УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПАРАФИНСОДЕРЖАЩЕГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к области переработки нефти и предназначена для производства базовых масел и парафинов в процессах депарафинизации и обезмасливания.
Известно устройство для охлаждения и кристаллизации парафинсодержащего углеводородного сырья, содержащее горизонтальный корпус с впускным и выпускным отверстиями для сырьевого и целевого потоков, в котором размещен вращающийся вал с размещенными последовательно по его длине дисковыми перегородками, между каждой смежной парой которых расположены охлаждающие элементы, снабженные патрубками для подвода и отвода хладагента и вращающиеся скребковые элементы, примыкающие к поверхностям охлаждающих элементов (US 4486395, 1984 г.).
Недостатками известного устройства являются большая металлоемкость, низкая производительность, а также не достаточно высокая степень разделения фаз сырьевого потока.
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для охлаждения и кристаллизации парафинсодержащего углеводородного сырья, содержащее горизонтальный цилиндрический корпус с патрубками для ввода и вывода, соответственно, сырьевого потока, смешанного с растворителем, и целевого продукта в виде охлажденной суспензии, внутреннее пространство которого разделено на секции вертикальными полыми дисками, через которые противотоком к сырью проходит поток хладагента, размещенными вдоль установленного по оси корпуса вращающегося вала, на котором закреплены мешалки со скребками, предназначенными для перемешивания суспензии и удаления парафинового осадка с поверхности дисков (US 2008/0312486, 2008 г.).
Недостатком данного технического решения является образование на выходе устройства суспензии твердых углеводородов с мелкодисперсным кристаллическим составом. Получение целевого продукта с преобладанием кристаллов парафина мелкой фракции приводит к возникновению негативных последствий в последующей технологической цепочке, в частности, на этапе фильтрования выкристаллизовавшегося парафина, поскольку ведет к быстрому забиванию поверхности фильтров и уменьшению скорости фильтрации, что в свою очередь требует проведения более частых промывок фильтров и увеличивает эксплуатационные затраты на процесс в целом.
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка устройства для охлаждения и кристаллизации парафинсодержащего углеводородного сырья, обеспечивающего получение суспензии твердых углеводородов с однородным крупнодисперсным кристаллическим составом.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для охлаждения и кристаллизации парафинсодержащего углеводородного сырья, содержащее горизонтальный цилиндрический корпус с трубопроводами ввода сырьевого потока в виде смеси парафинсодержащего углеводородного сырья с растворителем и вывода охлажденной суспензии, установленными, соответственно, на его передней и задней торцевых поверхностях, и с размещенным по его оси с возможностью вращения валом, на концах которого установлены якорные мешалки, а вдоль него последовательно размещены жестко соединенные со стенками корпуса полые дисковые элементы с образованием секций в корпусе для циркуляции и формирования потока сырья и закрепленные на валу лопастные мешалки со скребковыми элементами, установленные с возможностью контактирования последних с боковыми поверхностями дисковых элементов, трубопровод подачи хладагента с системой переточных патрубков, сообщающих полости смежных дисковых элементов между собой, для подачи в них хладагента в направлении, противоточном относительно направления движения сырьевого потока, причем в каждой паре смежных дисковых элементов один установлен с зазором относительно поверхности вала и без зазора относительно внутренней стенки корпуса, а другой, соответственно, без зазора относительно поверхности вала и с зазором относительно внутренней стенки корпуса, согласно полезной модели, дополнительно снабжено трубопроводом подачи антиактиватора нуклеации с отводными патрубками, на которых установлены регуляторы расхода, для ввода указанного антиактиватора в секции корпуса, в которые сырьевой поток поступает через зазоры дисковых элементов относительно внутренней стенки корпуса.
В предпочтительных вариантах реализации устройства целесообразно:
- на трубопроводе подачи хладагента после штуцера ввода установить дополнительный отводной штуцер с предохранительной разрывной диафрагмой.
- на трубопроводе ввода сырьевого потока после штуцера ввода последовательно установить смеситель компонентов указанного потока и сепарационный узел.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении регулирования процесса формирования центров кристаллизации и, соответственно, предотвращении образования избыточного количества мелких труднофильтруемых парафиновых кристаллов за счет использования в процессе кристаллизации антиактиватора нуклеации - вещества, подавляющего скорость образования зародышей н-алканов, вводимого в определенные полости корпуса устройства.
