УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЕШЛАМОВ
OIL SLUDGE PROCESSING UNIT

Изобретение относится к технологии переработки нефтешламов и вязкой нефти, которые образуются при длительном хранении в амбарах, озерах испарителях, на предприятиях нефтепродуктообеспечения. Изобретение направлено на создание технологической установки для переработки нефтешламов и вязкой нефти в любых климатических условиях при температуре окружающей среды от -50 до +45°C.
Известна установка для осуществления каталитического крекинга нефтепродуктов, которая содержит сообщенные между собой устройство для обработки исходного сырья, устройство для выделения конечных продуктов, сообщенное в свою очередь с устройством для охлаждения и конденсации конечного продукта и с устройством для сепарации углеводородных газов (см. Рудин М.Г., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика. Л.: Химия, 1980, с.70-73).
Указанная установка очень громоздка, сложна в обслуживании и не позволяет интенсифицировать химико-технологические процессы с перерабатываемым сырьем.
Известна установка для термической переработки тяжелых нефтесодержащих фракций, включающая сообщенные между собой устройство для обработки исходного сырья, включающее рабочую емкость для исходного сырья, устройство выделения конечных продуктов, состоящее из устройства для разделения обработанного сырья и устройства для охлаждения и конденсации конечного продукта, а также накопительные емкости для конечного продукта и нерасщепленных продуктов термического крекинга. Устройство для обработки исходного сырья дополнительно содержит связанные с рабочей емкостью генератор и излучатель акустических колебаний и генератор электромагнитных колебаний, который электрически связан с размещенной в рабочей емкости для исходного сырья излучающей антенной, выполненной в виде размещенных в цилиндрическом корпусе двух излучающих контуров, каждый из которых состоит из ряда поперечных, параллельных перфорированных металлических пластин, жестко закрепленных на стенке корпуса. При этом контуры выполнены из металла с разной электроотрицательностью, а пластины одного из контуров размещены между пластинами другого контура, причем корпус указанного излучателя выполнен из диэлектрического материала со свойством пьезоэффекта, а устройство выделения конечных продуктов выполнено в виде крекингового котла для продуктов воздействия, связанного с дефлегматором-дистиллятором, выход которого сообщен с накопительными емкостями для готового продукта и нерасщепленных продуктов крекинга (патент RU 2215775, МПК C10G 15/00, B01J 19/08, B01J 19/10, B01J 19/12, опубл. 10.10.2008 г.).
Недостатком указанного устройства является применение аккустических и электромагнитных генераторов, которые не оказывают серьезное воздействие на углеводородное сырье.
Известна установка для термического крекинга тяжелых нефтяных остатков, содержащая печь для нагрева исходного сырья до требуемой температуры, выносной реактор, блок разделения продуктов крекинга, соединенный с выносным реактором линиями подачи жидких и газообразных продуктов. Установка дополнительно снабжена блоком предварительного нагрева исходного сырья, соединенным с инжектором-смесителем со сжатым воздухом линией подачи всего нагретого сырья или его части, выход которого соединен с линией вывода оставшегося нагретого сырья с блока его нагрева и с газожидкостным сепаратором для отделения отработанного воздуха от активированного тяжелого нефтяного остатка, выводимого с низа сепаратора и подаваемого на вход печи для нагрева до требуемой температуры (патент RU №2232789, МПК C10G 9/00 от 20.07.2004 г.).
Недостатком данной установки является образование в сырье пероксидов перед подачей сырья в печь для нагрева. При этом в печи нагрева значительная часть пероксидов разрушается, что снижает эффективность последующего процесса крекинга. Кроме того, присутствие пероксидов в печи нагрева повышает вероятность коксообразования, по крайней мере, в зонах местного перегрева.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является установка для переработки тяжелых нефтяных остатков, содержащая соединенные между собой трубопроводами источник исходного сырья, печь для нагрева исходного сырья, источник сжатого воздуха, выносной реактор термического крекинга и блок разделения светлых продуктов крекинга, причем источник сжатого воздуха соединен с реактором термического крекинга. Между источником сжатого воздуха и реактором термического крекинга помещен нагреватель сжатого воздуха, а реактор термического крекинга дополнительно соединен с закалочным аппаратом и/или отпарной колонной (RU 2335525, МПК C10G 9/00, опубл. 10.10.2008 г.).
