СПОСОБ ГЛУБОКОЙ ОДНОВРЕМЕННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКОГО И ТВЕРДОГО УГЛЕВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF ADVANCED SIMULTANEOUS PROCESSING LIQUID AND SOLID HYDROCARBON MATERIAL AND INSTALLATION TO THIS END

Изобретение относится к нефтехимии, в частности к способу глубокой переработки углеводородсодержащего сырья.
Известны способы переработки нефти или вторичного углеводсодержащего сырья для получения целевых продуктов (например, кокса и/или тяжелой и легкой фракций парогазовых продуктов), включающие следующие общие действия: термообработку с фракционированием, смешивание с другими продуктами, охлаждение (см., например, патенты РФ №2125078, №2022994, заявка РФ №2002120875, дата публикации 2004.06.20; авторские свидетельства СССР №1490134, №1450360 и №1214717).
Общим недостатком рассмотренных технических решений является невозможность одновременной переработки жидкого и твердого углеводородсодержащего сырья.
Известен способ переработки нефти (и его реализующая установка, приведенная в описании изобретения) путем перегонки в атмосферной колонне с получением мазута, его нагрева и перегонки в основной и отпарной вакуумных колоннах с получением вакуумного газойля и гудрона. Затем вакуумный газойль направляют на каталитический крекинг, а гудрон на коксование. Для повышения выхода целевых продуктов мазут после атмосферной колонны направляют в промежуточный вакуумный фракционирующий испаритель с получением компонента вакуумного газойля, который смешивают с вакуумным газойлем основной и отпарной вакуумных колонн. Остаток каталитического крекинга смешивают с гудроном, подаваемым на коксование, а тяжелый газойль коксования, не охлаждая, смешивают с мазутом, направляемым в промежуточный вакуумный фракционирующий испаритель. Установка, реализующая рассмотренный способ, содержит атмосферную колонну, соединенную с промежуточным вакуумным фракционирующим испарителем, посредством печи соединенным с основной вакуумной колонной, соединенной с отпарной колонной, соединенной посредством блока коксования с входом промежуточного вакуумного фракционирующего испарителя, вход блока коксования соединен с выходом блока крекинга, вход которого соединен с промежуточным вакуумным фракционирующим испарителем, основной вакуумной колонной и отпарной вакуумной колонной (см. авторское свидетельство СССР №1447840, C10G 57/00 - прототип).
Рассмотренный способ реализует последовательную глубокую переработку нефти, однако одновременная переработка жидкого и твердого углеродосодержащего сырья невозможна.
Задача изобретения - обеспечение глубокой одновременной переработки жидкого и твердого углеводородсодержащего сырья.
Технический результат поставленной задачи достигается тем, что в способе глубокой одновременной переработки жидкого и твердого углеводородсодержащего сырья, включающем термообработку в испарителе жидкого углеводородсодержащего сырья, охлаждение и раздельное получение целевых продуктов, предлагается до начала термообработки загрузить в испаритель и твердое углеродсодержащее сырье, а затем осуществить их одновременную термообработку последовательным перемещением в испарителе по следующим температурным зонам: до 200°С; 350°С; 500°С и свыше 500°С при соответствующей выдержке.
Технический результат поставленной задачи достигается также тем, что в установке для реализации способа, содержащей печь, как минимум, один испаритель, трубопроводы и элементы управления, предлагается внутренний объем печи крышкой и роторным конвейром, выполненным в виде вертикального вала с лопастями, разделить на «п» секций, в которых установить «n» (где «n»=1, 2, 3, …) испарителей с возможностью осевого перемещения. При этом «n - 2» секций обеспечивают нагрев испарителей до 200°С; 350°С; 500°С и свыше 500°С при соответствующей выдержке. Предлагается также одну секцию снабдить воротами, контактирующими с конвейром, взаимодействующим с кантователем, снабженным очистителем для перегрузки испарителей, а другую секцию предназначить для охлаждения испарителей. Установку предлагается снабдить механизмом загрузки твердого углеводородсодержащего сырья, трубопроводами с элементами управления для загрузки жидкого углеводородсодержащего сырья в испарители и трубопроводами с элементами управления для отвода полученных продуктов из испарителей, которые разместить на крышке печи; трубопроводы с элементами управления для отвода полученных продуктов из испарителя соединить с входами конденсаторов, первые выходы которых соединить с емкостями, а вторые выходы посредством вентилятора соединить с секциями печи.
