Установка по глубокой переработке мазута
INSTALLATION FOR DEEP PROCESSING OF FUEL OIL

Изобретение относится к области переработки нефтепродуктов с целью улучшения их характеристики, может быть использовано для переработки всех марок мазутов как раздельно, так и в смешанном состоянии в любом процентном соотношении.
Наиболее известными и широко применяемыми процессами глубокой переработки являются каталитические - каталитический крекинг, гидрокрекинг и др. (Суханов В.П. Каталитические процессы в нефтепереработке. М., «Химия», 1973. Прокопюк С.Г., Масагутов P.M. Промышленные установки каталитического крекинга. М., «Химия», 1974).
Сущность каталитического крекинга заключается в том, что разрыв связей происходит в присутствии катализатора, при высокой температуре (450-550°C и выше) и давлении (до 15 МПа), что приводит к серьезному увеличению капитальных затрат, при гидрокрекинге - в среде водорода. Каталитический крекинг и гидрокрекинг в различных вариантах (со стационарным катализатором, с кипящим слоем катализатора и т.д., с различными видами катализаторов) применяются в мировой практике достаточно широко, один из недостатков - очень высокая стоимость процесса (оборудования, катализаторов, процесса регенерации катализатора и т.д.). В процессах каталитического крекинга сырье, а при гидрокрекинге сырье и водород нагревают и направляют в реактор с катализатором, затем продукты реакции направляют в блок ректификации и приготовления товарных продуктов. Таким образом, сырье непосредственно контактирует с катализатором в реакторе, отсюда главный недостаток указанных процессов - отравление катализатора вредными примесями, содержащимися в сырье, и коксование поверхности катализатора тяжелыми продуктами реакции. Это приводит к тому, что для поддержания работоспособности перерабатывающего комплекса необходимо использовать процессы и оборудование для регенерации или замены отработанного катализатора, что, в конечном итоге, приводит к значительному усложнению и удорожанию оборудования процесса, текущих и капитальных затрат, усложнению ведения процесса. Кроме того, всегда остаются тяжелые остатки типа гудрона, кокса, т.е. говорить о 100% глубине переработки не приходится.
Из патента № 2408656 известна установка комбинированной обработки нефтесодержащего сырья, включающая емкость для хранения исходного сырья, устройство волнового воздействия, включающее генератор колебаний и их излучатель, реактор крекинга, устройство для охлаждения и конденсации конечного продукта, накопительные емкости для конечного продукта и остатка. Содержит гидродинамическое устройство, преимущественно роторно-кавитационного типа, сообщенное с емкостью для хранения исходного сырья и с реактором крекинга, подсоединенную к устройству вакуумную отгонную колонну для отгонки легких фракций, последовательно подсоединенные к реактору крекинга сепаратор для отделения газообразных углеводородов от жидких, вакуумную фракционную колонну, вакуумно-плазменный реактор и конденсатор-холодильник, а также вакуумную магистраль, магистрали для рециркуляции остатков отгонки легких фракций, части остатков фракционирования, части отгонки конденсируемых фракций, а также устройства для подачи водорода, водородосодержащих газов, активирующих веществ, катализаторов, причем реактор крекинга выполнен в виде гидрокаталитического реактора с контейнером внутри для размещения катализаторов в виде крупных частиц, а излучатель колебаний, преимущественно магнитострикционный стержневого типа, подсоединен к реактору крекинга.
Известная установка принята нами в качестве наиболее близкого аналога.
Технический результат заявляемого изобретения - увеличение глубины переработки любых видов мазутов за счет использования распыляющих сопел в сырьевом насосе – которые расположены или установлены в нижней вакуумной колонне, где сопла направлены вверх, и угол рассеивания составляет 90° для увеличения площади распыления и испарения при высокой температуре в вакуумной камере – зоне вакуума в нижней вакуумной колонне.
Изобретение упрощает технологический процесс и удешевляет установку за счет отсутствия двух систем орошения – мы две системы орошения не убираем, а изменяем и дополнительным технологическим оборудованием, что позволяет увеличить рентабельность всего перерабатывающего производства: уменьшить финансовые расходы, сократить время при монтажных работах -  отпадает необходимость строить фундаменты под основные аппараты и при этом появляется возможность изготовить установку мобильной.
Заявляется установка по глубокой переработке мазута, включающая емкость для хранения исходного сырья, вакуумную колонну для отгонки легких фракций, устройство для охлаждения и конденсации конечного продукта, накопительную емкость для конечного продукта, отличающаяся тем, что вакуумная колонна состоит из двух частей, в нижней части нижней вакуумной колонны установлены распыляющие сопла, направленные в зону вакуума, имеются две системы орошения, выполненные в виде каскада, которые конструктивно расположены внутри аппарата, буферные ёмкости, насосы и трубопроводы.
