УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДОСОДЕРЖАЩИХ ЖИДКИХ СРЕД И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ
INSTALLATION TO PROCESS HYDROCARBON-CONTAINING MEDIA AND METHOD OF ITS OPERAITON

Настоящее изобретение относится к технологии каталитической обработки нефти или нефтепродуктов, в частности к способу их каталитического риформинга в сочетании с крекингом.
Известна установка для каталитического риформинга и крекинга нефти или нефтепродуктов, содержащая каталитический реактор с магистралью подвода в него паров нефти или нефтепродукта, которую предварительно переводят в парообразное состояние (см. патент US №4406773, кл. C10G 11/05, 27.09.1983).
Известен способ переработки бензиновой фракции путем разделения ее на легкую и тяжелую, риформирования легкой фракции при повышенной температуре и давлении 0,5-2 МПа, экстракции продуктов с получением ароматических углеводородов и рафината, смешения рафината и тяжелой фракции, риформирования смеси при повышенной температуре и давлении 2,0-4,0 МПа с получением высокооктанового компонента автобензина, при этом из рафината предварительно выделяют фракцию, выкипающую  при от  90-93 до 100-103°C, и смешивают ее с тяжелой бензиновой фракцией, а оставшиеся фракции рафината направляют на смешение с компонентом автобензина (см. патент RU №2080353, кл. C10G 59/00, 27.05.1997).
Однако данные способ и установка требуют больших затрат энергии на нагрев перерабатываемого продукта при достаточно высоком давлении внутри каталитического реактора, что приводит к высокой материалоемкости оборудования и большим затратам энергии на переработку нефтепродуктов.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату в части устройства, как объекта изобретения, является установка для обработки углеводородосодержащей жидкой среды, в частности каталитического риформинга и крекинга нефти или нефтепродуктов, содержащая каталитический реактор с магистралью подвода в него нефти или нефтепродукта (см. патент SU №1713421, Кл. B01J 8/12, 15.02.1992).
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату в части способа, как объекта изобретения, является способ обработки углеводородосодержащей жидкой среды, в частности каталитического риформинга бензиновых фракций, включающий подачу под давлением нефти или нефтепродукта и взаимодействие его с катализатором в каталитическом реакторе (см. авторское свидетельство SU №219729, кл. C10G 35/085, 01.01.1968).
2
Данные способ и установка позволяют проводить каталитические риформинг и крекинг. Однако для реализации способа и выполнения установки требуется создания сложного конструктивно крупногабаритного оборудования, работающего при высокой температуре (450°C-490°C) и высоком давлении (20 кг/см).
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является упрощение конструкции оборудования для проведения процессов обработки углеводородосодержащей жидкой среды.
Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является снижение затрат на проведение процессов обработки углеводородосодержащей жидкой среды при упрощении технологического цикла обработки углеводородосодержащей жидкой среды.
Указанная задача в части устройства, как объекта изобретения, достигается за счет того, что установка для обработки углеводородосодержащих жидких сред содержит основной каталитический реактор с магистралью подачи в него углеводородосодержащей жидкой среды, причем установка снабжена дополнительным каталитическим реактором, магистралью выдержки под давлением обработанной углеводородосодержащей жидкой среды, рециркуляционной магистралью, первым и вторым смесителями, насосом, а также первой второй магистралями подачи исходной углеводородосодержащей жидкой среды, при этом каждый каталитический реактор выполнен в виде полой емкости с установленным со стороны входа в нее соплом, сопло основного каталитического реактора через магистраль подачи в него углеводородосодержащей жидкой среды и сопло дополнительного каталитического реактора со стороны входа в них параллельно подключены к напорной магистрали насоса, который входом подключен к выходу второго смесителя, подключенного входом к второй магистрали подачи исходной углеводородосодержащей жидкой среды и к выходу первого смесителя, подключенного входом к выходу из дополнительного каталитического реактора и к первой магистрали подачи исходной углеводородосодержащей жидкой среды, к емкости дополнительного каталитического реактора подключена магистраль подачи каталитической добавки, причем выходное сечение последней расположено от выходного сечения сопла дополнительного каталитического реактора на расстоянии L, составляющем от 0,5 до 0,8 от диаметра d выходного сечения сопла дополнительного каталитического реактора, к проточной части сопел каждого из каталитических реакторов подключены мановакууметры, а рециркуляционная магистраль подключена со стороны входа в нее к выходу из основного каталитического реактора и со стороны выхода из нее - к входу во второй смеситель.
