СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТЯЖЕЛОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ Российский патент 2008 года по МПК C10G7/00 

Изобретение относится к области переработки тяжелого углеводородного сырья и сырой нефти, может быть использовано в любой области народного хозяйства. Предпочтительная область использования - утилизация отходов нефтепереработки и других остатков (отходов), содержащих органику.

Известен способ переработки тяжелого углеводородного сырья, включающий подачу сырья в реакционную зону, при поддержании температуры подаваемого сырья и температуры в реакционной зоне ниже точки начала кипения первичного сырья, и получение на выходе из реакционной зоны конечного продукта с выделением из него методом ректификации газообразных, жидких светлых фракций и тяжелых остатков, причем в реакционной зоне сырье подвергают обработке механическими колебаниями, генерируемыми гидромеханическим генератором (см. патент РФ №2158288, МПК C10G 7/00, авторы Фомин В.М. и др., опубл. 27.10.2000). Основным недостатком указанного способа является отсутствие разделения реакционной зоны на независимые секции. Из-за этого используемый в указанном способе роторно-пульсационный акустический аппарат создает поле механических колебаний сложной пространственной формы, распространяющихся во все стороны на неограниченное расстояние, в котором из-за интерференции механических колебаний, создаваемых отдельными окнами статора, могут происходить различные физические явления, не поддающиеся точному количественному расчету или хотя бы качественной оценке, уменьшающиеся по интенсивности воздействия на первичное сырье при удалении от генератора колебаний. В результате такой обработки тяжелого углеводородного сырья по указанному способу получается большое разнообразие воздействий на него и поэтому сложно предсказать конечные продукты, при этом отдельные фракции могут быть широкого фракционного состава, получаться в результате реакций, в самых неожиданных местах реакционной зоны. Самыми неожиданными из них, например, при наличии воды (конденсата) в сырье и при трибомеханическом взаимодействии (контакте) колеблющихся элементов ротора и статора, могут получаться кетоны, непредельные углеводороды и спирты, приводящие к нестабильности свойств конечных продуктов при ректификации и хранении. Это, следовательно, приведет к снижению потребительских качеств товарных продуктов. Кроме этого, неограниченное по объему и времени продолжительное воздействие механических колебаний может вызвать не только выделение серы из сераорганических соединений, но также инициировать обратный процесс в зонах пониженной интенсивности воздействия указанных колебаний. Это также снизит потребительские качества конечного и товарного продукта.

Известен способ переработки тяжелого углеводородного сырья, включающий подачу первичного сырья в реакционную зону с пропусканием активирующего газа через объем сырья, при этом поддерживают температуру подаваемого первичного сырья и температуру в реакционной зоне ниже точки начала кипения первичного сырья, и получение на выходе из реакционной зоны конечного продукта, с выделением из него методом ректификации газообразных, а также жидких светлых фракций и тяжелых остатков, а реакционную зону при этом разделяют, по меньшей мере, одной перфорированной перегородкой на независимые секции, сообщенные между собой (см. патент РФ №2170755, МПК C 10 G 7/00, авторы Крючков В.А. и др., опубл. 20.07.2001). Указанный способ имеет ряд недостатков. Так, например, низкая температура сырья, ниже температуры точки начала его кипения в реакционной зоне, не позволяет достичь условий для крекинга тяжелого углеводородного сырья. Для прохождения представленного "газлифтного" процесса и химических процессов конверсии сырья, то есть изменения его молекулярного состава под действием активирующего газа, из-за низкого диспергирования в реакционной зоне газовой фракции в жидком сырье и соответственно малого реакционного объема, из-за малой поверхности активации, то есть поверхности взаимодействия активирующего газа с сырьем, необходимы значительное время и пространство, поэтому удельные показатели и производительность установки будут низкими. Кроме того, при указанных процессах соединения серы не могут быть удалены, так как нет условий для их выделения, например, из сераорганических соединений.

Указанный способ наиболее близок к предложенному по поставленной технической задаче и по достигаемому результату и по этой причине он принят нами в качестве прототипа.

