СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕГОНКИ НЕФТИ
PROCEDURE FOR INTENSIFICATION OF PROCESS OF PRELIMINARY DISTILLATION OF OIL

Изобретение относится к способам интенсификации процесса первичной перегонки нефти и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.
Известны способы переработки нефти на установках первичной перегонки с применением испаряющего агента, описанные в [И.А.Александров. Перегонка и ректификация. - М.: Химия, 1981. - 32 с.].
Одной из основных проблем первичной перегонки нефти является недостаточная глубина отбора светлых фракций из нефти [Справочник нефтепереработчика: Справочник. / Под ред. Г.А.Ласточкина, Е.Д.Радченко, М.Г.Рудина - Л.: Химия, 1986. - 648 с., ил.]. Содержание в мазуте фракций до 350°С доходит до 10-12% [М.Е.Левинтер, С.А.Ахметов. Глубокая переработка нефти. - М.: Химия, 1992. - 224 с.].
Общепринятым методом увеличения отбора светлых фракций в процессе первичной перегонки нефти является применение испаряющего агента, в качестве которого используется водяной пар. При введении водяного пара в низ атмосферной колонны происходит снижение парциального давления углеводородов и в результате барботажа увеличивается поверхность раздела между жидкой и паровой фазами.
К недостаткам известных способов перегонки с водяным паром относятся: увеличение затрат энерции (тепла и холода) на перегонку и конденсацию; повышение нагрузки колонн по парам, что приводит к увеличению диаметра аппаратов и уносу жидкостей между тарелками; увеличение сопротивления и повышение давления в колонне и других аппаратах; обводнение нефтепродуктов и необходимость их последующей сушки; усиление коррозии нефтеаппаратуры; образование больших количеств загрязненных сточных вод [М.Е.Левинтер, С.А.Ахметов. Глубокая переработка нефти. - М.: Химия, 1992. - 224 с.].
При рассмотрении процесса ректификации нефти и ее фракций используются термодинамические соотношения, но не учитывается динамика процесса, на которую влияет величина поверхности раздела жидкой и паровой фаз.
Одной из основных задач перегонки нефти и ее фракций является увеличение глубины отбора легких фракций из кубового остатка.
9
15
Поставленная задача решается путем введения поверхностно-активного вещества соли калия синтетической жирной кислоты - RCOOK, где R=С÷С, в количестве 20÷30 ррm, в сырьевой поток, поступающий в ректификационную колонну, что обеспечивает отбор легких фракций от кубового остатка, достижение требуемого результата осуществляется вследствие снижения времени, необходимого на испарение и кипение остаточной части легких фракций в кубовой части ректификационной колонны.
Указанный технических результат достигается за счет того, что при перегонке нефти и ее фракций затрачивается энергия, характеризующаяся не только скрытой теплотой испарения легких фракций и кубового остатка, но и работой на создание поверхности раздела между жидкой и паровой фазами, согласно формуле
A=S·δ
где А - работа, затрачиваемая на создание поверхности раздела между жидкой и паровой фазами;
S - суммарная поверхность пузырьков паровой фазы;
δ - поверхностное натяжение на границе раздела жидкой и паровой фаз.
Процесс испарения был подробно изучен Д.А.Франк-Каменецким в [Д.А.Франк-Каменецкий. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. - М.: Наука, 1987. - 502 с.], на основании его работы следует, что при условии А=const, со снижением поверхностного натяжения на границе раздела жидкой и паровой фаз (δ) возрастает суммарная поверхность испарения и кипения жидкой фазы (S). С увеличением поверхности раздела между жидкой и паровой фазами пропорционально увеличивается скорость испарения и кипения.
9
15
В таблице 1 представлены результаты испытания влияния поверхностно-активного вещества соли калия синтетической жирной кислоты RCOOK, где R=С÷С, на поверхностное натяжение н-гексана на границе с воздухом.
Таблица 1
Влияние поверхностно-активного вещества RCOOK на величину поверхностного натяжения н-гексана на границе с воздухом
Концентрация присадки, ррm
Поверхностное натяжение н-гексана на границе с воздухом, <img file="00000001.tif" he="7" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
0
17.90
5
13.92
10
11.93
15
16.90
20
17.90
Из данных таблицы 1 следует, что введение RCOOK снижает поверхностное натяжение н-гексана на границе с воздухом, в результате чего снижается работа, затрачиваемая на образование единицы новой поверхности на границе раздела жидкой и паровой фаз, что приводит к ускорению испарения и кипения.
Рассмотрим влияние RCOOK на процесс первичной перегонки нефти. Результаты исследования влияния RCOOK на скорость испарения и кипения Шаимской нефти в условиях перегонки по методу Энглера на аппарате АРНС Э приведены на фиг.1 и 2, а на скорость испарения и кипения фракций нефти, прямогонной бензиновой фракции Шаимской нефти, на фиг.3. На фиг.1 представлена зависимость увеличения выхода фракций от расхода RCOOK при разгонке Шаимской нефти по методу Энглера на аппарате АРНС Э при нагреве до 100°С, где цифрами обозначены: 1 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки ; 2 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки ; 3 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки. На фиг.2 представлена зависимость увеличения выхода фракций от расхода RCOOK при разгонке Шаимской нефти по методу Энглера на аппарате АРНС Э при нагреве до 300°С, где цифрами обозначены: 4 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки ; 5 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки ; 6 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки. На фиг.3 представлена зависимость увеличения выхода бензиновой фракции от расхода RCOOK при разгонке бензиновой фракции Шаимской нефти по методу Энглера на аппарате АРНС Э при нагреве до 100°С, где цифрами обозначены: 7 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки ; 8 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки ; 9 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки .
Зависимости фиг.1, 2 и 3 имеют максимальный экстремум, которые повышаются с увеличением скорости перегонки. Для Шаимской нефти максимальный экстремум наблюдается при расходе RCOOK 27 ррm, а для прямогонной бензиновой фракции Шаимской нефти максимальный экстремум наблюдается при расходе RCOOK 23 ррm.
С оптимальным расходом RCOOK проведен эксперимент по влиянию на скорость испарения и кипения в условиях четкой ректификации Шаимской нефти на аппарате АРН 2, результаты которого представлены на фиг.4. На фиг.4 приведена зависимость увеличения выхода фракций Шаимской нефти при расходе RCOOK 27 ррm от скорости перегонки в условиях четкой ректификации на аппарате АРН 2, где цифрами обозначены: 10 - рассматриваемая зависимость при нагреве до 100°С; 11 - рассматриваемая зависимость при нагреве до 200°С.
Из данных фиг.4 следует, что при введении поверхностно-активного вещества RCOOK с увеличением скорости отбора фракций увеличивается их выход при разгонке до одной и той же температуры.
Способ осуществляется следующим образом: в сырьевой поток ректификационной колонны вводится поверхностно-активное вещество RCOOK в количестве 20-30 ррm, что приводит к ускорению испарения и кипения кубового продукта, вследствие увеличения поверхности на границе раздела жидкой и паровой фаз. Получение развитой поверхности способствует уменьшению временного промежутка, необходимого для приближения к состоянию термодинамического равновесия. Увеличивается отбор отгоняемых фракций от потенциала, снижая потери отгоняемых фракций с кубовым продуктом, при разгонке нефти дизельной фракции с мазутом.