Реактор повышения качества углеводородных дистиллятов

Предлагаемая полезная модель - реактор повышения качества углеводородных дистиллятов (далее по тексту продукт) может быть использован на предприятиях нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностей. В частности, предлагаемый реактор может быть применен для обработки легких и средних углеводородных дистиллятов при производстве нефтепродуктов путем деструкции, изомеризации и конденсации, с целью повышения их качества.
При обработке в заявленном реакторе выше указанных дистиллятов улучшаются такие качественные показатели, как температура кипения, химический и углеводородный состав, резко снижается содержание серы.
С целью определения современного уровня техники изучены следующие патенты на реакторы и установки, предназначенные для решения аналогичных задач, с номерами:
133011 Устройство для деструкции смеси тяжелых углеводородов,
99611 Реактор изомеризации дистиллята,
2221618 Установка для переработки нефти и нефтепродуктов,
2235112 Способ обессеривания светлых нефтяных дистиллятов,
2312885 Система для обессеривания с механизмом переноса сорбента,
2364582 Способ изомеризации углеводородов,
2539586 Устройство и способ изомеризации потока углеводородов,
254027 Устройство и способ изомеризации бензолсодержащего сырья,
2408656 Способ комбинированной обработки нефтесодержащего сырья и установка для его осуществления.
Общими недостатками указанных устройств являются недостаточно высокие качественные характеристики, а также сложность конструкции, необходимость постоянного использования дорогостоящих катализаторов, безвозвратные их потери, высокая энергоемкость и значительная стоимость изготовления (себестоимость).
Одним из близких по своей технической сущности к заявленному устройству является реактор, использованный при реализации способа изомеризации углеводородов, защищенного патентом №2364582.
Данный реактор состоит из корпуса, в который поступает сырье в смеси с водородом. В качестве катализаторов изомеризации используются цеолиты или хлорированный алюмоплатиновый катализатор. Поток смеси из зоны изомеризации корпуса подается в сепаратор, где происходит отделение части потока, обогащенного водородом, от потока продуктов изомеризации. Поток изомеризованного продукта поступает в деизогексанизатор, в котором разделяется на потоки бутана и легких фракций, после чего поток изомеризата направляется в десорбер для удаления бутана и легких фракций.
Недостатками этого реактора является высокая металлоемкость, сложность конструкции и изготовления, отсутствие возможности обессеривания готового продукта.
Наиболее близким, по технической сущности, к заявленному устройству является реактор изомеризации дистиллята, защищенный в качестве полезной модели патентом №199611, который может быть принят за прототип.
Реактор состоит из корпуса, в нижнюю часть которого вмонтированы штуцер ввода дистиллята, содержащий обратный клапан, штуцер вывода из реактора рисайкла и штуцер вывода готового продукта. В корпусе при входе в реактор наклонно установлена перфорированная тарелка для равномерного распределения обрабатываемого продукта, внутри корпуса расположен адсорбент. На выходе из реактора установлен каплеотбойник и вмонтирован штуцер вывода изомеризированного и очищенного продукта из реактора. Реактор снабжен четырьмя внешними нагревательными элементами, четырьмя теплоизолирующими кожухами и двумя термопарами, установленными внутри сорбента.
Исходный продукт - дистиллят в смеси с источником водорода (водой) поступает внутрь корпуса через распределительную тарелку, проходит через адсорбент, нагревается и доводится до парожидкого состояния. На адсорбенте происходит превращение нормальных парафинов в парафины изостроения и десульфуризация дистиллята.
На поверхности адсорбента происходит массообмен дистиллята, при этом конденсированная часть стекает в нижнюю зону корпуса реактора, смывая сернистые смолистые соединения, которые через штуцер удаляются из реактора, очищаются методом фильтрации от сернистых и смолистых соединений, после чего возвращаются в корпус реактора для дальнейшей обработки. При прохождении дистиллята из верхней зоны реактора в нижнюю, он нагревается, и легкая его часть испаряется. Очищенный продукт удаляется из реактора через каплеотбойник.
Недостатками прототипа являются: высокая энергоемкость, не достаточный тепловой и массовый обмен, недостаточный избирательный технологический процесс.
Целью заявленной полезной модели является устранение выше перечисленных недостатков известных устройств, в том числе указанного прототипа, повышение эффективности обработки легких и средних углеводородных дистиллятов при производстве нефтепродуктов, улучшение качества конечного продукта.
Для достижения этой цели поставлена задача разработать техническое устройство в виде реактора для обработки легких и средних угле- водородных дистиллятов, обеспечивающее:
снижение энергоемкости за счет размещения нагревательных элементов в зоне исходного продукта;
повышение избирательности технологического процесса, благодаря разделению зон испарения, фракционирования, зоны катализатора и протеканию процесса в паровой фазе;
эффективный тепловой и массовый обмен за счет расположения дефлегматора (обратного холодильника) в верхней зоне реактора, что продлевает срок службы катализатора и возможность до 20 раз его регенерировать;
обрабатывать исходный продукт более низкого качества с получением продукта с теми же характеристиками, что и обеспечивает прототип.
