СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ПРОДУКТОВ Российский патент 2004 года по МПК C10G7/00 C10G7/02 B01J19/00 

Предлагаемое изобретение относится к нефтепереработке, в частности к получению углеводородных продуктов.

Известен способ получения углеводородных продуктов (см. Эпштейн Д.А. Общая химическая технология. Химия, М., 1979 г., с. 206), заключающийся в разделении углеводородного сырья на фракции, в котором каждую фракцию получают в одной и той же вертикально установленной емкости (ректификационной колонне), разделенной горизонтальными перегородками, разделение углеводородных продуктов на фракции проводят над горизонтальными перегородками, а трубопроводы углеводородных продуктов располагают над горизонтальными перегородками.

На фиг.2 показано устройство для осуществления данного способа, состоящее из емкостей 1 и соединяющих их трубопроводов углеводородного сырья 2. Емкости 1 установлены друг над другом по одной вертикальной оси и представляют ректификационную колонну с единым корпусом. Трубопроводы промежуточных углеводородных продуктов 3 при такой компоновке емкостей 1 также располагаются друг над другом по вертикали. Монтаж такого устройства на рабочей площадке требует кроме проведения специальных подготовительных операций по изготовлению необходимых фундаментов и вспомогательных технических сооружений еще и специального подъемного оборудования по обеспечению вертикальной установки и крепежу такой громоздкой и тяжелой ректификационной колонны (ее вес составляет несколько сотен тонн, а длина - несколько десятков метров). Устройство для осуществления данного способа должно быть еще и металлоемким, чтобы выдерживать необходимые ветровые нагрузки. Поскольку емкости 1 этого устройства соединены между собой и представляют единый металлический корпус, то из-за высокой теплопроводности металлического корпуса температура любой емкости 1 находится в жесткой зависимости от температур соседних емкостей 1. Это означает, что повышение или понижение температурного режима в одной из емкостей 1 неизбежно приводит к повышению или понижению температурного режима в остальных емкостях 1. Поскольку таких емкостей несколько, то взаимные их влияния друг на друга по температурным режимам еще более увеличивают нестабильность температуры в каждой отдельно взятой емкости 1, что ухудшает разделение углеводородного сырья на фракции, поскольку для одних фракций необходима одна температура конденсации продукции, а для других - другая. То есть при использовании данного способа невозможно получить узкие фракции продукции, процесс получения которых возможен лишь при условии одинаковой температуры любых точек поверхностей конденсации углеводородного сырья. Способ не предусматривает смешивание между собой узких фракций продукции для получения дополнительных видов продукции. Благодаря большой массе и взаимному температурному влиянию зон получения продукции друг на друга время выхода на рабочие режимы в данном способе составляет не менее сотни часов. В это время продукция не получается, а энергоресурсы расходуются. Остывание систем осуществления данного способа также происходит в течение не менее сотни часов. Таким образом, выход на рабочие режимы или обычный ремонт систем осуществления данного способа является дорогостоящим мероприятием даже без учета стоимости заменяемых узлов при ремонте.

То есть к причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании данного способа, относят сложность перемещения и запуска в вертикальном положении устройства для реализации этого способа, длительность получения необходимых температурных режимов для всех фракций углеводородного сырья, низкую эффективность разделения углеводородного сырья на фракции и низкий ассортимент одновременно получаемых углеводородных продуктов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения углеводородных продуктов (см. патент России 2056456, C 10 G 7/02, 1992.03.02), заключающийся в разделении углеводородного сырья на фракции, в котором фракции получают в одной и той же вертикально установленной емкости (ректификационной колонне частичного отбензинивания и соединенной с ней сложной атмосферной колонне и отпарных секциях колонн), при этом ректификационную колонну разделяют горизонтальными перегородками, разделение углеводородных продуктов на фракции проводят над горизонтальными перегородками, а трубопроводы углеводородных продуктов располагают над горизонтальными перегородками.

