СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СРЕДНЕГО ДИСТИЛЛЯТА ИЗ УГЛЕВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ
METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING MIDDLE DISTILLATE FROM HYDROCARBON-CONTAINING ENERGY SOURCES

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для получения среднего дистиллята из углеводородсодержащих энергоносителей.
2
Из уровня техники известно, что горючие вещества, содержащиеся в производственных отходах в форме углеводородов, выделяют не с помощью реакции с кислородом путем сжигания или газификации, а извлекают их каталитической обработкой без доступа воздуха в масляной бане в форме веществ и получают ценный материал. Это направлено на предотвращение образования СО при утилизации отходов производства и на получение горючих веществ или моторного топлива из производственных отходов.
Производственные отходы в форме возобновляемых сырьевых материалов, таких как кусочки древесины и части растений, бытовых отходов, таких как пластмассы, животных и растительных отходов, отработанного масла и других органических сырьевых материалов, которые предпочтительно имеют высокое содержание углеводородов и благодаря своему энергетическому потенциалу могут быть охарактеризованы как ценные материалы или энергоносители, находятся в масляной бане до тех пор, пока эти углеводороды могут быть отделены в виде углеводородных паров в результате дегидратации молекул, полимеризации молекул и расщепления молекул до более коротких фрагментов (деполимеризация/оляция).
Из DE 100 49 377 С2 известен способ оляции (dafion) пластмасс, жиров, масел и других углеводородсодержащих отходов, причем катализатор из алюмосиликатов натрия смешивают в циркуляционном контуре с высококипящим углеводородом, таким как масляный теплоноситель, базовое масло или необработанная нефть (“Bunker-C”), в циркуляционной выпарной установке, и в зоне реактора под дистилляционной установкой примешивают полимеры, жиры, масла и другие углеводородсодержащие отходы. Реакционной зоной для реакции оляции является система циркуляционной выпарной установки, которая состоит из испарителя с пучком труб, который обогревают дымовыми газами, и реактора, соединенного с двумя трубопроводами, который исполняет функции загрузки и разгрузки. На реакторе размещена дистилляционная колонна, которая принимает продукт каталитического расщепления в паровой форме и разделяет на дизельное топливо как конкретный продукт фракцию для получения бензина и возвращаемую в реактор флегму для проведения последующей реакции каталитического расщепления. В результате сжигания под циркуляционной выпарной установкой получаются дымовые газы, которые пропускаются через дымоходы циркуляционной выпарной установки. Горячие дымовые газы охлаждаются в циркуляционной выпарной установке, причем в нижней части циркуляционной выпарной установки на внутренней стороне трубопровода, где на трубопровод поступают содержащие катализатор масла с расплавленными производственными отходами, температуры достигают уровня примерно от 430 до 470°С, что ведет к селективному каталитическому крекингу производственных отходов с образованием парообразных углеводородов.
Высокая температура горячих дымовых газов обусловливает образование реакционного кокса, который реагирует с натрийсодержащим алюмосиликатом с образованием нереакционно-способного остатка, который загрязняет установку и подавляет реакцию. Эта реакционная смесь катализатора и реакционного кокса сцепляется со стенками циркуляционной выпарной установки и реактора с образованием твердого наслоения и требует больших расходов на очистку через короткие интервалы технического обслуживания. Поэтому рентабельная эксплуатация этого известного способа возможна только в ограниченной степени. Кроме того, достигаются лишь незначительные коэффициенты выхода теплотворной способности исходных сырьевых материалов.
Из ЕР 1 538 191 А1 известен способ получения дизельного топлива из углеводородсодержащих производственных отходов в масляном циркуляционном контуре с отделением твердых веществ и дистилляцией продукта до дизельного продукта, причем главное поступление энергии и тем самым основное нагревание обеспечивается одним или несколькими насосами, и причем энергия нагнетания насосов рассеивается противоходной мешалкой и преобразовывается в теплоту. Активное подведение теплоты путем нагревания через стенку в этом способе не предусмотрено. Вместо этого теплота не передается через стенку, а непосредственно высвобождается в реакционной системе. При этом мешалка служит также для полной очистки расположенных в циркуляционном контуре поверхностей. Техническая реализация способа, известного из ЕР 1 538 191 А1, проблематична. Кроме того, удовлетворительной стабильности процесса достигнуть не удается. В остальном вышеописанный способ отличается незначительным коэффициентом выхода теплотворной способности вводимых сырьевых материалов.
Из DE 10 2005 056 735 В3 известен высокопроизводительный камерный смеситель для каталитических масляных дисперсий в качестве реактора для деполимеризации и полимеризации углеводородсодержащих производственных отходов с образованием среднего дистиллята. Поступление и преобразование энергии происходят преимущественно в высокопроизводительном камерном смесителе, причем эффективность нагнетания в высокопроизводительном камерном смесителе низка, и, тем самым, подводимая энергия по большей части преобразуется в энергию перемешивания и трения. Этот способ также проявляет незначительную стабильность процесса.
Задача настоящего изобретения состоит в предоставлении способа получения среднего дистиллята из углеводородсодержащих энергоносителей, который является экономичным, требует незначительных технологических затрат и обеспечивает высокую стабильность процесса, с одной стороны, и высокий коэффициент выхода теплотворной способности используемых энергоносителей, с другой стороны.
