СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ СМЕСИ Российский патент 2010 года по МПК B01D3/00 

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей, нефтехимической, промышленности и может быть использовано как при переработке углеводородной жидкости (нефти, газового конденсата, нефтегазовой смеси и т.д.) с получением прямогонных фракций, содержащихся в перерабатываемом сырье, так и для очистки нефтепродуктов от примесей и воды, восстановления качества и улучшения экологических параметров нефтепродуктов, кроме того, изобретение может быть использовано в пищевой промышленности для получения пищевого ректификационного спирта.

Известен способ перегонки нефти, который реализован в известной установке атмосферной перегонки нефтяного сырья (см. патент РФ №2261135, МПК7 C10G 7/00, опубл. 2005.09.27), включающий процесс однократного испарения и дистилляции выкипающих фракций при определенных температурных режимах в трех последовательно соединенных зонах испарения, в которых соответственно осуществляется три стадии разделения нефтяного сырья с выделением трех фракций - бензиновой, керосиново-лигроиновой и соляровой, и трех ступеней конденсации. Нагрев сырья (нефти) осуществляют теплоносителем предварительно до ее подачи в первую зону испарения. Кроме того, температура в каждой зоне испарения, в которую поступает сырье из предыдущей зоны испарения при повышении ее уровня в последней, поддерживается теплоносителем, в качестве которого может быть использован мазут марки М-100 с температурой коксования не ниже 400°С, температура которого в свою очередь регулируется включением-отключением теплоэлектрообогревателей.

Общими признаками известного и предлагаемого процесса являются:

- однократного испарения и дистилляции выкипающих фракций при определенных температурных режимах;

- последовательно соединенные зоны испарения;

- теплоэлектрообогрев.

Недостатками известного способа являются высокий расход электроэнергии, так как нагревается вначале промежуточный теплоноситель (мазут), а затем этим теплоносителем нагревают вначале сырье, а затем устанавливают (регулируют) температурный режим поочередно в каждой зоне испарения, в связи с чем снижается эффективность способа. Кроме того, не используется тепло получаемых фракций, что приводит к повышению эксплуатационных затрат. Способ работает циклически, что снижает эффективность, производительность и не обеспечивается основной показатель процесса - качество получаемых продуктов.

Наиболее близким по технической сущности является способ разделения многокомпонентной смеси, который реализуется на известной установке получения нефтепродуктов из нефти, включающий (патент РФ №2256688, МПК⁷ C10G 7/00, опубл. 2005.07.20) зоны испарения фракций нефти в испарительной емкости с электрообогревом и в большой и малой теплообменных испарительных емкостях, а также в дополнительной емкости с электрообогревом. При этом подают нефть в первые три зоны испарения и процесс осуществляют циклами. В малой емкости обеспечивают одноуровневое поле рекуперативного теплообмена путем подачи испаренной бензино-дизельной фракции из емкости с электрообогревом в змеевик малой емкости, в которой происходит испарение вначале бензиновой фракции, а при достижении температуры отбора дизельной фракции осуществляют переход на получение дизельной фракции, а затем мазута. В зоне испарения большой теплообменной емкости осуществляют рекуперативный теплообмен путем подачи испаренных фракций в змеевики на различные тепловые уровни зоны испарения и в течение периода работы установки по мере испарения фракций и их утяжеления меняется температура каждого уровня. Мазут, полученный в малой и большой емкостях, подается на термохимическое разложение контактирующих углеводородов с образованием легких и тяжелых фракций.

Общими признаками известного и предлагаемого технических решений являются:

- получение фракций в зоне испарения путем рекуперативного теплообмена;

- многоуровневое поле рекуперативного теплообмена в зоне испарения;

- зона испарения с электрообогревом.

Недостатками известного способа являются:

Узкий диапазон по производительности и низкая эффективность способа, так как способ осуществляется циклами и зависит от объема емкостей для испарения, т.е. после полного испарения порции поданной нефти из всех зон испарения, способ начинают снова с заполнения установки. Сложный процесс регулирования заданных параметров получаемых фракций, что не позволяет обеспечить известным способом получение узких фракции с четко заданными параметрами, обеспечить очистку отдельных нефтепродуктов с доведением их параметров до заданных.