Задачей, решаемой предложенным способом, является повышение эффективности и избирательности процесса, расширение функциональных возможностей и арсенала используемых средств, улучшение качества товарного продукта и экологичности процесса и снижение энергопотребления и объема отходов.

Указанная техническая задача решается тем, что предложенный способ переработки тяжелого углеводородного сырья включает подачу первичного сырья в реакционную зону с пропусканием активирующего газа через его объем. При этом поддерживают температуру подаваемого первичного сырья и температуру в реакционной зоне ниже точки начала кипения первичного сырья. Также он включает получение на выходе из реакционной зоны конечного продукта, с выделением из него методом ректификации газообразной и жидкой светлой фракции товарного продукта и тяжелых остатков. Причем, по меньшей мере, одной перфорированной перегородкой реакционную зону разделяют на независимые секции, сообщенные между собой. Также согласно предложенному способу, по меньшей мере, одна перфорированная перегородка между независимыми секциями изготовлена из материала, активно поглощающего энергию механических колебаний. Активирующий газ вводят в реакционную зону в смеси с газообразными фракциями, рециркулирующими со стадии ректификации, методом двухфазной эжекции через гидродинамический генератор механических колебаний, создаваемых за счет энергии движения высокоэнергетического потока первичного сырья в смеси с тяжелыми остатками, рециркулирующими со стадии ректификации, а из реакционной зоны конечный продукт направляют на ректификацию после изотермической выдержки в одной из секций и выделения из него простейших соединений серы.

Предложенный способ переработки тяжелого углеводородного сырья включает подачу первичного сырья в реакционную зону с пропусканием активирующего газа через его объем, при поддержании температуры подаваемого первичного сырья и температуры в реакционной зоне ниже точки начала кипения первичного сырья, и получение на выходе из реакционной зоны конечного продукта, с выделением из него методом ректификации газообразных, а также жидких светлых фракций готового продукта и тяжелых остатков, причем активирующий газ вводят в реакционную зону в смеси с газообразными фракциями, рециркулирующими со стадии ректификации, методом двухфазной эжекции через гидродинамический генератор механических колебаний, создаваемых за счет энергии движения высокоэнергетического потока первичного сырья в смеси с тяжелыми остатками, рециркулирующими со стадии ректификации. Это позволяет отказаться от дополнительного подогрева конечного продукта для проведения процесса ректификации, так как тепловая энергия, необходимая для разогрева конечного продукта и успешного проведения процесса ректификации, получается из кинетической энергии потока путем преобразования ее при генерации им механических колебаний, торможении его в процессах эжекции активирующего газа и диспергирования газосырьевой смеси. Часть этой энергии затрачивается на конверсию тяжелых углеводородов и получение из них более низкомолекулярных продуктов с менее сложной структурой. Другая ее часть, преобразованная в тепло, расходуется при ректификации конечного продукта.

Удешевление процесса достигается и тем, что он не требует дополнительных теплообменников для регулирования температуры первичного сырья. Избыточно вводимая тепловая энергия отбирается от конечного продукта в необходимом производственном процессе его ректификации для извлечения товарного продукта, то есть жидких светлых газойлевых и бензинолигроиновых фракций. Эта тепловая энергия может направляться на подогрев вновь поступающей порции тяжелого углеводородного сырья. Также для этой цели может использоваться тепло тяжелых остатков. При этом следует отметить, что процесс не требует слишком точного поддержания температуры на входе, так как при значительном снижении температуры первичного тяжелого углеводородного сырья процесс не прекратится, а уменьшится его эффективность из-за повышения затрат энергии при заданной мощности и подаче насоса на прокачку холодного высоковязкого тяжелого углеводородного сырья, которое вследствие этого будет быстрее разогреваться до оптимальной температуры. Для снижения вязкости первичного сырья на начальной стадии осуществления способа его можно разбавить жидкими фракциями товарного или конечного продуктов. Это также упростит процесс и средства регулирования оптимальных параметров осуществления предложенного способа. При слишком малой вязкости сырья (в том числе и при его перегреве), при заданной мощности и подаче (характеристике) насоса снизится перепад давлений между входом в эжектор и на его выходе, и, следовательно, снизится скорость истечения из него сырья и эффективность эжекции и генерации механических колебаний. Избыточное тепло может отводиться на стадии ректификации и подогрева новой порции сырья. Очевидно, при слишком низкой температуре или высокой вязкости, например, из-за потерь тепла, конечный продукт перед ректификацией может подогреваться.

