СПОСОБ ДЕМЕТАЛЛИЗАЦИИ СЫРОЙ НЕФТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК C10G55/04 B01D3/32 

Предлагаемое изобретение относится к способу извлечения содержащихся в нефтях металлов и конструкции устройств для осуществления способа и может найти применение в нефтеперерабатывающей промышленности.

Интерес к нефтям и природным битумам как источникам получения ванадия, никеля и других редкоземельных металлов определяется тем, что во многих из них, а тем более в остаточных продуктах переработки, концентрация металлов соизмерима, а во многих случаях превосходит концентрацию в самых богатых рудах. В то же время наличие металлов и их окислов (оксидов) в сырой нефти, а после атмосферной дистилляции и термического крекинга в остатке-мазуте затрудняет дальнейшую (глубокую) переработку нефти, так как металлы, содержащиеся в остатке, при каталитическом крекинге являются "ядами" для катализаторов.

Поэтому проблема деметаллизации нефтей непосредственно в процессе переработки актуальна не только с точки зрения обеспечения металлургии редкими металлами, но и с точки зрения того, что коррозионные свойства этих металлов и их соединений наносят большой ущерб установкам каталитического крекинга, мазутосжигающим установкам. Так, при сжигании мазута в топках котельных установок практически все соединения редкоземельных металлов, обладающих сильным токсическим действием, рассеиваются по территории региона.

Известные способы деметаллиэации нефтей, например, пирометаллургический, основанный на прямом сжигании нефтей и нефтепродуктов, ведут к большим потерям металлов за счет их улетучивания или распыления зольных частичек газами, образующими при сжигании. А способ извлечения ванадия и никеля из золы сжигания кокса термоконтактногидрогенизационной переработки нефтей связан с большими расходами серной кислоты, значительными потоками сточных вод и тяжелыми санитарными условиями самого процесса - способа / "Нефтехимия", 1984, N 4, т. XIV/.

Известны также способы (технологии) и устройства для извлечения из сырой нефти металлов путем сорбции на органических и неорганических сорбентах, сочетания сорбционно-каталитических методов переработки металлосодержащего сырья, реэкстракции металлов растворами кислот и солей /"Нефтехимия", 1979, N 5, т. XIX/.

Существенным недостатком таких способов и устройств для их осуществления является низкий коэффициент использования сырья, малая производительность устройств и нерентабельность при реализации их для крупномасштабных производств.

Целью предлагаемого изобретения является разработка способа деметаллизации сырой нефти и устройства для его осуществления, позволяющие извлекать металлы (окислы и оксиды металлов) в процессе дистилляции и термического крекинга сырой нефти, исключить при последующем каталитическом крекинге остатка-мазута "отравление" катализаторов и загрязнение окружающей среды при использовании остатка-мазута в качестве котельного топлива.

Указанная цель достигается тем, что в качестве термического крекинга используют радиационно-термический, а полученный жидкий остаток с температурой 380-420^oC и равномерно-размещенными в нем твердыми мелкодисперсными частицами металлов или их оксидов направляют в герметичную, теплоизолированную емкость, контролируют и управляют процессом заполнения емкости, воздействуют на остаток в процессе заполнения и отстоя в емкости гидроакустическим волновым полем, вызывая расслоение, локализацию и осадкообразование мелкодисперсных частиц в поле сил гравитации при контроле и управлении осадкообразованием параметрами волнового поля с последующим раздельным удалением из емкости остатка термического крекинга и осажденных частиц, органическую часть которых прокаливают и выжигают в печи обжига.

А также тем, что устройство для деметаллизации сырой нефти, содержащее опреснительную установку, блок питания тепловой и электрической энергией, разделительную колонну, зумпф которой сообщается с одной или двумя герметичными, теплоизолированными наполнительными емкостями, каждая из которых выполнена в виде двух эллиптических параболоидов, расположенных один в другом с образованием кольцевого пространства, при этом дно внешнего параболоида снабжено расположенным в осевой плоскости емкости шаровым сектором, дно внутреннего параболоида снабжено отверстием, диаметр которого соизмерим с диаметром шарового сектора, а в верхней части и по оси емкости размещен гидроизлучатель волнового поля. Кроме того, накопительная емкость шаровым сектором, через посредство управляемого шибера, сообщается с приемной воронкой шнекового дозатора, выход которого сообщается с приемной течкой печи обжига.

Техническая суть способа и устройства для его осуществления поясняется чертежом, на котором показано:
фиг. 1 - принципиальная технологическая схема способа и устройства;
фиг. 2 - графический анализ процесса осадкообразования.

