УСТАНОВКА И СПОСОБ ПЕРЕГОНКИ СТАБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА
UNIT AND METHOD FOR DISTILLATION OF STABLE GAS CONDENSATE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к системам, устройствам и способам для перегонки стабильного газового конденсата, в частности, для перегонки углеводородов общих фракций на узкие фракции.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Стабильный газовый конденсат традиционно используется как сырьё для переработки в следующие продукты: бензин, лигроин, керосин, масла, а также для получения ароматических углеводородов: бензола, толуола, ксилола.
Как правило, способы переработки стабильного газового конденсата включают в себя атмосферную перегонку с получением сжиженного газа, дистиллятов: нафты легкой, нафты тяжелой, керосиновой фракции, дизельного топлива и остатка, например, соответствующего судовому топливу. Далее, остаток атмосферной перегонки может быть направлен на гидрокрекинг с последующим разделением на газы, дистиллятные фракции и остаток гидрокрекинга, который подвергают вакуумной перегонке.
Примерные установки и способы перегонки раскрыты в документах уровня техники, например, в патенте РФ на изобретение № 2544698, опубл. 20.03.2015, авторском свидетельстве СССР № 1452536, опубл. 23.01.1989, или публикации заявки на патент Южной Кореи № 1020050014796 A, опубл. 07.02.2005.
Ближайшим по технической сущности к заявляемому изобретению является описание по патенту РФ на изобретение № 2343948, опубл. 20.01.2009, раскрывающее установку для перегонки в токе носителя и связанный с ней способ перегонки.
Основным недостатком существующих установок, включая и выбранный прототип, является многостадийность и сложность процесса переработки, а также значительное энергопотребление, вызванное необходимостью значительного нагрева перегоняемого сырья, и длительный технологический цикл перегонки.
В частности, выбранная в качестве прототипа установка имеет следующие недостатки:
- она предназначена только для разгонки темного печного топлива;
- известная установка имеет значительные габаритные размеры за счет включения в конструкцию пяти зон контактирования;
- нагрев носителя и темного печного топлива происходит за счет нагрева в кубе аппарата и отдельного подогревателя;
- работа известной установки требует подачи смеси темного печного топлива и растворителя, который характеризуется более низкой температурой кипения;
- носитель подается только в одну (самую верхнюю) зону контактирования, что не позволяет обеспечить эффективную перегонку сырья.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на преодоление обозначенных выше недостатков и решает задачу создания эффективной установки перегонки стабильного газового конденсата.
В одном из аспектов изобретения предложена установка перегонки стабильного газового конденсата, содержащая:
тепло-массообменный аппарат (ТМА), содержащий две или три зоны контактирования и подогреватель, причем зоны контактирования разделены по высоте горизонтальной перегородкой и соединены по текучей среде между собой переливными трубами, при этом самая верхняя зона контактирования содержит впуск для сырья и впуск для носителя, каждая из остальных зон контактирования также содержит впуск для носителя, и самая нижняя зона контактирования расположена непосредственно над по меньшей меньше частью подогревателя;
емкость для сырья, соединенную по текучей среде с ТМА, причем трубопровод для сырья, соединяющий емкость для сырья с впуском для сырья, по меньшей мере частично расположен в подогревателе;
емкость для носителя, соединенную по текучей среде с ТМА, причем трубопровод для носителя, соединяющий емкость для носителя с впусками для носителя, по меньшей мере частично расположен в подогревателе;
теплообменники, два из которых соединены по текучей среде с самой верхней зоной контактирования, а каждый из остальных теплообменников соединен по текучей среде с каждой из остальных зон контактирования, при этом каждый из теплообменников содержит выпуск для продукта и выпуск для носителя, причем выпуски для носителя соединены по текучей среде с емкостью для носителя;
накопительные емкости, число которых соответствует числу теплообменников, причем каждая из накопительных емкостей соединена по текучей среде с выпуском для продукта соответствующего теплообменника;
при этом подогреватель выполнен с возможностью нагрева эмульсии в самой нижней зоне контактирования до 110°-130°С.
