Способ депарафинизации масел и получения твердых парафинов
Использование: в нефтеперерабатывающей промышленности в процессах депарафинизации и обезмасливания нефтепродуктов при производстве масел и твердых парафинов. Сущность: парафинсодержащее сырье ступенчато смешивают с хладагентом, в качестве которого применяют охлажденный растворитель, раствор фильтрата или их смесь, в многосекционном вертикально установленном аппарате - пульсационном кристаллизаторе за счет пульсационного воздействия на весь объем сырьевой смеси, заполняющей аппарат, обеспечивающего возвратно-поступательное движение сырьевой смеси в перетоках между секциями, с одновременной непрерывной подачей в эти перетоки хладагента. Причем сырье перед поступлением в аппарат смешивают с частью хладагента с получением сырьевого раствора, температура которого на 3-5°С выше температуры начала кристаллизации парафина в этом растворе. Полученную парафиновую суспензию дополнительно охлаждают до температуры разделения с последующей регенерацией растворителя из продуктов разделения. Предпочтительно смешение осуществляют в ряде перемешивающих устройств, последовательно установленных на трубопроводе подачи сырья в аппарат. Технический результат - повышение скорости разделения получаемой парафиновой суспензии, увеличение выхода депарафинированного масла и снижение содержания масла в гаче - сырье для производства парафинов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 ил.
Предлагаемое изобретение относится к способам депарафинизации масел и получения твердых парафинов путем кристаллизации парафина из раствора сырья в избирательном растворителе и разделения образовавшейся суспензии и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемым результатам является способ получения депарафинированных масел и твердых парафинов (патент РФ №2005769, кл. С 10 G 73/06, 1994), согласно которому сырьевую суспензию из парафинсодержащего сырья получают путем многоступенчатого его смешения с хладагентом (холодным растворителем, раствором фильтрата или их смесью) за счет пульсационного воздействия на весь объем сырьевой смеси, заполняющей вертикально установленный многосекционный аппарат. При этом обеспечивается возвратно-поступательное движение сырьевой смеси в перетоках между секциями с одновременной непрерывной подачей хладагента в эти перетоки. Полученную суспензию охлаждают до температуры разделения, разделение суспензии осуществляют путем ее фильтрования с целью выделения осадка кристаллов парафина с последующей регенерацией растворителя из продуктов разделения суспензии - раствора фильтрата и осадка.
К недостаткам способа, принятого за прототип, следует отнести то, что сырье подают в аппарат (пульсационный кристаллизатор), в котором осуществляется его многоступенчатое смешение с хладагентом, при температуре, не менее чем на 15°С выше температуры начала кристаллизации парафина в сырье для обеспечения заданной вязкости сырьевой смеси по мере ее разбавления и охлаждения. Следствием этого является то, что до половины секций аппарата используется для охлаждения сырьевой смеси до температуры начала кристаллизации парафина в ней при высоком градиенте температур между секциями. Это приводит к неэффективному использованию части объема кристаллизатора и ухудшению фильтрационных характеристик получаемой суспензии - снижению скорости разделения суспензии и выхода депарафинированного масла, повышению содержания масла в гаче - сырье для производства парафинов.
Целью заявленного способа является повышение скорости разделения получаемой суспензии и увеличение выхода депарафинированного масла, снижение содержания масла в гаче - сырье для производства парафинов.
Поставленная цель достигается способом депарафинизации масел и получения твердых парафинов, согласно которому сырье перед поступлением в аппарат (пульсационный кристаллизатор), в котором осуществляется его многоступенчатое смешение с хладагентом, смешивают с частью хладагента - охлажденного растворителя, раствора фильтрата или их смеси - с получением сырьевого раствора температура которого на 3-5°С выше температуры начала кристаллизации парафина в этом растворе. Причем смешение сырья с частью хладагента перед поступлением в аппарат осуществляют в ряде перемешивающих устройств, последовательно установленных на трубопроводе подачи сырья в кристаллизатор.
Существенным отличительным признаком предложенного способа является то, что сырье перед подачей в аппарат смешивают с частью хладагента с получением раствора сырья, температура которого близка к температуре начала кристаллизации в нем парафина. В качестве перемешивающих устройств для предварительного смешения сырья с частью хладагента применяются стационарные смесители, установленные непосредственно в трубопроводе подачи сырья в кристаллизатор, или инжекционные смесители.
Указанный отличительный признак предлагаемого технического решения определяет его новизну и изобретательский уровень в сравнении с известным уровнем техники. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".