Недостатком данного устройства является незначительный выход светлых фракций при переработке тяжелых нефтяных остатков, что ведет к снижению производительности установки.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение выхода светлых фракций при переработке тяжелых нефтяных остатков.
Поставленная задача решается тем, что установка для переработки нефтешламов включает сообщенные между собой устройство для обработки исходного сырья, устройство выделения конечных продуктов, соединенного с устройством для охлаждения и конденсации конечного продукта, а также накопительные емкости для конечного продукта и нерасщепленных продуктов термического крекинга. Устройство для обработки исходного сырья выполнено из трех соединенных между собой диафрагм с разным диаметром сечений, на выходе которых установлен полый шар, в котором закреплен металлический шар.
Такое выполнение обеспечивает механическую деструкцию исходного сырья за счет создания высокого давления и перехода потенциальной энергии в кинетическую, в результате чего коагулирующие массы сырья разрушаются и переходят в мелкодисперсное состояние, текучесть и прокачиваемость исходного сырья увеличивается.
Устройство для выделения конечных продуктов состоит из блока подготовки, фильтров-адсорберов, каталитического реактора, источника водяного пара
Блок подготовки выполнен в виде горизонтального расположенного тора, внутри которого установлены ребра, параллельно боковым стенкам, по всей длине корпуса, вход которого соединен с устройством для обработки исходного сырья и источником водяного пара, а выход - с фильтрами-адсорберами.
Выполнение блока подготовки в виде горизонтального расположенного тора обеспечивает вращение жидкости по кругу и, подавая новые порции в нагретую среду с более высокой температурой, помогает добиваться большего испарения.
Ограничение блока подготовки ребрами, установленными параллельно боковым стенкам по всей длине корпуса, позволило выполнить решение температурной задачи, так как ребра, размешенные в блоке подготовки, значительно увеличивают тепловое воздействие на жидкость. Нагрев днища блока подготовки выполняется с одновременным нагревом ребер. Температурное поле днища значительно вырастает за счет ребер, что позволяет говорить о равномерном выравнивании температуры и сокращении времени выхода на рабочий режим. Стенки ребер, кроме того, играют роль своеобразного гасителя при закипании нефти, так как они снижают молекулярное сцепление жидкости с поверхностью. Растекание жидкости по днищу тора в виде тонких пленок при дробной подаче позволяет сокращать расход электроэнергии для совершения работы по его испарению, что значительно увеличивает производительность процесса.
Фильтры-адсорберы состоят из корпуса, чугунного и керамического наполнителя, расположенного слоями друг за другом. Под днищем фильтров-адсорберов расположены термостатические рубашки, выходы фильтров-адсорберов соединены с противоположно направленными входами каталитического реактора.
Под воздействием температуры около 400° и слоя кислой керамики с чугунным наполнителем происходит очищение парогазовой фазы в фильтре-адсорбере от сернистых компонентов, чем снижается вредное воздействие и отравление катализатора в каталитическом реакторе
За счет подачи в каталитический реактор парогазовой фазы из фильтров-адсорберов навстречу друг другу, а водяного пара против движения парогазовой фазы создается эффект циклона или вихря, попросту закалка парогазовой фазы, что позволяет значительно легче разделить ее на легкую и тяжелую часть.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
фиг.1 - схема установки для переработки нефтешламов,
фиг.2 - технологическая схема установки переработки нефтешламов,
фиг.3 - устройство для обработки исходного сырья УС,
фиг.4 - блок подготовки БТ,
фиг.5 - разрез по А-А на фиг.4,
фиг.6 - фильтр-адсорбер Ф,
фиг.7 - каталитический реактор В.
Установка для переработки нефтешламов представляет собой модульную конструкцию, размещенную в металлическом контейнере, и устанавливается на открытой площадке.
После установки контейнера с оборудованием на место эксплуатации производится подключение оборудования к накопительным емкостям сырья. Все оборудование размещается в утепленном контейнере.
Установка для переработки нефтешламов состоит из двух контейнеров и имеет в своем составе: модуль управления, установку по переработке нефтешламов, емкостное оборудование.
