УСТАНОВКА ТОПЛИВОПОДГОТОВКИ А.Н.ЛИТВИНЕНКО Российский патент 1997 года по МПК B01D17/00 B01D19/00 

Изобретение относится к установкам подготовки углеводородных топлив и жидкостей к применению и может применяться в народном хозяйстве, нефтеперерабатывающей промышленности и различных областях техники для подготовки углеводородных топлив с улучшенными эксплуатационными и экологическими свойствами.

Задача изобретения расширение функциональных и технологических возможностей установки.

На фиг.1 представлена принципиальная схема установки топливоподготовки; на фиг. 2 7 принципиальные схемы модулей и блоков, показанных на фиг.1.

Установка топливоподготовки (фиг. 1) включает насосный модуль 1; модуль предварительной очистки 2; модуль фильтрации 3; модуль обезвоживания 4; модуль удаления растворенных примесей 5; массообменный модуль 6; модуль мембранной очистки 7.

Указанные модули, состоящие из блоков (фиг. 1 7), соединены трубопроводными коммуникациями с запорной арматурой (на фиг. 1 показаны стрелками), и предусмотрена возможность работы каждого модуля и блока в отдельности, а также в различном сочетании модулей и блоков. С этой целью все модули и блоки выполнены автономными и оборудованы устройствами для крепления блоков к модулям и/или блоков и модулей между собой.

Принципиальная схема (вариант) насосного модуля 1 (фиг. 1) показана на фиг. 2.

Насосный модуль (фиг. 2) представляет собой блоки: насосный 8, компрессорный 9, вакуумный 10, содержащие соответственно насосы для подачи топлива 11, компрессор 12 и вакуумный насос 13. Все насосы и блоки снабжены устройствами для крепления их к модулям, блокам и между собой и трубопроводными коммуникациями с запорной арматурой для подсоединения к патрубкам модулей и блоков.

Принципиальная схема модуля предварительной очистки 2 (фиг. 1) представлена на фиг. 3.

Модуль предварительной очистки (фиг. 3) представляет собой блок 14 последовательно и/или параллельно соединенных конических гидроциклонов 15, 16 и/или блок 17 последовательно соединенных конических 18 и цилиндрических 19 гидроциклонов. Сливные патрубки предыдущих в блоке гидроциклонов и/или блоков соединены с питающими патрубками последующих в блоке гидроциклонов и/или блоков. Разгрузочные патрубки 20, 21, 22, 23 всех гидроциклонов 15, 16, 18, 19 соединены с отстойным резервуаром. Сливные патрубки 24, 25 последних в блоках 14, 15 гидроциклонов 16, 19 соединены со всасывающим патрубком насоса для подачи топлива в модуль фильтрации или непосредственно соединены с патрубком ввода топлива в модуль фильтрации.

Модуль фильтрации 3 (фиг. 1) состоит из фильтров грубой и тонкой очистки.

Блок обезвоживания 4 (фиг. 1) состоит из устройств и фильтров-сепараторов для отделения свободной воды.

Модуль удаления растворенных примесей 5 (фиг. 1) может включает блок удаления смол и/или блок очистки от растворенных жидких и газообразных примесей.

Принципиальная схема массообменного модуля 6 (фиг. 1) представлена на фиг. 4.

Массообменный модуль 6 (фиг. 1) включает дегазатор непрерывного действия 26 с барботажной колонкой, дозатор 27 с распылителями. Сливная магистраль дегазатора соединена с распылителем дозатора. Дегазатор 26, дозатор 27 соединены с вакуумным блоком и дозатор 27 снабжен магистралью наддува, соединенной с компрессорным блоком.

Для повышения эффективности дегазирования в дегазаторе 26 (фиг. 4) барботажная колонка 28 (фиг. 5) выполнена в виде диффузора, снабженного рассекателями 29, установленными по высоте диффузора, и кольцевым перфорированным коллектором подачи газа 30, размещенным в узкой части диффузора. Верхняя часть диффузора снабжена отбойником 31.

