Установка получения асфальтенов Российский патент 2024 года по МПК C10G21/14 C10G21/28 

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано для получения продуктов с добавленной стоимостью из угля и продуктов его переработки, а также в нефтепереработке. В частности, изобретение относится к установкам деасфальтизации как угольного, так и углеводородного сырья органическими растворителями для получения узких фракций асфальтенов. Установка позволяет получать отдельные фракции асфальтенов, мальтенов и карбоидов с заданными физико-химическими свойствами из угольного или углеводородного сырья селективными растворителями.

Известны установки пропановой деасфальтизации гудрона, включающие следующие основные секции: секцию деасфальтизации гудрона в экстракционной колонне с получением растворов деасфальтизата и битума; секцию четырехступенчатой регенерации пропана из раствора деасфальтизата; секцию двухступенчатой регенерации пропана из битумного раствора; секцию обезвоживания влажного пропана и секцию защелачивания обезвоженного пропана от сероводорода. (Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. - Уфа: Гилем. - 2002. - 672 с.). Недостатком установки является невозможность разделения асфальтенов на узкие фракции.

Известна также установка деасфальтизации, описанная в способе деасфальтизации нефтяных остатков по пат. РФ № 2136720 (опубл. 10.09.1999, МПК C10G 21/14, C10G 21/28). Установка состоит из экстракционной колонны (экстрактора) с линиями ввода асфальтенсодержащего сырья и растворителя и вывода деасфальтизатного раствора сверху и асфальтового раствора (раствора фракций асфальтенов) снизу, испарителя для отделения растворителя, отпарной колонны для отделения остатков растворителя и вывода асфальта, блока регенерации растворителя, емкости (сборника) для растворителя. Недостатком данной установки является невозможность получения фракций асфальтенов с заданными физико-химическими свойствами.

Наиболее близкой к заявленному объекту является установка получения асфальтенов [полезная модель RU 108036], включающая экстрактор с линиями ввода асфальтенсодержащего сырья и растворителя и линией вывода раствора фракций асфальтенов в испаритель с линией вывода паров растворителя в узел регенерации растворителя, оснащенный линией подачи растворителя в сборник для растворителя с линией ввода последнего в экстрактор, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит обогреваемую паром мешалку для приготовления раствора асфальтенсодержащего сырья в бензольной фракции, связанную с экстрактором, а в качестве экстрактора используют обогреваемый водяным паром экстрактор-перколятор, причем линия вывода раствора фракций асфальтенов в испаритель имеет отвод на верх экстрактора для циркуляции раствора фракций асфальтенов, при этом установка содержит два обогреваемых испарителей для отделения селективных растворителей, оборудованных рубашками для подачи водяного пара с линиями вывода фракций асфальтенов в соответствующие приемники и два сборника для селективных растворителей, при этом вышеупомянутые приемники оснащены линиями вывода фракций асфальтенов в узел сушки и выгрузки, а вся установка снабжена линиями подачи азота к каждому аппарату. Недостатком данной промышленной установки является ее громоздкость, длительность процесса получения фракций асфальтенов и отсутствие возможности получения узких фракций мальтенов и карбоидов с заданными физико-химическими свойствами.

Задача, на решение которой направлена предложенное изобретение, заключается в создании установки для получения фракций асфальтенов с заданными физико-химическими свойствами путем дробного фракционирования угольного и/или углеводородного сырья с применением селективных растворителей.