Использование ограниченных в пространстве и по времени воздействия механических колебаний для проведения химических реакций по диспергированию и конверсии тяжелых углеводородов повышает избирательность и производительность процесса, снижает удельные энергетические затраты на его проведение и позволяет сравнительно точно регулировать получение нужного конечного продукта. Результат процесса зависит от времени и интенсивности воздействия на сырье механических колебаний, их энергетической насыщенности по амплитуде, модуляции и частоте, состава сырья, активирующего газа и соотношения всех указанных параметров (приведенный список которых не является исчерпывающим). Ввиду отсутствия широко известных источников технической литературы, описывающей в необходимой полноте указанные явления, сложно без дополнительных исследований точно предсказать, описать и рассчитать состав конечного продукта, который по этой причине определяется и регулируется опытным путем. Однако при этом указанные параметры расширяют функциональные возможности и арсенал средств, используемых способом для его реализации и получения необходимого состава конечного продукта.

При наличии избыточного количества парогазовой составляющей в жидком сырье, из-за поглощения развитой поверхностью, разделяющей указанные фазы, энергии механических колебаний, снижается объем и интенсивность их распространения в двухфазной неоднородной среде, при этом повышается градиент амплитуды механических колебаний и расширяется диапазон получаемых на выходе видов углеводородов конечного продукта. По этой причине будет возникать необходимость увеличения объема и диапазона рабочих температур ректификационной колонны для получения необходимого товарного продукта. Наилучшим видом среды для распространения указанных колебаний является чистая жидкая или твердая фаза. Поэтому, очевидно, что для каждого вида рабочей среды имеется оптимальное соотношение ее с газовой фазой, необходимое для интенсивного проведения процесса.

Энергия механического разрыва связи серы в сераорганических соединениях меньше энергии разрыва связи углерод - углерод или углерод - водород. Следовательно, можно подобрать энергию механических колебаний для воздействия на сырье, при котором в первую очередь будет разрываться связь серы в сераорганических соединениях тяжелого углеводородного сырья. Сера при этом может выделяться в чистом виде или в виде ее простейших соединений, например, сероводорода.

Процесс может происходить как при атмосферном давлении, так и при избыточном. При атмосферном давлении затраты на производство оборудования для реализации способа будут наименьшими. При избыточном давлении затраты на производство оборудования и проведение процесса будут повышаться, расход активирующего газа, эффективность процесса и глубина переработки сырья будут увеличиваться.

Высокая диспергирующая способность механических колебаний и наличие изотермической выдержки в указанном процессе препятствует образованию коксообразных отложений, так как в отличие от длительного неустранимого воздействия температуры при термическом крекинге, являющейся причиной появления кокса из-за глубокой деструкции молекул сырья, реакции его конверсии после воздействия механических колебаний быстро прекращаются из-за относительно низкой температуры конечного продукта. Появление продуктов, подобных саже, маловероятно, а их отложения легко удаляются или вовлекаются в повторный цикл процесса.

Разделение реакционной зоны на независимые секции, сообщенные между собой, по меньшей мере, через одну перфорированную перегородку, изготовленную из материала, активно поглощающего энергию механических колебаний, создает условия, ограничивающие воздействие на объем сырья и конечного продукта механических колебаний объемом реакционной секции в реакционной зоне, а заданный расход его через соответствующую независимую реакционную секцию реакционной зоны ограничивает время их воздействия.

