УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕПРОДУКТОВ ОТ СЕРАОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ

Полезная модель относится к устройствам для очистки нефтепродуктов (сырая нефть, керосиновая, дизельная и др. фракции) от сераорганических примесей, в частности к устройствам для очистки с применением адсорбентов, и может быть использована в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.
Известно устройство для очистки нефтепродуктов от сераорганических примесей, включающее ротор-барабан с введенными в него адсорбентом и исходным нефтепродуктом, при этом количество адсорбента и количество нефтепродукта берут в массовом соотношении (1,5-2,0):1, процесс очистки от примесей проводят в центробежном поле путем совместного вращения адсорбента и исходного нефтепродукта в роторе-барабане, вращение ротора-барабана устанавливают в пределах 2000-2500 об /мин в течение 30-40 мин. [Кадыров М.У., Крупин С. В., Барабанов В.П. Патент RU 2171826 С1. Способ выделения сераорганических соединений нефти из нефтепродуктов]. Такое техническое решение позволяет достичь степени очистки чистыми адсорбентами нефтепродуктов от примесей серы в пределах 84-93% от ее первоначального содержания, что является существенным прогрессом по сравнению с другими известными способами. Прогрессивность применения описанного устройства проявляется также в том, что при его работе не требуется применение дефицитных дорогостоящих химических веществ - элюентов, количество адсорбента нужно брать в 8-10 раз меньше, чем в аналогичных устройствах.
Недостатками приведенного устройства являются: низкая производительность установки из-за слишком большого времени процесса поглощения сорбентом примесей серы, из-за необходимости периодической остановки ротора-барабана для слива из него смеси нефтепродуктов и сорбента, необходимости
последующей загрузки в ротор-барабан новой порции смеси нефтепродуктов и сорбента, на повторный запуск во вращение ротора-барабана требуются большие дополнительные затраты электроэнергии. Поэтому способ, использующий данное устройство, имеет высокую стоимость, не технологичен, не непрерывен и не оптимален для очистки от серы нефтепродуктов в промышленных условиях, не применим для непрерывной очистки нефтепродуктов.
Известны устройства, использующие адсорбционные принципы выделения сераорганических соединений нефти (ССН) из нефтепродуктов - сырой нефти, керосиновой, дизельной фракций, основанные на жидкостной хроматографии, путем пропускания исходного нефтепродукта через неподвижный слой адсорбента, установленный в колонке. В качестве адсорбента применяют силикагель, окись алюминия, активированный уголь, гипс и их смеси (Химия сераорганических соединений, содержащихся в нефти и нефтепродуктах, М.: Изд-во АН СССР, 1959, 126-137).
Однако на такого рода установках достигается малая степень очистки нефтепродуктов от сераорганических примесей - всего 30-35% от общего количества серы, присутствующей в исходном сырье. Это объясняется тем, что метод жидкостной хроматографии с использованием чистых адсорбентов не позволяет выделить сернистые соединения, свободные от ароматических углеводородов. Кроме того, к недостаткам относятся: 1) большой расход элюентов как в количественном (их берут в количестве в 4-5 раз больше исходного нефтепродукта), так и качественном (берут 3-4 элюента с разными элюирующими способностями) отношениях; 2) большой расход адсорбента, количество которого превышает количество исходного нефтепродукта в 15-20 раз.
Известны устройства, использующие способы выделения сераорганических примесей из нефтепродуктов при 150-370°С с помощью жидкостной хроматографии на силикагеле или окиси алюминия, обладающие повышенной избирательностью к сераорганическим соединениям. Повышение избирательности
позволяет увеличить степень очистки нефтепродуктов от ССН до 70% от общего содержания серы. Такое увеличение степени выделения ССН из нефтепродуктов достигается модифицированием и импрегнированием силикагеля и окиси алюминия ацетатом ртути, нитратом серебра, хлористым палладием, хлоридом цинка, тетрахлоридом олова. Данные устройства опробованы в лабораторных условиях. Однако, применение их в промышленности практически невозможно из-за: 1) использования дорогостоящих, дефицитных, токсичных и экологически опасных химических веществ - элюентов; 2) негативного влияния данных веществ на качество самих нефтепродуктов; 3) не технологичности операций подготовки адсорбентов и хроматографической колонки. (Патент РФ 2083640, С10G 25/00, 10.07.97).