Для решения вышеназванной задачи в способе упомянутого ранее типа предусматривается, что по меньшей мере один углеводородсодержащий энергоноситель, при необходимости по меньшей мере один катализатор и при необходимости по меньшей мере одну добавку, причем в отношении добавки речь может идти о нейтрализаторе, в качестве исходного материала вводят в реактор, содержащий технологическую масляную смесь, причем поток технологической масляной смеси выводят из реактора и нагревают до рабочей температуры от 150°С до 400°С, предпочтительно от 350°С до 380°С, причем нагретый таким образом поток технологической масляной смеси подают в дегазатор, причем в дегазаторе парообразный средний дистиллят, а именно парообразные углеводородные соединения в диапазоне температур кипения средней дистиллятной фракции нефти, отделяют или, соответственно, выделяют из потока нагретой технологической масляной смеси, и причем освобожденный от парообразного среднего дистиллята поток технологической масляной смеси из дегазатора возвращают обратно в содержащуюся в реакторе технологическую масляную смесь.
Изобретением прежде всего предусмотрено, что выводимый из реактора поток технологической масляной смеси нагревают вне реактора до температур максимум 400°С, предпочтительно до максимальных температур от 350°С до 380°С, чтобы снизить образование реакционного кокса. При этом нагревание производят с минимальным градиентом. В этой связи соответствующий изобретению способ предусматривает, что при нагревании технологической масляной смеси резкие повышения температуры, которые происходят при нагревании технологической масляной смеси в известном из DE 100 49 377 С2 способе на пучке труб испарителя, могут быть исключены надлежащим осуществлением способа при теплопередаче. При нагревании технологической масляной смеси максимальная температура по всему поперечному сечению потока постоянно должна составлять меньше 400°С, предпочтительно меньше 380°С. Благодаря таким образом обусловленному сокращению образования кокса могут быть уменьшены затраты на очистку и увеличена продолжительность интервалов технического обслуживания, что способствует повышению экономичности соответствующего изобретению способа. Кроме того, согласно изобретению не предусмотрен в прямом смысле циркуляционный контур технологической масляной смеси: согласно изобретению отделяют пары среднего дистиллята, выделенные из нагретой технологической масляной смеси в дегазаторе, и обратно в реактор направляют только технологическую масляную смесь, из которой выделен парообразный средний дистиллят. Благодаря надлежащему конструктивному выполнению дегазатора, тем самым, можно отчетливо повысить выход при использовании соответствующего изобретению способа сравнительно с известными способами.
Предпочтительно, по меньшей мере часть потока нагретой технологической масляной смеси может быть подана сверху в дегазатор и на встроенных элементах дегазатора разделена на многочисленные частичные потоки, причем эти частичные потоки затем вытекают в реактор в виде стекающей пленки. Предпочтительно, в дегазаторе образуется по существу равномерное течение в виде стекающей пленки при пренебрежимо малом образовании пузырьков, причем частичные потоки технологической масляной смеси стекают вниз тонкими струйками. В связи с изобретением было неожиданно установлено, что гладкая поверхность потока стекающей пленки способствует повышению коэффициента выхода теплотворной способности используемого энергоносителя, причем стекание технологической масляной смеси в виде капель через дегазатор нежелательно, и предпочтительно практически исключается благодаря соответствующему конструктивному исполнению встроенных элементов. Часть потока нагретой технологической масляной смеси также может быть введена в дегазатор тангенциально, предпочтительно под встроенными элементами, и протекать в форме вихревого течения по внутренней стенке резервуара дегазатора вниз по направлению к реактору. Благодаря разделению потока нагретой технологической масляной смеси на первый частичный поток, подводимый сверху в дегазатор на встроенные элементы, и второй частичный поток, вводимый в дегазатор тангенциально ниже встроенных элементов, достигается большая площадь поверхности технологической масляной смеси в дегазаторе, которая ведет к повышенному высвобождению парообразного среднего дистиллята.
В отношении конструкции устройства дегазатор соответственно этому имеет верхнюю камеру разделения и нижнюю камеру дегазации, причем в камере разделения встроенные элементы, направляющие течение и увеличивающие площадь поверхности, предназначены для разделения потока технологической масляной смеси и для увеличения площади поверхности потока технологической масляной смеси, и причем, предпочтительно, поток технологической масляной смеси может быть подан сверху на встроенные элементы по центру камеры разделения. Более того, камера дегазации может иметь по меньшей мере один впускной патрубок для потока технологической масляной смеси таким образом, что поток технологической масляной смеси может быть введен в дегазатор тангенциально, и в виде вихревого потока стекает по внутренней стенке резервуара камеры дегазации вниз по направлению к реактору. Впускной патрубок в камеру дегазации при этом предпочтительно расположен под направляющими течение и увеличивающими площадь поверхности встроенными элементами камеры разделения. Конструктивное исполнение соответствующего изобретению дегазатора отличается высокой способностью к самоочистке и не требует обслуживания, причем максимизация площади поверхности поступающей в дегазатор технологической масляной смеси обеспечивает соответственно высокий выход парообразного среднего дистиллята.