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 показано сечение устройства плоскостью А-А, на фиг. 3 изображен вид Б устройства, на фиг. 4 приведены сравнительные данные по скоростям фильтрации суспензий, полученных при обработке рафинатов различного фракционного состава с применением известной и предлагаемой конструкции.
Предлагаемое устройство для охлаждения и кристаллизации парафинсодержащего углеводородного сырья содержит горизонтальный цилиндрический корпус 1 с трубопроводами ввода сырьевого потока 2 в виде смеси парафинсодержащего углеводородного сырья с растворителем и вывода охлажденной суспензии 3, установленными, соответственно, на его передней и задней торцевых поверхностях. По оси корпуса 1 установлен с возможностью вращения вал 4, на концах которого установлены якорные мешалки 5 и 6, а вдоль него последовательно размещены жестко соединенные со стенками корпуса 1 полые дисковые элементы 7, образующие секции 8-14 в корпусе 1 для циркуляции и формирования потока сырья. На валу 4 закреплены лопастные мешалки 15 со скребковыми элементами 16, установленные с возможностью контактирования последних с боковыми поверхностями дисковых элементов 7. Полости смежных дисковых элементов 7 сообщаются между собой посредством системы переточных патрубков 17, подсоединенных к трубопроводу подачи хладагента 18, для подачи в указанные полости хладагента в направлении, противоточном относительно направления движения сырьевого потока. При этом в каждой паре смежных дисковых элементов 7 один установлен с зазором относительно поверхности вала 4 и без зазора относительно внутренней стенки корпуса 1, а другой, соответственно, без зазора относительно поверхности вала 4 и с зазором относительно внутренней стенки корпуса 1.
В секции корпуса 8, 10, 12 и 14, в которые сырьевой поток поступает через зазоры дисковых элементов 7 относительно внутренней стенки корпуса 1, по трубопроводу 19 через отводные патрубки 20 с установленными на них регуляторами расхода 21, вводится антиактиватор нуклеации. Подача антиактиватора в указанные секции позволяет осуществить его наиболее быстрое и равномерное смещение с сырьевым потоком.
Антиактиватор нуклеации представляет собой вещество, подавляющее скорость образования зародышей н-алканов, которые являются нежелательными центрами кристаллизации для последующего образования избыточного количества мелких труднофильтруемых парафиновых кристаллов.
В качестве антиактиваторов могут быть использованы различные технологические потоки:
1) фильтраты депарафинизации второй и третьей ступени;
2) фильтраты обезмасливания;
3) фильтраты от промывки растворителем парафиновой лепешки;
4) растворитель, содержащий небольшое количество масла.
На трубопроводе подачи хладагента 18 после штуцера ввода 22 установлен дополнительный отводной штуцер 23 с предохранительной разрывной диафрагмой 24.
На трубопроводе ввода сырьевого потока 2 после штуцера ввода 25 последовательно установлены смеситель 26 компонентов указанного потока и сепарационный узел 27.
Штуцера вывода сырьевого потока, вывода хладагента и подачи антиактиватора нуклеации, обозначены на чертеже фиг. 1 позициями 28, 29 и 30, соответственно.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Сырьевой поток в виде смеси парафинсодержащего углеводородного сырья с растворителем последовательно поступает в смеситель 26 и сепарационный узел 27 устройства. В смесителе 26 происходит интенсивное перемешивание сырьевого потока, необходимое для полного растворения ранее образовавшихся кристаллов парафина, ухудшающих фильтруемость получаемой охлажденной суспензии. Далее сырьевой поток отстаивается в емкости сепарационного узла 27 с целью осаждения и удаления из него механических примесей и продуктов коррозии, приводящих к повышенному износу скребковых элементов 16, установленных на лопастных мешалках 15. Удаление из сырьевого потока механических примесей и продуктов коррозии в итоге позволяет увеличить продолжительность межремонтного срока эксплуатации устройства.
Корпус устройства 1 разделен на секции 8-14 полыми дисковыми элементами 7, сообщающимися между собой посредством системы переточных патрубков 17. В полости дисковых элементов 7 по трубопроводу 18 подается хладагент в качестве которого используется раствор депарафинированного масла после фильтрации охлажденной суспензии. Хладагент подается в последний по направлению движения сырьевого потока дисковый элемент и выводится из первого дискового элемента. Таким образом, хладагент движется в противоточном направлении, относительно направления движения сырьевого потока, что увеличивает эффективность охлаждения сырьевого потока. Сырьевой поток выводится из устройства в виде охлажденной суспензии через штуцер вывода 28, расположенный на задней торцевой поверхности устройства.
