СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ В МНОГОСТАДИЙНОМ ДВУХФАЗНОМ ПОТОКЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ
METHOD OF PROCESSING HYDROCARBON MATERIAL IN MULTISTAGE TWO-PHASE STREAM TO PRODUCE ENGINE FUEL

Изобретение относится к области химии, а именно к способам переработки нефти и нефтепродуктов, газового конденсата, некондиционных нефте- и маслоотходов.
2
Известен способ крекинга нефти и нефтепродуктов, включающий ультразвуковую обработку жидкого сырья в замкнутом циркуляционном контуре с интенсивностью излучения 1-10 МВт/м, с последующим разделением обработанного сырья на жидкую и парообразную фазы, получение из парообразной фазы конечного продукта При этом одновременно с сырьем в зону обработки подают вещество, обеспечивающее его диспергирование, в частности воду, в количестве 0,1-80 об.%, статическое давление поддерживают в диапазоне от 0,2 до 5 МПа (RU 2078116, С10G 15/00). В результате такой обработки становится возможным увеличить выход светлых нефтепродуктов до 90% и более.
Недостатком известного способа является сложность аппаратурного обеспечения процесса, предусматривающего наличие вращающихся элементов в реакционной зоне в условиях высоких температур. Кроме того, способ предусматривает получение в основном бензиновой фракции.
Известен способ переработки тяжелого углеводородного сырья (RU 2124550, С10G 15/08, В01F 11/02), заключающийся в том, что исходное сырье вместе с водородсодержащей добавкой сначала турбулизируют, а затем обрабатывают в несколько стадий акустическим излучением кавитационного происхождения, генерируемым за счет ускорения потока смеси сырья с добавкой в соплах до 330-350 м/с и последующего расширения потока в диффузорах. Изобретение позволяет повысить эффективность переработки тяжелого углеводородного сырья и выход целевого продукта из единицы объема рабочей камеры.
Недостатком способа является сложность проведения процесса, так как давление смеси исходного сырья и добавки, поступающей на переработку, должно составлять 18,0-20,0 МПа.
-1
-1
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является способ крекинга нефти и нефтепродуктов (RU 2232182, С10G 15/00), включающий предварительную подготовку сырья, ультразвуковую обработку, реакционную обработку с введением в реакционную зону активирующего газа и выделение целевых продуктов. Предварительная подготовка сырья включает нагрев сырья и введение в него диспергирующего вещества (вода) и поверхностно-активного вещества (солей сульфокислот) с получением эмульсии. Стадия предварительной подготовки позволяет изменять физико-химические свойства сырья. Протекающие при этом физико-химические процессы изменяют характер межмолекулярного взаимодействия углеводородных образовавшихся мицелл, находящихся в подготовленном сырье. При этом изменяется их ближнее и дальнее лигандное окружение, что влияет на процессы взаимодействия сырья с активирующими газами при ультразвуковом излучении. Полученную эмульсию направляют в реакционную зону с объемной скоростью 10-40 ч, причем одновременно в реакционную зону подают активирующий газ с объемной скоростью 5-10 ч. Техническим результатом является получение, помимо бензиновой фракции, дизельной фракции, а также снижение термических напряжений на этапе подготовки сырьевой смеси.
Недостатком известного способа является то, что предлагаемая предварительная подготовка сырья не позволяет в полной мере интенсифицировать химико-технологические процессы, необходимые для наиболее полной переработки углеводородного сырья.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности переработки углеводородного сырья, повышение ее глубины и увеличение выхода конечного продукта - моторных топлив.
Это достигается тем, что способ переработки углеводородного сырья, включающий подготовку сырья, ультразвуковую и реакционную обработку смеси, выделение целевых продуктов, усовершенствован тем, что в поток сырья вводят компримированный углеводородный газ в объемном соотношении жидкость:газ 1:1, осуществляют гидравлическую трансзвуковую кавитационную обработку смеси с образованием двухфазной смеси (ДФС), причем ДФС циркулирует через гидравлическое трансзвуковое кавитационное устройство путем ввода ее в поток подготовленного сырья при соотношении сырье:ДФС 1:(3÷8), дополнительно нагревают ДФС, а реакционную обработку производят в реакторе гидрокрекингового риформинга парогазовой смесью. Подготовку сырья осуществляют путем смешивания, в случае необходимости, с тяжелыми остатками, полученными при выделении целевых продуктов, и нагрева сырья до температуры 140-160°С. Перед ультразвуковой обработкой ДФС нагревают до температуры 350-370°С, после ультразвуковой обработки ДФС вводят в нижнюю часть реактора гидрокрекингового риформинга, куда также подают парогазовую смесь при температуре 300-320С.
В результате комплексного многофакторного и многократного кавитационно-акустического воздействия в двухфазной системе на перерабатываемое сырье происходит преобразование молекулярного состава тяжелых углеводородов, приводящее к уменьшению молекулярной массы, риформингу, изомеризации углеводородов, разложению органических соединений серы и полному переводу тяжелых углеводородов в светлые дистиллятные фракции (моторные топлива).
Гидроволновой кавитационный эффект основан на использовании внутренней энергии материи, выделяющейся при схлопывании в микрообъеме кавитационного пузырька. Температуры достигают 10000°С, давление 300 МПа. Столь высокие температуры, развивающиеся в маленькой газонаполненной полости, создают условия для образования в ней электрических разрядов, люминесценции, богатых энергией диссоциированных и ионизированных молекул, атомов и свободных радикалов.
Под воздействием высоких энергий, высвобождающихся в кавитационных полостях в реакциях, инициированных свободными радикалами, протекают все известные превращения углеводородов, составляющих основу нефтепродуктов, доведение глубины их гидрокрекингового риформинга до заданных продуктов.