Установка по п.1, отличающаяся тем, что распыляющие сопла расположены в четыре ряда в количестве 16 штук по направлению вверх и имеют угол рассеивания 90°.
Основной аппарат установки - вакуумная колонна состоит из двух частей, нижняя часть вакуумной колонны К-1 (Фиг.1 поз.10) и верхняя часть вакуумной колонны К-1 (Фиг.1 поз.12). Это сделано для того, чтобы уменьшить финансовые расходы на изготовление основного аппарата, сократить расходы и время при монтажных работах. Кроме того, отпадает необходимость строить фундамент под основной аппарат и при этом появляется возможность изготовить установку мобильной. Всё оборудование размещается в двух контейнерах.
Отсутствие острого пара в технологическом процессе позволяет на конечном этапе получить необводненный конечный продукт.
В известных технических решениях острый пар подается в вакуумную колонну для постоянного подогрева мазута, который расположен в нижней части нижней вакуумной колонны, тем самым способствует выпариванию оставшийся легкой фракции и совместно с легкой фракцией поднимается в верхнюю часть вакуумной колонны. Пар - это перегретая вода и при охлаждении легкой фракции для получения компонента дизельной фракции пар превращается обратно в свое исходное состояние - в воду и на конечном этапе получается обводненный нефтепродукт. Получение водяного пара и подача его на установку - это дополнительное технологическое и котлонадзорное оборудование, сам процесс получения пара еще и энергоёмкий.
Предусмотрены две схемы орошения (в виде каскада), которые конструктивно расположены внутри аппарата без привлечения дополнительного технологического оборудования. Это буферные ёмкости, насосы и трубопроводы.
Изобретение поясняется иллюстрацией.
На Фиг.1 представлена установка глубокой переработки мазута, где:
1 - ёмкость Е-1 для приёма, хранения и откачки сырья на установку,
2 - ёмкость Е-2 для приёма, хранения и откачки сырья на установку,
3 - фильтр Ф-1 грубой очистки,
4 - насос Н-1 для подачи сырья на установку,
5 - расходомер,
6 - регулирующий клапан РК-1,
7 - теплообменник Т-1,
8 - дезинтегратор Д-1,
9 - печь П-1,
10 - нижняя часть вакуумной колонны К-1,
11 - насос Н-2 по откачке готового продукта мазута,
12 - верхняя часть вакуумной колонны К-1,
13 - теплообменник Т-2/1, двухходовой,
14 - теплообменник Т-2/2, четырёхходовой,
15 - насос Н-3 по перекачке термомасла,
16 - аппарат воздушного охлаждения ВО-1,
17 - ёмкость для приёма термомасла,
18 - ёмкость приёма КДТ (компонент дизельного топлива),
19 - насос вакуумный Н-4,
20 - насос Н-5 по откачке КДТ.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Подготовленное и разогретое сырьё (мазут) с температурой от +40°С до +60°С из ёмкостей Е-1 (Фиг.1 поз.1) и Е-2 (Фиг.1 поз.2) для приёма, хранения и откачки сырья на установку через фильтр Ф-1 (Фиг.1 поз.3) подаётся на приём насоса Н-1 (Фиг.1 поз.4) для подачи сырья на установку по трубопроводу Ду80 мм. Далее насосом Н-1 (Фиг.1 поз.4) сырьё подаётся через расходомер (Фиг.1 поз.5) и регулирующий клапан РК-1 (Фиг.1 поз.6), которые предназначены для контроля, регулирования производительности установки в процессе работы. После этого сырье поступает в теплообменник Т-1 (Фиг.1 поз.7), конструкция теплообменника труба в трубе, где подаваемое сырьё подаётся по наружному контуру для упрощения пуска установки в холодное время года. При работе установки на выходе из теплообменника Т-1 (Фиг.1 поз.7) за счет встречного потока из нижней кубовой части нижней вакуумной колонны К-1 (Фиг.1 поз.10) сырьё подогревается от +60°С до +90°С. Частично разогретое сырьё прокачивается через дезинтегратор Д-1 (Фиг.1 поз.8) и далее в печь П-1 (Фиг.1 поз.9), где сырьё разогревается до рабочей температуры от +260°С до +360°С. Температура зависит от состава сырья и необходимости её нагрева. Все показания по расходу, температуре, пульт управления регулирующим клапаном, кнопки пуска и остановки насоса выведены на щит управления в операторной.