Техническая задача заключается в повышении эффективности способа разделения многокомпонентной смеси, качества получаемых продуктов, обеспечении возможности разделения различного многокомпонентного сырья с получением продуктов с заданных свойствами, расширении диапазона по производительности, упрощении регулирования процессом за счет создания непрерывного процесса разделения многокомпонентной смеси на фракции путем создания необходимого температурного режима испарения и конденсации для каждого получаемого продукта.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в известном способе разделения многокомпонентной смеси, включающем получение фракций в зоне испарения путем рекуперативного теплообмена, электрообогрев зоны испарения, новым является то, что зоны испарения создают в соответствии с получаемыми фракциями и многокомпонентную смесь подают сначала в первую зону испарения, над каждой зоны испарения создают зону очистки испаряемой фракции, причем испарение фракций осуществляют за счет рекуперативного теплообмена между многокомпонентной смесью, подаваемой из первой зоны испарения поочередно в каждую последующую зону испарения после выпаривания очередной фракции и фракциями, поочередно подаваемыми из зон очистки, начиная от последней зоны очистки самой тяжелой фракции, получаемой путем электрообогрева соответствующей зоны испарения, и регулирования таким образом температурного режима каждой зоны испарения до заданных параметров получаемых фракций, причем неиспарившийся остаток из последней зоны испарения подают поочередно в предыдущие зоны испарения на самый нижний уровень, а испаряемую фракцию из каждой зоны очистки подают в следующую зону испарения на уровень выше, чем уровень подачи испаренной фракции из предыдущей зоны очистки.

Кроме того, испаряемую фракцию из зоны очистки первой зоны испарения подают в эту же зону испарения на уровень выше, чем все подаваемые фракции из предыдущих зон очистки.

Кроме того, осуществляют дополнительно электрообогрев предпоследней зоны испарения.

Совокупность признаков предлагаемого изобретения обеспечивает непрерывный процесс разделения многокомпонентной смеси на фракции по температурному режиму (обеспечение начала и конца кипения через каждые 5-10°С), что делает возможным получать, например, бензиновую фракцию с максимальным октановым числом, дизельную фракцию и мазут с заданной температурой вспышки, что обеспечивает повышение эффективности способа и улучшение качества получаемых продуктов. Способ позволяет получать одновременно до пяти фракций с заданными параметрами. Наличие зоны очистки позволяет разделять многокомпонентную смесь с любыми примесями (сера, смола, соли т.п.), поэтому способ может быть использован для очистки, восстановления качества и улучшения экологических параметров подаваемого на разделение сырья, что расширяет диапазон использования способа. Последовательная подача получаемых из каждой зоны испаренной фракции и многокомпонентной смеси, оставшейся после испарения заданной фракции, поочередно из зоны в зону для рекуперативного обмена на заданный уровень рекуперативного теплообмена позволяет регулировать температурный режим в зонах испарения с помощью электрообогрева зоны испарения с самыми тяжелыми фракциями. Дополнительно электрообогрев предпоследней зоны испарения осуществляют при необходимости получения более четких фракций или отделения примесей (парафин, растворителей), что способствует повышению их октанового числа. Предлагаемый способ разделения углеводородных смесей обеспечивает:

- качество получаемых продуктов независимо от происхождения и состава сырья;

- возможно одновременное получение нескольких необходимых фракций;

- достижение максимального октанового числа бензиновых фракций;

- получение дизельных фракций с разными температурами вспышки;

- регулирование процентного соотношения бензиновых и дизельных фракций.

В результате повышаются экономические показатели процесса.

На чертеже изображена схематично установка, реализующая предлагаемый способ.

Способ осуществляют следующим образом.

Многокомпонентную смесь, например нефть, разделяют на пять фракций, для этого создают пять зон испарения 1-5 для получения пяти фракций (трех бензиновых фракций, дизельную фракцию, мазут) путем испарения и конденсации за счет рекуперативного теплообмена в каждой зоне испарения. Кроме того, можно извлечь парафины, растворители и другие компоненты при необходимости. Рекуперативный теплообмен может быть осуществлен в змеевиках 6. Над каждой зоной испарения создают зону очистки (9-13), в каждой из которых очищают пары получаемой фракции, например, использованием тепломассообмена, каталитического способа и других известных способов, обеспечивая заданные параметры продукта, что позволяет получать фракции по температурному режиму через каждые 5-10°С, при этом конец кипения первой фракции есть начало кипения последующей.