На фиг.1 представлена установка для глубокой одновременной переработки жидкого и твердого углеводородсодержащего сырья, вид сверху со снятой крышкой.
На фиг.2 - сечение А-А фиг.1.
На фиг.3 - принципиальная гидравлическая схема.
Установка состоит из печи 1, внутренний объем которой разделен крышкой 2 (крышка 2 может быть выполнена вращающейся), ротором конвейра 3, их гнездами 4, в которых установлены шесть испарителей 5 на шесть секций: I, II, III, IV, V, VI. Причем четыре испарителя расположены в дымоходе печи, а два вне дымохода. Печь 1 снабжена воротами 6, контактирующими с конвейром 7, на котором смонтирован кантователь 8 с очистителем (не показан) испарителей 5 и механизмом для загрузки твердого углеводородсодержащего сырья (не показано). Крышка 2 соединена с конденсаторами «А», «В», «С» и «D» соответствующими трубопроводами 9 с клапанами 10 отвода продуктов 13 деструкции и с испарителем 5 соответствующими трубопроводами 11 с клапанами 12 для подачи жидкого 14 углеводородсодержащего сырья. Крышка 2, роторный конвейр 3 и гнезда 4 взаимодействуют с внутренней поверхностью печи 1, разделяя сепаратором 15 ее объем на секции I, II, III, IV, соответственно обеспечивающие нагрев испарителей 5 до температур: свыше 500°С; до 500°С; до 350°С; до 200°С. V - секция перегрузки испарителей 5; VI - охлаждение секций 5. В системе трубопроводов 9 отвода продуктов деструкции установлен вентилятор 16 (насос), обеспечивающий вакуумирование до = 0,95 ата. В печи 1 конструктивно обеспечен выброс продуктов сжигания топлива (обводные каналы, труба и т.д.) (не показано).
Установка работает следующим образом.
На кантователе 8 в испаритель 5 загружается твердое углеводородсодержащее сырье с катализаторами (не показано) с последующей подачей конвейром 7 через ворота 6 в гнездо 4 печи 1. Ворота 6 закрывают, через трубопровод 11 с клапаном 12 обеспечивают дозагрузку жидким углеводородсодержим сырьем 14. Роторным конвейром 3 испаритель 5 последовательно поступает в секции IV, III, II, I с соответствующим нагревом до 200°С; 350°С; 500°С и свыше 500°С при соответствующей выдержке, последующей транспортировкой в секцию VI охлаждения, затем секцию транспортировки 5. Открывают ворота 6 и конвейром 7 транспортируют испаритель 5 к месту выгрузки шлака, очистки испарителя 5 и последующей загрузкой твердого углеводородсодержащего сырья 14. Параллельно продукты деструкции 13 соответственно из испарителей 5, находящихся в секциях I, II, III, IV, поступают в конденсаторы «А», «В», «С» и «D», из которых конденсат поступает в соответствующие емкости для хранения (не показано), а несконденсированные продукты деструкции вентилятором 16 направляются на форсунку (не показано) печи 1. Количество температурных зон соответствует существующим технологическим процессам (возможны иные температурные зоны), поэтому ротор представлен 6-ю секциями. Количество испарителей в секции (см. фиг.1) для примера показано одним, но при большей производительности испарителей двумя и более.
Предложенное техническое решение позволяет проводить глубокую одновременную переработку жидкого и твердого углеводородсодержащего сырья, что позволяет одновременно с расширением сырьевой базы обеспечить защиту окружающей среды от отходов промышленности и жизнедеятельности человека.
Примеры конкретного применения.
Была изготовлена печь с шестью испарителями с вращающейся крышкой. Испарители выполнены из нержавеющей стали марки ОХ18Н10Т с параметрами: высота - 2000 мм, диаметр - 1200 мм, толщина стенки - 6 мм, с полезной загрузкой
3
≈ 2 м.
