СПОСОБ ОЧИСТКИ НЕФТЕПРОДУКТОВ ОТ ПРИМЕСЕЙ СЕРЫ Российский патент 2007 года по МПК C10G25/05 C10G25/06 C10G32/02 

Изобретение относится к способам очистки нефтепродуктов (сырая нефть, керосиновая и дизельная и др. фракции) от примесей серы, в частности к способам очистки с применением адсорбентов, и может быть использовано в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Известны адсорбционные способы выделения сероорганических соединений нефти (ССН) из нефтепродуктов - сырой нефти, керосиновой, дизельной фракций, основанные на жидкостной хроматографии, путем пропускания исходного нефтепродукта через неподвижный слой адсорбента, установленный в колонке. В качестве адсорбента применяют силикагель, окись алюминия, активированный уголь, гипс и их смеси (см. Химия сероорганических соединений, содержащихся в нефти и нефтепродуктах, М.: Изд-во АН СССР, 1959, 126-137).

Однако данными способами достигается малая степень очистки нефтепродуктов от серы - всего 30-35% от общего количества серы, присутствующей в исходном сырье. Это объясняется тем, что метод жидкостной хроматографии с использованием чистых адсорбентов не позволяет выделить сернистые соединения, свободные от ароматических углеводородов. Кроме того, к недостаткам относятся: 1) большой расход элюентов как в количественном (их берут в количестве в 4-5 раз больше исходного нефтепродукта), так и качественном (берут 3-4 элюента с разными элюирующими способностями) отношениях; 2) большой расход адсорбента, количество которого превышает количество исходного нефтепродукта в 15-20 раз.

Известен способ выделения ССН из нефтепродуктов при 150-370°С с помощью жидкостной хроматографии на силикагеле и окиси алюминия, обладающих повышенной избирательностью к сероорганическим соединениям (см. Патент РФ 2083640, С10G 25/00, 10.07.97). Повышение избирательности позволило увеличить степень очистки нефтепродуктов от ССН до 70% от общего содержания серы. Такое увеличение степени выделения ССН из нефтепродуктов достигается модифицированием и импрегнированием силикагеля и окиси алюминия ацетатом ртути, нитратом серебра, хлористым палладием, хлоридом цинка, тетрахлоридом олова. Данный способ опробован в лабораторных условиях.

Применение их в промышленности практически не возможно из-за:

1) использования дорогостоящих, дефицитных, токсичных и экологически опасных химических веществ - элюентов; 2) негативного влияния данных веществ на качество самих нефтепродуктов; 3) нетехнологичности операций подготовки адсорбентов и хроматографической колонки.

Известен способ выделения ССН из нефтепродуктов, в частности из керосина, с помощью жидкостной хроматографии с использованием адсорбента, модифицированного диметилформамидом, где адсорбент представляет собой смесь активированного угля и отбеливающей глины (см. А.С. СССР №419545; С10G 25/00, 15.03.74).

Выделение осуществляется при комнатной температуре в стеклянном перколяторе с высотой столба адсорбента 300 мм. Количество исходной фракции (керосина) берут к количеству смеси адсорбентов в соотношении 1:1. Данное количество керосина пропускают самотеком через неподвижный слой адсорбента, модифицированного до 10% диметилформамидом. В результате нетехнологической операции получают адсорбат в количестве 80-82 вес.% и с содержанием остаточной серы от 0,05 до 0,2 вес.%, а также сероароматический концентрат в количестве 15-17 вес.% и с содержанием серы 6,0 - 8,5 вес.%, что составляет степень выделения общей серы 70-80%.