Контейнеры устанавливаются на подготовленную площадку, где производятся монтажные работы по соединению всех узлов с помощью трубопроводов.
Модуль управления укомплектован электрощитами, блоками коммутации, видеонаблюдением, которые предназначены для управления и контроля за ходом процесса в установке по переработке шламов.
Емкостное оборудование разделено на сырьевой парк и парк нефтепродуктов. Перекачки в парках производятся агрегатированными насосами.
1
2
3
4
5
Установка для переработки нефтешламов содержит емкости E1, Е2 - для подачи сырья, Е3, Е4 - для подачи воды, устройство для обработки исходного сырья УС, блок подготовки БТ, фильтры-адсорберы (Ф), каталитический реактор В, теплообменники Т Т Т Т Т, трехфазные сепараторы СП, ПГ - парогенератор для подачи пара.
Устройство для обработки исходного сырья (УС) состоит из трех соединенных между собой диафрагм 1 с разным диаметром сечений, на выходе которых установлен полый шар 2, в котором закреплен металлический шар 3. В центре полого шара имеется патрубок 4 для выхода жидкости.
2
Блок подготовки БТ с расчетным давлением менее 0,7 кг/см и температурой стенки менее 360°C используется для проведения циркуляционного низкотемпературного крекинга, рабочая среда - пароуглеводородная смесь.
Блок подготовки БТ содержит корпус 5, выполненный в виде горизонтального расположенного тора, выходного патрубка 6, входного патрубка 7, патрубка перетока 8. Внутри корпуса 5 установлены ребра 9 параллельно боковым стенкам по всей длине корпуса. Сверху над ребрами 9 установлена тарелка 10 со стаканами 11.
2
Фильтр-адсорбер (Ф) с расчетным давлением менее 0,7 кг/см и температурой стенки менее 400°C используется для очистки пароуглеродной смеси газов, смешивания с водородосодержащим газом и подогревом всей смеси газов до температуры 400°C, рабочая среда - пароуглеводородная смесь.
Фильтр-адсорбер (Ф) состоит из корпуса 12, крышки 13, входного патрубка 14, чугунного 15 и керамического наполнителя 16, расположенного слоями друг за другом, выходного патрубка 17, под днищем расположена термостатическая рубашка 18.
2
Каталитический реактор В с расчетным давлением менее 0,7 кг/см и температурой стенки менее 200°C используется для каталитической ректификации и разделения углеводородов на фракции по плотностям, рабочая среда - пароуглеводородная смесь.
Каталитический реактор В представляет собой корпус 19 цилиндрической формы, состоящий из пяти секций. В каждой секции установлены: катализатор 20, тарелка 21 со стаканами 22. В средней части реактора установлено два входных противоположно расположенных патрубка 23. Выходные патрубки 24 установлены в каждой секции.
Работа установки для переработки нефтешламов
Процесс переработки сырья протекает при непрерывной подаче водяного пара в блок подготовки БТ и ректификационную колону каталитического реактора В. Пар необходимо подать перед началом работы в ректификационную колону каталитического реактора В для прогрева установки и вытеснения воздуха (содержание кислорода не должно превышать 1% об.).
1
Сырье (мазут, нефтешлам), предварительно подогретое до 90°, подается в емкость E, откуда насосом под давлением через диафрагмы 1 устройства для обработки исходного сырья УС поступает в полый шар 2 и ударяется о металлический шар 3, за счет создания высокого давления и перехода потенциальной энергии в кинетическую происходит механическая деструкция жидкости. По команде оператора сырье циркулирует из емкости Е1 в емкость Е2 и обратно в течение необходимого времени для увеличения подвижности жидкости (уменьшения плотности), в результате чего коагулирующие массы сырья разрушаются и переходят в мелкодисперсное состояние, текучесть и прокачиваемость жидкости увеличивается.
Подготовленное таким образом сырье самотеком дробными порциями тонким слоем поступает через входной патрубок 7 на днище блока подготовки БТ, где его подогревают до температуры 320-340 градусов в пространстве между ребрами 9. Одновременно с подогревом в блок подготовки БТ подают водяной пар.
Задача блока подготовки БТ состоит в испарении нефтешлама для получения рабочего газа. Вращая жидкость по кругу и подавая новые порции в нагретую среду с более высокой температурой, добиваются большего испарения. Расход сырья, подаваемого в блок подготовки БТ, контролируют при помощи дозатора жидкости и регулируют электромагнитным клапаном.