В качестве исходного сырья (шихты) использовали:
- твердое углеводородсодержащее вторсырье: автомобильные шины преимущественно с металлокордом, резиновые шланги, обрезиненные кабели и шланги высокого давления;
- жидкое углеводородсодержащее вторсырье: отработанные автомобильные масла и отходы при очистке цистерн, перевозивших мазут.
В качестве катализатора были использованы диспергированные до крупности не более 0,1 мм образцы из 5, 10, 15, 20 метровой глубины (считая с вершины) отвала Аллареченского месторождения, где добывают медь, никель, кобальт; содержащие с погрешностью, определяемые по нормам погрешности при определении химического состава минерального сырья по III категории точности (ОСТ 41-08-212-04), см. табл. №1.
Загрузку в испарители проводили в последовательности:
- твердая углеводородсодержащая шихта;
- катализатор;
- жидкая углеводородсодержащая шихта.
Выдержка в каждой температурной зоне составляла » 1,3 часа.
Были проведены 4 загрузки, каждая в течение 5 рабочих дней, для определения влияния количества катализатора на выход жидкой фракции целевого продукта, см. табл. №2.
Проведенные исследования дают основание считать, что оптимальное содержание катализатора ≈ 0,1÷0,2%, обеспечивающее повышение содержания выходящего жидкой фракцией целевого продукта на ≈ 8%. Дальнейшее повышение содержания катализатора 0,3% экономически нецелесообразно; содержание металлов более 10% связано с тем, что в качестве твердой шихты использованы значительные количества шлангов высокого давления, снабженных металлическими штуцерами и оплеткой; а неметаллы - это загрязнители шихты (песок, глина и т.д.), причем отделение металлов от неметаллов выполнялось при очистке испарителя на сетку, задерживающую магнитный металл.
Таблица №1Химический состав минерального сырья катализатора.
Образец из глубины отвала, м
Содержание, %
SiO<sub>2</sub>
TiO<sub>2</sub>
Аl<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
Fе<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
MnO
К<sub>2</sub>О
Na<sub>2</sub>O
SO<sub>3</sub>
Р<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
N<sub>2</sub>O
CuO
CoO
* Pt, Pd
H<sub>2</sub>O
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
5
до 100
0,43
9,63
25,34
2,52
3,69
0,11
1,11
0,91
22,21
0,10
3,26
2,00
0,051
0,01
0,22
10
до100
0,49
10,49
21,73
2,66
3,62
0,11
1,25
0,88
16,18
0,11
1,62
2,63
0,037
0,01
0,58
15
до100
0,49
10,17
21,60
2,68
3,70
0,11
1,25
0,88
16,39
0,10
1,59
2.74
0,035
0,015
0,41
20
до100
0,79
10,38
16,48
3,08
7,65
0,11
1,31
1,13
7,61
0,13
0,78
0,96
0,017
0,017
0,7
* - твердые растворы, включающие PtFe, PtCu и сросшийся с платиной палладий, причем Pt и Pd в среднем соотношении 5:1.
Влияние катализатора на выход целевых продуктов.
Таблица №2
№№ п/п
загрузка в испаритель, содержание в % к весу
выход целевого продукта, содержание в % к весу
углеводородсодержащая шихта
катализатор
жидкая фракция
твердая фракция
при очистке испарителя
твердая
жидкая
С<sub>5</sub>-С<sub>9</sub>, Т<sub>кип</sub> 40-150°С **
С<sub>9</sub>-С<sub>20</sub>, Т<sub>кип</sub> 150-340°С
С<sub>20</sub>-С<sub>35</sub>,Т<sub>пл</sub>40-65°С
С<sub>35+</sub>, Т<sub>пл</sub> выше 65°С
металлы
Неметал-лы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
60
до 100
0,05
18,1
14,2
31
24,4
11,0
1,3
2
62
до 100
0,1
24,1
16,5
29
17,6
10,7
2,1
3
60
до 100
0,2
24,2
17,1
27
18,8
11,2
1,7
4
63
до 100
0,3
24,2
17,2
27,4
18,0
11,4
1,8
** содержание воды в жидкой фракции C<sub>5</sub>-C<sub>9</sub> не превышало 25%, отделяли в отстойнике, причем при снижении содержания твердой фракции снижалось содержание воды.