РЕКТИФИКАЦИОННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

РЕКТИФИКАЦИОННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ НЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
Заявляемое техническое решение относится к аппаратам для проведения массотеплообменных процессов в нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других смежных областях и может быть использовано преимущественно в малогабаритных передвижных ректификационных установках для получения моторного топлива из нефти и газовых конденсатов непосредственно на промыслах в неблагоприятных условиях при низких температурах и загрязненного с содержанием льда сырья.
Известна малогабаритная передвижная ректификационная установка для разделения углеводородных смесей непосредственно на промыслах, которая выполнена в виде ректификационной колонны, содержащей корпус с размещенными в нем по высоте и связанными друг с другом с помощью тепловых трубок отделенными секциями 1. В колонну входит отбойная секция с расположенной над ней укрепляющей секцией. В отбойную секцию встроена отпарная секция с расположенной под ней кубовой частью. В нижней части колонны под кубовой частью установлены
BOID 3/32 тепловые трубки, соединенные с секцией тяжелого остатка. В верхней части
отбойной секции под укрепляющей секцией установлена контактно-распределительная тарелка, в которой равномерно по средней кольцевой линии между внутренней стенкой корпуса и наружной стенкой отпарной секции расположены дополнительные тепловые трубки.
Исходное сырье подают в трубчатую печь, где его испаряют, перегревают и подают в секцию тяжелого остатка, в которой через тепловые трубки происходит отбор тепла от перегретого сырья и частичное выпадение тяжелого остатка. Сьфьевой поток, частично освобожденный от тяжелого остатка, подают в отбойную секцию, где окончательно отделяют тяжелый остаток от сырья. Пары углеводородов после отбойной секции отдают тепло тепловым трубкам и через контактно распределительную тарелку поступают в верхнюю укрепляющую секцию, где разделяют бензиновую и дизельную фракции.
Аналогичным образом в виде тепломассообменной колонны выполнена ректификационная установка с расположенными по высоте в цилиндрическом корпусе отгонной секцией, находящимися над ней питательной и фракционной секциями и установленным в верхней части парциальным холодильником 2. Теплопередача осуществляется за счет вертикальных перегородок в секциях с отпарными отсеками, соединенными между собой перепускными патрубками.
Сырой конденсат испаряют и перегревают в пламенной печи и по трансферному трубопроводу подйют частично на многолучевой распылитель питательной секции и частично в трубчато-пластинчатый теплообменник отгонной секции. Конденсат из распылителей в туманообразном состоянии через глухую колпачковую тарелку поступает в фракционирующую секцию, где проходя по межтрубному пространству трубчато-пластинчатого теплообменника, паровая фаза частично конденсируется и стекает на глухую колпачковую тарелку нижней секции, откуда флегма стекает в
2 отпарные отсеки, из которых жидкая фаза по перепускным патрубкам в врще
бензина поступает на склад ГСМ.
Ректификационные установки 1 и 2 являются малогабаритными и компактными, удобны для перемещения и установки, в частности для использования непосредственно в условиях промысла.
Недостатками известньк установок являются:
-выполнение испарения и пароперегрева исходного сырья в отдельной печи, что создает трудности в обеспечении стабильности конденсата при фракционировании в условиях резкого перепада и низких температур окружающей среды; -низкая экономичность, связанная с отсутствием утилизации остаточного тепла отводимых фракций для предварительного обогрева сырья.
Известна установка для ректификации, предназначенная для использования в качестве оборудования в химической технологии, а также в контурах энергетических установок с жидким теплоносителем 3.
Установка состоит из ректификационной колонны, соединенной по жидкости и пару с кубом, в котором установлен резервуар, соединенный по жидкости с емкостью для сбора кубового остатка. Испарение и перегрев фракционируемого в колонне конденсата производится в кубе, снабженном нагревателем. После заполнения куба и резервуара конденсатом (по закону сообщающихся сосудов уровень жидкости в них одинаков) включают нагреватель. При этом жидкость испаряется как из куба, так и из резервуара. Уровень жидкости поддерживается подачей конденсата в куб, из которого жидкость непрерьшно перетекает в резервуар и емкость. В процессе работы ректификационной колонны целевой продукт выводится из нее, а тяжелая фракция и примеси удаляются из емкости через вентиль. При этом пар из резервуара выходит в полость куба и постутсает в колонну. В емкости, за счет охлаждения, конденсат расслаивается, слой с меньщим содержанием тяжелой фракции поступает в резервуар, где испаряется, а слой с большим содержанием тяжелой фракции остается в емкости. За
3
счет этого предотвращается попадание в питание колонны жидкости из кубового остатка емкости, что повышает качество разделения легкой и тяжелой фракций, а также качество и стабильность работы колонны.