При этом энергетическая насыщенность потока сырья (его расход и скорость движения) определяют интенсивность работы гидродинамического генератора механических колебаний, то есть амплитуду и частоту генерируемых им механических колебаний, и температуру конечного продукта на выходе из реакционной зоны. В качестве последнего могут использоваться различные конструкции, например гидродинамический генератор механических колебаний типа генератора Гартмана с упругоподвешенным резонатором, который колеблется под ударами высокоэнергетической струи первичного сырья, или с заостренной пластиной, закрепленной с возможностью генерации поперечных колебаний, возникающих под действием турбулентных вихрей, образуемых набегающим потоком.

При этом материал, активно поглощающий механические колебания, может быть композиционным, например состоящим из стекловолокна с термостойким связующим или биметаллическим, например, с внутренним алюминиевым или титановым слоем, активно отражающим звуковые колебания, и внешним стальным или свинцовым, активно их поглощающим. Наиболее эффективны для использования в указанном качестве разработанные российскими и японскими специалистами алюмосодержащие стали, в которых, благодаря их особой внутренней структуре, коэффициент поглощения энергии за каждый период колебания достигает 50%.

Вследствие того, что из реакционной зоны конечный продукт направляют на ректификацию после изотермической выдержки в одной из секций, в которой заканчиваются реакции конверсии тяжелого углеводородного сырья, успокаивается его турбулизация, достигается равномерное распределение температуры по объему конечного продукта и стабилизация свойств товарных продуктов, получаемых из него ректификацией, для этого могут использоваться дополнительные устройства стабилизации температуры и успокоители потока. В остальных отдельных секциях перед ректификацией могут быть осуществлены другие промежуточные физико-химические процессы и установлены соответствующие химико-технологические аппараты, направленные на повышение качества конечного продукта или изменение его свойств, например, путем удаления окислов серы или повышения октанового числа бензиновых фракций. При этом не очень высокая температура конечного продукта приводит к наиболее быстрому завершению реакций конверсии тяжелого углеводородного сырья на необходимой стадии и к получению в нем более стабильных углеводородных соединений, а также к невозможности получения вновь сераорганических соединений.

Выделение при изотермической выдержке простейших серосодержащих соединений из конечного продукта происходит, например, при его отстаивании в условиях атмосферного давления, когда из конечного продукта выделяется газообразный сероводород и выпадает в осадок чистая элементарная сера, а окислы серы удаляются любым другим известным методом, что в данном случае не является предметом для защиты.

Своевременное выделение серы из сераорганических соединений и ее удаление из процесса в виде веществ, имеющих предельно простой состав, таких как элементарная сера, ее окислы и сероводород, позволяет снизить массовый объем вредных для экологии отходов производства и включить их в промышленный оборот в качестве отдельных видов товарного продукта или сырья для производства серы или ее производных. При этом возможно соединение окислов серы с водой, выделяемой в процессе, и получение серной или сернистой кислоты, которая может быть нейтрализована с образованием нерастворимых солей, объем которых незначителен. Возврат в начало процесса газообразных фракций и тяжелого остатка ректификации, очищенных от серы, а также вовлечение их в постоянный цикличный процесс переработки позволяет уменьшить отходы производства до предела.

Уменьшение содержания серы и ее соединений в конечном, а, следовательно, и в товарном продукте, уменьшает ее выбросы в окружающую среду при их использовании в народном хозяйстве. Это улучшает экологичность и потребительские качества указанных продуктов.

Очевидно, что конечный продукт (сразу после реакционной секции или после изотермической выдержки) или его часть можно направлять на вход в гидродинамический генератор, но при этом при избыточном количестве газообразная и легкокипящие фракции могут нарушать работу средств рециркуляции и двухфазного эжектора из-за возникающих в них парогазовых пробок, а сера и ее простейшие производные соединения будут вызывать повышенную коррозию химико-технологического оборудования. Поэтому наиболее предпочтительно раздельное использование серных, газообразных, светлых жидких фракций и тяжелого остатка, получаемых при ректификации конечного продукта.

Процесс последующей ректификации (при правильном его проведении) не изменяет фракционный состав конечного продукта и не приводит к его коксованию, что позволяет, возвращая всякий раз после нее тяжелый остаток в начало процесса, также достичь практически полной, стопроцентной переработки первичного сырья.

