Способ интенсификации процесса первичной перегонки нефти
Владельцы патента RU 2359991:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (RU)
Изобретение относится к способам интенсификации процесса первичной перегонки нефти и направлено на увеличение отбора отгоняемых фракций от потенциала, снижая потери отгоняемых фракций с кубовым продуктом, в случае разгонки нефти дизельной фракции с мазутом. Изобретение касается способа интенсификации процесса первичной перегонки нефти путем введения в сырьевой поток, поступающий в ректификационную колонну, поверхностно-активного вещества соли никеля синтетической жирной кислоты - Ni(RCOO)2, где R=C9÷C15, взятого в количестве 30÷45 ppm, что приводит к ускорению испарения и кипения кубового продукта, вследствие увеличения поверхности на границе раздела жидкой и паровой фаз, а также получение развитой поверхности способствует уменьшению временного промежутка, необходимого для приближения к состоянию термодинамического равновесия. 2 табл., 5 ил.
Изобретение относится к способам интенсификации процесса первичной перегонки нефти и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.
Известны способы переработки нефти на установках первичной перегонки с применением испаряющего агента [И.А.Александров. Перегонка и ректификация. - М.: Химия, 1981. - 32 с.].
Одной из основных проблем первичной перегонки нефти является недостаточная глубина отбора светлых фракций из нефти [Справочник нефтепереработчика: Справочник / Под ред. Г.А.Ласточкина, Е.Д.Радченко, М.Г.Рудина. - Л.: Химия, 1986. - 648 с., ил.]. Содержание в мазуте фракций до 350°С доходит до 10÷12% [М.Е.Левинтер, С.А.Ахметов. Глубокая переработка нефти. - М.: Химия, 1992. - 224 с.].
Общепринятым методом увеличения отбора светлых фракций в процессе первичной перегонки нефти является применение испаряющего агента, в качестве которого используется водяной пар. При введении водяного пара в низ атмосферной колонны происходит снижение парциального давления углеводородов и в результате барбатажа увеличивается поверхность раздела между жидкой и паровой фазами.
К недостаткам известных способов перегонки с водяным паром относятся увеличение затрат энерции (тепла и холода) на перегонку и конденсацию; повышение нагрузки колонн по парам, что приводит к увеличению диаметра аппаратов и уносу жидкостей между тарелками; увеличение сопротивления и повышение давления в колонне и других аппаратах; обводнение нефтепродуктов и необходимость их последующей сушки; усиление коррозии нефтеаппаратуры; образование больших количеств загрязненных сточных вод [М.Е.Левинтер, С.А.Ахметов. Глубокая переработка нефти. - М.: Химия, 1992. - 224 с.].
При рассмотрении процесса ректификации нефти и ее фракций используются термодинамические соотношения, но не учитывается динамика процесса, на которую влияет величина поверхности раздела жидкой и паровой фаз.
Одной из основных задач перегонки нефти и ее фракций является увеличение глубины отбора легких фракций из кубового остатка.
Поставленная задача решается путем введения поверхностно-активного вещества соли никеля синтетической жирной кислоты - Ni(RCOO)2, где R=C9÷C15, в количестве 30÷45 ppm, в сырьевой поток, поступающий в ректификационную колонну, что обеспечивает отбор легких фракций от кубового остатка, достижение требуемого результата осуществляется вследствие снижения времени, необходимого на испарение и кипение остаточной части легких фракций в кубовой части ректификационной колонны.
Указанный технических результат достигается за счет того, что при перегонке нефти и ее фракций затрачивается энергия, характеризующаяся не только скрытой теплотой испарения легких фракций и кубового остатка, но и работой на создание поверхности раздела между жидкой и паровой фазами, согласно формуле
A=S·δ,
где А - работа, затрачиваемая на создание поверхности раздела между жидкой и паровой фазами;
S - суммарная поверхность пузырьков паровой фазы;
δ - поверхностное натяжение на границе раздела жидкой и паровой фаз.
Процесс испарения был подробно изучен Д.А.Франк-Каменецким [Д.А.Франк-Каменецкий. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. - М.: Наука, 1987. - 502 с.], на основании его работы следует, что при условии А=const, со снижением поверхностного натяжения на границе раздела жидкой и паровой фаз (δ), возрастает суммарная поверхность испарения и кипения жидкой фазы (S). С увеличением поверхности раздела между жидкой и паровой фазами пропорционально увеличивается скорость испарения и кипения.
