Способ переработки жидких нефтяных продуктов и устройство для его осуществления (варианты)

 

Изобретение относится к переработке нефтепродуктов. Способ переработки жидких нефтяных продуктов состоит в их измельчении на капли путем непрерывного гидравлического распыления и последующем термическом фракционировании, при этом средний размер капель не превышает 0,30 мм, а отрезок времени между распылением и фракционированием не превышает 5 мин. При этом для увеличения выхода светлых фракций, выкипающих до 200 ^oС, нефть распыляют путем воздействия на микрообъемы жидкости напряжений сдвига, возникающих при интенсивной турбулизации, а для увеличения выхода фракций, выкипающих в интервале от 200 до 350^oС, нефтепродукты распыливают под воздействием напряжений сжатия, возникающих при ударе жидкости о преграду. Устройство для осуществления описанного способа содержит соединенные трубопроводами емкость для размещения исходных жидких нефтепродуктов, коллектор с нагревательным устройством, насос и распыливающую головку со щелевой или дефлекторной форсункой. При этом для распыления нефтепродуктов под воздействием напряжений сдвига применяют щелевую форсунку, содержащую цилиндрический канал с полусферой в верхней выходной части, пересеченной равнобедренным клином, при этом верхнее ребро клина обращено навстречу потоку жидкости и при пересечении с осью канала образует прямой угол, а отношение длины малой оси, образованной при пересечении полусферы и клина, эллипса к диаметру канала находится в пределах от 0,2 - до 0,6. Для распыления под действием напряжений сжатия применяют дефлекторную форсунку, содержащую цилиндрический канал и наклонную преграду, при этом ось симметрии канала и нормаль к поверхности преграды в месте ее пересечения с осью образуют острый угол, величина которого находится в пределах от 5 до 30^o, а отношение расстояния от края канала до преграды к диаметру канала находится в пределах от 0,7 до 3,5. 3 з. и 2 с. п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

Изобретение относится к средствам переработки нефтепродуктов и может быть использовано для управления переработкой жидких нефтяных продуктов с целью повышения ее эффективности.

Известен способ физической обработки нефтяных продуктов, заключающийся в их облучении ультразвуком и последующем термическом фракционировании. Однако известный способ требует дорогостоящего специального оборудования и характеризуется невысокой эффективностью, что обусловлено низкой степенью механо- химической деструкции макромолекул нефти под действием ультразвукового облучения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ, заключающийся в механическом диспергировании и последующем термическом фракционировании жидких нефтяных продуктов, а также устройство, в котором механическое диспергирование осуществляют в машине роторного типа, содержащей вращающийся наклонный диск.

Известный способ характеризуется высокой энергоемкостью, вызванной необходимостью интенсивного (при 8000-8600 об/мин ротора) механического деформирования вязкого сырья, и невысокой производительностью, обусловленной циклич- ностью процесса переработки, что вызвано необходимостью проведения периодически чередующихся операций загрузки рабочей полости диспергирующей машины, интенсивного механического взбалтывания очередной порции нефтяного сырья, остановки машины и последующей ее разгрузки.

Технический результат изобретения состоит в снижении энергозатрат на диспергирование, повышении производи- тельности процесса и увеличении выхода светлых фракций.

Эффект в части способа переработки достигается тем, что жидкие нефтяные продукты измельчают путем непрерывного гидравлического распыления на капли, а затем осуществляют термическое фракционирование, при этом средний размер капель не должен превышать 0,30 мм, а промежуток времени между началом распыления и началом последующего процесса термического фракционирования не должен превышать 5 мин, при этом для увеличения выхода светлых фракций с пределом выкипания до 200^оС процесс распыления осуществляют путем воздействия на микрообъемы жидкости преимущественно напряжений сдвига при интенсивной турбулизации жидкости, а для увеличения выхода светлых фракций с пределами выкипания 200-350^оС процесс распыления осуществляют путем воздействия на микрообъемы жидкости преимущественно напряжений сжатия, возникающих при ударе струи жидкости о преграду.

Эффект в части устройства для осуществления способа, позволяющего увеличить выход светлых фракций с пределами выкипания до 200^оС, включающего соединенные трубопроводами емкость для размещения исходных жидких нефтяных продуктов, коллектор с нагревальным устройством, насос и распыливающую головку с щелевой форсункой, содержащей цилиндрический канал с полусферой в верхней выходной части, пересеченной равнобедренным клином, верхнее ребро которого обращено навстречу потоку жидкости и при пересечении с осью симметрии цилиндра образует прямой угол, достигается тем, что отношение малой оси образованного при пересечении полусферы и клина эллипса к диаметру цилиндра находится в пределах 0,2-0,6.