Данный способ также не обладает достаточной эффективностью для его промышленного использования. Во-первых, для модифицирования адсорбентов необходимо использовать дорогостоящие и дефицитные химические вещества. Во-вторых, диметилформамид оказывает негативное влияние на качество адсорбента.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится способ очистки нефтепродуктов от примесей серы, заключающийся в том, что процесс проводят в центробежном поле путем совместного вращения дисперсионной смеси адсорбента и исходного нефтепродукта в роторе-барабане, при этом количество адсорбента и количество нефтепродукта берут в соотношении (1,5-2,0):1,0, а вращение ротора-барабана устанавливают в пределах 2000-2500 об /мин в течение 30-40 мин. (см. Кадыров М.У., Крупин С.В., Барабанов В.П. Патент RU 2171826 С1. Способ выделения сероорганических соединений нефти из нефтепродуктов). Такое техническое решение позволяет увеличить степень очистки чистыми адсорбентами нефтепродуктов от примесей серы до 90% от ее первоначального содержания, что является существенным прогрессом по сравнению с известными адсорбционными способами. Прогрессивность способа проявляется в том, что при его осуществлении не требуется применение дефицитных дорогостоящих химических веществ - элюентов, количество адсорбента нужно брать в 8-10 раз меньше, чем в аналогичных способах.

Недостатками способа-прототипа являются: низкая производительность способа из-за слишком большого времени процесса поглощения сорбентом примесей серы, из-за необходимости периодической остановки ротора-барабана для слива из него смеси нефтепродуктов и сорбента, необходимости последующей загрузки в ротор-барабан новой порции смеси нефтепродуктов и сорбента, на повторный запуск во вращение ротора требуются большие дополнительные затраты энергии. Способ-прототип поэтому имеет высокую стоимость, не технологичен и не оптимален для очистки от серы нефтепродуктов в промышленных условиях, не применим для непрерывной очистки нефтепродуктов.

Технический результат - увеличение производительности способа очистки нефтепродуктов от примесей серы, положительное решение проблемы непрерывной очистки сырой нефти непосредственно после ее добычи, проблемы непрерывной очистки керосиновой и дизельной и других фракций от примесей серы в производственных условиях, удешевление процесса очистки от примесей серы. Применение предлагаемого способа приведет к существенному увеличению стоимости экспортируемой нефти, к существенному уменьшению загрязненности окружающей среды соединениями серы, исключению опасности выпадения на местности кислотных дождей из-за выхода в атмосферу соединений серы от сгорания нефтепродуктов в различного рода машинах, аппаратах, котельных, ТЭЦ и других установках.

Указанный технический результат при осуществлении предлагаемого способа достигается тем, что составляют дисперсионную смесь адсорбента и нефтепродуктов в массовом их соотношении соответственно (1,0-2,0):1,0, процесс очистки продуктов от примесей серы проводят в центробежном поле путем совместного вращения дисперсионной смеси адсорбента и исходных нефтепродуктов в роторе-барабане, при наложении на дисперсионную смесь адсорбента и нефтепродуктов вертикального электрического поля напряженностью Е=1000-15000 В/м, при непрерывном поступлении во вращающийся ротор-барабан адсорбента и нефтепродуктов в указанном массовом соотношении, при числе оборотов ротора-барабана 60-2500 об/мин, при непрерывном сливе дисперсионной смеси адсорбента и нефтепродуктов через внешнюю сторону ротора-барабана в емкость, из которой дисперсионная смесь идет на выделение нефтепродуктов от адсорбента, очищенные нефтепродукты направляется потребителю, сорбент - на регенерацию и на повторное применение в очистке нефтепродуктов от примесей серы, причем время выдержки поперечного слоя дисперсионной смеси сорбента и нефтепродуктов, двигающегося от центра к периферии ротора-барабана, составляет 10-30 минут. В случаях, когда электропроводность нефтепродуктов более чем на порядок меньше электропроводности природной воды, составляют дисперсионную смесь адсорбента, мелкодисперсного электропроводящего порошка и нефтепродуктов в массовом их соотношении соответственно (1,0-2,0):(0,1-1,0):1,0, процесс очистки нефтепродуктов от примесей серы проводят в центробежном поле путем совместного вращения нефтепродуктов в роторе-барабане и смеси адсорбента, мелкодисперсного электропроводящего порошка, использованный в процессе очистки электропроводящий порошок вместе с регенерированным сорбентом идут на повторное их применение в процессе очистки нефтепродуктов от примесей серы.