Дезинтегратор Д-1 (Фиг.1 поз.8) предназначен для того чтобы методом ударной обработки произвести образование гомогенного полидисперсного продукта. Далее первично подготовленное сырьё нагревается в печи П-1 (Фиг.1 поз.9), где под воздействием высокой температуры колебательные уровни молекул возбуждаются, и при достижения критической температуры происходит разрыв связей и образование из одной, с большой вероятностью тяжелой молекулы, двух более легких и т.д. Данная технология основывается на совместном термомеханическом воздействии на сырьё.
Вакуумная колонна состоит из двух частей: нижняя часть вакуумной колонны К-1(Фиг.1 поз.10) и верхняя часть вакуумной колонны К-1 (Фиг.1 поз.12). При работе насоса для подачи сырья создается избыточное давление в нагнетательном трубопроводе, по которому подается сырьё через дезинтегратор, где за счет механического воздействия на сырьё происходит разрыв длинных углеводородных молекул на более короткие, далее сырьё поступает в печь, где за счет высоких температур способствует быстрейшему разрыву молекул углеводородов, а далее на распыляющие сопла, которые установлены в нижней части нижней вакуумной колонны и направлены в зону вакуума.
Две системы орошения выполнены в виде каскада, которые конструктивно расположены внутри аппарата.
Основная задача данной вакуумной колонны состоит не в том, чтобы произвести максимальный отбор светлых фракций из мазута с получением компонента дизельное топливо, маловязкой, средневязкой, вязкой масляных фракций и гудрона, а максимально получить только дизельную фракцию, остатки мазута использовать по назначению как печное топливо. По этой причине стандартная система орошения была изменена и выполнена в виде каскада. При работе системы орошения в виде каскада освобождается часть технологического оборудования, так как на получение каждой из трёх дополнительных вышеуказанных фракций необходимо иметь по одной буферной ёмкости, по одному взрывозащищенному насосу, по два водяных теплообменника, по два воздушных теплообменника и большое количество трубопроводов для обвязки всех аппаратов, а также регулирующие клапана и отсекающую арматуру.
После печи П-1 (Фиг.1 поз.9) сырьё поступает в нижнюю часть нижней вакуумной колонны К-1 (Фиг.1 поз.10). При работе сырьевого насоса Н-1 (Фиг.1 поз.4) в нагнетательном трубопроводе создаётся избыточное давление, далее сырьё в печи П-1 (Фиг.1 поз.9) разогревается до рабочей температуры от +260°С до +360°С и подаётся через 16 распыляющих сопел, расположенных в четыре ряда в нижней части в нижней вакуумной колонны К-1 (Фиг.1 поз.10). Распыляющие сопла направлены вверх и угол рассеивания составляет 90°. В зоне испарения при работе сопел происходит распыление из образовавшейся лёгкой фракции. При переработке подготовленного сырья в зоне вакуума в нижней вакуумной колонне К-1 (Фиг.1 поз.10) увеличивается выход светлых продуктов до 50% от общего объёма сырья (мазуты).
Сырьё в аппарат подаётся в зону испарения через распыляющие сопла, под ними установлена глухая тарелка для сбора тяжелой фракции и дополнительного испарения. При заполнении глухой тарелки через отверстия гудрон или тяжелый мазут поступает в нижнюю кубовую часть нижней вакуумной колонны К-1 (Фиг. поз.10). Нижняя часть вакуумной колонны К-1 (Фиг.1 поз.10) предназначена для вакуумной перегонки мазута однократного испарения. На нижней части нижней вакуумной колонны К-1 (Фиг.1 поз.10) установлен выносной датчик уровня, на котором установлены минимальные и максимальные значения, при наборе тяжелого нефтепродукта в нижней кубовой части нижней вакуумной колонны К-1 (Фиг.1 поз.10) до 80% срабатывает датчик и автоматически включается в работу насос Н-2 (Фиг.1 поз.11). Горячий тяжелый нефтепродукт прокачивается через теплообменник Т-1 (Фиг.1 поз.7) по внутреннему контуру и далее на приём насоса Н-2 (Фиг.1 поз.11). Насосом Н-2 (Фиг.1 поз.11) готовый продукт (мазут) откачивается в парк. Насос Н-2 (Фиг.1 поз.11) останавливается при достижении минимального уровня 20% в нижней части