Способ получения твердых парафинов и масел
Владельцы патента RU 2325431:
Болдинов Владимир Анатольевич (RU)
Есипко Евгений Алексеевич (RU)
Яковлев Сергей Павлович (RU)
Использование: в нефтеперерабатывающей промышленности. Сущность: парафинсодержащее сырье ступенчато смешивают с хладагентом, в качестве которого применяют охлажденный растворитель. Смешение осуществляют в многосекционном вертикальном аппарате - пульсационном кристаллизаторе - за счет пульсационного воздействия на весь объем сырьевой смеси, заполняющей аппарат. Полученную суспензию без последующего охлаждения подвергают фильтрованию в две или три ступени с получением парафина после регенерации растворителя из осадка последней ступени фильтрования. Смесь полученных фильтратов двух или трех ступеней фильтрования после регенерации из них растворителя подвергают каталитической депарафинизации с получением депарафинированного масла. Перед подачей сырья в пульсационный кристаллизатор в него добавляют такое количество парафина, полученного на последней ступени фильтрования после отделения от него растворителя, чтобы содержание твердых парафинов в образующейся сырьевой смеси было не менее 22 мас.%. Технический результат - повышение скорости фильтрования, повышение выхода масла, снижение содержания масла в парафине и снижение эксплуатационных расходов на обслуживание кристаллизационного оборудования. 3 табл., 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к способам получения твердых парафинов и масел с заданной температурой застывания из рафинатов селективной очистки масляных фракций и остатков гидрокрекинга и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемым результатам является комбинированный способ депарафинизации масел и обезмасливания парафинов ("Химия и технология топлив и масел", 2000 г., №4, с.12-15), согласно которому сырьевую суспензию из парафинсодержащего сырья получают путем многоступенчатого его смешения с хладагентами - раствором фильтрата второй ступени депарафинизации и охлажденным растворителем - за счет пульсационного воздействия на весь объем сырьевой смеси, заполняющей вертикально установленный многосекционный аппарат - пульсационный кристаллизатор.
При этом обеспечивается возвратно-поступательное движение сырьевой смеси в перетоках между секциями с одновременной непрерывной подачей хладагентов в эти перетоки. Полученную суспензию охлаждают до температуры, необходимой для фильтрования в режиме депарафинизации, фильтруют в две ступени с получением фильтрата первой ступени депарафинизации - раствора депарафинированного масла - и раствора фильтрата второй ступени депарафинизации, подаваемого в пульсационный кристаллизатор в качестве хладагента.
Осадок гача с фильтров второй ступени депарафинизации поступает на стадию обезмасливания, где его фильтруют при повышенной температуре с получением осадка парафина и раствора фильтрата обезмасливания. После регенерации растворителя из продуктов разделения суспензий получают депарафинированное масло, парафин и фильтрат обезмасливания.
К недостаткам способа, принятого за прототип, следует отнести то, что суспензию, полученную в пульсационном кристаллизаторе, подвергают дополнительному охлаждению в испарительных скребковых кристаллизаторах для достижения температуры фильтрования на первой ступени депарафинизации. Выделяющиеся при более низких температурах из раствора сырья кристаллы низкомолекулярных "мягких" парафинов в сочетании с выкристаллизовавшимися при более высоких температурах "твердых" парафинов образовывают полидисперсную твердую фазу. При фильтровании такой суспензии снижается скорость фильтрования и качество разделения фаз - понижается выход фильтрата, при повышении содержания масла в получаемом парафине.
В целом процесс получения суспензии, подлежащей фильтрованию, не обходится без применения низкоэффективных в области теплопередачи испарительных скребковых кристаллизаторов - оборудования, отличающегося низкой надежностью в эксплуатации и требующего высоких затрат на ремонт и обслуживание.
Дальнейшее повышение температуры на последующих стадиях фильтрования - обезмасливании гача связано с непродуктивными потерями холода суспензии, полученной на стадии депарафинизации.
Целью заявленного способа является повышение скорости фильтрования получаемой суспензии, увеличение выхода масла с требуемой температурой застывания и повышение его качества, снижение содержания масла в парафине, полный отказ от использования скребковых кристаллизаторов (снижение эксплуатационных расходов на ремонт и обслуживание кристаллизационного оборудования).
Поставленная цель достигается тем, что полученная в пульсационном кристаллизаторе парафиновая суспензия подвергается фильтрованию в две или три ступени с получением парафина. Смесь полученных фильтратов двух или трех ступеней фильтрования после регенерации из нее растворителя подвергается каталитической депарафинизации с получением депарафинированного масла с заданной температурой застывания.