Приведенные существенные признаки изобретения, несмотря на значительное понижение по сравнению со способом-прототипом допустимого нижнего предела угловой скорости вращения ротора-барабана с 2000 до 60 об/мин, определяют повышение степени очистки нефтепродуктов от примесей серы адсорбентами до 90-98 вес % за время выдержки в центробежном поле сжатия смеси нефтепродуктов и порошка адсорбента в 2-3 раза менее соответствующего времени в способе-прототипе и обеспечивают возможность непрерывности процесса очистки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображено устройство, состоящее из ротора-барабана 1, его периферийного пространства 2, предназначенного для дисперсионной смеси сорбента, мелкодисперсного электропроводящего порошка и нефтепродукта, которая прижимается к внешней стенке вращающегося ротора-барабана 1 под действием центробежной силы привода 3, вращающего ротор-барабан 1, загрузочного устройства 4 для заливки данной дисперсионной смеси в ротор-барабан 1, отверстий 5 на внешней стенке ротора-барабана 1 для выгрузки обработанной дисперсионной смеси, емкости 6, предназначенной для слива в нее обработанной дисперсионной смеси, отверстий 7 для слива из емкости 6 обработанной дисперсионной смеси для разделение ее на нефтепродукт, адсорбент, мелкодисперсный электропроводящий порошок, причем верхняя крышка и дно ротора-барабана 1 находятся под электрическим напряжением, электрические потенциалы на них подаются через скользящие контакты 8 и 9, все устройство находится в защитном чехле 10, и на фиг.2, где изображено устройство, состоящее из ротора-барабана 1, его периферийного пространства 2, предназначенного для дисперсионной смеси сорбента, мелкодисперсного электропроводящего порошка и нефтепродукта, которая прижимается к внешней стенке вращающегося ротора-барабана 1 под действием центробежной силы привода 3, вращающего ротор-барабан 1, загрузочного устройства 4 для заливки данной дисперсионной смеси в ротор-барабан 1, отверстий 5 на внешней стенке ротора-барабана 1 для выгрузки обработанной дисперсионной смеси, емкости 6, предназначенной для слива в нее обработанной дисперсионной смеси, отверстий 7 для слива из емкости 6 обработанной дисперсионной смеси для разделение ее на нефтепродукт, адсорбент, мелкодисперсный электропроводящий порошок, причем верхняя крышка и дно ротора-барабана 1 находятся под электрическим напряжением, электрические потенциалы на них подаются через скользящие контакты 8 и 9, все устройство находится в защитном чехле 10 и диэлектрической перегородки 11, разделяющей внутреннее пространство ротора-барабана на две части, в верхней из которой происходит очистка.

Указанные в формуле изобретения пределы параметров выбирают исходя из следующих соображений.

В зависимости от величины сорбирующей способности адсорбента выбирается соответствующее соотношение количества адсорбента к количеству нефтепродукта: чем более активен адсорбент, тем меньшее его количество требуется для составления дисперсионной смеси. Например, обладающий относительно высокой сорбирующей способностью цеолит смешивают с нефтепродуктом в соотношении 1,0:1,0, а амфотерные материалы, обладающие меньшей сорбирующей способностью, чем цеолит, например монтмориллонит, смешивают с нефтепродуктом в соотношении 2,0:1,0. В диапазоне соотношения мелкодисперсного электропроводящего порошка и нефтепродуктов (0,1-1,0):1,0 нижний предел 0,1:1,0 выбирается для предельно малых размеров частиц порошка - для пудры, верхний предел 1,0:1,0 - для обычных порошков, выпускаемых промышленностью. Нижний предел угловой скорости вращения ротора 60 об/мин выбирается для обеспечения очистки нефтепродуктов от примесей серы при максимальном дебите нефти из отработанных скважин (до 100 т/месяц), для чего необходимо иметь максимально возможные по величине диаметры роторов-барабанов, при этом величина электрического поля принимается максимальной в допустимых в формуле пределах Е=15000 В/м. Верхний предел угловой скорости вращения ротора 2500 об/мин выбирается при минимальном дебите нефти из отработанной скважине (˜10 т/месяц), для чего допускаются минимальные диаметры ротора-барабана 1, при этом величина электрического поля принимается минимальной в допустимых в формуле пределах Е=1000 В/м.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1. Порошок монтмориллонита (амфотерный материал) смешивают с сырой необезвоженной нефтью, обладающей электропроводностью по порядку величины такой же, как и электропроводность природной воды, в массовом соотношении 2,0:1,0, полученную дисперсионную смесь загружают в ротор-барабан 1, эта смесь под действием центробежных сил вращающегося ротора-барабана 1 концентрируется в периферийном пространстве 2 ротора-барабана, который приводится во вращение с угловой скоростью 1000 об/мин приводом 3, загружают дисперсионную смесь в ротор-барабан 1 через загрузочное устройство 4, через отверстия 5 обработанную смесь адсорбента и нефтепродуктов сливают в емкость 6, из которой через отверстия 7 сливают обработанную дисперсионную смесь для разделения на адсорбент, нефтепродукты, очищенные от примесей серы, электропроводящий порошок, на верхнюю крышку 9 ротора-барабана 1 подают через скользящие контакты 10 и 11 электрическое напряжение постоянного электрического поля, создающее напряженность Е=8000 В/м, при этом время выдержки поперечного слоя смеси адсорбента и нефтепродуктов составляет 20 минут.