Задача достигается тем, что установка получения асфальтенов, включающая экстрактор с линиями подачи угольного и/или углеводородного сырья и растворителя-1, оборудованный У3-ванной с подогревом, оснащенный линией вывода смеси сырья и растворителя-1 в экстрактор-перколятор, оборудованный УЗ-ванной с подогревом и снабженный съемным фильтрующим элементом типа «корзина»; экстрактор-перколятор, оснащенный линией вывода раствора узких фракций асфальтенов, мальтенов и карбоидов, линией для циркуляции раствора смеси сырья и растворителя-1 в экстрактор-перкалятор с помощью насоса, и линией ввода растворителя-2; экстрактор-перколятор, снабженный съемным фильтрующим элементом типа «корзина», УЗ-ванной с подогревом и оснащенный линией регенерации растворителя-1 через испаритель в сборник, связанный линией для подачи растворителя-1 в данный экстрактор-перколятор, а также для регенерации растворителя-2 через испаритель в сборник, связанный с линией для подачи растворителя-2 в экстрактор-перколятор, при этом испаритель оснащен двумя нагревательными элементами с соответствующими температурами нагрева и двумя холодильниками для разделения селективных растворителей 1 и 2, а линия вывода раствора асфальтенов в растворителе-1 связывает экстрактор-перколятор с узлом сушки и выгрузки фракции асфальтенов, оснащенным нагревательным элементом с соответствующей температурой нагрева равной температуре кипения растворителя-1 и холодильником.

На прилагаемой фиг. 1 представлена схема предлагаемой установки получения асфальтенов.

Установка включает линию 1 подачи растворителя-1, снабженную насосом 2, краном 3, сборником 4 и линию 5 подачи угольного и/или углеводородного сырья в экстрактор 6, оборудованный У3-ванной с подогревом 7, оснащенный линией 8 с краном 9 для вывода смеси сырья и растворителя-1 в экстрактор-перколятор со съемным фильтрующим элементом типа «корзина» 10, оборудованный УЗ-ванной с подогревом 11. Экстрактор-перколятор 10 оснащен линией 12 с краном 13 для циркуляции раствора смеси сырья и растворителя-1 с помощью насоса 2 в экстрактор 6, связан со сборником 14 растворителя-2 линией 15 с краном 16 и насосом 17 и соединен линией 18 с краном 19 для вывода раствора смеси узких фракций асфальтенов, мальтенов и карбоидов в экстрактор-перколятор 20 со съемным фильтрующим элементом типа «корзина», снабженный УЗ-ванной с подогревом 21, оснащенный линией 22 с краном 23 для циркуляции смеси растворителей-1,2 и узких фракций асфальтенов, мальтенов и карбоидов через насос 17 в экстрактор-перколятор 10, связан линией 24 с краном 25 вывода смеси растворителя-1, растворителя-2 и смеси узких фракций мальтенов и карбоидов с приемником 26. Линия 22 соединена линией 27 с краном 28 регенерации растворителя-1, растворителя-2 с испарителем 29, оснащенным двумя нагревательными элементами с соответствующими температурами нагрева для разделения селективных растворителей-1 и 2 и двумя холодильниками для концентрирования паров растворителей, с раздельным выводом регенерированных растворителей по линии 30 с краном 31 в сборник 14 растворителя-2 и по линии 32 с краном 33 в сборник 34 растворителя-1, связанный линией 35 с краном 36 с экстрактором-перколятором 20, соединенным линией 37 с краном 38 вывода раствора асфальтенов в растворителе-1 через накопитель 39 и линией выгрузки фракции асфальтенов 40 с краном 41 с узлом сушки 42, оснащенным нагревательным элементом с соответствующей температурой нагрева равной температуре кипения растворителя-1 и холодильником для конденсации паров растворителя-1 и вывода растворителя-1 через линию 43 с краном 44 в сборник 4. Установка работает следующим образом.

Перед включением установки необходимо подготовить экстракторы-перколяторы 10 и 20 к циклу фракционирования. Для этого необходимо открыть верхнюю крышку, установить корзину с фильтром для отделения нерастворившихся компонентов сырья и закрыть крышку.