В таблицах 1 и 2 представлены результаты испытания влияния поверхностно-активного вещества соли никеля синтетической жирной кислоты Ni(RCOO)2, где R=C9÷C15, на поверхностное натяжение топлив на границе с воздухом.
| Таблица 1 | ||||||
| Влияние поверхностно-активного вещества Ni(RCOO)2 на величину поверхностного натяжения бензина при температуре 15°С | ||||||
| Концентрация присадки, ppm | поверхностное натяжение | |||||
| бензин А 80 | бензин АИ 92 | бензин АИ 95 | ||||
| мН/м | % отн. | мН/м | % отн. | мН/м | % отн. | |
| 0 | 24,6 | 100 | 22,1 | 100 | 22,5 | 100 |
| 9,25 | 18,8 | 76,5 | 17,7 | 80,1 | 20,6 | 91,7 |
| 18,5 | 20,3 | 82,4 | 18,3 | 82,6 | 21,8 | 97,2 |
| 27,75 | 23,2 | 94,1 | 19,1 | 86,3 | 22,1 | 98,1 |
| Таблица 2 | ||||
| Влияние поверхностно-активного вещества Ni(RCOO)2 на величину поверхностного натяжения дизельного топлива | ||||
| Концентрация присадки, ppm | поверхностное натяжение | |||
| Температура испытания 41°С | Температура испытания 48°С | |||
| мН/м | % отн. | мН/м | % отн. | |
| 0 | 23,8 | 100 | 22,9 | 100 |
| 9,25 | 16,3 | 68,5 | 12,1 | 52,8 |
| 18,5 | 18,4 | 77,3 | 14,9 | 65,1 |
| 27,75 | 21,6 | 90,8 | 19,4 | 84,7 |
Понижение поверхностного натяжения Ni(RCOO)2 снижает работу, затрачиваемую на образование единицы новой поверхности на границе раздела жидкой и паровой фаз, что приводит к ускорению испарения и кипения.
Рассмотрим влияние Ni(RCOO)2 на процесс первичной перегонки нефти. Результаты исследования влияния Ni(RCOO)2 на скорость испарения и кипения Шаимской нефти в условиях перегонки по методу Энглера на аппарате АРНС Э приведены на фиг.1, 2 и 3, а на скорость испарения и кипения фракций нефти, прямогонной бензиновой фракции Шаимской нефти, на фиг.4. На фиг.1 представлена зависимость увеличения выхода фракций от расхода присадки при разгонке Шаимской нефти по методу Энглера на аппарате АРНС Э при нагреве до 100°С, где цифрами обозначены: 1 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 1.5 мл/мин; 2 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.0 мл/мин; 3 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.5 мл/мин. На фиг.2 представлена зависимость увеличения выхода фракций от расхода присадки при разгонке Шаимской нефти по методу Энглера на аппарате АРНС Э при нагреве до 200°С, где цифрами обозначены: 4 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 1.5 мл/мин; 5 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.0 мл/мин; 6 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.5 мл/мин. На фиг.3 представлена зависимость увеличения выхода фракций от расхода присадки при разгонке Шаимской нефти по методу Энглера на аппарате АРНС Э при нагреве до 300°С, где цифрами обозначены: 7 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 1.5 мл/мин, 8 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.0 мл/мин; 9 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.5 мл/мин. На фиг.4 представлена зависимость увеличения выхода бензиновой фракции от расхода присадки при разгонке бензиновой фракции Шаимской нефти по методу Энглера на аппарате АРНС Э при нагреве до 100°С, где цифрами обозначены: 10 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 1.5 мл/мин; 11 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.0 мл/мин;
12 - рассматриваемая зависимость при скорости разгонки 2.5 мл/мин.
Зависимости фиг.1, 2, 3 и 4 имеют максимальный экстремум, который повышается с увеличением скорости перегонки. Для Шаимской нефти максимальный экстремум наблюдается при расходе Ni(RCOO)2 37 ppm, с данным расходом проведен эксперимент по влиянию Ni(RCOO)2 на скорость испарения и кипения в условиях четкой ректификации нефти на аппарате АРН 2, результаты которого представлены на фиг.5. На фиг.5 приведена зависимость увеличения выхода фракций Шаимской нефти при расходе Ni(RCOO)2 37 ppm от скорости перегонки в условиях четкой ректификации на аппарате АРН 2, где цифрами обозначены: 1 рассматриваемая зависимость при нагреве до 100°С; 2 - рассматриваемая зависимость при нагреве до 200°С.
Способ осуществляется следующим образом: в сырьевой поток ректификационной колонны вводится поверхностно-активное вещество Ni(RCOO)2 в количестве 30-45 ppm, что приводит к ускорению испарения и кипения кубового продукта, вследствие увеличения поверхности на границе раздела жидкой и паровой фаз, а также получение развитой поверхности способствует уменьшению временного промежутка, необходимого для приближения к состоянию термодинамического равновесия, и увеличивает отбор отгоняемых фракций от потенциала, снижая потери отгоняемых фракций с кубовым продуктом, в случае разгонки нефти дизельной фракции с мазутом.
Способ интенсификации процесса первичной перегонки нефти путем введения в сырьевой поток, поступающий в ректификационную колонну, поверхностно-активного вещества соли никеля синтетической жирной кислоты - Ni(RCOO)2, где R=C9÷C15, взятого в количестве 30÷45 ppm.