Основное энергоснабжение для нагревания выводимого из реактора потока технологической масляной смеси до рабочей температуры предпочтительно от 350°С до 380°С производят согласно изобретению путем косвенной теплопередачи с помощью предпочтительно жидкого теплоносителя по меньшей мере в одном статическом смесителе со встроенным устройством для теплопередачи. В отношении конструктивного исполнения статический смеситель может быть скомпонован в виде смесительного теплообменника с многочисленными пучками труб для теплоносителя, в частности для масляного теплоносителя, и смесительными элементами между пучками труб для турбулентного перемешивания технологической масляной смеси. Одновременно этим обеспечивается также нагревание и интенсивное перемешивание нагреваемого потока технологической масляной смеси, причем в статическом смесителе может быть организовано турбулентное перемешивание технологической масляной смеси.
Кроме того, может быть предусмотрена косвенная теплопередача к содержащейся в реакторе технологической масляной смеси, причем теплопередача может быть выполнена от предпочтительно жидкого теплоносителя, например, такого как горячий масляный теплоноситель, на технологическую масляную смесь через наружную стенку реактора. Масляный теплоноситель, который может быть использован для нагревания потока технологической масляной смеси в статическом смесителе и для нагревания технологической масляной смеси, находящейся в реакторе, предпочтительно должен иметь максимальную температуру менее 400°С, в частности менее 380°С, чтобы избежать образования реакционного кокса или, соответственно, сократить таковое, что в конечном счете упрощает техническое обслуживание.
В отношении конструктивного исполнения реактор может иметь верхний участок стенки цилиндрической формы, причем, предпочтительно, верхний участок стенки выполнен в виде цилиндра с двойной стенкой, включающей внутреннюю стенку реактора и наружную стенку реактора, и причем, также предпочтительно, в двойной стенке, по меньшей мере на одной стенке реактора, предусмотрено спирально смонтированное направляющее устройство для теплоносителя. Верхний участок стенки имеет один верхний впускной патрубок и один нижний впускной патрубок для теплоносителя, причем теплоноситель протекает вниз вдоль внутренней стенки реактора по спирали. Благодаря этому возможно дополнительное подведение энергии или также охлаждение технологической масляной смеси в реакторе.
Поток технологической масляной смеси, из которой выделены пары среднего дистиллята, при поступлении из дегазатора в реактор может быть повернут, причем предпочтительно создают тангенциальное вихревое течение по стенке реактора. При этом технологическая масляная смесь в реакторе подвергается статическому смешению.
В верхней входной части реактора предпочтительно предусмотрены встроенные элементы для отклонения течения обедненной технологической масляной смеси, возвращающейся из дегазатора в реактор, причем встроенные элементы выполнены для создания тангенциального пристеночного течения вдоль стенки реактора. Реактор, тем самым, выполнен как статический смеситель, причем не требуются никакие активные перемешивающие устройства. Это вносит свой вклад в экономически выгодную конструкцию реактора. Реактор может иметь выпуклое внутрь днище корпуса, так что в нижней области реактора образуется седиментационный конус, который упрощает выведение использованного материала катализатора, добавок и непрореагировавшего энергоносителя из реактора.
В еще одном варианте исполнения соответствующего изобретению способа может быть предусмотрено, что дополнительный поток технологической масляной смеси из реактора направляют в предреактор с перемешивающими устройствами, причем используемый сырьевой материал подают в предреактор и смешивают с дополнительным потоком технологической масляной смеси в предреакторе, и причем полученный таким образом обогащенный углеводородами поток технологической масляной смеси из предреактора возвращают в реактор. В предреакторе происходит предварительная дегидратация и предварительная дегазация, и только в незначительной мере каталитическая реакция. В предреакторе используемый сырьевой материал смешивают с нагретой до температуры примерно 350°С технологической масляной смесью, которая поступает из (основного) реактора, причем применяют процесс ожижения энергоносителя. Однако крекинг углеводородных соединений в значительной степени подавляется, главным образом, вследствие кратковременного пребывания в предреакторе и затем происходит лишь в (основном) реакторе. Предреактор, выполненный предпочтительно в виде шнекового транспортера, имеет по меньшей мере один загрузочный шнековый транспортер, предпочтительно сдвоенный шнек, в качестве подающего устройства для используемого сырьевого материала, и связанный с загрузочным шнеком смесительный резервуар, причем, далее предпочтительно, загрузочный шнек заходит в нижнюю часть смесительного резервуара и на нижнем конце имеет лопастную мешалку. Благодаря этому, во-первых, обеспечивается интенсивное перемешивание используемого сырьевого материала с поступающей из (основного) реактора технологической масляной смесью, и, во-вторых, гарантируется хорошая самоочистка загрузочного шнека.
В принципе загрузочный шнек охлаждается поступающим сырьем, причем, однако, охлаждение загрузочного шнека может оказаться необходимым из соображений стабильности материала, в частности, при остановке процесса. В принципе возможно также, что предусматривается нагревание загрузочного шнека, чтобы обеспечивать достаточно высокую температуру в предреакторе.
Для интенсивного перемешивания смесительный резервуар предреактора может иметь по меньшей мере один нижний впускной патрубок для дополнительного потока технологической масляной смеси из (основного) реактора и по меньшей мере один верхний выпускной патрубок для обогащенного углеводородами потока технологической масляной смеси. Смесительный резервуар, тем самым, выполнен как статический смеситель, в котором, однако, процесс крекинга энергоносителя по существу не происходит. Дополнительно могут быть предусмотрены соответствующие встроенные элементы, чтобы интенсифицировать перемешивание. Для той же цели может быть предусмотрено тангенциальное введение дополнительного потока технологической масляной смеси в смесительный резервуар.