Способ деметаллизации сырой нефти и устройство для его осуществления, в оптимальном варианте, могут быть реализованы как составная часть установки ядерно-энергетической для дистилляции, радиационно-термического крекинга нефти с последующей переработкой, состоящей из функциональных блоков (см. фиг.1):
- блока подготовки сырой нефти 1, содержащего теплообменники 2 и 3 и опреснитель 4;
- теплоэлектроэнергетического блока 5, содержащего энергетический ядерный реактор 6, парогенератор 7, турбогенератор 8 и теплообменник 9;
- блоков переработки нефти 10, содержащих дистилляционную, разделительную колонну 11, побочные колонны 12, 13, 14 и 15, колонну стабилизации 16 и колонну разделения бензина 17;
- блока деметаллизации атмосферного остатка (мазута) 18, содержащего, в зависимости от мощности установки, одну или две герметичные теплоизолированные емкости 19 и 20, которые поочередно, через посредство управляемой запорной арматуры, сообщаются с зумпфом дистилляционной колонны 11.

Зумпф колонны 11 выполнен в виде эллиптического параболоида 21, который совместно с наружным периметром активной зоны реактора 6 образует кольцевой реакторный объем 22, служащий для воздействия на остаток-мазут (после дистилляции) ионизирующим излучением, тепловой энергией активной зоны реактора.

Герметичные, теплоизолированные емкости 19 и 20, каждая из которых выполнена в виде двух эллиптических параболоидов 23 и 24, расположенных один в другом с образованием кольцевого пространства 25. Дно внешнего параболоида емкости снабжено шаровым сектором 26, а дно внутреннего параболоида отверстием 27. В верхней части и по оси емкости размещен гидроакустический излучатель волнового поля 28. Шаровой сектор 26 емкости сообщается с приемной воронкой шнекового питателя 29, выход которого сообщается с приемной течкой печи обжига 30.

Процесс деметаллизации сырой нефти в процессе ее переработки осуществляется в последовательности.

Сырая нефть, подаваемая насосом, поступает в теплообменник 3, где тепловой энергией конечного продукта-остатка нагревается до заданной технологией температуры. Далее, после обезвоживания и обессоливания в опреснителе 2, нефть поступает в теплообменник 4.

Предварительно нагретая теплом конечного продукта, нефть поступает в теплообменник 9, где нефть разогревается до температуры 350^oC тепловой энергией первого контура активной зоны реактора 6.

Разогретая нефть при температуре 350^oC поступает в колонну дистилляции 11, где испаряемая доля нефти поднимается через поды установки вверх, а неиспарившаяся доля (фракция-остаток) уходит в зумпф колонны.

Испарившиеся фракции, поднимаясь вверх, будут частично конденсироваться и возвращаться назад. Этот обратный поток действует охлаждающе и способствует тому, что между поступающей нефтью и верхней частью колонны 11 устанавливается равномерный перепад температур. Таким образом, поднимающиеся пары нефти могут конденсироваться на различных уровнях температурного поля и отводиться с определенных подов колонны как фракции с определенной температурой кипения (конденсации). При этом бензиновые фракции стабилизируются в колонне стабилизации 16 и разделяются на легкие и тяжелые бензины в колонне разделения 17.

Неиспарившиеся фракции сырой нефти (остаток-мазут) поступают в зумпф дистилляционной колонны 11, который, как указано выше, выполнен в виде кольцевой оболочки, образующей совместно с внешним периметром активной зоны реактора 6 реакторный объем 22.

Остаток-мазут после дистилляции в реакторном объеме 22 подвергается воздействию ионизирующего излучения активной зоны реактора 6 с одновременным разогревом остатка-мазута до температуры 400-410^oC. Т.е. в реакторном объеме 22 происходит радиационно-термический крекинг (РТК), где энергия ионизирующего излучения применяется в качестве активного стимулятора реакции деструкции молекул углеводородов, что обеспечивает высокую селективность получения целевых продуктов с высокими октановыми числами и низким содержанием серы - в 35 раз меньше по сравнению с исходным продуктом.

Кроме того, та часть редкоземельных металлов, присутствующая в остатке-мазуте в виде устойчивых металлоорганических соединений, в форме разветвленных макромолекул, ионизирующим излучением будут расщепляться ("расшиваться") на более простые.

Остаток-мазут после РТК направляется в одну из емкостей блока деметаллизации 18.

При заполнении герметичных, теплоизолированных емкостей 19 и 20 контролируют и управляют процессом заполнения через посредство датчиков уровней 31, например, емкостных. При достижении заданного уровня, например, при достижении нижней части излучателя 28, или уровня всасывающего патрубка насосного агрегата 32, который может быть уточнен экспериментально, среда - разогретый мазут как рабочее тело путем включения агрегата 34 подается в генератор-излучатель 28 как рабочее тело (среда). В среде, нагнетаемой в излучатель под давлением с определенным расходом, при взаимодействии среды с геометрией рабочего пространства излучателя генерируются волновые эффекты - гидроакустическое волновое поле, которое вызывает в многофазной среде, какой является разогретый остаток-мазут, процесс локализации, расслоения и осадкообразования мелкодисперсных частиц и более тяжелых молекул металлов (окислов металлов).

Мелкодисперсные частицы и тяжелые молекулы среды, двигаясь в поле сил гравитации вниз, будут отклоняться стенками параболоида 24 к центру емкости (19 или 20) и накапливаться в шаровом секторе 26, вытесняя из него жидкую среду в кольцевое пространство 25. При этом процесс осадкообразования и накопления осевших частиц в секторе 26 фиксируется в масштабе времени датчиком времени 34, например, емкостным.