При этом сложная атмосферная колонна является громоздкой и массивной ректификационной колонной, имеющей те же самые недостатки, что и описанный выше аналог. Кроме того, получение необходимых углеводородных продуктов усложнено дополнительными технологическими операциями.

То есть к причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использования и данного способа, относят сложность перемещения и запуска в вертикальном положении устройства для реализации этого способа, длительность получения необходимых температурных режимов для всех фракций углеводородного сырья, низкую эффективность разделения углеводородного сырья на фракции и низкий ассортимент одновременно получаемых углеводородных продуктов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в оперативности получения необходимых температурных режимов для всех фракций углеводородного сырья, в повышении эффективности разделения углеводородного сырья на фракции, в расширении ассортимента одновременно получаемых углеводородных продуктов, а также в обеспечении простоты перемещения и запуска устройства для реализации данного способа.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения углеводородных продуктов, заключающемся в разделении углеводородного сырья на фракции, каждую фракцию получают в отдельной емкости 1, длина которой превышает ее диаметр, верхнюю часть каждой предыдущей емкости 1 соединяют с нижней частью каждой последующей емкости 1 трубопроводами входов и выходов углеводородного сырья 2, которые устанавливают по касательным к емкостям 1, емкости 1 располагают в одной горизонтальной плоскости, холодильные камеры 4 устанавливают в верхней части каждой емкости 1, трубопроводы охлаждения 5 пропускают вдоль центральных осей каждой емкости 1 и подсоединяют через отдельные вентили охлаждения 6 и к водяной 7 и к воздушной 8 системам охлаждения, каждый трубопровод промежуточных углеводородных продуктов 3 последующей емкости 1 соединяют с началом трубопровода орошения флегмой 9, окончание которого соединяют с каждой предыдущей емкостью 1 в верхней ее части, отбор промежуточных углеводородных продуктов осуществляют из нижних частей емкостей 1 через гидрозатворы 10 и первые вентили промежуточных углеводородных продуктов 11, а смешивание промежуточных углеводородных продуктов проводят в трубопроводах дополнительных углеводородных продуктов 12, соединенных через вторые вентили промежуточных углеводородных продуктов 13 с трубопроводами промежуточных углеводородных продуктов 3.