Сырье - нефть подают в зону испарения 1 и последовательно далее во все зоны испарения 2, 3, 4, 5. Нагрев с помощью электрообогрева 7 осуществляют зоны испарения 5 с самой тяжелой фракцией. В зависимости от сырья может быть осуществлен также нагрев 8 зоны испарения 4 для получения более четких фракций. Нефть нагревают за счет рекуперативного теплообмена фракциями, подаваемыми поочередно из зон очистки 9, 10, 11, 12, 13 зон испарения 5, 4, 3, 2 (соответственно) в змеевики 6. В первой зоне получают самую легкую фракцию. Далее неиспарившуюся жидкость подают в зону испарения 2, затем - 3, -4, -5, в каждой из которых устанавливают температурный режим, за счет рекуперативного теплообмена, соответствующий выкипанию фракции заданного качества. Процесс выкипания фракций осуществляют во всех пяти зонах испарения.

Жидкую фракцию - остаточное количество неиспарившейся многокомпонентной смеси из последней зоны испарения 5 подают поочередно в предыдущие зоны испарения 4, 3, 2, 1 на самый нижний уровень подачи змеевика 6. По мере прохождения зон испарения жидкая фракция охлаждается за счет разности температур в каждой последующей зоне, и после выхода из первой зоны испарения подается в резервуар. Испаряемую фракцию из зон очистки 10, 11, 12 каждой зоны испарения 4, 3, 2 (соответственно) подают в предыдущую зону испарения 3, 2, 1 (соответственно) на уровень подачи змеевика 6 выше, чем уровень подачи испаренной фракции из последующей зоны очистки 9, 10, 11, 12 зоны испарения 5, 4, 3, 2 (соответственно). Таким образом, осуществляют непрерывный процесс разделения жидкости на фракции по температурному режиму путем рекуперативного теплообмена

Пример

Способ проверен и отработан в лабораторных условиях и реализован в промышленных условиях. Основные параметры установки, реализующей заявляемый способ:

Производительность по нефти - 100 м³/сут с содержанием фракции мазута не более 20%.

Получаемые продукты: три бензиновые фракции, дизельная фракция, мазут.

Мощность нагревательных элементов - не более 250 кВт/ч при запуске. В режиме потребления 150-180 кВт/ч.

Способ реализуется следующим образом:

Нефть подают насосами в каждую зону испарения, начиная с зоны испарения 1 (см. чертеж), далее 2, 3, 4, 5. Каждая зона имеет свой уровень наполнения в зависимости от качества сырья и выхода фракций. С момента включения теплоэлементов 8 до выхода в общий режим работы проходит не более 15-20 часов.

В зонах испарения для получения пяти фракций (3-х бензиновых, дизельной фракции и фракции мазута) путем испарения и конденсации за счет рекуперативного теплообмена в каждой зоне испарения создают температурные режимы:

В зоне испарения 1 - 50-60°С

В зоне испарения 2 - 100-120°С

В зоне испарения 3 - 150-180°С

В зоне испарения 4 - 220-250°С

В зоне испарения 5 - 400°С

Рекуперативный теплообмен осуществлен в поверхностных теплообменниках, состоящих из ряда змеевиков 6, при этом обеспечивается многоуровневое поле рекуперативного теплообмена. Температура в теплообменниках непостоянна за счет изменения состава, качества сырья и выхода необходимых фракций.

Наличие над каждой зоны испарения 1, 2, 3, 4, 5 зоны очистки 13, 12, 11, 10, 9 (соответственно) позволяет обеспечить очистку паров получаемой фракции от примесей, влияющих на качество получаемой фракции путем использования процесса тепломассообмена. Это позволило получать фракции по температурному режиму через каждые 5-10°С, при этом конец кипения первой фракции есть начало кипения последующей. В зоне испарения 1 получают самую легкую фракцию - бензиновую. Далее неиспарившуюся жидкость подают в зону испарения 2, в которой получают более тяжелую бензиновую фракцию и так далее: в 3-й зоне - 3-ю бензиновую фракцию, в 4-й - дизельную фракцию, в 5-й - мазутную фракцию.