Анализ известных технических решений по способам позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками заявляемого способа, то есть о соответствии заявляемого способа требованиям изобретательского уровня.
Разделение суспензии, полученной в соответствии с предлагаемым способом, происходит при повышении скорости отделения жидкой фазы от осадка, увеличении выхода депарафинированного масла и снижении содержания масла в гаче - сырье для производства парафинов.
Способ осуществляется следующим образом (см. фиг.1, 2, 3).
Сырье 1 (фиг.1), разогретое до температуры, превышающей температуру начала кристаллизации в нем парафина на 15-25°С, смешивают с частью хладагента 2 от общего его количества 3, предназначенного для смешения с сырьем в процессе получения парафиновой суспензии.
В качестве хладагента 3 используется охлажденный избирательный растворитель (кетоны с 3-6 атомами углерода в молекуле, их смеси друг с другом, с ароматическими углеводородами, эфирами, а также смеси галогенпроизводных углеводородов), раствор фильтрата одной из ступеней разделения суспензии в зависимости от технологической схемы процесса, или их смеси.
Смешение сырья 1 с частью хладагента 2 перед поступлением в пульсационный кристаллизатор осуществляют в ряде перемешивающих устройств 4, установленных на трубопроводе подачи сырья.
Образовавшийся сырьевой поток 5 поступает под первую секцию пульсационного кристаллизатора 6 - аппарата, представляющего собой полую вертикальную колонну, оснащенную чередующимися перегородками 7 и 8. Пространство между смежными перегородками 7 образует секцию. Перегородки 8 имеют перетоки - сопла 9. Сопла 9 соединены с вводами 10 хладагента 11 - части от общего количества хладагента 3 за вычетом хладагента 2, подаваемого на предварительное разбавление сырья.
Сырьевой поток 5, смешиваясь с хладагентом 11, непрерывно поступающим в секции пульсационного кристаллизатора 6, заполняет весь объем кристаллизатора до уровня штуцера выхода суспензии 12. Пульсационное воздействие на сырьевую смесь осуществляют пульсатором 13, генерирующим импульсы сжатого инертного газа 14, поступающие в пульсационную камеру 15, соединенную с кристаллизатором 6 трубопроводом 16. Импульсы сжатого инертного газа создают колебания уровня сырьевой смеси в пульсационной камере 15, одновременно поддерживая разность уровней в ней и корпусе пульсационного кристаллизатора 6. Колебания уровня сырьевой смеси в пульсационной камере 15 создают в полости кристаллизатора 6 (т.к. пульсационная камера и полость кристаллизатора образуют сообщающиеся сосуды) вертикальное возвратно-поступательное движение сырьевого потока.
При этом в соплах 9 ввиду малой площади их "живого" сечения скорость возвратно-поступательного движения потока резко увеличивается, обеспечивая интенсивное перемешивание сырьевого потока с хладагентом 11 в секциях кристаллизатора 6. Совершая колебания по вертикали, сырьевой поток движется вверх по корпусу кристаллизатора 6 - это движение обусловлено непрерывным поступлением в аппарат сырьевого потока 5 и хладагента 11.
Сырьевой поток, двигаясь от секции к секции, охлаждается по мере разбавления его хладагентом 11. Охлажденный сырьевой поток, образовавший парафиновую суспензию 17, подается в испарительные скребковые кристаллизаторы для дополнительного охлаждения до температуры разделения.
После отделения жидкой фазы от кристаллов парафина продукты разделения поступают на регенерацию растворителя.
Предварительное смешение сырья 1 с частью хладагента осуществляют в двух-трех перемешивающих устройствах 4 (фиг.2, 3), последовательно установленных на линии подачи сырья.
В качестве перемешивающих устройств применяются статические смесители (фиг.2), представляющие собой участки трубопровода, оснащенные лопатками или спиралями 18, повышающими турбулентность потока в данной точке смешения.
Могут быть использованы инжекционные смесители (фиг.3), обеспечивающие не только диспергирование хладагента в потоке сырья, но и циркуляцию части сырьевого потока 19, выходящего из инжектора, в точку смешения растворителя с сырьем. В этом случае наряду с интенсивным перемешиванием хладагента с сырьем достигается снижение концентрации подаваемого хладагента в сырьевом потоке, выходящем из инжектора.
Последовательная подача хладагента, имеющего низкую температуру, в две-три точки при интенсивном его смешении с сырьевым потоком предотвращает образование сгустков выкристаллизовавшегося парафина, включающих раствор сырья в хладагенте.