По трубопроводу углеводородного сырья 2 в первую емкость 1 подают разогретое до парообразного состояния углеводородное сырье. Емкости 1 изготавливают относительно небольших размеров и устанавливают в одной горизонтальной плоскости на платформу вручную всего несколькими операторами без использования средств работы на высоте и подъемных механизмов. Расположение раздельных емкостей 1 в одной горизонтальной плоскости уменьшает длину трубопроводов 2, 3, 5, 9, 12, что способствует уменьшению веса и габаритных размеров устройства для реализации данного способа и обеспечивает достижение указанного технического результата. Платформу изготавливают из уголка и швеллера, в результате этого она имеет небольшие размеры и вес и является передвижной (перемещаемой обычным грузовым автотранспортом), то есть обеспечивают простоту перемещения устройства для реализации данного способа на новую рабочую площадку. Все трубопроводы 2, 3, 5, 9, 12 и гидрозатворы 10 выполняют из металлических труб относительно небольшого диаметра (не более 80 мм). В законченном виде устройство для реализации данного способа имеет относительно небольшие размеры (длина 20 м, ширина 5 м, высота 3,5 м). Для расширения ассортимента одновременно получаемых углеводородных продуктов, состоящих из смесей промежуточных углеводородных продуктов в необходимых процентных отношениях, вводят элементы 11, 12, 13. Вентилями 11 регулируют процентное отношение промежуточных углеводородных продуктов (А, Б,... Е) при поступлении их из трубопроводов промежуточных углеводородных продуктов 3 в трубопроводы дополнительных углеводородных продуктов 12 дополнительной продукции. Вентилями 13 осуществляют отбор промежуточных углеводородных продуктов 3 (А, Б,..., Е) даже во время отбора этих промежуточных углеводородных продуктов через вентили 11. То есть устройством для реализации данного способа осуществляют как отбор промежуточных углеводородных продуктов (А и Б и ... и Е) через вентили 11, так и получают дополнительные виды углеводородных продуктов (А+Б+...+Е) в трубопроводах 12 через вентили 13 и расширяют ассортимент одновременно получаемой конечной углеводородной продукции. Гидрозатворы 10 (см. фиг. 1, 4) соединяют с трубопроводами промежуточных углеводородных продуктов 3. Посредством гидрозатворов 10 предотвращают попадание газообразного углеводородного сырья в трубопроводы 3 и обеспечивают сокращение примесей в промежуточных углеводородных продуктах, то есть способствуют повышению эффективности разделения углеводородного сырья на фракции. Поскольку внутри емкостей 1 имеется незначительное (не более 1 кг/см²) избыточное давление, то с целью уменьшения толщины стенок емкостей 1, позволяющей упростить операцию транспортировки устройства на его рабочую площадку, емкости 1 изготавливают не прямоугольной, а цилиндрической формы. Для повышения эффективности процесса разделения углеводородного сырья на фракции внутри емкостей 1 устанавливают вихревые тарелки 15, а длину емкостей 1 делают больше их диаметра. Для повышения эффективности разделения углеводородного сырья на фракции необходима большая площадь поверхности вихревых тарелок 15. Эту задачу можно решить либо увеличением диаметра вихревых тарелок 15, либо увеличением количества вихревых тарелок 15 при малом их диаметре. Увеличение количества тарелок 15 приводит к увеличению длины емкостей 1. Эффективность тарелок 15 малого диаметра высока, когда длина емкостей 1 начинает превышать их диаметр. Небольшой диаметр тарелок 15 очень важен, поскольку именно он обеспечивает меньшее отличие температур на их поверхностях в точках, близких и далеких от трубопровода 5. То есть перечисленные особенности выполнения емкостей 1 (превышение длины диаметра) обеспечивают получение более узких фракций углеводородных продуктов и обеспечивают достижение указанного технического результата (повышении эффективности разделения углеводородного сырья на необходимые фракции без посторонних примесей других фракций). Введение в верхнюю часть каждой предыдущей емкости 1 окончания трубопровода орошения флегмой 9, начало которого соединено с трубопроводом промежуточных углеводородных продуктов 3, соединенного с каждой последующей емкостью 1, позволяет увеличить интенсивность тепломассообменных процессов жидких и газообразных углеводородных продуктов в емкостях 1 (что способствует повышению эффективности разделения углеводородных продуктов на фракции) и позволяет (в совокупности с введением трубопроводов охлаждения 5 и холодильных камер 4) быстрее получать заданные температурные режимы внутри емкостей 1 и более стабильно (в совокупности с регулировкой вентилями охлаждения 6) удерживать необходимые температурные режимы получения углеводородных продуктов. Жидкую флегму из трубопроводов 9 подают в верхнюю часть емкости 1, разбрызгивают ее через отверстия 14 в центральной части емкости 1 вблизи трубопровода охлаждения 5 на мелкие капельки, и под действием силы тяжести опускают через вихревые тарелки 15 в нижнюю часть этой емкости 1, и интенсивно перемешивают в емкости 1 с поступающим из нижней части емкости 1 газообразным углеводородным сырьем. На фиг.3 показаны выходные отверстия 14 трубопровода 9 и вихревые тарелки 15 (их вид сверху). Подача флегмы осуществляется насосами (на фиг.1 они не показаны). Перечисленные особенности заявляемого способа обеспечивают получение более узких фракций продукции при высоком качестве этой продукции, то есть обеспечивают достижение указанного выше технического результата (обеспечение оперативности получения необходимых температурных режимов для всех фракций углеводородного сырья, повышение эффективности разделения углеводородного сырья на фракции, расширение ассортимента одновременно получаемых углеводородных продуктов, а также обеспечение простоты перемещения и запуска устройства для реализации данного способа).