С целью снижения материалоемкости массообменного модуля и снижения расхода газа на насыщение дегазатор установлен соосно внутри дозатора на его днище и снабжен кольцевой перфорированной переливной тарелкой, размещенной между дегазатором и стенками дозатора (фиг. 6).

Принципиальная схема модуля мембранной очистки 7 (фиг. 1) представлена на фиг. 7.

Модуль мембранной очистки содержит набор параллельно соединенных цилиндрических мембранных элементов 32 в виде полых волокон, помещенных в корпусе 33. Патрубок для вывода загрязненного топлива соединен с питающим патрубком модуля фильтрации.

Установка топливоподготовки работает следующим образом.

Работу установки рассмотрим по 2-м вариантам:
принципиально по полной схеме (фиг. 1);
подробно по полной схеме (по каждому модулю и блоку) на примере фиг. 2 - 7.

Углеводородное топливо для его подготовки насосным модулем 1 подается в модуль предварительной очистки 2, где происходит отделение крупных механических примесей в основной массы свободной воды от углеводородного топлива. Отделенные механические примеси и свободная вода с частью углеводородного топлива через разгрузочные патрубки гидроциклонов отводятся в отстойный резервуар. После осаждения механических примесей и воды в отстойном резервуаре углеводородное топливо с помощью насосного модуля направляют на повторную очистку. После модуля предварительной очистки 2 топливо направляют в модуль фильтрации 3, в котором оно последовательно очищается от более крупных механических примесей в фильтре грубой очистки и от мелких механических примесей (до 10 мкм) в фильтре тонкой очистки. Затем топливо направляют в модуль обезвоживания 4, где происходит отделение оставшейся в нем свободной воды в фильтрах-сепараторах. После этого топливо направляют по необходимости в блок удаления растворенных примесей 5, где происходит удаление смол и растворенных примесей из топлива. Затем (а если топливо не подлежало очистке от смол и растворенных примесей, то после модуля обезвоживания) топливо подают в модуль мембранной очистки 7, в котором оно окончательно (гарантированно) очищается от механических примесей размером более 1 мкм.

После этого топливо подают в массообменный модуль 6, где из него окончательно удаляются растворенные воздух и вода, а после этого топливо насыщается углеводородным газом парафинового ряда, преимущественно пропаном, бутаном или их смесью.

Рассмотрим работу установки подробно по полной схеме (по каждому модулю и блоку).

Топливо, подлежащее подготовке, подается насосным блоком 8 насосного модуля (фиг. 2) или отдельным насосом 11 в модуль предварительной очистки (фиг. 3).

Модуль предварительной очистки состоит из двух автономных блоков 14, 17. В блоке 14 расположены два 15, 16, или блок конических гидроциклонов. В блоке 17 размещены конический 18 и цилиндрический 19 гидроциклоны или блоки этих гидроциклонов. Необходимость указанных блоков и их компоновки основана разнообразием решаемых практических задач (подготовка загрязненного механическими примесями топлива, подготовка обводненного топлива, подготовка окисленного топлива, совместное решение указанных задач и т.д.).

Система обвязки гидроциклонов устроена таким образом, что они в зависимости от вида загрязнений и степени загрязненности могут работать как в одиночном режиме, так и параллельно или последовательно. При параллельном подсоединении гидроциклонов увеличивается производительность очистки, а при последовательном соединении степень очистки. Отделенные в модуле предварительной очистки 2 механические примеси и свободная вода с частью углеводородного топлива отводятся в отстойный резервуар. После осаждения механических примесей и свободной воды в отстойном резервуаре топливо с помощью насосного блока 8 или насоса 11, насосного модуля (фиг. 2) подают на повторную очистку.