Известно устройство, в котором применяется способ выделения сераорганических примесей из нефтепродуктов, в частности из керосина, с помощью жидкостной хроматографии с использованием адсорбента, модифицированного диметилформамидом, где адсорбент представляет собой смесь активированного угля и отбеливающей глины (А.С. СССР №419545; С10G 25/00, 15.03.74). Выделение сераорганических примесей и нефтепродуктов осуществляется при комнатной температуре в адсорбционной колонке. Лабораторную проверку эффективности действия устройства проводили в стеклянном перколяторе с высотой столба адсорбента 300 мм. Количество исходной фракции (керосина) брали к количеству смеси адсорбентов в соотношении 1:1. Данное количество керосина пропускали самотеком через неподвижный слой адсорбента, модифицированного до 10% диметилформамидом. В результате этой операции получали адсорбат в количестве 80-82 вес. % и с содержанием остаточной серы от 0,05 до 0,2 вес. %, а также сераароматический концентрат в количестве 15-17 вес. % и с содержанием серы 6,0-8,5 вес. %, что составляет степень выделения общей серы 70-80%.
Недостатком такого устройства является недостаточная производительность установки; недостаточная эффективность очистки на установке нефтепродуктов от примесей; повышенная стоимость очистки в устройстве нефтепродуктов
от сераорганических примесей, т.к. для модифицирования адсорбентов необходимо использовать дорогостоящие и дефицитные химические вещества; ухудшение свойств нефтепродуктов из-за необходимости применения диметилформамида.
Имеется устройство для очистки жидкостей, включающее корпус колонки, слой адсорбента, через который пропускают жидкость, электроды, создающие в слоях адсорбента поле электрического тока при напряженности электрического поля не менее 1 В/см [см. RU 20759994 Cl, 27/03/1997]. На установке можно достигать до 85-процентной очистки электропроводящих жидкостей от различного рода примесей, в частности сырой не обезвоженной нефти от сераорганических примесей. По числу совпадающих существенных признаков и максимально достижимому положительному эффекту это устройство принято за прототип к настоящему техническому решению.
Недостатками устройства-прототипа являются: невозможность очистки на ней обезвоженной нефти, нефтепродуктов (бензина, керосина, газойля, дизельного топлива), т.к. все они имеют высокую диэлектрическую постоянную, в связи с чем электрическое поле в них не проникает, и в устройстве-прототипе они не могут очищаться от сераорганических примесей; к недостаткам относится также недостаточная производительность, эффективность очистки сырой нефти, т.к. введенные в слои сорбента электроды - катоды и аноды - создают в прилегающих к ним слоях адсорбента соответственно, катодные и анодные зоны, в которых эффективность очистки от сераорганических примесей существенно отлична, поэтому в устройстве происходит неравномерная очистка нефти от сераорганических примесей.
Технический результат полезной модели: доступность очистки от сераорганических примесей обезвоженной нефти и нефтепродуктов; увеличение производительности, эффективности очистки нефтепродуктов от сераорганических примесей при работе на предлагаемом устройстве; увеличение равномерности степени очистки нефтепродуктов от сераорганических примесей по объему слоев адсорбента; достижение степени очистки от сераорганических
примесей до 95-98%; удешевление процесса очистки от сераорганических примесей; применение предлагаемого устройства приведет: к существенному увеличению стоимости экспортируемой нефти, т.к. нефть без примеси серы стоит существенно дороже на мировом рынке, чем нефть с примесями серы; к существенному уменьшению себестоимости бензина, керосина и других фракций нефти из-за отсутствия необходимости применения дорогостоящих процессов очистки этих фракций нефти от серы, т.к. сераорганические примеси будут удалять, как правило, из сырой нефти; к существенному уменьшению загрязненности окружающей среды соединениями серы, исключению опасности выпадения на местности кислотных дождей из-за выхода в атмосферу соединений серы от сгорания нефтепродуктов в различного рода машинах, аппаратах, котельных, ТЭЦ и других установках.