Наконец через предреактор, в частности через смесительный резервуар, в (основной) реактор также может быть подан масляный носитель, который представляет собой компонент технологической масляной смеси в реакторе.
Чтобы обеспечивать высокую стабильность процесса и высокий коэффициент выхода теплотворной способности сырья, объемное отношение технологической масляной смеси в (основном) реакторе к дополнительной технологической масляной смеси в предреакторе должно быть установлено на уровне от 5:1 до 8:1. Это предполагает соответствующее конструктивное исполнение корпуса реактора и смесительной камеры предреактора.
Возвращенный из предреактора поток технологической масляной смеси, обогащенный углеводородами, смешивают с полученной в реакторе технологической масляной смесью и с потоком технологической масляной смеси из дегазатора, из которой выделен парообразный средний дистиллят. Подачу потока обогащенной углеводородами технологической масляной смеси в реактор производят под встроенными элементами, предусмотренными в верхней части реактора для отклонения течения возвращаемой из дегазатора в реактор обедненной технологической масляной смеси. При этом возвращаемый из предреактора поток технологической масляной смеси, обогащенной углеводородами, вводят в зону смешения реактора тангенциально, чтобы создать вихревое течение всей технологической масляной смеси в реакторе. За счет целенаправленной подачи потока обогащенной углеводородами технологической масляной смеси, возвращаемой из предреактора, технологическую масляную смесь в реакторе приводят во вращение. При этом направление вращения потока обедненной технологической масляной смеси, возвращаемой из дегазатора, после поступления в реактор может соответствовать направлению вращения вводимого тангенциально потока обогащенной углеводородами технологической масляной смеси из предреактора.
В отношении конструктивного исполнения реактор может иметь нижнюю часть с конически сужающимся верхним участком стенки и конически сужающимся нижним участком стенки, причем верхний и нижний участки стенки соединены друг с другом участком стенки цилиндрической формы. Поток технологической масляной смеси, который для нагревания и перемешивания вводят в статический смеситель, может быть отведен в верхней области конически сужающегося верхнего участка стенки, причем там предусмотрен по меньшей мере один выпускной патрубок. Благодаря такой конструкции реактора можно из верхней первой седиментационной зоны реактора выводить поток нагреваемой технологической масляной смеси и направлять в статический смеситель со встроенным устройством для теплопередачи.
В верхней области конически сужающегося нижнего участка стенки нижней части может быть предусмотрен по меньшей мере один выпускной патрубок. Этот выпускной патрубок предназначен для выведения потока технологической масляной смеси, насыщенной по меньшей мере одним катализатором и при необходимости по меньшей мере одной добавкой, из нижней второй седиментационной зоны реактора.
Для многократного использования катализатора к потоку нагреваемой технологической масляной смеси из верхней первой седиментационной зоны может быть примешан поток технологической масляной смеси, обогащенной катализатором и при необходимости добавкой, из нижней второй седиментационной зоны реактора, и, тем самым, установлена определенная концентрация катализатора в технологической масляной смеси. Смешение обоих потоков проводят перед введением в статический смеситель, чтобы оба потока интенсивно перемешивались и нагревались в смесителе. Кроме того, для управления или регулирования соотношения объемных потоков нагреваемой технологической масляной смеси и обогащенной технологической масляной смеси может быть предусмотрено управляющее или регулирующее устройство.
Частичный поток из потока нагреваемой технологической масляной смеси и при необходимости еще один частичный поток из потока технологической масляной смеси, обогащенной катализатором и при необходимости нейтрализатором, образуют направляемый к предреактору дополнительный поток технологической масляной смеси.
Незадолго до введения потока нагреваемой технологической масляной смеси и при необходимости потока обогащенной катализатором технологической масляной смеси в статический смеситель может быть предусмотрено примешивание по меньшей мере одного неиспользованного катализатора и/или при необходимости по меньшей мере одной добавки из соответствующих сборных резервуаров. При этом катализатор и/или добавку перед примешиванием предпочтительно смешивают с масляным носителем или эмульгируют в масляном носителе, чем упрощается смешение.
Согласно изобретению далее предусмотрено, что энергоноситель, катализатор и при необходимости добавку, которые в совокупности могут составлять сырье для процесса, перед введением в предреактор смешивают друг с другом и нагревают до температуры менее 120°С, предпочтительно до температуры от около 80 до 100°С. При этом происходит, во-первых, высушивание и, во-вторых, образование агрегатов перед добавлением сырья в предреактор. При этом энергоноситель высушивается, смешивается и нагревается вместе с предпочтительно порошкообразным катализатором и/или нейтрализатором, причем образующийся агрегат имеет большую площадь реакционной поверхности, и расслоение не происходит. Кроме того, агрегат имеет более длительное время пребывания в технологической масляной смеси. Благодаря этому еще более повышается коэффициент выхода.