Предпочтительно емкости основного и дополнительного каталитических реакторов выполнены в виде цилиндрической емкости, в одну из торцевых стенок которой вмонтировано сопло, а другой торцевой стенке выполнен выход из каталитических реакторов.
На первой магистрали подачи исходной углеводородосодержащей жидкой среды, магистрали подачи углеводородосодержащей жидкой среды и магистрали подачи каталитической добавки могут быть установлены контролирующие приборы: расходомеры, термометры и манометры.
Указанная задача в части способа, как объекта изобретения, достигается за счет того, что способ работы установки для обработки углеводородосодержащих жидких сред включает подачу углеводородосодержащей жидкой среды в основной каталитический реактор по магистрали подачи углеводородосодержащей жидкой среды, причем часть смеси углеводородосодержащей жидкой среды с каталитической добавкой подают насосом сопло в дополнительный каталитический реактор с формированием за выходным сечением сопла в зоне истечения из сопла струи углеводородосодержащей жидкой среды пониженного давления с образованием в емкости дополнительного каталитического реактора за счет вскипания части углеводородосодержащей жидкой среды сверхзвукового парожидкостного потока, в который на расстоянии L, равном от 0,5d до 0,8d, от выходного сечения сопла, где d - диаметр выходного сечения сопла, подают каталитическую добавку в количестве, составляющем 0,5-1,2% (мас.) от расхода сопла дополнительного каталитического реактора, а со стороны выхода из дополнительного каталитического реактора регулируют давление с формированием в дополнительном каталитическом реакторе скачка давления и конденсацией в скачке давления парообразной составляющей двухфазного потока углеводородосодержащей жидкой среды, величину давления на выходе из дополнительного каталитического реактора поддерживают в диапазоне, составляющем от 0,1 до 0,7 от давления, под которым углеводородосодержащая жидкая среда поступает в сопло дополнительного каталитического реактора, полученную в дополнительном каталитическом реакторе углеводородосодержащую жидкую среду смешивают в первом смесителе с частью исходной углеводородосодержащей жидкой среды, далее полученную смесь смешивают во втором смесителе с другой частью исходной углеводородосодержащей смеси, после чего полученную смесь углеводородосодержащих жидких сред подают под давлением насосом частично в сопло дополнительного каталитического реактора и частично в по магистрали подачи углеводородосодержащей среды в сопло основного каталитического реактора с формированием за выходным сечением сопла в зоне истечения из сопла струи углеводородосодержащей жидкой среды пониженного давления с образованием в емкости основного каталитического реактора за счет вскипания части углеводородосодержащей жидкой среды сверхзвукового парожидкостного потока, а со стороны выхода из основного каталитического реактора регулируют давление с формированием в основном каталитическом реакторе скачка давления и конденсацией в скачке давления парообразной составляющей двухфазного потока углеводородосодержащей жидкой среды, величину давления на выходе из основного каталитического реактора поддерживают в диапазоне, составляющем от 0,1 до 0,7 от давления, под которым углеводородосодержащая жидкая среда поступает в сопло основного каталитического реактора, причем полученную в основном каталитическом реакторе углеводородосодержащую жидкую среду направляют в магистраль выдержки под давлением обработанной углеводородосодержащей жидкой среды, где она движется под выходным давлением, после чего ее подают потребителю.
Предпочтительно, после обработки углеводородосодержащей жидкой среды в основном каталитическом реакторе она находится под выходным давлением в магистрали выдержки под давлением обработанной углеводородосодержащей жидкой среды от 5 до 150 с.
Предпочтительно, в период пуска часть обработанной в основном каталитическом реакторе углеводородосодержащей жидкой среды подают на вход второго смесителя.
