеводородного сырья не обеспечивает необходимой активности образовавшихся свободных радикалов, при температуре более 160°С упругость паров в смеси будет повышенной и снизит эффективность процессов, протекающих в кавитационнном поле.

Ультразвуковую кавитационную обработку ДФС осуществляют при температуре 350-370°С. При этой температуре скорость протекания обратных реакций, происходящих в кавитационном поле на стадии кавитационно-акустического воздействия, минимальная, что влияет на выход целевых продуктов и возможность управления их соотношением.

Температура ДФС является мерой количества тепла для осуществления процессов в реакторе гидрокрекингового риформинга.

Необходимую для реакционной обработки парогазовую смесь получают путем обработки смеси воды и природного газа в электролизере и каталитическом конвертере охлаждения полученной смеси до температуры примерно 380°С. Углеводороды сложного состава, полученные после ультразвукового воздействия, в смеси с кислородными соединениями интенсифицируют процессы крекинга, риформинга в том числе сернистых соединений. Температура смеси 320-350°С - мера количества тепла, необходимого для осуществления процессов в реакторе гидрокрекингового риформинга.

Парогазовая смесь и ДФС вводятся в нижнюю часть реактора гидрокрекингового риформинга - вертикальный прямоточный аппарат идеального вытеснения. Реактор гидрокрекингового риформинга - барботажный аппарат, в котором сырье подвергается стабилизирующей обработке. Парогазовая смесь проходит через всю загрузку аппарата, выводя из верхней части, в виде паров, образовавшиеся продукты процесса, которые направляются в ректификационную колонну для разделения на целевые продукты - моторные топлива. Непрореагировавшая часть сырья из нижней части реактора выводится на повторную обработку в смеситель.

Способ переработки углеводородного сырья осуществляют на установке, принципиальная схема которой, представлена на чертеже.

Сырье поступает в дефлегматор 1, где подогревается за счет тепла конденсации высококипящей части паров бензиновой фракции, выходящей из верхней части ректификационной колонны 3. Нагретое в дефлегматоре сырье поступает в смеситель 2, куда, кроме потока сырья, поступают тяжелые остатки из нижних частей реактора гидрокрекингового риформинга 12 и ректификационной колонны 3. В смесителе осуществляется подогрев сырья за счет смешения с тяжелыми остатками и тепла, передающегося от парогазовой смеси, образующегося из смеси природного газа и воды в электролитическом конвертере 7 и затем в каталитическом реакторе 8. Парогазовая смесь в смесителе 2 охлаждается с 700°С до 380°С и поступает в реактор гидрокрекингового риформинга 12.

Нагретое сырье поступает в гидравлическое трансзвуковое кавитационное устройство 10, в зону пониженного давления которого подают компримированный углеводородный газ, часть образовавшейся в гидравлическом трансзвуковом кавитационном устройстве двухфазной смеси (ДФС) направляется в нагреватель 9, а часть возвращается в сырьевой поток (перед насосом 16). В нагревателе 9 ДФС нагревается до температуры 350-370°С и подается на обработку в ультразвуковое кавитационное устройство, откуда ДФС через специальный насадок вводится в нижнюю часть реактора гидрокрекингового риформинга 12. В нижнюю же часть реактора 12 вводится парогазовая смесь. Образующаяся в реакторе гидрокрекингового риформинга 12 смесь углеводородных паров совместно с циркулирующим газом направляется в ректификационную колонну 3 для выделения целевых продуктов: дизельного топлива, керосина, бензина.

Установки по переработке углеводородного сырья по предлагаемому способу могут создаваться непосредственно у крупных потребителей моторных топлив. Установки обеспечиваются сырьем от производителей нефти, газового конденсата и потребителей нефтепродуктов:

- не соответствующей по показателям качества для традиционной переработки нефтью;

- газовым конденсатом;

- маслоотходами, не используемыми для регенерации и вторичного использования.

Выход светлых моторных топлив, % от сырья, в том числе:

- карбюраторное топливо (бензин) - 45-70%,

- реактивное топливо (керосин) - 3-15%,

- дизельное топливо - 30-46%.

За счет вовлечения в процесс природного газа и воды выход светлых топливных фракций достигает 115% от перерабатываемого сырья.

Результаты проведения процесса при различных параметрах приведены в таблице.

таблица
сырье	соотношение сырье:углеводородный газ	температуpa сырья, °C	кратность сырье:ДФС	температура ДФС, °С	выход фракций, % от сырья
бензин	реактивное топливо	дизельное топливо
нефть, природный газ	1:1	140	1:3	350	45	15	35
нефть, природный газ	1:1	160	1:8	340	70	10	30
нефть, природный газ	1:1	150	1:5	360	66	3	46
нефть, природный газ	1:0,5	150	1:5	360	40	10	30
нефть, природный газ	1:0,5	150	1:5	360	46	15	37