Пример 2. Порошок монтмориллонита (амфотерный материал), смешанный наполовину с порошком природного цеолита Холинского месторождения, смешивают с сырой обезвоженной нефтью, обладающей электропроводностью по порядку величины равной электропроводности природной воды, в массовом соотношении 1,5:1, полученную дисперсионную смесь загружают в ротор-барабан 1 через загрузочное устройство 4, эта смесь под действием центробежных сил вращающегося ротора-барабана 1 концентрируется в периферийном пространстве 2 ротора-барабана 1, который приводится во вращение с угловой скоростью 1000 об/мин приводом 3, на верхнюю крышку 9 ротора-барабана 1 подают через скользящие контакты 10 и 11 электрическое напряжение постоянного электрического поля, создающее на дисперсионной смеси напряженность Е=8000 В/м, при этом время выдержки поперечного слоя смеси адсорбента и нефтепродуктов составляет 20 минут, через отверстия 5 обработанную дисперсионную смесь адсорбента и нефтепродуктов сливают в емкость 6, из которой через отверстия 7 сливают дисперсионную смесь для разделения на нефтепродукты, очищенные от примесей серы, и адсорбент для его повторного применения в процессе очистки нефтепродуктов.

Пример 3. Порошок монтмориллонита, смешанный наполовину с порошком цеолита, алюминиевую пудру смешивают с сырой обезвоженной нефтью, обладающей электропроводностью, на полтора порядка меньшей, чем электропроводность природной воды, в массовом соотношении 1,5:0,1:1, полученную дисперсионную смесь загружают в ротор-барабан 1, далее повторяют все операции, изложенные в примере 1, получают те же результаты, что и в примере 1.

Таким образом, изложенные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено, в частности, для использования в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности с целью увеличения производительности способа очистки нефтепродуктов от примесей серы, для положительного решения проблемы непрерывной очистки сырой нефти непосредственно после ее добычи, проблемы непрерывной очистки керосиновой и дизельной фракций от примесей серы в производственных условиях, удешевления процесса очистки от примесей серы; применение предлагаемого способа приведет к существенному увеличению стоимости экспортируемой нефти, к существенному уменьшению загрязненности окружающей среды соединениями серы, исключению опасности выпадения на местности кислотных дождей из-за выхода в атмосферу соединений серы от сгорания нефтепродуктов в различного рода машинах, аппаратах, котельных, ТЭЦ и других установках, а именно для увеличения производительности и удешевления способа очистки нефтепродуктов от примесей серы, для положительного решения проблемы непрерывной очистки сырой нефти непосредственно после ее добычи, проблемы непрерывной очистки керосиновой и дизельной фракций от примесей серы в производственных условиях;

- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение относится к способам очистки нефтепродуктов (сырая нефть, керосиновая и дизельная и др. фракции) от примесей серы, в частности к способам очистки с применением адсорбентов, и может быть использовано в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Способ очистки нефтепродуктов от примесей серы, включающий проведение процесса очистки в центробежном поле вращающегося ротора-барабана путем совместного вращения в нем дисперсионной смеси адсорбента и исходных нефтепродуктов при массовом соотношении адсорбента и нефтепродуктов (1,5-2,0):1,0 в роторе-барабане. Процесс очистки продуктов от примесей серы проводят в центробежном поле путем совместного вращения дисперсионной смеси адсорбента и исходных нефтепродуктов в роторе-барабане, при наложении на дисперсионную смесь адсорбента и нефтепродуктов вертикального электрического поля напряженностью Е=1000-15000 В/м, при непрерывном поступлении во вращающийся ротор-барабан адсорбента и нефтепродуктов в указанном массовом соотношении. Число оборотов ротора-барабана равно 60-2500 об/мин. Дисперсионную смесь адсорбента и нефтепродуктов непрерывно сливают через внешнюю сторону ротора-барабана в емкость, из которой дисперсионная смесь идет на выделение нефтепродуктов от адсорбента. Очищенные нефтепродукты направляются потребителю, сорбент - на регенерацию и на повторное применение в очистке нефтепродуктов от примесей серы. Время выдержки поперечного слоя дисперсионной смеси сорбента и нефтепродуктов, двигающегося от центра к периферии ротора-барабана, составляет 10-30 минут. В случаях, когда электропроводность нефтепродуктов более чем на порядок меньше электропроводности природной воды, составляют дисперсионную смесь адсорбента, мелкодисперсного электропроводящего порошка и нефтепродуктов в массовом их соотношении соответственно (1,0-2,0):(0,1-1,0):1,0, процесс очистки нефтепродуктов от примесей серы проводят в центробежном поле путем совместного вращения нефтепродуктов в роторе-барабане и смеси адсорбента, мелкодисперсного электропроводящего порошка. Использованный в процессе очистки электропроводящий порошок вместе с регенерированным сорбентом идут на повторное их применение в процессе очистки нефтепродуктов от примесей серы. Технический результат изобретения - увеличение производительности способа очистки нефтепродуктов от примесей серы, положительное решение проблемы непрерывной очистки сырой нефти непосредственно после ее добычи, проблемы непрерывной очистки керосиновой и дизельной фракции от примесей серы в производственных условиях, удешевление процесса очистки от примесей серы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ очистки нефтепродуктов от примесей серы, включающий проведение процесса очистки в центробежном поле вращающегося ротора-барабана путем совместного вращения в нем дисперсионной смеси адсорбента и исходных нефтепродуктов при массовом соотношении адсорбента и нефтепродуктов (1,5-2,0):1,0 в роторе-барабане, отличающийся тем, что процесс очистки нефтепродуктов от примесей серы проводят в центробежном поле путем совместного вращения дисперсионной смеси адсорбента и исходных нефтепродуктов при их массовом соотношении (1,0-2,0):1,0 в роторе-барабане при наложении на смесь адсорбента и нефтепродуктов вертикального электрического поля напряженностью Е=1000-15000 В/м, при непрерывном поступлении во вращающийся ротор-барабан адсорбента и нефтепродуктов в указанном массовом соотношении, при числе оборотов ротора-барабана 60-2500 об/мин, при непрерывном сливе адсорбента и нефтепродуктов через внешнюю сторону ротора-барабана в емкость, из которой очищенные нефтепродукты направляют потребителю, а адсорбент - на регенерацию и на его повторное применение, причем время выдержки поперечного слоя смеси сорбента и нефтепродуктов, двигающегося от центра к периферии ротора -барабана, составляет 10-30 мин.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случаях, когда электропроводность нефтепродуктов более чем на порядок меньше электропроводности природной воды, составляют смесь адсорбента, мелкодисперсного электропроводящего порошка и нефтепродуктов в массовом их соотношении соответственно (1,5-2,0):(0,1-1,0):1, процесс очистки нефтепродуктов от примесей серы проводят в центробежном поле путем совместного вращения нефтепродуктов в роторе-барабане и смеси адсорбента, мелкодисперсного электропроводящего металлического порошка, использованный в процессе очистки мелкодисперсный электропроводящий металлический порошок вместе с регенерированным сорбентом идут на повторное их применение в процессе очистки нефтепродуктов от примесей серы.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что процесс очистки нефтепродуктов от примесей серы проводят в верхней части ротора барабана, разгороженной от нижней его части диэлектрической перегородкой.