Перед подачей в пульсационный кристаллизатор в сырье добавляют такое количество парафина, полученного на последней ступени фильтрования, после отделения от него растворителя, чтобы содержание парафинов в образующейся сырьевой смеси было не менее 22 мас.%.
Существенным отличительным признаком предложенного способа является повышение концентрации твердых парафинов в сырьевой смеси, создающее условия для получения суспензии, при фильтровании которой обеспечивается высокая эффективность разделения - снижение содержания масла в парафине при повышении выхода смеси фильтратов.
Осуществление предложенного способа основано на сочетании применения пульсационного кристаллизатора с каталитической депарафинизацией смеси полученных фильтратов обезмасливания, обеспечивающего повышение выхода депарафинированного масла наряду с увеличением индекса его вязкости.
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.
Способ осуществляется следующим образом (см. чертеж).
Сырье 1, разогретое до температуры, превышающей температуру начала кристаллизации в нем парафина на 10-15°С, подают в первую секцию пульсационного кристаллизатора 2.
В качестве хладагентов 3, 4, подаваемых в пульсационный кристаллизатор двумя потоками, 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).
Пульсационное воздействие на сырьевую смесь в кристаллизаторе 2 обеспечивает перемешивание сырьевого потока с хладагентами 3, 4, непрерывно поступающими в секции аппарата. Сырьевой поток, двигаясь от секции к секции, охлаждается по мере разбавления его хладагентами.
Образующаяся в пульсационном кристаллизаторе 2 суспензия поступает в фильтры 5, в которых производится разделение суспензии в две или три ступени. Осадки на фильтрах промываются растворителем 6, который также подается на разбавление между ступенями фильтрования.
Осадок с последней ступени фильтрования 7 и смесь растворов фильтратов 8 поступает в блок охлаждения растворителя 9 продуктами разделения суспензии. После него смесь растворов фильтратов 10 и осадок последней ступени фильтрования 11 поступают на секцию регенерации растворителя 12. Отогнанный растворитель 13 поступает на охлаждение продуктами фильтрования в блок 9 и после дополнительного охлаждения подается в кристаллизатор 2 в виде хладагентов 3 и 4, и на разбавление и промывку осадков 6 в фильтры 5.
Из секции регенерации 12 отводится парафин 14. Часть парафина 15 подается на разбавление сырья 1, образуя циркулирующий в системе поток. Балансовое количество парафина 16 отбирается в виде готовой продукции 16. В случае необходимости этот парафин может далее подвергаться контактной или гидроочистке.
Смесь фильтратов 17 после секции регенерации растворителя 12 подается на блок каталитической депарафинизации 18. На этом блоке получают депарафинированное масло 19 и побочные продукты реакции 20.
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 | 893 |
| - температура плавления, °С | 42 |
| - содержание парафинов, мас.% | 17 |
| - показатель преломления | 1,5029 |
| - вязкость кинематическая, мм2/с при 100°С | 10,3 |
Применяемый растворитель - смесь метилэтилкетона (МЭК) с толуолом с объемным содержанием МЭК - 60%.
Процесс сводился к получению парафиновой суспензии в модели пульсационного кристаллизатора, охлаждению ее до температуры первой ступени депарафинизации, фильтрованию этой суспензии в режиме двухступенчатой депарафинизации с последующим фильтрованием осадка гача второй ступени депарафинизации в одну ступень обезмасливания.
Основные параметры режимов получения суспензии, фильтрования и промывки осадков приведены в табл.1.
После отгонки растворителя от продуктов разделения суспензии был составлен материальный баланс и определены свойства полученных продуктов. Основные показатели процесса приведены в табл.2.
Пример 2 (предлагаемый способ).
Используемые сырье и растворитель те же, что в примере 1.
Процесс моделировали в соответствии со схемой, приведенной на чертеже.
Сырье, предварительно смешанное с 5% парафина (в расчете на сырье), полученного из этого рафината, подавали в модель пульсационного кристаллизатора, где оно смешивалось с охлажденным растворителем. Полученную суспензию фильтровали в три ступени при неизменной температуре, промывая осадки на каждой ступени и подавая растворитель на разбавление осадков между ступенями фильтрования. Основные параметры режимов получения суспензии, фильтрования и промывки осадков приведены в табл.1.
От осадка третьей ступени фильтрования и смеси растворов фильтратов был отогнан растворитель.
Затем смесь фильтратов была подвергнута каталитической депарафинизации с использованием цеолитсодержащего алюмоникельмолибденового катализатора селективного крекинга при следующих условиях: объемная скорость подачи сырья 0,5 ч-1, температура 370°С, кратность подачи водородсодержащего газа 1000 нм3/м3 сырья, давление 4,5 МПа.