Эффект в части устройства для осуществления способа, позволяющего увеличить выход светлых фракций с пределами выкипания 200-350^оС, включающего упомянутые агрегаты и распыливающую головку с дефлекторной форсункой, содержащей цилиндрический канал для подвода жидкости и наклонную преграду, достигается тем, что ось симметрии канала и нормаль к поверхности преграды в месте ее пересечения с осью образуют острый угол, величина которого находится в пределах от 5 до 30^о, а отношение расстояния от края канала до преграды к диаметру канала находится в пределах от 0,7 до 3,5.

При этом достигаемое снижение энергозатрат обусловлено тем, что удельный расход энергии при мелкодисперсном гидравлическом распылении (2-4 кВт на одну тонну жидкости) в 3-7 раз ниже, чем при механическом диспергировании (15 кВт на одну тонну жидкости). Повышение производительности процесса переработки связано с непрерывностью процесса распыления жидких нефтяных продуктов. Кроме того, интенсивное деформирование микрообъемов жидкости при их мелкодисперсном распылении и достигаемое при этом ослабление и предразрушение межмолекулярных связей в нефтепродуктах существенно облегчает последующее термическое фракционирование и приводит к увеличению выхода светлых продуктов.

На фиг.1 показано устройство для переработки жидких нефтяных продуктов; на фиг.2 дефлекторная форсунка; на фиг.3 щелевая форсунка.

Устройство для переработки жидких нефтяных продуктов путем их гидравлического распыления и последующего термического фракционирования содержит емкость для размещения исходных нефтепродуктов 1, коллектор с нагревательным устройством 2, насос 3, распыливающую головку 4 с форсункой 5, последовательно соединенные трубопроводом 6, а также емкость для сбора распыленной жидкости 7 и ректификационную колонну 8.

Дефлекторная и щелевая форсунки, применяемые в предложенном устройстве для реализации заданных типов деформации при распыле, известны (см. например, каталог фирмы "Albuz)", Франция). Рассмотрим устройство и параметры этих форсунок применительно к целям предложенного изобретения.

Дефлекторная форсунка (фиг.2) снабжена цилиндрическим каналом 9, диаметром d для подвода жидкости и наклонной преградой 10, отстоящей от края цилиндрического канала на расстоянии l. Нормаль к поверхности преграды в месте ее пересечения с осью симметрии канала 9 образует с этой осью острый угол Щелевая форсунка (фиг. 3) имеет цилиндрический канал 11 диаметром d с полусферой 12 в верхней выходной части. Полусфера 12 рассечена равнобедренным клином, верхнее ребро которого 13 (на фиг.3 оно перпендикулярно плоскости чертежа) обращено навстречу потоку жидкости и перпендикулярно оси симметрии канала 11. Боковые грани клина 14 в местах пересечения с полусферой 12 образуют эллипс, малая ось которого равна b.

Реализация способа переработки жидких нефтяных продуктов может быть рассмотрена на примере работы конкретного варианта устройства. Устройство работает следующим образом. Жидкие нефтяные продукты из емкости 1 (фиг.1) через коллектор с нагревательным устройством 2 с помощью насоса 3 подаются под давлением по трубопроводам 6 на распыливающую головку 4 и распыляются через форсунку 5, образуя поток капель 15, поступающий при необходимости (например, для смешения со стабилизирующими или модифицирующими добавками) в отдельную емкость 7, а затем в ректификационную колонну 8, либо сразу в нижнюю часть колонны 8 для термического фракционирования. Промежуток времени между началом распыления и подачей жидких нефтепродуктов из емкости 7 в колонну 8 должен быть не более 5 мин. В случае высокой вязкости жидких нефтяных продуктов (например, при переработке мазутов) они подогреваются нагревательным устройством в коллекторе 2.

Жидкость в дефлекторной форсунке (фиг.2) поступает под давлением через цилиндрический канал 9 и, ударяясь о наклонную преграду 10, отражается от нее в виде факела 15, представляющего собой поток капель, образованных при ударе под действием напряжений сжатия.

Жидкость в щелевой форсунке (фиг.3) поступает под давлением через цилиндрический канал 11 и, интенсивно завихряясь на кромках 16, образованных пересечением полусферы 12 и боковых граней клина 14, выходят в виде потока капель 15, сформированных в турбулентном вихре под действием напряжений сдвига.

В качестве примера переработки жидких нефтяных продуктов путем гидравлического распыления и последующего термического фракционирования использовали товарную нефть троицко-анастасьевского месторождения.