При однократной подаче хладагента в сырье без дополнительного перемешивания образующиеся в точке смешения сгустки парафина могут не раствориться вплоть до поступления сырьевого потока в кристаллизатор несмотря на то, что температура сырьевой смеси в этой точке выше температуры начала кристаллизации в ней парафина. Дальнейшее охлаждение сырьевого потока в пульсационном кристаллизаторе до температуры начала кристаллизации парафина из раствора сырья и более низких температур не способствует растворению этих сгустков. Их наличие в разделяемой суспензии ухудшает качество отделения жидкой фазы (раствора масла в хладагенте) от кристаллов парафина, что приводит к снижению выхода депарафинированного масла и повышению содержания масла в гаче - сырье для производства парафина.
Преимущества предлагаемого способа иллюстрируются приведенными ниже примерами.
Пример 1 (прототип).
В качестве сырья процесса депарафинизации использовали рафинат фр. 420-490°С смеси западносибирских нефтей, основные свойства которого приведены ниже:
| Плотность при 20°С, кг/м3 | 895 |
| Температура плавления, °С | 42 |
| Показатель преломления | 1,5030 |
| Вязкость кинематическая, мм2/с при 100°С | 10,5 |
Сырье, разогретое до температуры 60°С (на 18°С выше температуры начала кристаллизации в нем парафина), подавали в пилотную модель шестнадцатисекционного кристаллизатора, моделируя способ, принятый за прототип. В кристаллизаторе сырье смешивали с порциями хладагента - охлажденного растворителя (смесью метилэтилкетона (МЭК) с толуолом с объемным содержанием МЭК - 60%).
Перемешивание осуществляли импульсами инертного газа, поступающими в пульсационную камеру кристаллизатора. Частота пульсации - 50 импульсов в минуту.
Общая объемная кратность хладагента к сырью в процессе получения суспензии в модели пульсационного кристаллизатора - 3:1. Температура хладагента - минус 15°С.
Посекционную подачу хладагента отрегулировали таким образом, чтобы падение температуры сырьевого потока от секции к секции было равномерным.
Полученную в пульсационном кристаллизаторе суспензию, имеющую температуру плюс 5°С, охлаждали в модели испарительного скребкового кристаллизатора до температуры минус 25°С. Эту суспензию разделяли путем фильтрования в одну ступень. Полученный осадок промывали растворителем.
Параметры процесса депарафинизации сырья при применении предлагаемого способа приведены в таблице 1.
После отгонки растворителя от продуктов разделения суспензии определяли материальный баланс процесса депарафинизации.
Основные показатели процесса депарафинизации рафината при использовании способа, взятого за прототип, приведены в таблице 2.
Пример 2.
В качестве сырья использовали рафинат согласно примеру 1. Сырье, разогретое до температуры 60°С (на 18°С выше температуры начала кристаллизации в нем парафина), моделируя предлагаемый способ, смешивали с частью хладагента в соотношении 0,35:1,0 об. доли на сырье. Смешение производили в двух последовательно установленных на линии подачи сырья стационарных перемешивающих устройствах.
Полученный раствор, имеющий температуру 40°С (на 4°С выше температуры начала кристаллизации в нем парафина при указанном выше соотношении предварительно поданного на разбавление хладагента к сырью), направляли в первую секцию пульсационного кристаллизатора.
Остальную часть хладагента в соотношении 2,65:1,0 об. доли на сырье подавали на смешение с сырьевым потоком в секции пульсационного кристаллизатора.
Посекционную подачу хладагента также отрегулировали таким образом, чтобы падение температуры сырьевого потока от секции к секции было равномерным.
Состав и температура хладагента, параметры пульсационного перемешивания, общая объемная кратность хладагента к сырью те же, что в примере 1.
Полученную в пульсационном кристаллизаторе суспензию, имеющую температуру плюс 5°С, охлаждали в модели испарительного скребкового кристаллизатора до температуры минус 25°С. Эту суспензию разделяли путем фильтрования в одну ступень. Полученный осадок промывали растворителем.
Параметры процесса депарафинизации сырья при применении предлагаемого способа приведены в таблице 1.
После отгонки растворителя от продуктов разделения определяли материальный баланс процесса депарафинизации.
Основные показатели процесса депарафинизации рафината при использовании способа, взятого за прототип, приведены в таблице 2.
Температурные профили в пульсационном кристаллизаторе и расчетные скорости охлаждения сырьевого потока в нем при применении способа, взятого за прототип, и предлагаемого способа, показаны в виде графиков (фиг.4, 5).