Введение комбинированного углеводородного газа в соотношении жидкость:газ 1:1 необходимо для образования двухфазной смеси с требуемой скоростью прохождения звука в этой смеси. Введение газа и циркуляция образовавшейся ДФС при соотношении сырье:ДФС 1:(3÷8) создают условия, не требующие повышенного давления для проведения гидравлической трансзвуковой кавитационной обработки. Кроме того, молекулы газа уже на этой стадии вступают в реакцию со свободными радикалами, образующимися под воздействием кавитационного поля.
Нижний предел циркулирующей ДФС обусловлен конструктивными особенностями гидравлического трансзвукового кавитационного устройства, а верхний - экономической целесообразностью.
При температуре обрабатываемой смеси менее 140°С вязкость углеводородного сырья не обеспечивает необходимой активности образовавшихся свободных радикалов, при температуре более 160°С упругость паров в смеси будет повышенной и снизит эффективность процессов, протекающих в кавитационнном поле.
Ультразвуковую кавитационную обработку ДФС осуществляют при температуре 350-370°С. При этой температуре скорость протекания обратных реакций, происходящих в кавитационном поле на стадии кавитационно-акустического воздействия, минимальная, что влияет на выход целевых продуктов и возможность управления их соотношением.
Температура ДФС является мерой количества тепла для осуществления процессов в реакторе гидрокрекингового риформинга.
Необходимую для реакционной обработки парогазовую смесь получают путем обработки смеси воды и природного газа в электролизере и каталитическом конвертере охлаждения полученной смеси до температуры примерно 380°С. Углеводороды сложного состава, полученные после ультразвукового воздействия, в смеси с кислородными соединениями интенсифицируют процессы крекинга, риформинга в том числе сернистых соединений. Температура смеси 320-350°С - мера количества тепла, необходимого для осуществления процессов в реакторе гидрокрекингового риформинга.
Парогазовая смесь и ДФС вводятся в нижнюю часть реактора гидрокрекингового риформинга - вертикальный прямоточный аппарат идеального вытеснения. Реактор гидрокрекингового риформинга - барботажный аппарат, в котором сырье подвергается стабилизирующей обработке. Парогазовая смесь проходит через всю загрузку аппарата, выводя из верхней части, в виде паров, образовавшиеся продукты процесса, которые направляются в ректификационную колонну для разделения на целевые продукты - моторные топлива. Непрореагировавшая часть сырья из нижней части реактора выводится на повторную обработку в смеситель.
Способ переработки углеводородного сырья осуществляют на установке, принципиальная схема которой, представлена на чертеже.
Сырье поступает в дефлегматор 1, где подогревается за счет тепла конденсации высококипящей части паров бензиновой фракции, выходящей из верхней части ректификационной колонны 3. Нагретое в дефлегматоре сырье поступает в смеситель 2, куда, кроме потока сырья, поступают тяжелые остатки из нижних частей реактора гидрокрекингового риформинга 12 и ректификационной колонны 3. В смесителе осуществляется подогрев сырья за счет смешения с тяжелыми остатками и тепла, передающегося от парогазовой смеси, образующегося из смеси природного газа и воды в электролитическом конвертере 7 и затем в каталитическом реакторе 8. Парогазовая смесь в смесителе 2 охлаждается с 700°С до 380°С и поступает в реактор гидрокрекингового риформинга 12.
Нагретое сырье поступает в гидравлическое трансзвуковое кавитационное устройство 10, в зону пониженного давления которого подают компримированный углеводородный газ, часть образовавшейся в гидравлическом трансзвуковом кавитационном устройстве двухфазной смеси (ДФС) направляется в нагреватель 9, а часть возвращается в сырьевой поток (перед насосом 16). В нагревателе 9 ДФС нагревается до температуры 350-370°С и подается на обработку в ультразвуковое кавитационное устройство, откуда ДФС через специальный насадок вводится в нижнюю часть реактора гидрокрекингового риформинга 12. В нижнюю же часть реактора 12 вводится парогазовая смесь. Образующаяся в реакторе гидрокрекингового риформинга 12 смесь углеводородных паров совместно с циркулирующим газом направляется в ректификационную колонну 3 для выделения целевых продуктов: дизельного топлива, керосина, бензина.
Установки по переработке углеводородного сырья по предлагаемому способу могут создаваться непосредственно у крупных потребителей моторных топлив. Установки обеспечиваются сырьем от производителей нефти, газового конденсата и потребителей нефтепродуктов:
- не соответствующей по показателям качества для традиционной переработки нефтью;
- газовым конденсатом;
- маслоотходами, не используемыми для регенерации и вторичного использования.
Выход светлых моторных топлив, % от сырья, в том числе:
- карбюраторное топливо (бензин) - 45-70%,
- реактивное топливо (керосин) - 3-15%,
- дизельное топливо - 30-46%.
За счет вовлечения в процесс природного газа и воды выход светлых топливных фракций достигает 115% от перерабатываемого сырья.
Результаты проведения процесса при различных параметрах приведены в таблице.
таблица
сырье
соотношение сырье:углеводородный газ
температуpa сырья, °C
кратность сырье:ДФС
температура ДФС, °С
выход фракций, % от сырья
бензин
реактивное топливо
дизельное топливо
нефть, природный газ
1:1
140
1:3
350
45
15
35
нефть, природный газ
1:1
160
1:8
340
70
10
30
нефть, природный газ
1:1
150
1:5
360
66
3
46
нефть, природный газ
1:0,5
150
1:5
360
40
10
30
нефть, природный газ
1:0,5
150
1:5
360
46
15
37