Указанный технический результат предлагаемого устройства достигается тем, что устройство включает смеситель обезвоженной нефти, нефтепродуктов с электропроводящими веществами, отдельную емкость для электропроводящих веществ, заземленный электропроводящий корпус колонки, заземленный электропроводящий центральный стержень, имеющийся в колонке, неподвижный слой адсорбента в колонке, через который пропускают исходную нефть или нефтепродукты, электрод внутри слоев адсорбента с переменной полярностью, создающий в слоях адсорбента постоянное электрическое поле напряженностью Е=1000-15000 В/м между электродом и заземленными, т.е. находящиеся под нулевым потенциалом, электропроводящим корпусом и электропроводящим центральным стержнем, выпрямитель, создающий постоянное электрическое поле между электродом с одной стороны и корпусом колонки и центральным стержнем с другой стороны, переключатель полярности электрического потенциала на электроде, гермоввод для ввода напряжения постоянного тока на электрод внутри слоев адсорбента.
Сущность полезной модели поясняется чертежом на фиг.1 и 2, на которых, в частности, представлены вертикальный и горизонтальный разрезы колонки. Устройство включает смеситель 1 обезвоженной нефти, нефтепродуктов
с электропроводящими веществами, находящимися в емкости 2, заземленный электропроводящий корпус колонки 3, заземленный электропроводящий центральный стержень 4, неподвижный слой адсорбента 5 в колонке, через который пропускают исходную нефть или нефтепродукты, электрод 6 внутри слоев адсорбента с переменной полярностью, создающий в слоях адсорбента постоянное электрическое поле напряженностью Е=1000-15000 В/м между электродом 6 и заземленными, т.е. находящиеся под нулевым потенциалом, электропроводящим корпусом 3 и электропроводящим центральным стержнем 4, выпрямитель 7, создающий постоянное электрическое поле между электродом 6 с одной стороны и корпусом колонки 3 и центральным стержнем 4 с другой стороны, переключатель 8 полярности электрического потенциала на электроде, гермоввод 9 для ввода напряжения постоянного тока на электрод внутри слоев адсорбента.
Указанные в формуле полезной модели пределы параметров напряженности поля выбирают, исходя из следующих соображений. Максимальная величина напряженности электрического поля Е=15000 В/м применяется при максимально допустимых значениях скорости потока нефтепродуктов через колонку (например, при принудительной прокачке нефтепродуктов через колонку) и при относительно малых длинах колонок. Нижний предел величины электрического поля напряженностью Е=1000 В/м принимается при пропускании через колонку нефтепродуктов с относительно невысокой скоростью протечки (например, при пропускании самотеком) и при достаточно больших длинах колонок.