нижней вакуумной колонны К-1 (Фиг.1 поз.10). Все показания датчика уровня и работа насоса выведены на щит управления в операторной. Лёгкая фракция поднимается вверх и проходит ряд S-образных тарелок, далее через насадку в верхнюю часть нижней вакуумной колонны К-1 (Фиг.1 поз.10) и далее по трубопроводу Ду100 мм, пары углеводородов поступают в нижнюю часть верхней вакуумной колонну К-1 (Фиг.1 поз.12), где происходит отделение остатков тяжелой фракции от лёгкой. Лёгкие углеводороды поднимаются вверх и проходят через S-образную тарелку, насадку и капле отбойник, которые расположены в верней части верхней вакуумной колонне К-1 (Фиг.1 поз.12) и далее легкая фракция выводится на блок теплообменников. Более тяжелая фракция (первая линия орошения) от капли отбойника в качестве флегмы поступает обратно через насадку и S-образную тарелку и за счет встречного потока идёт обогащение фракции лёгкими углеводородами в верхней части верхней вакуумной колонны К-1 (Фиг.1 поз.12). В нижней части верхней вакуумной колонны (Фиг.1 поз.12) формируется или собирается флегма из тяжелых фракций с двух потоков и (вторая линия орошения) и по линии орошения подаётся на распыляющие сопла, которые установлены над насадкой в верхней части нижней вакуумной колонны К-1 (Фиг.1 поз.10). За счет встречного потока идёт обогащение фракции лёгкими углеводородами, которые поднимаются вверх, а фракция тяжелых углеводородов в качестве флегмы проходит через насадку и ряд тарелок, постоянно находясь в зоне встречного потока. Самые тяжелые углеводороды поступают в зону испарения на глухую тарелку.
Блок теплообменников состоит из двух теплообменников Т-2/1 (Фиг.1 поз.13) и Т-2/2 (Фиг.1 поз.14), которые подключены последовательно к технологической схеме. Теплообменник Т-2/1 (Фиг.1 поз.13) по конструкции является двухходовым, а теплообменник Т-2/2 (Фиг.1 поз.14) по конструкции является четырёхходовым. По трубному пространству теплообменников подаётся легкая паровая фракция, а по межтрубному пространству теплообменников Т-2/1 (Фиг.1 поз.13) и Т-2/ (Фиг.1 поз.14), насосам Н-3 (Фиг.1 поз.15) подаётся термомасло марки АМТ-300 по следующей схеме. Из ёмкости Е-3 (Фиг.1 поз.17) термомасло поступает на приём насоса Н-3 (Фиг.1 поз.15), далее термомасло подаётся в межтрубное пространство теплообменников Т-2/1 (Фиг.1 поз.13), Т-2/2 (Фиг.1 поз.14), где происходит отбор тепловой энергии при охлаждении легкой паровой фракции. После этого термомасло поступает в ёмкость Е-3 (Фиг.1 поз.17) через аппарат воздушного охлаждения ВО-1 (Фиг.1 поз.16), где предварительно охлаждается.
2
На выходе из блока теплообменников происходит охлаждение паров углеводородов с последующим сбором конденсата в ёмкости Е-4 (Фиг.1 поз.18) и называется эта фракция - компонент дизельного топливо (КДТ). Для более быстрого отбора паровой фазы установлен насос вакуумный водокольцевой ВВН 1-1,5 УХЛ 4, Н-4 (Фиг.1 поз.19), с помощью которого создаётся разрежение до минус 1 кг/см. Насос установлен в верхней части ёмкости Е-4 (Фиг.1 поз.18) для того, чтобы создать разрежение по всей технологической схеме, начиная от реактора Р-1 (Фиг.1 поз.10), где формируется паровая фаза и до ёмкости Е-4 (Фиг.1 поз.18), где производится сбор парового конденсата. На ёмкости Е-4 (Фиг.1 поз.18) установлен выносной датчик уровня, на котором установлены минимальные и максимальные значения, при наборе легкого нефтепродукта до 80% срабатывает датчик и автоматически включается в работу насос Н-5 (Фиг.1 поз.20), готовый продукт КДТ откачивается в парк. Насос Н-5 (Фиг.1 поз.20) останавливается при достижении минимального уровня 20% в ёмкости Е-4 (Фиг.1 поз.18). Все показания датчика уровня и работа насоса выведены на щит управления в операторной.
Заявляемая установка производительностью до 30 тонн в сутки может перерабатывать все марки мазутов как раздельно, так и в смешанном состоянии в любом процентном соотношении мазутов. Основное требование по качеству сырья - содержание воды не более 1% и содержание механических примесей не более 1%.