Очевидно, что минеральная фракция нефти или сырья выводится из цикла и может утилизироваться известными средствами и способами.

В качестве основы активирующего газа предпочтительно могут использоваться химически инертные неконденсируемые при атмосферном давлении газы, такие как азот, углекислота, благородные газы аргон, неон, криптон, радон и др., так как они проявляют свои каталитические свойства при проведении процесса, не взаимодействуя химически с первичным сырьем.

В качестве составляющей части активирующего газа может использоваться озон в количестве до 50 граммов на килограмм сырья. Такая добавка к активирующему газу позволяет улучшить удаление серы из сераорганических соединений, так как озон обычно стремится внедриться в более слабую химическую связь, например, такую как сера - углерод, и поэтому в первую очередь реагирует в таких соединениях с ней с образованием сераозоновых окислов, которые легко отделяются от углеводородов под воздействием интенсивных механических воздействий. При этом озон также активирует разветвленные цепные реакции деструкции тяжелых углеводородов. Это повышает производительность процесса и снижает затраты на его проведение. Увеличение относительного количества озона увеличивает опасность переокисления первичного сырья, излишнего увеличения его температуры, воспламенения и взрыва, а также снижает выход углеводородов товарного продукта.

В качестве составляющей части активирующего газа используются газообразные углеводороды для того, чтобы повысить выход светлых фракций, так как они легко вступают в реакции с радикалами распадающихся при конверсии тяжелых углеводородов с образованием стабильных соединений и выделением водорода.

В качестве составляющей части активирующего газа используется водород для того, чтобы при конверсии и изотермической выдержке соединиться с непредельными и иными нестабильными углеводородами или их радикалами и повысить стабильность органических веществ, составляющих конечный и товарный продукты. Также водород может соединяться с ионами серы или ее производных с получением легкоудаляемых газообразных соединений, например, сероводорода. По указанной причине наиболее предпочтительными для использования в процессе будут газообразные активирующие добавки.

В тяжелое углеводородное сырье могут вводиться другие катализаторы его конверсии, в жидком или твердом виде, например, такие как соли и органические соединения ванадия или редкоземельных металлов. Но они отделяются от конечного продукта с трудом, поэтому будут иметь больший расход, чем активирующие газы, а их наличие в конечном продукте снизит его качество. Возможно покрытие поверхности реакционной секции каталитическими соединениями, но при этом стоимость изготовления реактора будет значительно возрастать. По указанной причине наиболее предпочтительными для использования будут газообразные активирующие добавки.

По предложенному способу может быть переработана в легкое углеводородное топливо практически любая субстанция, содержащая органические вещества. Но для этого она должна быть измельчена до состояния устойчивой суспензии или эмульсии в жидкой фазе. Жидкая фаза может быть органической или иной, желательно низко кипящей, например, на водной основе. При этом затраты на указанное измельчение или диспергирование весьма высоки. По указанной причине, наиболее предпочтительным является использование жидкого (от тяжелого до легкого) сырья. Наибольший эффект достигается при использовании тяжелого углеводородного сырья в жидком виде, которое является предпочтительным для использования в процессе.

На приведенном чертеже показано схематичное выполнение установки для реализации способа.

Способ переработки тяжелого углеводородного сырья осуществляется следующим образом. Начинается он с подачи первичного сырья в реакционную зону с пропусканием активирующего газа через его объем, при поддержании температуры подаваемого первичного сырья и температуры в реакционной зоне ниже точки начала кипения первичного сырья. Процесс завершается получением на выходе из реакционной зоны конечного продукта, с выделением из него методом ректификации газообразных, а также жидких светлых фракций товарного продукта и тяжелых остатков. При этом реакционную зону разделяют на независимые секции, сообщенные между собой, по меньшей мере, одной перфорированной перегородкой, изготовленной из материала, активно поглощающего энергию механических колебаний. Причем активирующий газ в процессе осуществления способа вводят в реакционную зону в смеси с газообразными фракциями, рециркулирующими со стадии ректификации, методом эжекции через гидродинамический генератор механических колебаний, создаваемых за счет энергии движения высокоэнергетического потока первичного тяжелого углеводородного сырья в смеси с тяжелыми остатками, рециркулирующими со стадии ректификации. А из реакционной зоны конечный продукт направляют на ректификацию после изотермической выдержки в одной из секций и выделения из него простейших соединений серы.