Из модуля предварительной очистки (фиг. 1) топливо, очищенное от крупных механических примесей и основной массы свободной воды, подают в модуль фильтрации 3, в котором оно последовательно очищается от крупных механических примесей в фильтре грубой очистки и от мелких механических примесей (до 10 мкм) в фильтре тонкой очистки. Затем топливо направляют в модуль обезвоживания 4, где происходит очистка топлива от оставшейся в нем свободной воды в фильтрах-сепараторах и специальных устройствах. После этого топливо подают в массообменный модуль 6 (фиг. 1). Сначала топливо подают в барботажную колонку (на фиг. 4 не показана) дегазатора 26 (фиг. 4). При прохождении топлива через барботажную колонку в нижнюю часть ее подается газ на барботаж топлива. При этом происходит увеличение коэффициента и поверхности массообмена и организация развитого парового кипения под низким давлением за счет барботажа топлива, т.к. пузырьки газа, попадая в зону низкого давления, увеличиваются в объеме, интенсивно всплывают и дробятся, что обеспечивает сильное перемешивание топлива во всем объеме и вынос растворенных в топливе воды и газов через дополнительную поверхность пузырьков.

После дегазатора 26 дегазированное и обезвоженное топливо подают в дозатор 27 через распылители (например сопло Вентури, идеальное сопло и т.д.), в который предварительно подали с помощью компрессорного блока 9 (фиг. 2) насосного модуля 1 (фиг. 1) углеводородный газ парафинового ряда, преимущественно пропан, бутан или их смесь. После насыщения подготовленное топливо подают в емкость для хранения или на заправку техники.

Аналогично работает и дегазатор массообменного модуля, принципиальная схема которого показана на фиг. 5. Особенностью данного дегазатора является то, что барботажная колонка 28 у него выполнена в виде диффузора, снабженного рассекателями 29, установленными по высоте диффузора. Кольцевой перфорированный коллектор подачи газа 30 размещен в узкой части диффузора, а верхняя часть диффузора снабжена отбойником 31. Это необходимо для повышения эффективности дегазирования топлива.

Для снижения материалоемкости массообменного модуля и снижения расхода углеводородного газа парафинового ряда, преимущественно пропана, бутана или их смеси на насыщение топлива, дегазатор установлен внутри дозатора на его днище и снабжен кольцевой перфорированной переливной тарелкой, размещенной между дегазатором и стенками дозатора (фиг. 6).

На практике для решения задачи очистки топлива от мелких механических примесей может использоваться модуль мембранной очистки.

После подачи топлива в модуль мембранной очистки 6 (фиг. 1) оно подается в набор помещенных в корпус 33 (фиг. 7) и отделенных сплошными перегородками параллельно соединенных цилиндрических мембранных элементов 32 в виде полых волокон. Размер ячеек волокон подбирается в зависимости от размера механических и других примесей, подлежащих отделению. Очищенное топливо собирается в секциях и подается в массообменный модуль 6 (фиг. 1), а загрязненное топливо на повторную очистку в модуль фильтрации 3 (фиг. 1).

С целью проверки работоспособности установки топливоподготовки был изготовлен макет установки и на нем были проведены лабораторные исследования по методике, описанной выше.

При испытании взятых партий углеводородных топлив моделировались диаметры трубопроводов, подача топлива, углеводородного газа на насыщение, газа на барботаж топлива, производительность вакуумной системы и т.д. Температура испытания поддерживалась в пределах 20 ± 5^oC.

Испытания проводились как по полной схеме, так и с использованием отдельных блоков и модулей. Результаты испытаний топлива, подготовленных к применению на разработанной установке и установке прототипе, приведены в таблице.

Из таблицы видно, что предлагаемая установка по сравнению с установкой-прототипом позволяет существенно расширить функциональные и технологические возможности по подготовке топлив с улучшенными эксплуатационными и экологическими свойствами.

При внедрении предлагаемой установки исключается необходимость осуществлять разные технологии (которые существуют в настоящее время) для получения летних и зимних видов углеводородных топлив (автомобильных бензинов), стоимость получения которых значительно повышается в порядке их перечисления, т.к. выход их из одного и того же количества нефти существенно сокращается.

Другими словами, можно получать из нефти самое дешевое топливо, например автомобильный бензин с октановым числом 65 единиц, проводить топливоподготовку на разработанной установке и применять его на всей существующей в настоящее время технике. Это обусловлено тем, что именно с помощью данной установки можно добиться без этилирования бензина хорошей детонационной стойкости (соответствующей октановому числу 90 92 единицы).