В ходе проведенных исследования и экспериментальных работ было выявлено, что создание в каталитическом реакторе условий для создания скачка давления и перевод более легких фракций углеводородосодержащей жидкой среды в парообразное состояние за счет вакуума созданной самой обрабатываемой средой, а также введение каталитической добавки в дополнительный каталитический реактор в его вакуумную зону, расположенную, как установлено экспериментально на расстоянии от выходного сечения сопла, составляющем от 0,5 до 0,8 от диаметра выходного сечения сопла, непосредственно перед скачком давления, позволили решить сразу несколько задач. В первую очередь введение каталитической добавки в вакуумную зону, где наблюдаются наиболее интенсивные режимы турбулентного движения сред в каталитическом реакторе позволило еще более равномерно распределить катализатор в объеме перерабатываемого продукта, в данном случае углеводородосодержащей жидкой среды. В тоже время в процессе схлопывания паровых пузырьков в скачке давления в пузырьках паровая среда разогревается до тысяч градусов, а давление достигает сотен атмосфер, что позволяет на короткое время создавать огромные перепады давления и температуры, которые в сочетании с возникающими в перерабатываемом продукте волновыми процессами позволяет проводить в каталитическом реакторе такие процессы как изомеризация и крекинг подаваемых в каталитическую камеру углеводородосодержащих жидких сред, например бензина.
Что касается предела количества вводимой в вакуумную зону каталитической добавки, то оказалось, что при введении его более чем 1%(мас.) от расхода сопла нарушается структура созданной струей вакуумной зоны, что в свою очередь приводит в срыву скачка давления и не позволяет провести выше описанные процессы в дополнительном каталитическом реакторе.
На чертеже представлена принципиальная схема установки для реализации способа.
Установка для обработки углеводородосодержащих жидких сред содержит основной каталитический реактор 1 с магистралью 2 подачи в него углеводородосодержащей жидкой среды. Установка снабжена дополнительным каталитическим реактором 3, магистралью 4 выдержки под давлением обработанной углеводородосодержащей жидкой среды, рециркуляционной магистралью 5, первым 6 и вторым 7 смесителями, насосом 8, а также первой 9 и второй 10 магистралями подачи исходной углеводородосодержащей жидкой среды. Каждый каталитический реактор 1 и 3 выполнен в виде полой емкости с установленным со стороны входа в нее соплом 11. Сопло 11 основного каталитического реактора 1 через магистраль 2 подачи в него углеводородосодержащей жидкой среды и сопло 11 дополнительного каталитического реактора 3 со стороны входа в них параллельно подключены к напорной магистрали 12 насоса 8, который входом подключен к выходу второго смесителя 7, подключенного входом к второй магистрали 10 подачи исходной углеводородосодержащей жидкой среды и к выходу первого смесителя 6, подключенного входом к выходу из дополнительного каталитического реактора 3 и к первой магистрали 9 подачи исходной углеводородосодержащей жидкой среды. К емкости дополнительного каталитического реактора 3 подключена магистраль 13 подачи каталитической добавки. Выходное сечение последней (13) расположено от выходного сечения сопла 11 дополнительного каталитического реактора 3 на расстоянии L, составляющем от 0,5 до 0,8 от диаметра d выходного сечения сопла 11 дополнительного каталитического реактора 3. К проточной части сопел 11 каждого из каталитических реакторов 1 и 3 подключены мановакууметры 14, а рециркуляционная магистраль 5 подключена со стороны входа в нее к выходу из основного каталитического реактора 1 и со стороны выхода из нее - к входу во второй смеситель 7.
Предпочтительно емкости основного и дополнительного каталитических реакторов 1 и 3 выполнены в виде цилиндрической емкости, в одну из торцевых стенок которой вмонтировано сопло 11, а в другой торцевой стенке выполнен выход из каталитических реакторов 1 и 3.
На первой магистрали 9 подачи исходной углеводородосодержащей жидкой среды, магистрали 2 подачи углеводородосодержащей жидкой среды и магистрали 13 подачи каталитической добавки могут быть установлены контролирующие приборы: расходомеры 15, термометры 16 и манометры 17.