Фиксация в масштабе времени процесса осадкообразования и накопления, регулирования расхода несущей среды через излучатель 28, машинная обработка и анализ регистрируемых параметров позволяют контролировать, управлять и оптимизировать процесс деметаллизации. Пример графического анализа осадкообразования показан (см. фиг.2).

При заполнении емкости (19 или 20) несущей средой до уровня, фиксируемого датчиком 35, несущая среда направляется в другую емкость (19 или 20).

При небольших объемах производства устройство для деметаллизации может содержать одну теплоизолированную, герметичную емкость.

После анализа кривой осадкообразования (см. фиг.2) принимается решение об удалении из емкости продуктов деметаллизации. Удаляется жидкая среда включением в работу насосного агрегата 33. После удаления жидкой среды из шарового сектора 26, что фиксируется датчиками уровня 31, удаляются мелкодисперсные частицы-осадок.

Открывается управляемый шибер 34 и осадок поступает в приемную воронку шнекового дозатора 29, который подает осадок в приемную течку печи обжига 30.

После прокаливания и обжига осадок как металлургический шлам упаковывается в тару 36 и направляется для переработки на специализированное предприятие.

Осадок-мазут после дистилляции, крекинга и до металлизации направляется на дальнейшую переработку в установках каталитического крекинга, газобитумных установках или используется как котельное топливо. При этом остаточное тепло конечного продукта-мазута используется для предварительного нагрева сырой нефти в теплообменниках 3 и 4.

Изобретение позволит извлекать содержащиеся в нефтях редкоземельные металлы -ванадий, никель, хром, вольфрам и др. в процессе переработки, что исключает в последующем каталитическом крекинге "отравление" катализаторов. Способ деметаллизации и устройство для его осуществления отличается от аналогов тем, что остаток-мазут после термического крекинга, например радиационно-термического, представляющий собой жидкую несущую среду, разогретую до температуры 400±20^oC, с размещенными в ней твердыми мелкодисперсными частицами металлов или их оксидов (окислов) помещают в герметичную теплоизолированную емкость. Емкость выполнена в виде двух эллиптических параболоидов, размещенных один в другом с образованием кольцевого пространства, при этом дно внешнего параболоида снабжено расположенным в осевой плоскости емкости шаровым сектором, дно внутреннего снабжено отверстием, диаметр которого соизмерим с диаметром шарового сектора, в верхней части и по оси емкости размещен гидроакустический излучатель волнового поля. На несущую среду в процессе заполнения емкости и отстоя воздействуют гидроакустическим волновым полем, используя среду как рабочее тело (агент) в гидроакустическом излучателе, вызывают волновыми эффектами процесс расслоения, локализации и осадкообразования мелкодисперсных частиц в поле сил гравитации, контролируют и управляют процессом осадкообразования и параметрами волнового поля, удаляют раздельно из емкости несущую среду и осажденные частицы, прокаливают и выжигают органику частиц в печи обжига. Предлагаемый способ позволяет извлекать металлы, их оксиды в процессе дистилляции и термического крекинга перед тем, как остаток-мазут поступает в установки каталитического крекинга. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ деметаллизации сырой нефти, включающий ее атмосферную дистилляцию и термический крекинг неиспарившихся фракций с отделением от полученных продуктов жидкого остатка, отличающийся тем, что в качестве термического крекинга используют радиационно-термический крекинг и полученный жидкий остаток с температурой 380 - 420^oC и равномерно размещенными в нем твердыми мелкодисперсными частицами металлов или их оксидов направляют в герметичную теплоизолированную емкость, контролируют и управляют процессом заполнения емкости, воздействуют на остаток в процессе заполнения и отстоя в емкости гидроакустическим волновым полем, вызывая расслоение, локализацию и осадкообразование мелкодисперсных частиц в поле сил гравитации при контроле и управлении осадкообразованием параметрами волнового поля, с последующим раздельным удалением из емкости остатка термического крекинга и осажденных частиц, органическую часть которых прокаливают и выжигают в печи обжига. 2. Устройство для деметаллизации сырой нефти, содержащее опреснительную установку сырой нефти, блок питания тепловой и электрической энергией, в том числе стрипинг-паром, содержащий ядерно-энергетическую установку, разделительную колонну, блоки последующей переработки нефти, отличающееся тем, что зумпф разделительной колонны сообщается с одной или двумя герметичными теплоизолированными наполнительными емкостями, каждая из которых выполнена в виде двух эллиптических параболоидов, расположенных один в другом с образованием кольцевого пространства, при этом дно внешнего параболоида снабжено расположенным в осевой плоскости емкости шаровым сектором, дно внутреннего снабжено отверстием, диаметр которого соизмерим с диаметром шарового сектора, а в верхней части и по оси емкости размещен гидроизлучатель волнового поля. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что накопительная емкость шаровым сектором через посредство управляемого шибера сообщается с приемной воронкой шнекового дозатора, выход которого сообщается с приемной течкой печи обжига.