Ограничение блока подготовки БТ ребрами 9, установленными параллельно боковым стенкам по всей длине корпуса, позволило выполнить решение температурной задачи, так как ребра 9, размешенные в блоке подготовки БТ, значительно увеличивают тепловое воздействие на жидкость. Нагрев днища блока подготовки БТ выполняется с одновременным нагревом ребер 9. Температурное поле днища значительно вырастает за счет ребер 9, а ограничение блока подготовки БТ по высоте тарелкой 10 позволяет говорить о равномерном выравнивании температуры и сокращении времени выхода на рабочий режим. Стенки ребер 9, кроме того, играют роль своеобразного гасителя при закипании нефти, так как они снижают молекулярное сцепление жидкости с поверхностью. Растекание жидкости по днищу тора в виде тонких пленок при дробной подаче позволяет сокращать расход электроэнергии для совершения работы по его испарению и значительно увеличивает производительность процесса.
Парогазовая фаза из блока подготовки БТ через выходные патрубки 6 поступает через входные патрубки 14 в фильтры-адсорберы (Ф), где, проходя через слой чугунного наполнителя 15 и керамического наполнителя 16, под воздействием температуры около 400° происходит ее очищение от сернистых компонентов, чем снижается вредное воздействие и отравление катализатора в каталитическом реакторе.
Очищенная парогазовая фаза из фильтров-адсорберов (Ф) через выходные патрубки 17 поступает через два входных противоположно расположенных патрубка 23 в ректификационную колону каталитического реактора В с двух противоположных сторон, а водяной пар подается против движения парогазовой фазы, куда дополнительно подается водородосодержащий газ, при этом создается эффект циклона или вихря, за счет чего происходит закалка и легкие углеводородные фракции устремляются вверх, а тяжелые вниз. Температура в каталитическом реакторе В - 200°C.
1
2
3
4
5
Легкие фракции углеводорода поднимаются в верхние секции каталитического реактора В, а более тяжелые опускаются в нижние секции каталитического реактора В, которые, вступая в реакцию с катализатором, осаждаются на тарелки 21, откуда самотеком вытекают в теплообменики Т T Т Т Т, которые охлаждают жидкую фазу, а при помощи сепаратора СП идет разделение на фазы: газ, воду и нефтепродукты. Нефтепродукты сливаются самотеком в разные емкости: вода поступает на пополнение водяных емкостей, а непрореагировавший ВСГ возвращается обратно в процесс. Перед загрузкой в цистерны нефтепродукт пропускается через фильтры тонкой очистки для окончательного обезвоживания. Дренажные стоки в работе установки не образуются.
Подвоз нефтешлама (нефти) выполняется автотранспортом и сливается в сырьевую емкость. Уровень в емкости контролируется уровнемером, температура продукта в емкости контролируется термопарой. Основными средствами охраны окружающей среды от вредных воздействий нефтепродуктов является использование герметичного оборудования в технологическом процессе установки для переработки тяжелых нефтяных остатков. Количество разъемных соединений сведено к минимуму. Технология производства нефтепродуктов на установке для переработки тяжелых нефтяных остатков исключает жидкостные выбросы, а следовательно их вредное воздействие на окружающую среду. Оборотная вода, погружные и контактные теплообменники, градирни, факельные трубы, как правило, являющиеся источниками загрязнения окружающей среды, в технологии установки не применяются. Образующиеся горючие газы вовлекаются в технологический процесс. Для предотвращения выделения сернистых газов, образования неприятных запахов и зацветания подслойной воды в дренажную емкость добавляется хлорная известь в виде 15% раствора, которая вводится через смотровой люк. При наполнении дренажной емкости стоки насосом подаются в качестве оборотной воды для системы охлаждения установки.
Нефтепродукты, производимые на установке для переработки тяжелых нефтяных остатков, не обладают способностью образовывать токсичные соединения в воздушной среде и сточных водах в присутствии других веществ или факторов при температуре окружающей среды. При производстве, хранении и применении нефтепродуктов предусмотрены меры, исключающие попадание их в системы бытовой и ливневой канализации, а также в открытые водоемы.