Естественно на магистралях 5, 9, 10, 12 и 13 и других неотмеченных на чертеже магистралях могут быть установлены задвижки 18 и регуляторы 19 противодавления.
Способ работы установки для обработки углеводородосодержащих жидких сред включает подачу углеводородосодержащей жидкой среды в основной каталитический реактор 1 по магистрали 2 подачи углеводородосодержащей жидкой среды, причем часть смеси углеводородосодержащей жидкой среды с каталитической добавкой подают насосом 8 через сопло 11 в дополнительный каталитический реактор 3 с формированием за выходным сечением сопла 11 в зоне истечения из сопла 11 струи углеводородосодержащей жидкой среды пониженного давления с образованием в емкости дополнительного каталитического реактора 3 за счет вскипания части углеводородосодержащей жидкой среды сверхзвукового парожидкостного потока, в который на расстоянии L, равном от 0,5d до 0,8d, от выходного сечения сопла 11, где d - диаметр выходного сечения сопла 11, подают каталитическую добавку в количестве составляющем 0,5-1,2% (мас.) от расхода сопла 11 дополнительного каталитического реактора 3, а со стороны выхода из дополнительного каталитического реактора 3 регулируют давление с формированием в дополнительном каталитическом реакторе 3 скачка давления и конденсацией в скачке давления парообразной составляющей двухфазного потока углеводородосодержащей жидкой среды. Величину давления на выходе из дополнительного каталитического реактора 3 поддерживают в диапазоне, составляющем от 0,1 до 0,7 от давления, под которым углеводородосодержащая жидкая среда поступает в сопло 11 дополнительного каталитического реактора 3. Полученную в дополнительном каталитическом реакторе 3 углеводородосодержащую жидкую среду смешивают в первом смесителе 6 с частью исходной углеводородосодержащей жидкой среды. Далее полученную смесь смешивают во втором смесителе 7 с другой частью исходной углеводородосодержащей смеси, после чего полученную смесь углеводородосодержащих жидких сред подают под давлением насосом 8 частично в сопло 11 дополнительного каталитического реактора 3 и частично в магистрали 2 подачи углеводородосодержащей среды в сопло 11 основного каталитического реактора 1 с формированием за выходным сечением сопла 11 в зоне истечения из сопла 11 струи углеводородосодержащей жидкой среды пониженного давления с образованием в емкости основного каталитического реактора 1 за счет вскипания части углеводородосодержащей жидкой среды сверхзвукового парожидкостного потока, а со стороны выхода из основного каталитического реактора 1 регулируют давление с формированием в основном каталитическом реакторе 1 скачка давления и конденсацией в скачке давления парообразной составляющей двухфазного потока углеводородосодержащей жидкой среды. Величину давления на выходе из основного каталитического реактора 1 поддерживают в диапазоне, составляющем от 0,1 до 0,7 от давления, под которым углеводородосодержащая жидкая среда поступает в сопло 11 основного каталитического реактора 1, причем полученную в основном каталитическом реакторе 1 углеводородосодержащую жидкую среду направляют в магистраль 4 выдержки под давлением обработанной углеводородосодержащей жидкой среды, где она движется под выходным давлением, после чего ее подают потребителю.
Предпочтительно, после обработки углеводородосодержащей жидкой среды в основном каталитическом реакторе 1 она находится под выходным давлением в магистрали 4 выдержки под давлением обработанной углеводородосодержащей жидкой среды от 5 до 150 с.
Предпочтительно, в период пуска часть обработанной в основном каталитическом реакторе 1 углеводородосодержащей жидкой среды подают на вход второго смесителя 7, что позволяет быстрее запустить химические реакции по обработке углеводородосодержащей жидкой среды до ее поступления в насос 8.
С переработанной в дополнительном каталитическом реакторе 3 углеводородосодержащей средой вначале смешивают от 4%(мас.) до 34%(мас.) от всего количества исходной углеводородосодержащей среды, подаваемой на обработку.
Настоящее изобретение может быть использовано в нефтехимической промышленности преимущественно для увеличения октанового числа и выхода светлых (бензиновых) фракций при переработке нефти или нефтепродукта.