Хладагент прокачивается через дисковые элементы 7, соединенные системой переточных патрубков 17, при помощи насоса (на чертеже фиг.1 не показан). Максимальное давление, которое может развивать насос, превышает рабочее давление хладагента в дисковых элементах 7, что вызывает необходимость изготовления дисковых элементов 7, рассчитанных на повышенное давление и, соответственно, увеличивает металлоемкость устройства. Поэтому, на трубопроводе подачи хладагента 18 после штуцера ввода 22 установлен дополнительный отводной штуцер 23 с разрывной диафрагмой 24, предохраняющей дисковые элементы 7 от превышения внутреннего давления выше рабочего значения. Такое техническое решение позволяет уменьшить толщинку стенки дисковых элементов 7 и, соответственно, снизить металлоемкость устройства.
Сырьевой поток прокачивается по корпусу устройства насосом (на чертеже фиг. 1 не показан) и постоянно перемешивается в зоне ввода указанного потока и вывода охлажденной суспензии якорными мешалками 5 и 6, соответственно, а внутри секций 8-14 корпуса - лопастными мешалками 15, закрепленными на вращающемся валу 4. Лопастные мешалки 15 оборудованы скребковыми элементами 16, которые предназначены для удаления парафинового осадка с боковых поверхностей дисковых элементов 7 путем непосредственного контакта с указанными поверхностями. Сырьевой поток поступает из одной секции в другую поочередно через зазор дискового элемента 7 относительно поверхности вала 4 и через зазор дискового элемента 7 относительно внутренней стенки корпуса 1, за счет соответствующей установки центральных 31 и периферийных 32 уплотнений в каждой паре смежных дисковых элементов 7. Траектория и направление сырьевого потока внутри корпуса показаны на фиг. 1 пунктирными линиями и стрелками.
Подача антиактиватора нуклеации осуществляется по трубопроводу 19 с отводными патрубками 20. Расход антиактиватора в секции корпуса 8, 10, 12, 14, в которые сырьевой поток поступает через зазоры дисковых элементов 7 относительно внутренней стенки корпуса 1, изменяется при помощи регуляторов расхода 21. Расходы антиактиватора, подаваемого в указанные секции корпуса 1 через отводные патрубки 20, могут увеличиваться в направлении движения сырьевого потока, уменьшаться или оставаться неизменными. Алгоритм управления расходами антиактиватора зависит от физико-химических характеристик парафинсодержащего углеводородного сырья, кратности его первоначального разбавления растворителем до ввода сырьевого потока в корпус устройства, и в каждом конкретном случае определяется отдельно.
Подача антиактиватора в корпус 1 по предлагаемой схеме позволяет достичь наиболее быстрого и равномерного его смещения с сырьевым потоком. Это в свою очередь дает возможность понижать степень пересыщения раствора сырья в процессе кристаллизации, и, как следствие, уменьшать скорость образования центров кристаллизации до приемлемого значения, при котором полученные на выводе охлажденной суспензии кристаллы парафина, будут иметь однородный крупнодисперный фракционный состав с минимальным количеством окклюдированного масла. Парафиновая лепешка, состоящая из кристаллов с указанными выше свойствами, менее интенсивно забивает фильтрующую поверхность и обладает малым гидравлическим сопротивлением, что позволяет снизить частоту промывок фильтров (на чертеже фиг. 1 не показаны) и увеличить скорость фильтрации охлажденной суспензии.
На фиг. 4 приведены данные по скоростям фильтрации суспензий, полученных при обработке рафинатов различного фракционного состава с применением известной и предлагаемой конструкции. Представленные результаты были получены в ходе проведения экспериментов на мини-пилотной установке. В качестве антиактиватора нуклеации в экспериментах использовалась смесь метилэтилкетона с толуолом.
Поскольку контроль размеров кристаллов на выводе суспензии из устройства не предусмотрен, в качестве косвенного показателя наличия крупнодисперсной фракции кристаллов парафина можно использовать значение скорости фильтрации суспензии на фильтрах. Чем выше скорость фильтрации, тем более крупнодисперсные парафиновые кристаллы образовались в процессе охлаждения и кристаллизации.
Из приведенных на фиг. 4 данных следует, что применение предлагаемого устройства позволяет обеспечить увеличение скорости фильтрации суспензий на 20-25% относительно известной конструкции.