Для обеспечения оперативности получения необходимых температурных режимов для всех фракций углеводородного сырья вне зависимости от температурных режимов каждой отдельной емкости 1 друг от друга, в верхних частях каждой емкости 1 устанавливают имеющие горизонтальное дно холодильные камеры 4, а по центральным осям емкостей 1 пропускают трубопроводы охлаждения 5, соединенные с вентилями охлаждения 6. Внутренние диаметры холодильных камер 4 для снижения материалоемкости, обеспечивающей достижение указанного технического результата, изготавливают равными внутренним диаметрам емкостей 1. Выполнение дна холодильных камер 4 горизонтальным и внутренних диаметров холодильных камер 4, равным внутренним диаметрам емкостей 1, обеспечивает равномерное охлаждение газообразного углеводородного сырья как на дне этих камер 4, так и на внутренних поверхностях емкостей 1. В совокупности с охлаждением емкостей 1 трубопроводами 5, охлаждающими стенки емкостей 1, холодильные камеры 4 и вихревые тарелки 15, и в совокупности с охлаждением предыдущих емкостей 1 флегмой из последующих емкостей 1 (температура которых ниже, чем у предыдущих емкостей 1) указанное выше охлаждение дна камер 4 и внутренних стенок емкостей 1 оперативно обеспечивает одинаковую температуру (отличие составляет всего лишь единицы градусов) всех внутренних поверхностей каждой отдельной емкости 1 и установленных в ней элементов 4, 5 и 15 независимо от других емкостей 1, что способствует конденсации на этих элементах 1, 4, 5 и 15 только определенной фракции углеводородного сырья и предотвращает конденсацию паров с другой температурой (указанный недостаток характерен для аналога и прототипа, поскольку в них внутренние стенки рабочих поверхностей металлических элементов имеют большие размеры (до десятков метров) и различную температуру, различающуюся на десятки градусов). Регулировку температурных режимов полностью обеспечивают вентилями охлаждения 6. Низкотемпературные фракции (ниже 100^oС) при этом охлаждаются либо только водой, либо водой и воздухом. Высокотемпературные фракции (свыше 180^oС) охлаждаются только воздухом либо воздухом с небольшим добавлением воды, а остальные фракции охлаждаются воздухом с добавлением охлаждения водой через вентили 6. Вихревые тарелки 15 при этом охлаждаются как трубопроводом 5, так и флегмой, а корпусы емкостей 1 охлаждаются как холодильными камерами 4, трубопроводами 5, так и флегмой. Перечисленные выше особенности предлагаемого изобретения обеспечивают повышение эффективности разделения углеводородного сырья на фракции. При этом время достижения заданных температурных режимов в каждой отдельной емкости 1 по сравнению с аналогом и прототипом (даже без учета времени устранения взаимного влияния температуры каждой отдельной емкости 1 аналога и прототипа друг на друга) сокращается как минимум пропорционально отношению массы всей ректификационной колонны аналога и прототипа к массе всего одной емкости 1 предлагаемого изобретения, поскольку температурные режимы этих емкостей 1 конструктивно (по теплопроводности) независимы друг от друга и имеют описанные выше варианты многостороннего эффективного, воспроизводимого и стабильного во времени охлаждения. То есть в заявляемом способе обеспечивается оперативность получения необходимых температурных режимов для всех фракций углеводородного сырья (обеспечивается достижение указанного выше технического результата). Установление трубопроводов входов и выходов углеводородного сырья 2 по касательным к емкостям 1 (см. фиг.3), в отличие от установления их перпендикулярно к этим емкостям 1, не снижает скорость прохождения газообразного углеводородного сырья через емкости 1, что обеспечивает повышение эффективности разделения углеводородного сырья на фракции.

Проведенный заявителями анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявители не обнаружили аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного изобретения.

Определение из перечня выявленных аналогов-прототипов как наиболее близких по совокупности признаков аналогов позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителями техническому результату отличительных признаков изобретения, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, изобретение соответствует условию "новизна".