Процесс выкипания фракций осуществляют во всех пяти зонах испарения. Нагрев с помощью электрообогрева осуществляют самой тяжелой фракции - мазутной до 400°С, которую подают в 5-ю зону испарения. В зависимости от сырья может быть осуществлен также нагрев жидкой фракции в 4-й зоне испарения.

Жидкую фракцию из 5-й зоны испарения подают поочередно в 4, 3, 2, 1 зоны испарения в самый нижний ряд змеевиков 6. По мере прохождения зон испарения жидкая фракция охлаждается и после выхода из зоны испарения 1 подается в резервуар с температурой 40-150°С.

Испаряемую фракцию из зоны очистки 9 зоны испарения 5 подают в зону испарения 4 на уровень змеевика 6 выше, чем уровень подаваемой жидкой фракции из зоны испарения 5.

Испаряемую фракцию из зоны очистки 10 зоны испарения 4 подают в зону испарения 3 на уровень змеевика 6 выше, чем уровень подачи испаренной фракции из зоны испарения 5. На выходе каждая фракция проходит окончательное охлаждение, проходя по системе водяного охлаждения, и подается в резервуар продукции.

Таким образом, при разгонке предлагаемым способом нефти на выходе получаем 3 бензиновые фракции: (н.к. до 40°С, к.к. до 140°С; н.к. от 60°С, к.к. до 140-160°С; н.к. до 80°С, к.к. до 245°С), дизельную фракцию с температурой вспышки в закрытом тигле 25°С, 35°С, 45°С, 62°С, 70°С и мазутную фракцию с н.к от 300 до 360°С.

Себестоимость разделения одного литра сырья не превышает 15 копеек. Процесс контролируют операторы.

Таким образом, обеспечивается непрерывный процесс разделения нефти на фракции по температурному режиму путем рекуперативного нагрева нефти теплом конденсации и охлаждения испаряемых фракций. При этом обеспечивается в полной мере рекуперация тепла всех потоков и возможность гибкого регулирования качества получаемых продуктов при низких эксплуатационных затратах.

Изобретение может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности. Сырье - нефть подают в зону испарения 1 и далее последовательно во все зоны испарения 2, 3, 4, 5. Над каждой зоной испарения 5, 4, 3, 2, 1 создают зону очистки испаряемой фракции 9, 10, 11, 12, 13. Испарение фракций осуществляют за счет рекуперативного теплообмена между многокомпонентной смесью, подаваемой из первой зоны испарения 1 поочередно в каждую последующую зону испарения после выпаривания очередной фракции и фракциями, поочередно подаваемыми из зон очистки, начиная от последней зоны очистки 9 самой тяжелой получаемой фракции, получаемой путем электрообогрева 7 зоны испарения 5. Изобретение позволяет повысить эффективность разделения многокомпонентной смеси, повысить качество получаемых продуктов и упростить регулирование процесса, 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ разделения многокомпонентной смеси, включающий получение фракций в зоне испарения путем рекуперативного теплообмена, электрообогрев зоны испарения, отличающийся тем, что зоны испарения создают в соответствии с получаемыми фракциями и многокомпонентную смесь подают сначала в первую зону испарения, над каждой зоной испарения создают зону очистки испаряемой фракции, причем испарение фракций осуществляют за счет рекуперативного теплообмена между многокомпонентной смесью, подаваемой из первой зоны испарения поочередно в каждую последующую зону испарения после выпаривания очередной фракции, и фракциями, поочередно подаваемыми из зон очистки, начиная от последней зоны очистки самой тяжелой получаемой фракции, получаемой путем электрообогрева соответствующей зоны испарения, и регулирования таким образом температурного режима каждой зоны испарения до заданных параметров получаемых фракций, причем неиспарившийся остаток из последней зоны испарения подают поочередно в предыдущие зоны испарения на самый нижний уровень, а испаряемую фракцию из каждой зоны очистки подают в предыдущую зону испарения.

2. Способ разделения многокомпонентной смеси по п.1, отличающийся тем, что испаряемую фракцию из первой зоны очистки подают в первую зону испарения на уровень выше, чем все подаваемые фракции из предыдущих зон очистки.

3. Способ разделения многокомпонентной смеси по п.1, отличающийся тем, что осуществляют дополнительно электрообогрев предпоследней зоны испарения.