Пример 1. Смеситель 1 представляет собой емкость из нержавеющей стали с толщиной стенки 0.003 м, в которую входят трубопроводы от магистрали, подающей на очистку нефтепродукты и от емкости 2, в которой содержатся электропроводящие вещества. В качестве адсорбента 5 в корпусе 3 колонки применяют один из видов амфотерных материалов, а именно, порошок монтмориллонита, смешанный в массовом соотношении 1:1 с порошком природного цеолита Холинского месторождения, длину корпуса 3 цилиндрической
колонки из нержавеющей стали диаметром 0,3 м принимают равной 1,5 м, одним из электродов является ее корпус 3 и внутренний электрод 4, расположенный по центру вдоль оси, представляющий собой стержень из нержавеющей стали диаметром 0,05 м, вторым электродом 6 является набор цилиндрических коаксиально расположенных на середине расстояния по сечению колонки сеток из нержавеющей стали; на электроды подают электрическое поле напряженностью Е=10000 В/м, через колонку самотеком пропускают керосиновую фракцию арланской нефти с добавкой 0,01 вес. % поваренной соли, подаваемой в смеситель 1 из емкости 2; этого содержания соли достаточно для достижения величины электропроводности керосиновой фракции арландской нефти, необходимой и достаточной для эффективного процесса очистки данного нефтепродукта от примесей, исходное содержание в нефтепродукте серы было равно 1,42 вес. %; после пролива через колонку нефтепродукт был очищен на 97% от общего количества сераорганических примесей. На устройстве-прототипе на той же геометрии колонки добиваются 84-90 %-ной очистки такого же нефтепродукта, при этом затрачивают дорогостоящий элюент диметилформамид, к тому же данный элюент ухудшает качество адсорбента, в данном случае монтморилонита и природного цеолита, у которых снижаются динамическая и статическая обменные емкости, поэтому после нескольких суток работы их необходимо заменять на новые загрузки. Таким образом, применением предлагаемого устройства происходит удешевление процесса очистки от сераорганических примесей, т.к. стоимость элюента на два порядка выше стоимости затрачиваемой поваренной соли и расхода электроэнергии в процессе очистки, замену монтморилонита и природного цеолита необходимо проделывать не чаще полугода непрерывной очистки нефтепродуктов от сераорганических примесей, а не через несколько дней, как это производится в устройстве-прототипе, к тому же очистка нефтепродукта происходит до существенно низких содержаний сераорганических примесей в нефтепродукте, что существенно увеличивает качество
нефтепродуктов, их экспортируемой стоимости, обеспечивает большую их экологическую безопасность при сжигании.
Пример 2. Конструкция устройства та же, что и в примере 1, но в качестве адсорбента применяют порошок природного цеолита, очищают сырую нефть от примесей серы концентрацией 2,48% не обезвоженную, имеющую электропроводность, достаточную для прохождения в устройстве эффективной очистки нефти от серы, поэтому в очищаемый нефтепродукт в отличие от примера 1 поваренную соль не вводят. Путем описанных выше технологических операций добиваются очистки нефти от сераорганических примесей на 98,5%, большая степень очистки произведена за счет более высоких адсорбционнных свойств природного цеолита, чем монтмориллонита.
Приведенные существенные признаки полезной модели определяют повышение степени очистки нефтепродуктов в предлагаемом устройстве от сераорганических примесей адсорбентами, вплоть до 95-98,5 вес %, что существенно удешевляет процесс очистки и делает его применимым в промышленности; существенное отличие от способа-прототипа заключается также в том, что предлагаемое техническое решение позволяет очищать от серы не только обезвоженные фракции нефти (керосиновой и дизельной фракций), но и сырую нефть, которую, в частности, поставляют за рубеж, повышая ее стоимость и валютные поступления в нашу страну в общей сложности не менее одного млд. $, если этим способом очищать всю поставляемую за рубеж нефть, имеющую повышенное содержание серы.
Таким образом, изложенные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленную полезную модель при его осуществлении, предназначено, в частности, для использования в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности с целью увеличения производительности устройства для очистки нефтепродуктов от примесей серы, для положительного решения проблемы непрерывной очистки
сырой нефти непосредственно после ее добычи, проблемы непрерывной очистки керосиновой и дизельной фракции от примесей серы в производственных условиях, удешевление процесса очистки от примесей серы; применение предлагаемой полезной модели приведет к существенному увеличению стоимости экспортируемой нефти, к существенному уменьшению загрязненности окружающей среды соединениями серы, исключению опасности выпадения на местности кислотных дождей из-за выхода в атмосферу соединений серы от сгорания нефтепродуктов в различного рода машинах, аппаратах, котельных, ТЭЦ и других установках, а именно, для увеличения производительности и удешевления очистки нефтепродуктов от примесей серы, для положительного решения проблемы непрерывной очистки сырой нефти непосредственно после ее добычи, проблемы непрерывной очистки керосиновой и дизельной фракций от примесей серы в производственных условиях;
- для заявленной полезной модели в том виде, как она охарактеризована в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».