В одном из вариантов предложена установка, дополнительно содержащая насосы на выпуске каждой из емкости для носителя и емкости для сырья.
В одном из вариантов предложена установка, в которой каждая зона контактирования снабжена конденсатором, выполненным в виде оребрённых труб и имеющим наклон для отвода конденсата.
В одном из вариантов предложена установка, в которой каждый из теплообменников представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, межтрубное пространство которого сообщено по текучей среде, с одной стороны, с выпуском соответствующей зоны контактирования, и, с другой стороны, с соответствующей накопительной емкостью.
В одном из вариантов предложена установка, в которой трубное пространство каждого из теплообменников сообщено по текучей среде с трубопроводом для сырья и трубопроводом для носителя, причем при подаче сырья по трубопроводу для сырья от источника сырья в ТМА предусмотрено прохождение сырья через по меньшей мере часть трубного пространства по меньшей мере некоторых из теплообменников, и при подаче носителя по трубопроводу для носителя от емкости для носителя в ТМА предусмотрено прохождение носителя через по меньшей мере часть трубного пространства по меньшей мере некоторых из теплообменников.
В одном из вариантов предложена установка, в которой межтрубное пространство каждого из теплообменников также сообщено по текучей среде с емкостью для носителя посредством обратного трубопровода для носителя, причем в указанном трубопроводе предусмотрен гидрозатвор, расположенный непосредственно ниже по потоку от теплообменника.
В одном из дополнительных аспектов предложен способ перегонки стабильного газового конденсата посредством описанной выше установки, в котором:
подают сырье из емкости для сырья на впуск для сырья самой верхней из зон контактирования ТМА,
подают носитель из емкости для носителя на впуск для носителя каждой из зон контактирования ТМА,
при этом подогревают сырье и носитель, подаваемые в ТМА, посредством подогревателя,
направляют пары низкокипящих углеводородов, образующиеся в самой верхней из зон контактирования ТМА, в один из теплообменников,
направляют часть конденсата, образующегося в самой верхней из зон контактирования ТМА, в другой из теплообменников,
направляют часть конденсата, образующегося в самой верхней из зон контактирования ТМА, в следующую из зон контактирования,
подогревают часть конденсата, дошедшего до самой нижней из зон контактирования ТМА, посредством подогревателя до 110°-130°С,
направляют конденсат из самой нижней из зон контактирования ТМА в оставшийся из теплообменников,
направляют продукт, отделяемый от носителя за счет разности плотностей жидких компонентов в каждом из теплообменников, в соответствующую накопительную емкость.
Благодаря созданию настоящего изобретения обеспечивается технический результат, состоящий в снижении энергоёмкости процесса перегонки стабильного газового конденсата за счёт конструкции предложенной установки, в которой используется принцип рекуперации тепла, соответственно, повышается эффективность процесса разложения стабильного газового конденсата.
Предложенное изобретение характеризуется следующими преимуществами:
Обеспечена высокая степень разделения исходного сырья на компоненты за счет деления внутреннего пространства ТМА по высоте на зоны контактирования.
Обеспечено рациональное использование энергетических ресурсов за счет рекуперации тепла благодаря многократному взаимодействию встречных потоков.
В последующем описании, показаны и более подробно описаны варианты осуществления предложенного изобретения. Следует понимать, что изобретение допускает другие варианты осуществления, и некоторые их детали допускают модификацию в различных очевидных аспектах без отступления от изобретения, как изложено и описано в последующей формуле изобретения. Соответственно, чертежи и описание, по характеру, должны рассматриваться в качестве иллюстративных, а не в качестве ограничительных.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Предложенное изобретение поясняется на чертежах, где:
на фиг. 1 схематично представлена предложенная установка перегонки стабильного газового конденсата в общем виде;
на фиг. 2 показан один из предпочтительных вариантов осуществления предложенной установки перегонки стабильного газового конденсата.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, и специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.
Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.
Предложенное изобретение относится к системам, устройствам и способам для перегонки стабильного газового конденсата, в частности, для перегонки углеводородов общих фракций на узкие фракции.