Изобретение допускает комбинирование между собой отдельных идей изобретения, даже если это не описано специально. Кроме того, статическое смешение и увеличение площади поверхности технологической масляной смеси в дегазаторе и в реакторе, а также предварительное смешение сырья с технологической масляной смесью в предреакторе имеют существенное значение для изобретения, причем связанные с ними идеи изобретения могут независимо друг от друга составлять результат изобретательского творчества.
Далее изобретение будет описано на примерах с привлечением чертежей. На чертежах показано:
Фиг. 1 - схематическая технологическая схема способа введения обогащенного углеводородами энергоносителя вместе с катализатором и нейтрализатором в масляный циркуляционный контур для получения парообразного среднего дистиллята, и
Фиг. 2 - схематическая технологическая схема способа с реакционным циркуляционным контуром при получении среднего дистиллята из углеводородсодержащих энергоносителей.
3
3
На Фиг. 1 представлена технологическая схема способа, которая показывает введение углеводородсодержащего энергоносителя 1 в масляный циркуляционный контур для получения среднего дистиллята 2. В отношении энергоносителя 1 в данном случае речь идет о высушенной и измельченной биомассе, которая хранится в сборном резервуаре 3. Под действием силы тяжести энергоноситель 1 падает из сборного резервуара 3 в первый загрузочный шнековый транспортер 4. Вращением ходового винта смесь веществ сдвигается в нижнюю воронку трубчатого цепного конвейера 5. Трубчатый цепной конвейер 5 транспортирует энергоноситель 1 на высоту примерно 12 м в верхнюю воронку. Оттуда энергоноситель 1 под действием силы тяжести падает в загрузочный шнековый транспортер 6. Загрузочный шнековый транспортер 6 подает энергоноситель 1 в количестве 5 м/час в первый шлюзовой затвор 7 барабанного типа или во второй шлюзовой затвор 8 барабанного типа. Шлюзовые затворы 7, 8 барабанного типа служат для периодической дозировки исходного материала в конические смесители 9, 10, причем каждый шлюзовой затвор 7, 8 барабанного типа рассчитан на производительность подачи 5 м/час. Шлюзовые затворы 7, 8 барабанного типа представляют собой динамические стопорные устройства, так как через них может транспортироваться материал, и одновременно в конических смесителях 9, 10 можно создавать небольшое пониженное давление, обеспечиваемое вакуумным устройством.
3
Конические смесители 9, 10 подвергают дегазации, чтобы уменьшить содержание кислорода и свести к минимуму опасность возгорания возникающих в последующем процессе масляных паров. Конические смесители 9, 10 имеют собственный объем примерно 2,4 м. Конические смесители 9, 10 работают попеременно в периодическом режиме. В то время, когда первый конический смеситель 9 заполняют энергоносителем 1, во втором коническом смесителе 10 может происходить перемешивание с помощью встроенного шнека.
Дополнительно к энергоносителю 1 в конические смесители 9, 10 периодически могут быть введены по меньшей мере один катализатор 1а и/или одна добавка 1b, например, такая как нейтрализатор, где катализатор 1а и добавка 1b могут находиться в виде порошкообразной смеси. Продолжительность перемешивания, нагревания, обезвоживания и дегазации в конических смесителях 9, 10 составляет приблизительно полчаса, длительность процесса заполнения тоже составляет полчаса. Поскольку оба конических смесителя 9, 10 имеют двойную стенку, возможно нагревание смеси веществ в конических смесителях 9, 10 до температуры около 100°С. Конические смесители 9, 10 нагревают с помощью теплоносителя, предпочтительно масляного теплоносителя, так что сырье 12 в конических смесителях 9, 10 достигает температуры предпочтительно около 80°С. Этим обеспечивается высушивание сырья 12 с образованием агломератов, что благоприятно сказывается на выходе при получении среднего дистиллята 2 из энергоносителя 1. Повышение температуры необходимо, чтобы сократить содержание воды в смеси, так как при этой температуре вода испаряется и может быть удалена через трубопроводы для отведения газов из конических смесителей 9, 10. При слишком высоком содержании воды в последующем процессе это может привести к взрыву под давлением водяных паров. К тому же при высоком содержании воды уменьшалась бы эффективная разделяющая способность при получении среднего дистиллята из углеводородсодержащих энергоносителей 1.
Оба конических смесителя 9, 10 обеспечивают возможность непрерывной загрузки представленного на Фиг. 2 четырехзонного реактора 11, причем конические смесители 9, 10 периодически опорожняют через газонепроницаемый шибер. Из конических смесителей 9, 10 выгружают сырье, которое состоит из энергоносителя 1, при необходимости катализатора и при необходимости по меньшей мере одной добавки. Сырье 12 попадает в соединительный шнековый транспортер 13 и затем в уплотнительный шнековый транспортер 14, в котором сырье 12 спрессовывают до половины первоначального размера. Соединительный шнековый транспортер 13 и уплотнительный шнековый транспортер 14 имеют двойную стенку, через которую пропускается теплоноситель, предпочтительно масляный теплоноситель, с температурой от около 100 до 120°С. Тем самым гарантируется, что температура сырья 12 будет поддерживаться постоянной около 100°С.
Кроме того, уплотнительный шнековый транспортер 14 имеет участки вытяжки, чтобы удалять дополнительные порции воды, в том числе адгезионную влагу, из высушенного сырья 12. Дополнительно еще более сокращается содержание кислорода.