Реактор для реализации способа содержит корпус 1 с установленной в нем, по меньшей мере, одной перфорированной перегородкой 2, разделяющей его реакционную зону 3 на независимые секции и выполненной из материала, активно поглощающего энергию механических колебаний сырья. Средства хранения 4 и 5, которые могут быть выполнены соответственно в виде газгольдера или баллона для сжатого активирующего газа или отдельных составляющих его частей и цистерны или емкости для тяжелого углеводородного сырья, которые служат для своевременного введения в процесс недостающих, израсходованных его составляющих. Средства подачи, выполненные соответственно в виде компрессора 6 и насоса 7, подают в процесс на входы 8 и 9 реакционной секции 10 соответственно порцию активирующего газа и тяжелого углеводородного сырья. Средство 11 их отделения на выходе 12 реакционной зоны 3 от конечного продукта может быть выполнено, например, в виде ректификационной колонны 13, имеющей средства 14 и 15 для рециркуляции соответственно на входы 8 и 9 газообразных фракций конечного продукта, выделенного ректификацией активирующего газа и тяжелых остатков. Средство 16 их смешения с новыми порциями активирующего газа и тяжелого углеводородного сырья, поступающими из средств хранения 4 и 5, выполнено в виде гидродинамического генератора 17 механических колебаний, снабженного встроенным двухфазным эжектором 18.

Перфорированная перегородка 2, ограничивающая первую, активную, реакционную секцию 10 реакционной зоны 3, изготовлена из материала, активно поглощающего энергию механических колебаний.

Для улучшения гашения механических колебаний сырья перфорированных перегородок 2 может быть две и более. При этом для повышения эффективности работы указанного материала желательно, чтобы просветы отверстий перфорации в соседних перегородках взаимно перекрывались с возможностью свободного движения через них конечного продукта.

В случае использования одной перфорированной перегородки 2, перфорации в ней могут быть выполнены в виде частичных боковых просечек в выштампованных в ней выступах, отражающих механические колебания, что также будет препятствовать свободному их распространению за пределами реакционной секции 10.

Форма перфорированной перегородки не является предметом, предназначенным для охраны в предложенном способе. Она может быть плоской и разделять отдельные секции в трубчатом корпусе, может окружать реакционную зону или быть любой другой формы. Основным качеством перфорированной перегородки 2 является то свойство, которое позволяет препятствовать неуправляемому распространению механических колебаний за пределы реакционной зоны и равномерно распределять поток конечного продукта по следующей секции изотермической выдержки. Организация и распределение механических колебаний по реакционной секции является секретом производства или «НОУ-ХАУ», которые являются функцией формы и размера реакционной камеры и механических свойств материала, из которого она изготовлена, и формы поля механических колебаний гидродинамического излучателя.

По меньшей мере, одна вторая секция 19 реакционной зоны служит для завершения реакции конверсии тяжелого углеводородного сырья и предназначена для изотермической выдержки, то есть стабилизации температуры и свойств конечного продукта. Для стабилизации свойств могут быть использованы химико-технологические аппараты, удаляющие нестабильные или агрессивные вещества из конечного продукта, например, органические кислоты.

Что касается термина «изотермическая выдержка», то следует разъяснить, что аналогичные процессы широко известны и описаны практически во всех учебниках или учебных пособиях по процессам и аппаратам химической технологии, где приводятся примеры процессов и аппаратов разделения газообразных, жидких и твердых смесей под действием силы тяжести (см. например «Процессы и аппараты химической технологии» авторов А.Н.Плановского, В.М.Рама и С.З.Кагана, издательство «Химия», 1967 г., стр.237-244) путем отстаивания или выдержки их в спокойном состоянии. Отличие заключается только в том, что в описываемом способе в отдельной секции известными средствами поддерживается постоянная температура, одинаковая по всему объему секции, то есть с изотермическим распределением температуры по указанному объему, чему должна способствовать равномерно перфорированная перегородка, равномерно распределяющая поток конечного продукта по указанной секции.