Кроме изложенного, можно отметить следующие преимущества топлива, подготовленного на установке по сравнению с топливом применяемым в настоящее время:
выброс в атмосферу продуктов неполного сгорания в виде угарного газа (СО) и окислов азота (NO_x) снижается в 2 -2,5 раза;
интенсивность нагарообразования снижается в 3 5 раз;
энергозапас применяемых топлив увеличивается на 6 -10%
экономичность (удешевление) применения топлив повышается на 8 12%
Следует отметить, что разработанная установка открывает перспективу снижения требований к химическому составу углеводородных топлив и обеспечивает значительное расширение сырьевой базы для получения топлив, применяющихся во всех типах существующих двигателей (карбюраторных, дизельных, газотурбинных и т.д.).

Использование: в установках подготовки углеводородных топлив и жидкостей при расширении функциональных и технологических возможностей установки топливоподготовки. Сущность изобретения: в установке, содержащей модули - насосный, предварительной очистки, фильтрации, обезвоживания, удаления растворенных примесей и массообменный, которые оборудованы патрубками ввода и вывода топлива и снабжены соединительными трубопроводами с запорной арматурой, массообменный модуль снабжен компрессорным блоком, при этом модули - насосный, предварительной очистки, фильтрации, обезвоживания, удаления растворенных примесей и массообменный соединены последовательно, все модули и блоки выполнены автономными и оборудованы устройствами для крепления блоков к модулям и/или блоков и модулей между собой. 7 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

1. Установка топливоподготовки, содержащая модули насосный, предварительной очистки, фильтрации, обезвоживания, удаления растворенных примесей и массообменный, которые оборудованы патрубками ввода и вывода топлива и снабжены соединительными трубопроводами с запорной арматурой, отличающаяся тем, что массообменный модуль снабжен блоком газонасыщения, насосный модуль снабжен компрессорным блоком, при этом модули насосный, предварительной очистки, фильтрации, обезвоживания, удаления растворенных примесей и массообменный соединены последовательно, все модули и блоки выполнены автономными и оборудованы устройствами для крепления блоков к модулям и/или блоков и модулей между собой. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена модулем мембранной очистки, вход которого соединен с выходом из модуля удаления растворенных примесей, а выход с массообменным модулем. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что насосный модуль представляет собой блоки насосный, компрессорный и вакуумный, содержащие соответственно насосы для подачи топлива, компрессор и вакуумный насос. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что модуль предварительной очистки представляет собой блок последовательно и/или параллельно соединенных конических гидроциклонов и/или блок последовательно соединенных конических и цилиндрических гидроциклонов, сливные патрубки предыдущих в блоке гидроциклонов и/или блоков соединены с питающими патрубками последующих в блоке гидроциклонов и/или блоков, а разгрузочные патрубки последующих в блоке гидроциклонов и/или блоков соединены с питающими патрубками предыдущих в блоке гидроциклонов и/или блоков, при этом сливные патрубки последних в блоках гидроциклонов и/или последних блоков соединены со всасывающим патрубком насоса для подачи топлива в модуль фильтрации. 5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что массообменный модуль включает дегазатор непрерывного действия с барботажной колонкой, дозатор с распылителями, сливная магистраль дегазатора соединена с распылителем дозатора, при этом дегазатор и дозатор соединены с вакуумным блоком, дозатор снабжен магистралью наддува, соединенной с компрессорным блоком. 6. Установка по пп. 1 и 5, отличающаяся тем, что барботажная колонка выполнена в виде диффузора, снабженного рассекателями, установленными по высоте диффузора и кольцевым перфорированным коллектором подачи газа, размещенным в узкой части диффузора, причем верхняя часть диффузора снабжена отбойником. 7. Установка по пп. 1, 5 и 6, отличающаяся тем, что дегазатор установлен соосно внутри дозатора на его днище и снабжен кольцевой перфорированной переливной тарелкой, размещенной между дегазатором и стенками дозатора. 8. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что модуль мембранной очистки содержит набор помещенных в корпус параллельно соединенных цилиндрических мембранных элементов в виде полых волокон, при этом патрубок для вывода загрязненного топлива соединен с питающим патрубком модуля фильтрации.