Из уплотнительного шнекового транспортера 14 сырье 12 попадает в два разгрузочных шлюзовых затвора 15, 16 во взрывобезопасном исполнении (АТЕХ). Разгрузочные шлюзовые затворы 15, 16 подают сырье 12 в загрузочный бункер 17 шнекового загрузочного смесителя 18. Шнековый загрузочный смеситель 18 представляет собой предреактор со смесительным устройством и имеет овальную соединительную трубу 19, сдвоенный шнек 20 и смесительный резервуар 21 емкостью примерно 800 л.
Сырье 12 из загрузочного бункера 17 через соединительную трубу 19 сдвигают в смесительный резервуар 21 с помощью сдвоенного шнека 20 и смешивают с потоком 22 нагретой до температуры около 350°С технологической масляной смеси, который отбирается из реактора 11 и состоит из масляного носителя с уже растворенным энергоносителем 1, который частично находится в форме подвергнутого крекингу продукта. Концы шнеков сдвоенного шнека 20 имеют лопастные мешалки 23, которые способствуют смешению сырья 12 с потоком 22 технологической масляной смеси. Смешивающее действие поддерживается дозированным тангенциальным нагнетанием потока 22 технологической масляной смеси из реактора 11 в смесительный резервуар 21 с помощью насоса 24 со спиральным корпусом, а именно на двух приемных каналах 25, 26 смесительного резервуара 21. Благодаря этому обеспечивается двойное перемешивание. Кроме того, сдвоенный шнек 20 действует как помеха потоку, так как он находится в области между серединой смесительного резервуара 21 и его стенкой. С помощью сдвоенного шнека 20 создается дополнительная турбулентность течения. Кроме того, применение сдвоенного шнека 20 при сравнительно высоких температурах в смесительном резервуаре 21 отличается высокой эксплуатационной надежностью.
В смесительном резервуаре 21 технологическая масляная смесь 22 течет вверх в режиме вихревого движения и смешивается с сырьем 12. Спустя короткое время полученный таким образом поток 26 обогащенной углеводородами технологической масляной смеси выводят в верхней области смесительного резервуара 21 и направляют в реактор 11.
При поступлении сырья 12 в шнековый загрузочный смеситель 18 начинается процесс ожижения. Процесс крекинга, а именно расщепление углеродных цепей, вследствие очень короткого времени пребывания технологической масляной смеси в шнековом загрузочном смесителе 18 не начинается или происходит лишь в незначительной степени, но протекает исключительно или преимущественно только в основном процессе в реакторе 11. Если на поверхности реакционной смеси в смесительном резервуаре 21 остается плавающим еще не полностью растворенный энергоноситель 1, то он посредством соответствующих встроенных элементов в смесительном резервуаре 21 задерживается или направляется обратно в смесь. Когда сырье 12 растворяется в шнековом загрузочном смесителе 18, то высвобождается содержащаяся остаточная вода, которую выводят из шнекового загрузочного смесителя 18. Водяные пары попадают в отделитель 27 жидкости, который содержит насадки, на которых масляные капли, увлеченные с водяными парами, остаются прилипшими и снова стекают обратно в шнековый загрузочный смеситель 18. Водяные пары выводятся через вакуумное устройство и конденсируются в остаточную воду в конденсаторе 28.
Оба ходовых винта 29, 30 сдвоенного шнека 20 работают в режиме самоочистки. Ходовые винты 29, 30 размещены с возможностью вращения нижними концами на коническом днище смесительного резервуара 21 и верхними концами в уплотнительных втулках валов загрузочного бункера 17. Соединительная труба 19 тоже оснащена двойной стенкой, так что в смесительном резервуаре 21 можно поддерживать температуры вплоть до 350°С. Температура в загрузочном бункере 17 не должна превышать 100°С, поскольку разгрузочные шлюзовые затворы 15, 16 во взрывобезопасном исполнении (АТЕХ) рассчитаны на работу только до температуры 100°С. Если через соединительную трубу 19 начинает передаваться вверх слишком большое количество теплоты, то она может быть отведена через двойную стенку, для чего через двойную стенку пропускают соответствующую охлаждающую среду.
Для подачи масляного носителя 31, например, такого как обезвоженное отработанное масло, в масляный циркуляционный контур предусмотрен обогреваемый резервуар 32 в качестве сборного резервуара. В масляный циркуляционный контур могут быть также введены жидкие производственные отходы в качестве энергоносителя. С помощью насоса 33 масляный носитель 31 вводят в смесительный резервуар 21. Заполнение резервуара 32 производят насосом из маслохранилища. В результате масляный носитель 31 может быть введен в реактор 11 через шнековый загрузочный смеситель 18, например, чтобы компенсировать потери на испарение. Кроме того, из резервуара 32 поток 34 масляного носителя может быть направлен в представленные на Фиг. 2 резервуары 35, 36 для приготовления эмульсии катализатора и добавки. Резервуары 35, 36 имеют загрузочные воронки, чтобы упростить заполнение катализатором 1а и добавкой 1b.
Конструкция представленной в Фиг. 1 загрузочной системы обеспечивает возможность достаточного высушивания, перемешивания и деаэрации сырья 12. При этом опасности взрыва под давлением водяных паров в реакторе 11 не возникает. Равным образом нет необходимости опасаться возгорания выделяющихся масляных паров. Наконец вследствие незначительного содержания воды в реакторе 11 обеспечивается высокая разделительная способность.