Выполнение испарения и перегрева сырья непосредственно в соединенном с колонной кубе повышает возможности регулирования процесса и стабилизации конденсата при перепадах температуры окружающей среды.
Недостатком установки 3 является ненадежность работы с загрязненным льдом и примесями сьфьем, которые забивают систему сообщения емкостей и буферную систему, а также при низких температурах окружающей среды.
Известна наиболее близкая к заявляемому техническому рещению, выбранного в качестве ближайшего аналога, выполненная в виде малогабаритного блока, передвижная, предназначенная для первичной переработки углеводородного сырья непосредственно в условиях промысла, а также для использования в контурах установок с последующей переработкой фракционируемых компонентов 4. Установка состоит из кубовой емкости с установленной на ней ректификационной колонной с дефлегматором, сборника бензина, йа котором установлены два вертикальных последовательно соединенных теплообменника, образующих конденсаторно холодильный блок и двух установленных перед кубовой емкостью горизонтальных теплообменников, предназначенных для предварительного подогрева сырья с использованием отходящего тепла отбензиненного сырья и бензинового дистиллята. Кубовая емкость снабжена трубным теплообменником, обогреваемым водяным паром из печи и предназначенный для перегрева и испарения конденсата.
Для перемешивания и стабилизации конденсата за счет эффекта «горячей струи в теплообменнике используется барботер, через который дозируется перегретый пар.
Выполнение испарения и перегрева сырья непосредственно в соединенном с колонной кубе повышает возможности регулирования процесса, например, интенсификацией испарения за счет подачи острого пара вниз колонны и стабилизации
конденсата при перепадах температуры окружающей среды. При этом с помощью установленных перед кубовой емкостью теплообменников достигается утилизация отходящего тепла отбензиненного сырья и бензинового дистиллята, что повыщает экономичность процесса.
Недостатком известной установки является недостаточная надежность работы в неблагоприятных условиях при низких температурах окружающей среды и загрязнении сырья льдом, связанная с тем, что барботирование в достаточной степени обеспечивает перемешивание и стабилизацию незагрязненного конденсата, но не эффективно в отношении загрязнений типа кусков льда и обледенелых скомковавшихся элементов сырья с примесями, которые тяжелее чистого сырья и, попадая в кубовую емкость, быстро, не успев подвергнуться перегреву, опускаются на дно и отводятся, закзшоривая трубопроводы и буферную систему, что нарушает работу установки.
Задачей изобретения является повышение стабильности процесса переработки сырья и надежности работы ректификационной установки при работе в неблагоприятных условиях при низких температурах и загрязненном льдом сырье.
Поставленная задача решается за счет того, что при использовании существенных признаков, характеризующих известную ректификационную установку, состоящую из кубовой емкости с теплообменником для нагрева сырья, по крайней мере одной ректификационной колонны с дефлегматором для отгонки бензинового и/или керосино - газойливого и/или дизельного дистиллята, по крайней мере одного конденсаторно холодильного блока для конденсации дистиллята, а также средств для сбора и отвода бензина и отбензиненной фракции, в соответствии с заявляемым техническим решением, в донной части кубовой емкости установлено механическое и/или электромагнитное устройство для взвешивания и перемешивания фракционируемого сырья. Предпочтительныйвариант предполагает вьшолнение устройства
взвешивания и перемешивания сырья в виде объединенных в одном блоке ультразвукового диспергатора и мембранного вибратора, приводимого в действие от импульсного электродвигателя, установленного с наружной стороны боковой стенки вблизи днища.
Установка в донной части кубовой емкости механического и/или электромагнитного устройства обеспечивает взвешивание и удержание во взвешенном состоянии до таяния, разрушения и перемешивания с остальным сьфьем достаточно крупных кусков льда и обледенелых комков. Это предотвращает засорение трубопроводов и буферной системы, стабилизирует фракционируемый конденсат и сам процесс фракционирования.
Выполнение устройства взвешивания и перемешивания в виде объединенных в одном блоке мембранного вибратора и ультразвукового диспергатора, установленного на боковой стенке куба вблизи днища обеспечивает наиболее эффективное взвешивание льда и предотвращает его попадание в расположенное в этой зоне выпускное отверстие для тяжелой фракции сырья.
Более подробно заявляемое техническое решение рассматривается на чертежах, где представлены:
-на фиг. 1-ректификационная установка со схемой трубопроводов для воды, пара, сырья и фракционируемых компонентов, вид сбоку;
-на фиг.2-ректификационная установка со схемой трубопроводов для воды, пара, сырья и фракционируемых компонентов, вид сверху;
-на фиг. 3-кубовая емкость, схема размещения теплообменника и блока мембранный вибратор - ультразвуковой диспергатор, вид сбоку при поперечном разрезе.