Открывают кран 3, насосом 2 растворитель-1 по линии 1 из сборника 4 и угольное и/или углеводородное сырье с температурой окружающей среды в рассчитанном количестве по линии 5 подают в экстрактор 6, включают УЗ-ванну с подогревом 7. Закрывают кран 3. Загруженную смесь выдерживают до полного растворения и образования гомогенной смеси сырья и растворителя-1. Открывают кран 9 и полученную смесь сырья в растворителе-1 подают по линии 8 в предварительно подготовленный экстрактор-перколятор 10 периодического действия и включают УЗ-ванну 11. Перемешивание в экстракторе-перколяторе осуществляется УЗ-воздействием. Открывают кран 13 и включают циркуляцию по схеме экстрактор-перколятор 10 - насос 2 - экстрактор 6 - экстрактор-перколятор 10 по линиям 12 - 1 - 8 - 12 с кратностью не менее чем 0,2 мин(-1), поддерживают циркуляцию не менее 1 часа. Выключают циркуляцию по схеме экстрактор-перколятор 10 - насос 2 - экстрактор 6 - экстрактор-перколятор 10. После чего открывают верхнюю крышку экстрактора-перколятора 10, достают корзину, заменяют в корзине фильтр с нерастворившимися компонентами сырья на новый, устанавливают корзину и закрывают крышку. Включают циркуляцию по схеме экстрактор-перколятор 10 - насос 2 - экстрактор 6 - экстрактор-перколятор 10 и поддерживают циркуляцию по линиям 12 - 1 - 8 - 12 с кратностью не менее чем 0,2 мин(-1) не менее 15 минут. Выключают циркуляцию по схеме экстрактор-перколятор 10 - насос 2 - экстрактор 6 - экстрактор-перколятор 10. После чего повторно открывают верхнюю крышку экстрактора-перколятора 10, достают корзину и, в случае наличия нерастворившихся компонентов сырья на фильтре, заменяют его в корзине на новый, устанавливают корзину в экстрактор-перколятор 10 и закрывают крышку. Данный цикл работ (циркуляция по схеме экстрактор-перколятор 10 - насос 2 - экстрактор 6 - экстрактор-перколятор 10 и замена фильтра в случае наличия нерастворившихся компонентов сырья) повторяют до тех пор, пока не прекратится появление осадка на фильтре для отделения нерастворившихся компонентов сырья в экстракторе-перколяторе 10. При отсутствии осадка на фильтре для отделения нерастворившихся компонентов сырья в экстракторе-перколяторе 10 устанавливают корзину с фильтром в экстрактор-перколятор 10 и закрывают крышку. Закрывают краны 9, 13.

Далее открывают кран 16 и небольшими порциями из сборника 14 в экстрактор-перколятор 10 подают по линии 15 через насос 17 растворитель-2 в рассчитанном количестве, включают нагрев У3-ванны 11. Закрывают кран 16. Открывают краны 19 и 23, включают циркуляцию по схеме экстрактор-перколятор 20 - насос 17 - экстрактор-перколятор 10 - экстрактор-перколятор 20 по линиям 18 - 22 - 18 с кратностью не менее чем 0,2 мин(-1), поддерживают циркуляцию не менее 1 часа. Отключают циркуляцию по схеме экстрактор-перколятор 20 - насос 17 - экстрактор-перколятор 10 - экстрактор-перколятор 20 по линиям 18 - 22 - 18. Закрывают краны 19 и 23.

При необходимости получения отдельной узкой фракции мальтенов и карбоидов открывают кран 25 и по линии 24 вывода раствора смеси растворителя-1 и 2 и фракций мальтенов и карбоидов собирают в приемник 26 раствор узкой фракции мальтенов и карбоидов. Закрывают кран 25.

При необходимости регенерации растворителя-2 и его сбора в сборнике 14 открывают краны 23 и 28, смесь растворителей-1, 2 по линии 27 подают из экстрактора-перколятора 20 в испаритель 29, где ее нагревают до температуры кипения растворителя-2 с последующим охлаждением паров растворителя-2 в холодильнике испарителя 29. Открывают кран 31 и по линии 30 отвода растворителя собирают растворитель-2 в сборнике 14. Закрывают кран 23, 28 и 31.