Последующих секций может быть несколько, и они могут располагаться за пределами реакционной зоны и оборудоваться различным химико-технологическим оборудованием и аппаратами, предназначенными для различных целей. Но при этом, по меньшей мере, одну из секций 20 предпочтительно следует использовать для отделения путем изотермической выдержки от конечного продукта серы, сероводорода и других ее простейших соединений, выделенных из сераорганических соединений воздействием на них механических колебаний и активирующего газа.

Реактор, осуществляющий предложенный способ, работает следующим образом.

При начале работы реактора первая порция активирующего газа и тяжелого углеводородного сырья подается из их средств хранения 4 и 5 компрессором 6 и насосом 7 соответственно на входы 8 и 9 реакционной секции 10.

Тяжелое углеводородное сырье в виде высокоэнергетического потока с большой скоростью поступает в двухфазный эжектор 18 и увлекает за собой активирующий газ, частично перемешиваясь с ним. Затем двухфазный газосырьевой поток попадает в гидродинамический генератор механических колебаний, где он с большой скоростью ударяется в резонатор 21. Конструкция генератора 18 и резонатора 21 может быть различной, выбранной из большого количества их известных вариантов. Наиболее часто используются простые и эффективные гидродинамические генераторы типа Гартмана с упругоподвешенным на его корпусе резонатором 21, отражающим газосырьевой поток и под его ударами начинающим колебаться с заданной частотой и амплитудой, создавая в реакционной секции 10 поле механических колебаний.

Поток газосырьевой смеси при этом активно перемешивается как за счет ее турбулизации при движении по двухфазному эжектору 18, ударе в резонатор 21, так и под воздействием поля механических колебаний, создаваемых гидродинамическим генератором. Вследствие этого активирующий газ и тяжелое углеводородное сырье интенсивно перемешиваются, создавая высокодисперсную газосырьевую пенообразную смесь. Под воздействием указанных явлений и каталитического действия активирующего газа происходит расщепление больших по размерам молекул тяжелых углеводородов и отделение от них по более слабым связям серы. Полученные углеводородные радикалы с большей вероятностью из-за сравнительно низкой общей температуры газосырьевой среды соединяются в более короткие молекулы. Такому явлению должны способствовать вводимые в активирующий газ газообразные углеводороды типа метана, бутана или пропана, соединяющиеся с указанными радикалами с отщеплением от них атома водорода, а водород будет стремиться соединиться с незакрытой связью другого углеводородного радикала и образовать с ним более легкие и простые, чем в сырье молекулы.

Время и интенсивность воздействия указанных явлений на тяжелое углеводородное сырье, наличие и количество указанных добавок в активирующем газе определяют степень конверсии тяжелых углеводородов сырья, то есть преобладание бензинолигроиновой или газойлевой фракций в конечном продукте.

При прохождении конечным продуктом перфорированной перегородки 2, переходе его во вторую секцию 19 и после изотермической выдержки в ней, в нем происходит завершение конверсии, его турбулизация постепенно успокаивается, активные углеводородные радикалы находят другие радикалы, атомы водорода или молекулы газообразных углеводородов, с которыми образуют неактивные стабильные молекулы. Для этого необходимо определенное время и пространство.

При этом кинетическая энергия движения турбулентных вихрей конечного продукта уменьшается и переходит в тепловую энергию, повышая его температуру. Часть активирующего газа и других газообразных составляющих, не растворившихся в жидкой фазе конечного продукта, таких как сероводород и легкие углеводородные газы, отделяются от конечного продукта. Выделившаяся элементарная сера также отделяется в нем от конечного продукта при его отстаивании и изотермической выдержке.