На Фиг. 2 представлена система основного циркуляционного контура при получении среднего дистиллята 2 из углеводородсодержащего энергоносителя 1. Составными частями системы основного циркуляционного контура или реакционной системы являются четырехзонный реактор 11, дегазатор 37, а также три пары смесительных теплообменников 38, 39, 40, а также многочисленные насосы и соответствующие им трубопроводы.
При получении среднего дистиллята 2 из углеводородсодержащего энергоносителя 1 происходит дегидратация молекул, полимеризация молекул и расщепление молекул с укорочением цепей (деполимеризация/оляция) при более низкой температуре по сравнению с пиролизом, без приложения давления. Технологический процесс проводят в основном потоке при температурах от 300 до 400°С и при слегка пониженном давлении от -30 до -100 мбар (-3 ÷ -10 кПа) относительно давления окружающей среды. Описываемый способ отличается высоким коэффициентом выхода теплотворной способности энергоносителя 1. Если в качестве энергоносителя 1 используют полимерные отходы, то можно получить более 70-80% содержащихся углеводородов. Кроме того, обеспечивается обезвреживание опасных для окружающей среды галогенов путем связывания в фиксированную соль в жидком состоянии.
Поток 26 обогащенной углеводородами технологической масляной смеси, поступающий из шнекового загрузочного смесителя 18 в качестве предреактора, вводят в реактор 11. Содержащуюся в реакторе 11 технологическую масляную смесь 54, содержащую растворенный энергоноситель 1, при необходимости катализатор 1а, при необходимости добавку 1b и масляный носитель, подают в циркуляционный контур, причем с каждым циклом циркуляции образующееся количество парообразного среднего дистиллята отводят в предусмотренную над дегазатором 37 систему 41 переработки. Система 41 переработки представлена на Фиг. 2 только схематически. Основными составными частями системы 41 переработки являются устройство для снижения давления паров и предварительной перегонки, или устройство для предварительной ректификации, ректификационная колонна, а также конденсаторы и водоотделитель. В системе 41 переработки парообразный средний дистиллят разделяют перегонкой на четыре группы, а именно низкокипящую фракцию (углеводороды в диапазоне температур кипения керосина и бензина), срединный продукт (газойль, а именно смесь углеводородов в диапазоне температур кипения дизельного топлива), высококипящую фракцию (технологическое масло или масляный носитель) и кубовый продукт (остаток после перегонки).
Реактор 11 конструктивно выполнен в форме сдвоенного конуса в нижней области. Реактор 11 имеет верхний цилиндрический участок 43 стенки с нижней частью 44, причем нижняя часть 44 имеет конически сужающийся верхний участок 45 стенки, конически сужающийся нижний участок 46 стенки и цилиндрический срединный участок 47 стенки. В области нижней части 44 приварены выпускные патрубки 50, 51, а также выпускной патрубок 52 для материала 42 фильтрующего слоя, компонента донного циркуляционного контура.
Рубашка в области верхнего цилиндрического участка 43 стенки служит для дополнительного теплопереноса/охлаждения с помощью жидкого теплоносителя, а именно масляного теплоносителя. Рубашка изготовлена так, что вводимый через верхний впускной патрубок 48 масляный теплоноситель протекает вокруг реактора 11 через спиральное направляющее устройство, смонтированное на наружной стенке реактора, и покидает рубашку через выпускной патрубок 49. Кроме того, реактор 11 в области своей крышки имеет встроенные элементы для отклонения потока.
Реактор 11 можно подразделить на зоны I-IV. Самая верхняя зона I представляет собой газопаровую зону. Здесь незначительное количество паров среднего дистиллята протекает из нижележащей смесительной зоны II в дегазатор 37. В самой верхней зоне I также размещены встроенные элементы для отклонения потока.
В верхнем участке смесительной зоны II в области впускного патрубка 53 в смесительную зону II тангенциально вводят поток 26 обогащенной углеводородами технологической масляной смеси и смешивают с находящейся там технологической масляной смесью 54. Кроме того, в смесительной зоне II происходит смешение с потоком 55 технологической масляной смеси, из которой извлечен парообразный средний дистиллят 2, из дегазатора 37. Благодаря процессу тангенциального введения вся жидкость в реакторе 11 вращается. Вращательное движение дополнительно поддерживается движением отклоненной жидкой среды из дегазатора 37. Направления вихревого движения технологической масляной смеси 54 и потока 55 обедненной технологической масляной смеси соответствуют друг другу.
Седиментационная зона III представляет собой третий участок реактора 11 и находится в верхнем коническом сегменте. Сюда часть технологической масляной смеси 54 подают через патрубок 50 в качестве потока 56 нагреваемой технологической масляной смеси с помощью насосов 57, 58, 59 из реактора 11 к трем смесительным теплообменникам 38, 39, 40.