Для проведения проверки соответствия изобретения условию "изобретательский уровень" заявители провели дополнительный поиск известных решений с целью выявить признаки, совпадающие с отличительными от выбранных прототипом признаков изобретения. Результаты поиска показали, что данное изобретение не вытекает для специалистов явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителями, не выявлено влияние предусматриваемых существенных признаков каждого преобразования на достижение технического результата, в частности в заявленном изобретении не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известных средств и методов какой-либо известной частью,
- замена какой-либо части известного способа,
- исключение какой-либо части известного способа,
- увеличение количества однотипных операций способа,
- выполнение известного средства или его частей из известного материала,
- создание способа из известных частей на основании известных правил,
- на применении известных методов по новому назначению.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественных признаков, представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении их вида. Следовательно, изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг.1 показано схематично устройство для реализации заявляемого способа и все входящие в него элементы 1-15. На фиг.2 показан продольный разрез устройства-аналога для реализации заявляемого способа. На фиг.3 показан продольный разрез одной емкости 1 в плоскости, перпендикулярной центральной оси этой емкости 1 устройства для реализации заявляемого способа. На фиг.4 показан продольный разрез одной емкости 1 вдоль центральной оси этой емкости 1 устройства для реализации заявляемого способа.

Изобретение относится к нефтепереработке, в частности к получению углеводородных продуктов. Способ получения углеводородных продуктов заключается в разделении углеводородного сырья на фракции, при этом каждую фракцию получают в отдельной емкости, длина которой превышает ее диаметр, верхнюю часть каждой предыдущей емкости соединяют с нижней частью каждой последующей емкости трубопроводами входов и выходов углеводородного сырья, которые устанавливают по касательным к емкостям. Емкости располагают в одной горизонтальной плоскости, холодильные камеры устанавливают в верхней части каждой емкости, трубопроводы охлаждения пропускают вдоль центральных осей каждой емкости и подсоединяют через отдельные вентили охлаждения и к водяной, и к воздушной системам охлаждения. Каждый трубопровод промежуточных углеводородных продуктов последующей емкости соединяют с началом трубопровода орошения флегмой, окончание которого соединяют с каждой предыдущей емкостью в верхней ее части, отбор промежуточных углеводородных продуктов осуществляют из нижних частей емкостей через гидрозатворы и первые вентили промежуточных углеводородных продуктов, а смешивание промежуточных углеводородных продуктов проводят в трубопроводах дополнительных углеводородных продуктов, соединенных через вторые вентили промежуточных углеводородных продуктов с трубопроводами промежуточных углеводородных продуктов. Изобретение позволяет оперативно получить необходимые температурные режимы для всех фракций углеводородного сырья, повысить эффективность разделения углеводородного сырья на фракции, расширить ассортимент одновременно получаемых углеводородных продуктов, а также обеспечить простоту перемещения и запуска устройства для реализации данного способа. 4 ил.

Способ получения углеводородных продуктов, заключающийся в разделении углеводородного сырья на фракции, отличающийся тем, что каждую фракцию получают в отдельной емкости, длина которой превышает ее диаметр, верхнюю часть каждой предыдущей емкости соединяют с нижней частью каждой последующей емкости трубопроводами входов и выходов углеводородного сырья, которые устанавливают по касательным к емкостям, емкости располагают в одной горизонтальной плоскости, холодильные камеры устанавливают в верхней части каждой емкости, трубопроводы охлаждения пропускают вдоль центральных осей каждой емкости и подсоединяют через отдельные вентили охлаждения и к водяной, и к воздушной системам охлаждения, каждый трубопровод промежуточных углеводородных продуктов последующей емкости соединяют с началом трубопровода орошения флегмой, окончание которого соединяют с каждой предыдущей емкостью в верхней ее части, отбор промежуточных углеводородных продуктов осуществляют из нижних частей емкостей через гидрозатворы и первые вентили промежуточных углеводородных продуктов, а смешивание промежуточных углеводородных продуктов проводят в трубопроводах дополнительных углеводородных продуктов, соединенных через вторые вентили промежуточных углеводородных продуктов с трубопроводами промежуточных углеводородных продуктов.