При необходимости регенерации растворителя-1 и его сбора в сборнике 34 открывают краны 23, 28, смесь растворителей-1, 2 по линии 27 подают из экстрактора-перколятора 20 в испаритель 29 и нагревают до температуры кипения растворителя-1 с последующим охлаждением паров растворителя-1 в холодильнике испарителя 29. Открывают кран 33 и по линии 32 отвода растворителя собирают растворитель-1 в сборнике 34. Закрывают кран 23, 28 и 33.

Далее открывают кран 36 и по линии 35 небольшими порциями в экстрактор-перколятор 20 подают по линии 35 растворитель-1 в рассчитанном количестве из сборника 34, включают нагрев УЗ-ванны 21. Смесь выдерживают до полного растворения асфальтенов в растворителе-1. Закрывают кран 36. Открывают кран 38 и по линии 37 раствор асфальтенов собирают в накопителе 39. Закрывают кран 38.

При необходимости получения асфальтенов в виде порошка открывают кран 41 и раствор асфальтенов из накопителя 39 сливают по линии 40 в узел сушки 42 и включают нагрев узла сушки 42 до температуры кипения растворителя-1. Пары растворителя-1 охлаждают в холодильнике узла сушки 42. Открывают кран 44 и по линии 43 растворитель-1 сливают в сборник 4.

Предлагаемая установка позволяет выделять фракции асфальтенов, мальтенов и карбоидов с заданными физико-химическими свойствами из угольного и/или углеводородного сырья селективными растворителями. Это делает возможным получение новых материалов на основе асфальтенов, способствует увеличению глубины переработки угольного и/или углеводородного сырья, а также расширению ассортимента товарной продукции.

Установка иллюстрируется следующими примерами получения конкретных фракций асфальтенов, мальтенов и карбоидов:

Пример 1. Получение отдельной фракции асфальтенов из угля марки КС

Основные характеристики угля: зольность - 12.7%, выход летучих 19.0%.

Элементный анализ угля: содержание углерода 76.2%, водорода 5.6%, гетероатомов (О, N, S) 18.2%, атомное соотношение Н/С 0.78.

Выход асфальтенов из угля марки КС составил ~ 3%.

Асфальтены были получены в виде порошка коричневого цвета.

Молекулярно-групповой состав асфальтенов по данным ГЖ-ХМС, представлен конденсированными ароматическими соединениями с числом ядер от 3 до 7.

Пример 2. Получение отдельной фракции асфальтенов из среднетемпературного нефтяного пека

Температура размягчения исходного среднетемпературного нефтяного пека (Тр)=79-81°С.

Элементный анализ пека: содержание углерода 96.4%, водорода 1.01%, гетероатомов (О, N, S) 2.59%, атомное соотношение Н/С 0.68.

Выход асфальтенов из среднетемпературного нефтяного пека составил ~ 9%.

Асфальтены среднетемпературного нефтяного пека получали в виде темно-коричневого порошка.

Молекулярно-групповой состав асфальтенов по данным ГЖ-ХМС, полученных из среднетемпературного нефтяного пека, представлен макромолекулами, состоящими из нафтеноароматических плоских конденсированных структур, имеющих боковые алкильные заместители. Средняя длина алкильных фрагментов составляет 22 атома углерода.

Пример 3. Получение отдельной фракции асфальтенов из среднетемпературного каменноугольного пека

Температура размягчения исходного среднетемпературного каменноугольного пека (Тр)=85-87°С.

Элементный анализ пека: содержание углерода 93.2%, водорода 4.74%, гетероатомов (О, N, S) 2.06%, атомное соотношение Н/С 0.61.

Выход асфальтенов из среднетемпературного каменноугольного пека составил ~ 6%.

Элементный анализ асфальтенов: содержание углерода 92.0%, водорода 4.4%, гетероатомов (О, N, S) 3.6%, атомное соотношение Н/С 0.6.

Асфальтены среднетемпературного каменноугольного пека были получены в виде порошка светло-коричневого цвета, размер частиц 0,3-2 мкм.