Дальнейшее описание приводится со ссылкой на фиг. 1, на которой схематично представлена предложенная установка перегонки стабильного газового конденсата в общем виде, на фиг. 2, на которой показан один из предпочтительных вариантов осуществления предложенной установки перегонки стабильного газового конденсата. В частности, на фиг. 3 более подробно показано внутреннее устройство тепло- массообменного аппарата, как будет пояснено ниже, а также показано взаимное расположение трубопроводов теплообменников, как будет пояснено ниже.
Со ссылкой в целом на фиг. 1-2 в настоящем изобретении предложена установка перегонки стабильного газового конденсата, содержащая:
тепло-массообменный аппарат (ТМА) 14, содержащий по меньшей мере две зоны 13, 10 контактирования и подогреватель 9, причем зоны контактирования разделены по высоте горизонтальной перегородкой 11 и соединены по текучей среде между собой переливными трубами 16, при этом самая верхняя зона 13 контактирования содержит впуск для сырья и впуск для носителя, а самая нижняя зона 10 контактирования расположена непосредственно над по меньшей мере частью подогревателя 9;
емкость 2 для сырья, такого как стабильный газовый конденсат, соединенная по текучей среде с ТМА 14, причем трубопровод 4 для сырья, соединяющий емкость 2 для сырья с впуском для сырья, по меньшей мере частично расположен в подогревателе 9;
емкость 1 для носителя, соединенную по текучей среде с ТМА 14, причем трубопровод 5 для носителя, соединяющий емкость 1 для носителя с впуском для носителя, по меньшей мере частично расположен в подогревателе 9;
по меньшей мере три теплообменника 7, два из которых соединены по текучей среде с самой верхней зоной 13 контактирования, а один из оставшихся по меньшей мере трех теплообменников 7 соединен по текучей среде с самой нижней зоной 10 контактирования, при этом каждый из теплообменников 7 содержит выпуск для продукта и выпуск для носителя, причем выпуски для носителя соединены по текучей среде с емкостью 1 для носителя;
по меньшей мере три накопительных емкости 17, число которых соответствует числу теплообменников 7, причем каждая из накопительных емкостей 17 соединена по текучей среде с выпуском для продукта соответствующего теплообменника 7.
В одном из вариантов предложена установка, дополнительно содержащая насосы 3, 4 на выпуске каждой из емкости 1 для носителя и емкости 2 для сырья.
В одном из вариантов предложена установка, в которой каждая зона 13, 10 контактирования из по меньшей мере двух зон контактирования снабжена конденсатором, выполненным в виде оребрённых труб и имеющим наклон для отвода конденсата. Наилучшим образом внутренняя конструкция конденсатора видна на фиг. 2. ТМА 14 выполнен в виде вертикальной колонны и разделен по высоте горизонтальными перегородками 12 на зоны контактирования. Вертикальные перегородки 12 образуют зигзагообразные коридоры 15, в которых размещены конденсаторы. Конденсаторы выполнены в виде оребрённых труб и имею наклон для отвода конденсата.
В одном из вариантов предложена установка, в которой каждая из остальных по меньшей мере двух зон контактирования также содержит впуск для носителя. Благодаря этому в каждую из остальных зон контактирования подводится дополнительно подогретый носитель, обеспечивая тем самым стабильность процесса.
В одном из вариантов предложена установка, в которой каждый из по меньшей мере трех теплообменников 7 представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, межтрубное пространство которого сообщено по текучей среде, с одной стороны, с выпуском соответствующей зоны контактирования, и, с другой стороны, с соответствующей накопительной емкостью. Таким образом, обеспечивается прохождение эмульсии сырья и носителя из соответствующей зоны контактирования в теплообменник для последующего разделения.