Технический результат при решении декларированной задачи заключается в получении продукта с улучшенными качественными показателями такими, как температуры кипения, химический и углеродный состав, содержание серы.
Указанный технический результат достигается созданием реактора, включающего функционально и конструктивно связанные между собой элементы:
основание, три стальных цилиндрических секции: нижнюю, промежуточную, верхнюю и крышку с приваренными по торцам каждого элемента фланцами;
в основание ввернуты по резьбе нагревательные элементы (ТЭНы) для подогрева исходного продукта;
в нижнюю секцию вварен штуцер для ввода исходного продукта, ввернуты по резьбе термопара для контроля температуры подогрева исходного продукта и уровнемер для контроля уровня наполнения нижней секции исходным продуктом;
в промежуточной секции расположен катализатор - цеолит марки NX, ввернута по резьбе термопара для контроля температуры катализатора, в нижней части секции приварена защитная сетка, препятствующая просыпанию катализатора в нижнюю секцию;
верхняя секция представляет собой дефлегматор для конденсации паров обрабатываемого продукта, в которую вварены штуцеры для входа и выхода хладагента и ввернута термопара для контроля температуры;
в крышку вварен патрубок для выхода готового продукта из реактора и ввернут по резьбе манометр для контроля давления в реакторе;
основание, секции и крышка реактора смонтированы между собой через свои фланцы с помощью резьбовых устройств «болт - гайка» в следующей последовательности: нижняя секция - с основанием, промежуточная секция - с нижней, верхняя секция - с промежуточной, крышка - с верхней секцией.
Техническое решение заявленной полезной модели поясняется чертежом общего вида устройства, изображенным на прилагаемой фиг.
Устройство включает конструктивно связанные между собой элементы: основание 1 реактора, три стальных цилиндрических секции: нижнюю 2, промежуточную 3, верхнюю 4 и крышку 5 с приваренными по торцам каждого элемента фланцами. В основание реактора 1 ввернуты по резьбе нагревательные элементы (ТЭНы) 6 для подогрева исходного продукта.
В нижнюю секцию 2 вварен штуцер 7 для ввода исходного продукта, ввернуты по резьбе термопара 8 для контроля температуры подогрева исходного продукта и уровнемер 9 для контроля уровня наполнения секции исходным продуктом.
В промежуточной секции 3 расположен катализатор 10 (цеолит марки NX), ввернута по резьбе термопара 11 для контроля температуры катализатора, в нижней части секции приварена защитная сетка 12, препятствующая просыпанию катализатора 10 в нижнюю секцию 2.
Верхняя секция 4 представляет собой дефлегматор для конденсации паров обрабатываемого продукта, в которую вварены штуцеры входа 13 и выхода 14 хладагента и ввернута термопара 15 для контроля температуры хладагента.
В крышку 5 вварен патрубок 16 для выхода готового продукта из реактора и ввернут по резьбе манометр 17 для контроля давления в реакторе.
Основание 1, нижняя секция 2, промежуточная секция 3, верхняя 4 секция и крышка 5 реактора смонтированы между собой в последовательности, как показано на фиг., с помощью резьбовых устройств «болт-гайка» через свои фланцы.
Реактор работает следующим образом.
Исходный продукт (углеводородный дистиллят) поступает в нижнюю секцию 2 через штуцер 7 и нагревается элементами (ТЭНами) 6, температура нагрева контролируется термопарой 8, уровень продукта - уровнемером 9.
Нагретый продукт поступает в промежуточную секцию 3 проходит через катализатор 10, на поверхности которого происходят процессы деструкции, изомеризации, конденсации, и поступает в верхнюю секцию 4. Просыпанию катализатора 10 в нижнюю секцию 2 препятствует защитная сетка 12, температура в промежуточной секции измеряется термопарой 11.
В верхней секции 4, представляющей собой обратный холодильник (дефлегматор) с проточным хладагентом, происходит конденсация паров дистиллята в готовый продукт, который выводится из реактора через патрубок 16, смонтированный на крышке 5. Манометр 17 контролирует давление в реакторе.
Таким образом, в результате обработки исходного продукта - нефтяного дистиллята в заявленном реакторе, благодаря его оригинальной конструкции, вырабатывается продукт с улучшенными качественными характеристиками, параметры которого изложены в следующей таблице.
Реализация технического решения полезной модели обеспечивается технологичностью монтажа в единую конструкцию всех составляющих реактор элементов при его производстве и успешной эксплуатацией.
Преимущества предлагаемого реактора перед существующими заключаются в повышении качества получаемого дистиллята за счет оригинальной конструкции, обеспечивающей возможность одновременного проведения процессов деструкции, изомеризации и конденсации, а также простоте конструкции и изготовления.
Изготовление и испытание опытно-промышленного образца «Реактора повышения качества углеводородных дистиллятов» в условиях эксплуатации подтвердили вышеуказанные результаты, которые свидетельствуют о том, что предлагаемое устройство может быть признано полезной моделью, так как соответствует требованиям патентоспособности: новизна, полезность и промышленная применимость.