Молекулярно-групповой состав асфальтенов по данным ГЖ-ХМС, полученных из среднетемпературного каменноугольного пека, представлен конденсированными ароматическими соединениями с числом ядер от 3 до 7, при этом алкильные заместители C11 и более практически не определяются.

Пример 4. Получение фракции мальтенов из среднетемпературного каменноугольного пека

Температура размягчения исходного среднетемпературного каменноугольного пека (Тр) - 85-87°С.

Элементный анализ пека: содержание углерода 93.2%, водорода 4.74%, гетероатомов (О, N, S) 2.06%, атомное соотношение Н/С 0.61.

Выход мальтенов из среднетемпературного каменноугольного пека составил ~ 42%.

Мальтены среднетемпературного каменноугольного пека были получены в виде раствора.

Плотность мальтенов (при 20°С) - 0.955 кг/куб.см. Атомное соотношение Н/С - 1.68.

Молекулярно-групповой состав мальтенов по данным ГЖ-ХМС представлен нормальными и разветвленными алканами, алкилциклопентанами, алкилциклогексанами, н-алкилбензолами, алкилтолуолами, алкилксилолами, нафталинами, фенантренами, бензо- и дибензотиофенами, дибензофуранами, карбазолами и бензокарбазолами.

Пример 5. Получение фракции карбоидов из среднетемпературного каменноугольного пека

Температура размягчения исходного среднетемпературного каменноугольного пека (Тр)=85-87°С.

Элементный анализ пека: содержание углерода 93.2%, водорода 4.74%, гетероатомов (О, N, S) 2.06%, атомное соотношение Н/С 0.61.

Выход карбоидов из среднетемпературного каменноугольного пека составил ~ 45%.

Карбоиды среднетемпературного каменноугольного пека были получены в виде порошка черного цвета, частицы которого размером 5-7 мкм представлены ассоциатами неправильной формы различной степени уплотнения.

Элементный анализ карбоидов: содержание углерода 90.1%, водорода 3.4%о, гетероатомов (О, N, S) 6.5%, атомное соотношение Н/С 0.5.

Структура полиароматического ядра среднего фрагмента макромолекулы фракции карбоидов состоит из порядка 25-30 атомов углерода, которые объединены в структуру пери-конденсированного типа примерно из семи ароматических колец.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к установке получения асфальтенов, и может быть использовано в нефтепереработке. Установка включает экстрактор с линиями ввода угольного и/или углеводородного сырья и растворителя-1 и линией вывода раствора фракций асфальтенов, мальтенов и карбоидов в экстрактор-перколятор с линией вывода смеси растворителя-1 и фракций мальтенов и карбоидов в экстрактор-перколятор или в линию регенерации растворителя-1 и получения фракций мальтенов и карбоидов, оснащенные линией подачи растворителей в экстрактор и экстрактор-перколятор. Причем установка включает линию 1 подачи растворителя-1, снабженную насосом 2, краном 3, сборником 4 и линию 5 подачи угольного и/или углеводородного сырья в экстрактор 6, оборудованный УЗ-ванной с подогревом 7, оснащенный линией 8 с краном 9 для вывода смеси сырья и растворителя-1 в экстрактор-перколятор со съемным фильтрующим элементом типа «корзина» 10, оборудованный УЗ-ванной с подогревом 11. При этом экстрактор-перколятор 10 оснащен линией 12 с краном 13 для циркуляции раствора смеси сырья и растворителя-1 с помощью насоса 2 в экстрактор 6 и связан со сборником 14 растворителя-2 линией 15 с краном 16 и насосом 17, и соединен линией 18 с краном 19 для вывода раствора смеси узких фракций асфальтенов, мальтенов и карбоидов в экстрактор-перколятор 20 со съемным фильтрующим элементом типа «корзина», снабженный УЗ-ванной с подогревом 21, оснащенный линией 22 с краном 23 для циркуляции смеси растворителей-1,2 и узких фракций асфальтенов, мальтенов и карбоидов через насос 17 в экстрактор-перколятор 10. Кроме того, линия 22 соединена линией 27 с краном 28 регенерации растворителя-1, растворителя-2 с испарителем 29, оснащенным двумя нагревательными элементами с соответствующими температурами нагрева для разделения селективных растворителей-1 и 2 и двумя холодильниками для концентрирования паров растворителей, с раздельным выводом регенерированных растворителей по линии 30 с краном 31 в сборник 14 растворителя-2 и по линии 32 с краном 33 в сборник 34 растворителя-1, связанный линией 35 с краном 36 с экстрактором-перколятором 20, соединенным линией 37 с краном 38 вывода раствора асфальтенов в растворителе-1 в накопитель 39. Технический результат заявленного изобретения заключается в получении фракций асфальтенов с заданными физико-химическими свойствами. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 пр.