После этого был составлен материальный баланс и определены свойства полученных продуктов. Основные показатели процесса приведены в табл.2.
Обобщенные показатели процессов приведены в табл.3.
Внедрение предлагаемого способа позволит повысить выход депарафинированного масла с заданной температурой застывания на 4 мас.% в расчете на сырье - рафинат. Содержание масла в парафине снижается с 2 до 0,8%, что дает возможность получения пищевого парафина марки П-2 (после гидроочистки или контактной очистки) вместо технического парафина марки Т-2 (ГОСТ 23683-89).
При этом выход парафина в расчете на рафинат не снижается, несмотря на наличие потерь в виде легких нефтепродуктов - побочных продуктов реакций, протекающих на стадии каталитической депарафинизации.
Это объясняется тем, что в способе, взятом за прототип, количество побочного продукта - фильтрата обезмасливания - в два раза выше. Причем с этим продуктом теряются и масляные и парафиновые компоненты сырья.
Продукты реакции каталитической депарафинизации направляются в топливную систему завода, куда, как правило, поступает фильтрат обезмасливания.
При проведении процесса депарафинизации с применением предлагаемого способа скорость фильтрования суспензии повышается более, чем в 1,5 раза, что делает возможным повышение производительности установки на 25-30% или включения фильтров с повышением количества ступеней фильтрования.
Одной из причин является более высокая температура фильтрования - снижение вязкости жидкой фазы суспензии. Добавляемый в сырье твердый парафин является модификатором кристаллической структуры, повышая концентрацию высокомолекулярных парафинов, образующих при кристаллизации однородные крупные частицы твердой фазы.
При переработке рафинатов с низким содержанием твердых углеводородов эта добавка обеспечивает такое повышение концентрации твердых парафинов в сырьевом растворе, что при относительно высоких температурах суспензии, выходящей из пульсационного кристаллизатора, образующегося количества твердой фазы, достаточного для образования на фильтрующей поверхности толщины осадка, требуемой для его эффективной промывки сушки и отдувки.
Следует отметить, что введение в сырьевой поток такого количества твердых парафинов возможно только при применении объемного кристаллизатора, каковым является пульсационный. Попытка применения такого приема в скребковых кристаллизаторах приводит к быстрой забивке трубного пространства парафиновыми отложениями, нарушению нормальной работы аппаратов и технологического процесса в целом.
Повышение индекса вязкости масла объясняется тем, что каталитической депарафинизации подвергается смесь фильтратов, из которых удалена основная масса твердых высокомолекулярных н-алканов. Поэтому смесь фильтратов, обогащенная изо-алканами и незначительным количеством низкомолекулярных "мягких" парафинов, не требует жестких условий проведения реакции. Кроме этого в смеси фильтратов четко отделенных при фильтровании от твердой фазы остаются высоко индексные компоненты, часть из которых теряется с фильтратом обезмасливания при переработке согласно способу, взятому за прототип.
Полный отказ от применения скребковых кристаллизаторов (регенеративных и испарительных) упрощает аппаратурное оформление установки, снижает эксплуатационные затраты на ремонт и обслуживание этого оборудования.
Отсутствие необходимости охлаждения суспензии до низких температур снижает нагрузку на холодильное отделение более чем в 2 раза.
Исключение скребковых кристаллизаторов позволяет применять низконапорные насосы, что также приводит к сокращению энергопотребления.