В одном из вариантов предложена установка, в которой трубное пространство каждого из по меньшей мере трех теплообменников 7 сообщено по текучей среде с трубопроводом 6 для сырья и трубопроводом 5 для носителя, причем при подаче сырья по трубопроводу 6 для сырья из емкости 2 для сырья в ТМА 14 предусмотрено прохождение сырья через по меньшей мере часть трубного пространства по меньшей мере некоторых из теплообменников 7, и при подаче носителя по трубопроводу 5 для носителя из емкости 1 для носителя в ТМА 14 предусмотрено прохождение носителя через по меньшей мере часть трубного пространства по меньшей мере некоторых из теплообменников 7. Таким образом, обеспечивается условие для отвода тепла от эмульсии сырья и носителя с целью выделения полезного продукта, и соответственно, происходит частичный нагрев сырья и носителя, подаваемых в ТМА 14.
В одном из вариантов предложена установка, в которой межтрубное пространство каждого из по меньшей мере трех теплообменников 7 также сообщено по текучей среде с емкостью 1 для носителя посредством обратного трубопровода для носителя с образованием замкнутого контура, причем в указанном трубопроводе предусмотрен гидрозатвор 8, расположенный непосредственно ниже по потоку от теплообменника 7. Таким образом, обеспечивается сбор носителя для его повторного использования, дополнительно повышая энергоэффективность всей установки. Фактически это означает, что на установку подается только сырье, носитель заливается один раз и в дальнейшем используется его рецикл.
В одном из вариантов предложена установка, в которой ТМА 14 содержит две зоны контактирования, три теплообменника 7 и три накопительных емкости 17. Наилучшим образом этот вариант проиллюстрирован на фиг. 2. Соответственно, в такой компоновке обеспечивается получение 3 типов продукта из исходного сырья, а именно фракций легкого бензина, тяжелого бензина (нафты) и керосина.
Применение конструкции ТМА с меньшим количеством зон контактирования, не является возможным для осуществления предложенного способа. Так, наличие 2 или 3 зон контактирования является оптимальным с точки зрения эффективности установки и качества получаемого сырья. Увеличение количества зон контактирования более 4 или 5 является не целесообразным, т.к. приведет к увеличению технологических и экономических издержек, но не приведет к существенному увеличению качества выходных продуктов. Однако в этом случае дополнительные зоны могут выступать в качестве резервных и использоваться для дополнительных внутренних рециклов и/или в случае выхода из строя вышестоящих зон контактирования.
Ниже будет описана работа предложенной установки.
Сырье из емкости 2 для сырья насосом 4 по трубопроводу 6 для сырья и носитель из емкости 1 для носителя насосом 3 по трубопроводу 5 для носителя направляют в ТМА 14. В качестве сырья выступает стабильный газовый конденсат. В качестве носителя используют любую жидкость, которая не растворяется в углеводородах. По мере прохождения через подогреватель 9 носитель и сырье подогревают до 100°С и подают на разделительную перегородку в самую верхнюю зону 13 контактирования ТМА 14. Образовавшаяся эмульсия (углеводородного сырья с носителем) по зигзагообразному коридору 15, огибая вертикальные перегородки 12, перетекает к переливным трубам 16 и по ним последовательно через все зоны контактирования проходит в самую нижнюю зону 10 контактирования. В проиллюстрированном на фиг. 2 варианте предусмотрена одна переливная труба 16 для перетекания из первой, самой верхней зоны 13 контактирования во вторую, самую нижнюю зону 10 контактирования. Здесь эмульсия дополнительно нагревается подогревателем 9. Например, до 110°-130°С.
По мере перетекания эмульсии из нее испаряются низкокипящий компонент и носитель. Пары в самой верхней зоне 13 контактирования отводятся в теплообменник 7 через верх корпуса ТМА 14, а также через внутреннее пространство оребренных труб. Внутри оребренных труб пары конденсируются с выделением теплоты фазового перехода, которая идет на нагрев эмульсии в зоне контактирования.
Конденсат, состоящий из сырья и носителя, поступает в межтрубное пространство теплообменников 7, где дополнительно охлаждается за счет теплообмена с сырьем и носителем, подаваемых на впуск ТМА 14. Далее конденсат за счет разности плотностей жидких компонентов расслаивается на составляющие, которые непрерывно отводятся: полезный продукт в соответствующую емкость 17, а носитель через гидрозатвор 8 в емкость 1 для носителя.