В самой нижней зоне IV реактора 11, то есть в нижнем коническом сегменте, происходит обогащение технологической масляной смеси 54 катализатором и добавкой в высококипящей углеводородной матрице. Самая нижняя зона IV представляет собой вторую седиментационную зону. Из самой нижней зоны IV поток 60 технологической масляной смеси, обогащенной катализатором 1а и добавкой 1b, с помощью насосов 61, 62, 63 по мере необходимости смешивается с потоком 56 нагреваемой технологической масляной смеси. Частичный поток 56а из потока 56 нагреваемой технологической масляной смеси и частичный поток 60а из потока 60 обогащенной технологической масляной смеси образуют поток 22 технологической масляной смеси, направляемый к шнековому загрузочному смесителю 18, в котором энергоноситель 1 растворяется перед его введением в реактор 11.
Каждый из смесительных теплообменников 38, 39, 40 состоит из двух прифланцованных друг к другу смесительных теплообменных блоков, причем могут быть использованы смесительные теплообменные блоки с торговым наименованием “CSE-XR” фирмы Fluitec. Между пучками труб в смесительных теплообменных блоках приварены смесительные элементы, которые обеспечивают турбулентное перемешивание технологической масляной смеси.
Незадолго до того, как поток 56 технологической масляной смеси и при необходимости поток 60 обогащенной технологической масляной смеси подадут в три смесительных теплообменника 38, 39, 40, в некоторых случаях производят примешивание катализатора 1а и при необходимости добавки 1b. Затем в смесительных теплообменниках 38, 39, 40 компоненты турбулентно смешиваются и нагреваются до температуры около 380°С. Нагревание производят с помощью жидкого теплоносителя, а именно масляного теплоносителя, который подводят через впускной патрубок 64 и выводят через выпускной патрубок 65. Кроме того, смесительные теплообменники 38, 39, 40 имеют впускные и выпускные патрубки для очистительного масла, а также патрубки для подачи азота.
Поток 56 технологической масляной смеси и при необходимости поток 60 обогащенной технологической масляной смеси, а также при необходимости добавляемый катализатор 1а и при необходимости вводимая добавка 1b поступают в виде потока 67 нагретой технологической масляной смеси из смесительных теплообменников 38, 39, 40 в верхнюю область 66 дегазатора 37. В верхней области 66 дегазатор 37 имеет камеру разделения с направляющими течение и увеличивающими площадь поверхности встроенными элементами для разделения потока и для увеличения площади поверхности потока 67 нагретой технологической масляной смеси. Поток 67 технологической масляной смеси частично направляют, предпочтительно посередине, в камеру разделения, сверху на встроенные элементы в верхней области 66 дегазатора 37.
Кроме того, дегазатор 37 имеет по меньшей мере один впускной патрубок для частичного потока 68 из потока 67 нагретой технологической масляной смеси, причем частичный поток 68 в верхней области 66 дегазатора подается тангенциально под встроенными элементами дегазатора 37 и протекает вниз с вращением по внутренней стенке корпуса дегазатора 37.
От встроенных элементов дегазатора 37 технологическая масляная смесь 67 течет вниз в виде стекающей пленки, причем благодаря распределению тонким слоем образуется большая площадь поверхности, чем облегчается выход подвергнутых крекингу продуктов с укороченными углеродными цепями из технологической масляной смеси 67. Они переходят в паровую фазу и выходят в систему 41 переработки в виде парообразного среднего дистиллята 2. Тонкие потоки стекают вместе с частичным потоком 68, который течет с вращением по внутренней стенке резервуара, и попадают в четырехфазный реактор 11. Вскоре после поступления они попадают на встроенные элементы в газопаровой зоне I реактора 11, отклоняются, и циркуляция начинается вновь.
Описанный с привлечением Фиг. 1 и 2 способ получения парообразного среднего дистиллята 2 отличается статически принудительным абсолютно турбулентным смешением технологической масляной смеси в смесительных теплообменниках 38, 39 и 40. Благодаря этому сведены к минимуму градиенты теплопередачи, и получается система, которая самоочищается в отношении смешения технологического масла и твердых веществ (катализаторов, минеральных добавок).
В качестве добавок 1b могут быть использованы гидроксид кальция, карбонат натрия, шамотная мука и бентонит. В качестве катализатора 1а предпочтительно применяют минеральные твердые вещества цеолитной природы. Предпочтительно, непрерывно выполняемое добавление твердых веществ, таких как катализатор 1а и/или добавка 1b, варьирует в диапазоне от 0,5 до 20 весовых процентов в расчете на технологическую масляную смесь 54 в реакторе 11. Катализаторы 1а и добавки 1b, такие как карбонат натрия и гидроксид кальция, как правило, добавляют в количестве от 1 до 10 весовых процентов, предпочтительно от 1 до 5 весовых процентов, при введении энергоносителя 1 в реактор 11.
В седиментационной зоне III реактора 11 осаждаются частично нерастворенные производственные отходы, катализатор 1а и добавки 1b. Смешанный с катализатором слой, возникающий таким образом в самой нижней зоне IV, с помощью по меньшей мере одного насоса 69, действующего в качестве объемного насоса посредством обратной подачи через верхнюю часть самой нижней зоны IV, превращается в псевдоожиженный слой катализатора. Тем самым при необходимости катализатор 1а и добавка 1b могут быть использованы многократно для превращения веществ. Смешанный псевдоожиженный слой поддерживается постоянным по своей высоте путем частичного выведения материала 42 фильтрующего слоя с помощью насоса 69. Для отключения процесса предусмотрен спускной резервуар 70.