В верхней наиболее холодной части ректификационной колонны этот процесс завершается с выделением газообразной фракции конечного продукта и оставшейся части активирующего газа. В ее средней части выделяются газойлевые и/или бензинолигроиновые фракции товарного продукта, которые могут быть разделены (при соответствующем выполнении конструкции колонны) на составляющие или направлены на дальнейшую переработку или использование. При необходимости их избыточное тепло может быть использовано для подогрева новых порций сырья.

Смесь активирующего газа и газообразных углеводородов из верхней части ректификационной колонны направляется через средство рециркуляции 14 для них средством подачи в виде компрессора 6 на вход 8 реакционной секции 10. Остаточные, тяжелые углеводороды (тяжелые остатки) из нижней части колонны направляются через средство рециркуляции 15 средством подачи в виде насоса 7 на вход 9 реакционной секции 10, где они смешиваются с новыми порциями активирующего газа и тяжелого углеводородного сырья, подогревая их. Товарный продукт откачивается насосом 22. При необходимости тепло товарного продукта может быть также использовано для нагрева сырья, бытовых или производственных нужд или потребностей персонала. Затем процесс непрерывно повторяется.

Изобретение относится к области переработки тяжелого углеводородного сырья и сырой нефти, может быть использовано в любой области народного хозяйства. Способ переработки тяжелого углеводородного сырья включает подачу первичного сырья в реакционную зону с пропусканием активирующего газа через его объем, при температуре подаваемого сырья и температуре в реакционной зоне ниже точки начала кипения сырья, и получение на выходе из реакционной зоны конечного продукта, с выделением из него методом ректификации газообразных, а также жидких светлых фракций и тяжелых остатков, причем, по меньшей мере, одной перфорированной перегородкой, изготовленной из материала, активно поглощающего энергию механических колебаний, реакционную зону разделяют на независимые секции, сообщенные между собой. Активирующий газ вводят в реакционную зону в смеси с газообразными фракциями, рециркулирующими со стадии ректификации, методом двухфазной эжекции через гидродинамический генератор механических колебаний, создаваемых за счет энергии движения высокоэнергетического потока первичного сырья в смеси с тяжелыми остатками, рециркулирующими со стадии ректификации, а из реакционной зоны конечный продукт направляют на ректификацию после изотермической выдержки в одной из секций и выделения из него простейших соединений серы. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ переработки тяжелого углеводородного сырья, включающий подачу первичного сырья в реакционную зону с пропусканием активирующего газа через его объем, при этом поддерживают температуру подаваемого первичного сырья и температуру в реакционной зоне ниже точки начала кипения первичного сырья, и получение на выходе из реакционной зоны конечного продукта, с выделением из него методом ректификации газообразных, а также жидких светлых фракций товарного продукта и тяжелых остатков, причем реакционную зону разделяют, по меньшей мере, одной перфорированной перегородкой на независимые секции, сообщенные между собой, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна перфорированная перегородка (2) между независимыми секциями изготовлена из материала, активно поглощающего энергию механических колебаний, причем активирующий газ вводят в реакционную зону в смеси с газообразными фракциями, рециркулирующими со стадии ректификации, методом двухфазной эжекции через гидродинамический генератор механических колебаний, создаваемых за счет энергии движения высокоэнергетического потока первичного сырья в смеси с тяжелыми остатками, рециркулирующими со стадии ректификации, а из реакционной зоны конечный продукт направляют на ректификацию после изотермической выдержки в одной из секций и выделения из него простейших соединений серы.2. Способ переработки тяжелого углеводородного сырья по п.1, отличающийся тем, что в качестве составляющей части активирующего газа используется озон в количестве до 50 г на килограмм сырья.3. Способ переработки тяжелого углеводородного сырья по п.1, отличающийся тем, что в качестве составляющей части активирующего газа используются газообразные углеводороды.4. Способ переработки тяжелого углеводородного сырья по п.1, отличающийся тем, что в качестве составляющей части активирующего газа используется водород.5. Способ переработки тяжелого углеводородного сырья по п.1, отличающийся тем, что в качестве составляющей части активирующего газа используются химически инертные неконденсируемые газы.