Таким образом, в одном из дополнительных аспектов предложен способ перегонки стабильного газового конденсата посредством вышеописанной установки, в котором:
подают сырье из емкости 2 сырья на впуск для сырья самой верхней зоны 13 из по меньшей мере двух зон контактирования ТМА 14,
подают носитель из емкости 1 для носителя на впуск для носителя самой верхней зоны 14 из по меньшей мере двух зон контактирования ТМА 14,
при этом подогревают сырье и носитель, подаваемые в самую верхнюю зону 13 из по меньшей мере двух зон контактирования ТМА 14, посредством подогревателя 16,
направляют пары низкокипящих углеводородов, образующиеся в самой верхней зоне 13 из по меньшей мере двух зон контактирования ТМА 14, в один из по меньшей мере трех теплообменников 7,
направляют часть конденсата, образующегося в самой верхней зоне 13 из по меньшей мере двух зон контактирования ТМА 14, в другой из по меньшей мере трех теплообменников 7,
направляют часть конденсата, образующегося в самой верхней зоне 13 из по меньшей мере двух зон контактирования ТМА 14, в следующую из по меньшей мере двух зон контактирования,
подогревают часть конденсата, дошедшего до самой нижней зоны 10 из по меньшей мере двух зон контактирования ТМА 14, посредством подогревателя 9,
направляют конденсат из самой нижней зоны 14 из по меньшей мере двух зон контактирования ТМА 14 в оставшийся из по меньшей мере трех теплообменников 7,
направляют продукт, отделяемый от носителя за счет разности плотностей жидких компонентов в каждом из по меньшей мере трех теплообменников, в соответствующую накопительную емкость 17.
В сравнении с традиционными системами перегонки стабильного газового конденсата, в которых получают фракции бензина с октановым числом 45-55, предложенная установка позволяет получить до около 60-70% фракций бензинов с более высоким октановым числом (около 78-90 по моторному методу) и содержанием серы не более 10 мг/кг, остальные около 30-40% составляют фракции керосина. Таким образом, система позволяет получить более качественный продукт без получения дизеля, мазута или иных продуктов.
Таким образом, благодаря созданию настоящего изобретения обеспечивается технический результат, состоящий в снижении энергоёмкости процесса перегонки стабильного газового конденсата за счёт конструкции предложенной установки, в которой используется принцип рекуперации тепла, соответственно, повышается эффективность процесса разложения стабильного газового конденсата.
Предложенное изобретение характеризуется следующими преимуществами:
Обеспечена высокая степень разделения исходного сырья на компоненты за счет деления внутреннего пространства ТМА по высоте на зоны контактирования.
Обеспечено рациональное использование энергетических ресурсов за счет рекуперации тепла благодаря многократному взаимодействию встречных потоков.
Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкое изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.
Рядовому специалисту в данной области будет понятно, что варианты осуществления, охваченные настоящим описанием, не ограничены конкретными иллюстративными вариантами осуществления, описанными выше. В связи с этим, хотя были показаны и описаны иллюстративные варианты осуществления, в вышеизложенном описании предполагается большой диапазон модификаций, изменений, комбинаций и замен. Должно быть понятно, что в изложенном выше такие варианты можно сделать без выхода из объема настоящего изобретения. Соответственно, целесообразно широкое толкование приложенной формулы изобретения и образом, согласующимся c настоящим описанием.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 – Емкость для носителя
2 – Емкость для сырья
3 – Насос
4 – Насос
5 – Трубопровод для носителя
6 – Трубопровод для сырья
7 – Теплообменник
8 – Гидрозатвор
9 – Подогреватель
10 – Нижняя зона контактирования
11 – Горизонтальная перегородка
12 – Вертикальные перегородки
13 – Верхняя зона контактирования
14 – Тепло-массообменный аппарат
15 – Зигзагообразный коридор
16 – Переливная труба
17 – Емкость для продукта.