При применении предлагаемого способа 15 секций из 16 работают в режиме кристаллизации (фиг.4). Уже во второй секции температура сырьевого потока (36°С) доходит до температуры начала кристаллизации парафина из раствора сырья при достигаемом в этой секции соотношении хладагента к сырью. Тогда как при применении способа, взятого за прототип, секции с первой по шестую работают в режиме охлаждения раствора сырья и лишь остальные десять секций работают в режиме кристаллизации.
За счет уменьшения количества хладагента, поступающего непосредственно в пульсационный кристаллизатор, и повышения количества секций, работающих в режиме кристаллизации, скорость охлаждения сырьевого потока (именно в области кристаллизации) снижается (фиг.5), разность температур между смежными секциями понижается с 3,5-3,8 до 2,3-2,5°С, что также благоприятно сказывается на процессе кристаллизации, следовательно, и на фильтрационных характеристиках получаемой суспензии.
При проведении процесса депарафинизации с применением предлагаемого способа скорость фильтрования суспензии, охлажденной до температуры разделения, повышается на 22% при увеличении выхода депарафинированного масла на 1,7 мас.% и снижении содержания масла в гаче в 1,5 раза (таблица 2).
Следует отметить, что при попытке снизить температуру сырья, входящего в кристаллизатор, до 45-50°С при моделирования способа, принятого за прототип, с целью достижения эффекта, получаемого в предлагаемом способе, охлаждение сырьевой смеси при недостаточном его разбавлении приводило к резкому повышению вязкости сырьевой смеси в аппарате. При этом полностью нарушалась работа кристаллизатора ввиду образования сгустков сырьевой смеси, затрудняющих ее транспортирование и перемешивание.
Как видно из таблицы 1, применение предлагаемого способа не изменяет конечную кратность разбавления сырья хладагентом и температуру суспензии, выходящей из пульсационного кристаллизатора.
Экономическая эффективность внедрения предлагаемого способа в промышленных процессах депарафинизации масел и производства парафинов обусловлена получением суспензий, при разделении которых достигается увеличение выхода депарафинированного масла наряду с повышением производительности фильтровального оборудования и получением более глубоко обезмасленного гача - сырья для производства парафинов.
Повышение производительности фильтровального оборудования обеспечивает возможность сокращения количества фильтров, включенных в процесс разделения парафиновых суспензий. Получение более глубоко обезмасленных гачей позволит вырабатывать парафины с заданным содержанием масла при сокращении количества ступеней фильтрования на последующей стадии производства - обезмасливании гача.
Т.е. наряду с ростом выработки целевой продукции процессов депарафинизации (депарафинированных масел) благодаря увеличению их выхода от сырья обеспечивается сокращение эксплуатационных затрат за счет снижения количества используемого фильтровального оборудования и, как следствие, расходов на его эксплуатацию. Сокращение количества ступеней фильтрования на стадии обезмасливания гача также обеспечивает снижение эксплуатационных затрат на регенерацию растворителя, используемого на каждой ступени для промывки и разбавления осадков, получаемых в процессе фильтрования парафиновых суспензий.
| Таблица 2 Основные показатели процесса депарафинизации | ||
| Основные показатели процесса | Величина показателей при применении | |
| способа, взятого за прототип | предлагаемого способа | |
| Скорость фильтрования суспензии, отн.% | 100 | 122 |
| Выход депарафинированного масла, мас.% | 77,3 | 79,0 |
| Содержание масла гаче, мас.% | 20,7 | 14,3 |
| Температура застывания депарафинированного масла, °С | -17 | -17 |
1. Способ депарафинизации масел и получения твердых парафинов путем ступенчатого смешения парафинсодержащего сырья с хладагентом, в качестве которого применяют охлажденный растворитель, раствор фильтрата или их смесь, в многосекционном вертикально установленном аппарате - пульсационном кристаллизаторе за счет пульсационного воздействия на весь объем сырьевой смеси, заполняющей аппарат, обеспечивающего возвратно-поступательное движение сырьевой смеси в перетоках между секциями, с одновременной непрерывной подачей в эти перетоки хладагента, последующего охлаждения полученной суспензии, ее разделения и регенерации растворителя из продуктов разделения, отличающийся тем, что перед поступлением в аппарат сырье смешивают с частью хладагента с получением сырьевого раствора, температура которого на 3-5°С выше температуры начала кристаллизации парафина в этом растворе.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешение сырья с частью хладагента перед поступлением в аппарат осуществляют в ряде перемешивающих устройств, последовательно установленных на трубопроводе подачи сырья в аппарат.