| Таблица 1 Основные параметры режимов получения суспензии, фильтрования и промывки осадков | ||
| Наименование показателей | Значение показателей при применении | |
| способа, взятого за прототип | предлагаемого способа | |
| Начальная температура сырья, °С | 50 | 50 |
| Количество парафина, подаваемого на смешение с сырьем, мас.% на сырье | - | 5 |
| Количество хладагентов, подаваемых в пульсационный кристаллизатор, мас. доли на сырье | ||
| - фильтрат второй ступени в нижний коллектор | 1,5:1,0 | - |
| - охлажденный растворитель в нижний коллектор | - | 1,5:1,0 |
| - охлажденный растворитель в верхний коллектор | 1,5:1,0 | 1,5:1,0 |
| Температура хладагентов, подаваемых в пульсационный кристаллизатор, °С | ||
| - фильтрата второй ступени в нижний коллектор | минус 2 | - |
| - охлажденного растворителя в нижний коллектор | - | минус 2 |
| - охлажденного растворителя в верхний коллектор | минус 20 | минус 20 |
| Температура суспензии на выходе из пульсационного кристаллизатора, °С | +2 | +4 |
| Температура фильтрования, °С | ||
| - первая ступень | минус 25 | +5 |
| - вторая ступень | минус 15 | +5 |
| - третья ступень | +5 | +5 |
| Количество растворителя (мас. доли на сырье), подаваемого на промывку осадков в фильтры | ||
| - первой ступени | 1:1 | 0,7:1 |
| - второй ступени | 1:1 | 0,7:1 |
| - третьей ступени | 0,8:1 | 0,5:1 |
| Количество растворителя (мас. доли на сырье), подаваемого на разбавление осадка после фильтров | ||
| - первой ступени | 1:1 | 0,7:1 |
| - второй ступени | 1:1 | 0.7:1 |
| Общее количество растворителя, подаваемого на разбавление сырья, промывку и разбавление осадков, мас. доли на сырье | 6,3 | 6,3 |
| Таблица 2 Основные показатели процессов | ||||
| Показатели | Депарафинированное масло | Парафин | Фильтрат обезмасливания | Продукты реакции |
| Способ, взятый за прототип | ||||
| Температура застывания, °С | Не выше минус 15 | +12 | ||
| Индекс вязкости | 89 | |||
| Содержание масла, мас.% | Не более 2,0 | |||
| Температура плавления, оС | 62 | |||
| Выход, мас.% на сырье | 76 | 12 | 12 | |
| Предлагаемый способ | ||||
| Температура застывания, °С | Не выше минус 15 | |||
| Индекс вязкости | 98 | |||
| Содержание масла, мас.% | до 0.8 | |||
| Температура плавления, °С | 63 | |||
| Выход, мас.% на сырье | 12 | |||
| - смеси фильтратов обезмасливания | 88 | |||
| - депарафинированного масла после каталитической депарафинизации смеси фильтратов | 80 | 8 |
| Таблица 3 Обобщенные показатели процессов, осуществляемых по способу, принятому за прототип, и предлагаемому способу | ||
| Наименование показателей | Показатели при применении способа | |
| Взятого за прототип | Предлагаемого способа | |
| Количество ступеней фильтрования на стадии: | ||
| - депарафинизации | 2 | - |
| - обезмасливания | 1 | 3 |
| Применение регенеративных скребковых кристаллизаторов | Не применяются | Не применяются |
| Применение испарительных скребковых кристаллизаторов | Применяются | Не применяются |
| Скорость фильтрования суспензии, кг/(м2×ч): | ||
| - по сырью (рафинату) | 100 | |
| - по смеси сырья (рафината) с циркулирующим парафином | 164 | |
| Требуемая поверхность фильтрования в расчете на одинаковую загрузку по сырью (рафинату), % отн. | 100 | 70 |
| Возможность включения дополнительной ступени фильтрования (в случае необходимости повышения качества парафина и выхода депарафинированного масла) без увеличения количества фильтров | Нет | Да |
| Производительность установки по сырью без увеличения общего количества применяемых фильтров, % отн. | 100 | 125-130 |
| Нагрузка на холодильное отделение, % отн. | 100 | Менее 40 |
| Эксплуатационные затраты на ремонт и обслуживание испарительных скребковых кристаллизаторов | В полном объеме | Полностью исключаются |
| Наличие в схеме емкости для суспензии, поступающей из пульсационного кристаллизатора и насоса для подачи суспензии в испарительные скребковые кристаллизаторы | Да | Нет |
| Возможность применения низконапорного насосного оборудования для подачи сырья и растворителя в пульсационный кристаллизатор и блок охлаждения растворителей продуктами разделения суспензии | Нет | Да |
| Сокращение потребляемой мощности электрооборудования за счет отключения приводов валов испарительных кристаллизаторов и исключения насоса подачи суспензии в испарительные кристаллизаторы | Нет | Да |
Способ получения твердых парафинов и масел путем ступенчатого смешения парафинсодержащего сырья с хладагентом, в качестве которого применяют охлажденный растворитель, 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 фильтрования полученной суспензии в две или три ступени с получением парафина после регенерации растворителя из осадка последней ступени фильтрования и каталитической депарафинизации смеси полученных фильтратов двух или трех ступеней фильтрования после регенерации из них растворителя с получением депарафинированного масла, отличающийся тем, что перед подачей сырья в пульсационный кристаллизатор в него добавляют такое количество парафина, полученного на последней ступени фильтрования после отделения от него растворителя, чтобы содержание парафинов в образующейся сырьевой смеси было не менее 22 мас.%.