Ректификационная установка по фиг. 1-3 для первичной переработки углеводородного сырья из нефти или газоконденсата включает в себя кубовую емкость
6 на котором установлены два вертикальных последовательно соединенных
теплообменника 6 и 7, образующих конденсаторно-холодильный блок. Перед кубовой емкостью установлены два теплообменника 8 и 9 для предварительного подогрева сырья с использованием отходящего тепла отбензиненого сырья и бензинового дистиллята.
Кубовая емкость 1 выполнена в виде горизонтальной емкости с корпусом 10 из листовой углеродистой стали с фланцевым соединением 11 для установки секции ректификационной колонны 3 и предназначена для отпарки и отвода наиболее тяжелой части фракции. Для взвещивания тяжелых загрязнений сырья типа кусков льда и перемещивания конденсата в кубовой емкости вблизи отводного отверстия 12 для тяжелой фракции на боковой стенке корпуса 10 с внутренней стороны имеются объединенные в одном блоке ультразвуковой диспергатор. 13 и мембранный вибратор 14 с приводом от импульсного электродвигателя 15, установленного с наружной боковой стороны корпуса 10 вблизи днища с отводными отверстиями 12.
Исходное сырье подают с расходом 1,71 т/ч и последовательно прокачивают через трубное пространство теплообменника 8, межтрубье теплообменников 6 и 9 и подают в бензиновую ректификационную колонну 3. В теплообменнике 8 сьхрье снимает тепло откачиваемого отбензиненного сырья и нагревается до температуры 35°С; в теплообменнике 6 конденсирует пары бензинового дистиллята из бензиновой ректификационной колонны и нагревается до температуры 50°С и в теплообменнике 9 догревается подаваемым в трубное пространство из печи (на рисунке не показана) водяным паром до температуры 100°С, который подается также в трубное пространство кубовой емкости с температурой 130°С.
В кубе происходит отпарка легкокипящих углеводородов, паровой поток которых, проходя известный цикл конденсации в ректификационной колонне, дефлегматоре и конденсаторно-холодильном блоке, в виде бензиновой фракции накапливается в сборнике бензина 5, откуда откачивается с расходом 0,68 т/ч и температурой 30°С в
7 резервуарный парк. В результате массообмена на тарелках ректификационной
колонны происходит отгонка бензинового дистиллята. Отбензиненное сырье с расходом 1,03 т/ч и температурой 130°С из кубовой емкости поступает в теплообменник 1, отдает тепло и откачивает в резервуарный парк.
В неблагоприятных условиях работы, в частности на севере, с загрязненным льдом сырьем, который не успевает таять при прохождении через теплообменники 8, 6 и 9, попадая в кубовую емкость не опускается на дно, а, с помощью мембранного вибратора и ультразвукового диспергатора поддерживается во взвешенном состоянии до полного таяния и перемешивания с другими компонентами конденсата. За счет этого предотврашается закупоривание трубопроводов и буферной системы и повышается надежность работы установки.
Конструкция установки в целом позволяет регулировать процесс в условиях низких температур и резких перепадах температур окружающей среды, в частности стабилизацией конденсата и интенсификацией испарения за счет подачи острога пара вниз ректификационной колонны.
Предлагаемая ректификационная установка полностью решает задачу, стоящую перед заявляемым техническим решением.
Заявляемое техническое решение с характеризующими его отличительными признаками на настоящее время не известно в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия «новизна.
Заявляемое техническое решение является оригинальным, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия «изобретательский уровень.
Ректификационная установка может быть изготовлена промышленным способом с использованием известных технических средств, сырья и материалов, может использовать в прот ышленных условиях переработки нефти и газоконденсата и отвечает требованиям критерия «промышленная применимость.
8
Библиографические даниые
1 Патент РФ № 2022608, МПК: B01D3/32, публ. 15.11.94, БИ № 21.
2 Патент РФ № 2019248, МПК:ВОШЗ/32, публ. 15.09.94, БИ № 17.
3 А.С. СССР № 1606140, МКИ: B01D3/32, публ. 15.11.90, БИ № 42.
4 Установка для фракционирования газоконденсата «Компаунд 15 Б, разработанная
Институтом проблем освоения и использования природных ресурсов в аномальных
геологических и климатических условиях (ИПРАН), 1993 и используемая на базе ГСМ
ФМИ «Яман ПЗП «Карат, г. Старый Надым.