П р и м е р 1. Порции нефти массой 400-600 г с исходной условной вязкостью 2,8 при 20^оС с помощью плунжерного насоса распыляли под давлением 1 МПа на щелевой форсунке с параметром b/d=0,3 и на дефлекторной форсунке с параметрами α=18^o и l/d=2. Средний размер капель, замеренный методом улавливания на пластину, покрытую сажей, составил для щелевой форсунки 0,23 мм, а для дефлекторной 0,28 мм. Через 2-3 мин после начала распыления нефть перегоняли по стандартной методике на аппарате АРН-2 для определения фракционного состава. Эксперименты проводили с трехкратной повторностью. Эффект механо-химической деструкции макромолекул, протекающей вследствие мелкодисперсного распыления, оценивали по выходу светлых фракций, отобранных в температурных интервалах от комнатной до 200^оС и от 200 до 350^оС у нефти в исходном состоянии и после распыления.

Результаты представлены в табл.1.

Как видно, воздействие на микрообъемы нефти деформаций сдвига, реализуемых на щелевой форсунке, приводит к увеличению выхода светлых фракций с пределом выкипания до 200^оС на 4,3 мас. а воздействие деформаций сжатия, реализуемых на дефлекторной форсунке, позволяет увеличить выход светлых фракций с пределами выкипания от 200 до 350^оС на 5,5 мас.

П р и м е р 2. В аналогичных опытах, проведенных на тех же форсунках, давление в системе изменяли от 0,4 до 4,0 МПа. Средний размер капель при этом изменялся от 0,5 до 0,1 мм. В табл.2 представлены данные по суммарному выходу светлых фракций с пределами выкипания до 350^оС в зависимости от размера капель.

Как видно, максимальный выход суммарного количества светлых фракций достигается при размере капель, не превышающем 0,30 мм. Увеличение размера капель, характеризующее снижение степени механического диспергирования при распылении, приводит к уменьшению выхода светлых фракций.

П р и м е р 3. Распыление нефти проводили при давлении 1 МПа на щелевых форсунках с параметром b/d, изменяющимся в интервале значений от 0,2 до 0,8, и на дефлекторных форсунках с углом наклона преграды α=15^о и значениями l/d от 0,7 до 6. В табл. 3 представлены данные по суммарному выходу светлых фракций с пределами выкипания до 350^оС в зависимости от параметров форсунок.

Как следует из представленных в табл.3 данных, максимальный выход светлых фракций достигается на щелевых форсунках при значениях параметра b/d, равных 0,2-0,6, а на дефлекторной форсунке при l/d, равных 0,7-3,5. При меньших значениях указанных параметров наблюдается резкое снижение производительности форсунок, а при больших снижение качества распыла, проявляемое в увеличении размера капель, появлении струй, разрывов сплошности факела и др. Ухудшение качества распыла нефти наблюдается также при значениях угла α, меньших 5^о и больших 30^о.

Дополнительные опыты показали, что увеличение интервала времени между распылением и началом перегонки свыше 5 мин приводит к снижению выхода светлых продуктов, что обусловлено протеканием вторичных релаксационных процессов с образованием высокомолекулярных соединений, аналогичных исходным.

Формула изобретения

1. Способ переработки жидких нефтяных продуктов, включающий их диспергирование и термическое фракцинирование, отличающийся тем, что диспергирование осуществляют непрерывным гидравлическим распылением на капли, при этом средний размер капель не должен превышать 0,30 мм, а промежуток времени между началом распыления и началом термического фракционирования не должен превышать 5 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для увеличения выхода светлых фракций с пределом выкипания до 200^oС при распылении осуществляют воздействие на микрообъемы жидкости напряжений сдвига, возникающих при интенсивной турбулизации жидкости.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для увеличения выхода светлых фракций с пределом выкипания 200 350^oС при распылении осуществляют воздействие на микрообъемы жидкости напряжений сжатия, возникающих при ударе струи жидкости о преграду.

4. Устройство для переработки жидких нефтяных продуктов, содержащее соединенные трубопроводами емкость для размещения исходных жидких нефтяных продуктов, коллектор с нагревательным устройством, насос и распыливающую головку с щелевой форсункой, содержащей цилиндрический канал с полусферой в верхней выходной части, пересеченной равнобедренным клином, при этом верхнее ребро клина обращено навстречу потоку жидкости и при пересечении с осью симметрии цилиндрического канала образует прямой угол, отличающееся тем, что отношение длины малой оси, образованного при пересечении полусферы и клина, эллипса к диаметру цилиндрического канала находится в пределах 0,2 0,6.

5. Устройство для переработки жидких нефтяных продуктов, содержащее соединенные трубопроводами емкость для размещения исходных жидких продуктов, коллектор с нагревательным устройством, насос и распыливающую головку с дефлекторной форсункой, содержащей цилиндрический канал для подвода жидкости и наклонную преграду, отличающееся тем, что ось симметрии цилиндрического канала и нормаль поверхности преграды в месте ее пересечении с осью образуют острый угол, величина которого находится в пределах 5 30^o, а отношение расстояния от края канала до преграды к диаметру канала находится в пределах 0,7 3,5.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4