1. Установка получения асфальтенов, включающая экстрактор с линиями ввода угольного и/или углеводородного сырья и растворителя-1 и линией вывода раствора фракций асфальтенов, мальтенов и карбоидов в экстрактор-перколятор с линией вывода смеси растворителя-1 и фракций мальтенов и карбоидов в экстрактор-перколятор или в линию регенерации растворителя-1 и получения фракций мальтенов и карбоидов, оснащенные линией подачи растворителей в экстрактор и экстрактор-перколятор, отличающаяся тем, что включает линию 1 подачи растворителя-1, снабженную насосом 2, краном 3, сборником 4 и линию 5 подачи угольного и/или углеводородного сырья в экстрактор 6, оборудованный УЗ-ванной с подогревом 7, оснащенный линией 8 с краном 9 для вывода смеси сырья и растворителя-1 в экстрактор-перколятор со съемным фильтрующим элементом типа «корзина» 10, оборудованный УЗ-ванной с подогревом 11, экстрактор-перколятор 10 оснащен линией 12 с краном 13 для циркуляции раствора смеси сырья и растворителя-1 с помощью насоса 2 в экстрактор 6, связан со сборником 14 растворителя-2 линией 15 с краном 16 и насосом 17 и соединен линией 18 с краном 19 для вывода раствора смеси узких фракций асфальтенов, мальтенов и карбоидов в экстрактор-перколятор 20 со съемным фильтрующим элементом типа «корзина», снабженный УЗ-ванной с подогревом 21, оснащенный линией 22 с краном 23 для циркуляции смеси растворителей-1,2 и узких фракций асфальтенов, мальтенов и карбоидов через насос 17 в экстрактор-перколятор 10, линия 22 соединена линией 27 с краном 28 регенерации растворителя-1, растворителя-2 с испарителем 29, оснащенным двумя нагревательными элементами с соответствующими температурами нагрева для разделения селективных растворителей-1 и 2 и двумя холодильниками для концентрирования паров растворителей, с раздельным выводом регенерированных растворителей по линии 30 с краном 31 в сборник 14 растворителя-2 и по линии 32 с краном 33 в сборник 34 растворителя-1, связанный линией 35 с краном 36 с экстрактором-перколятором 20, соединенным линией 37 с краном 38 вывода раствора асфальтенов в растворителе-1 в накопитель 39.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что получают отдельную узкую фракцию мальтенов и карбоидов путем вывода смеси растворителя-1, растворителя-2 и смеси узких фракций мальтенов и карбоидов из экстрактора-перколятора 20, связанного линией 24 с краном 25, в приемник 26.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что асфальтены получают в виде порошка путем выгрузки фракции асфальтенов в растворителе-1 из накопителя 39, связанного линией 40 с краном 41, в узел сушки 42, оснащенный нагревательным элементом с соответствующей температурой нагрева, равной температуре кипения растворителя-1, и холодильником для конденсации паров растворителя-1 и вывода растворителя-1 через линию 43 с краном 44 в сборник 4.