Способ вакуумного тонкопленочного фракционирования или регенерации нефтяных масел и жиров

 

Использование: фракционирование нефти, нефтяных масел или жиров в колонне с пленочным режимом течения жидкости. Сущность изобретения: осуществляют одновременное испарение и конденсацию одного из компонентов или фракции в тонкой пленке в вакуумной колонне. Процесс проводят в разделенных друг от друга секциях при постоянном давлении и нарастающей температуре жидкости продуктов в каждой секции колонны по мере удаления низкокипящей фракции в предыдущей секции. Испаритель представляет собой колонну горизонтально расположенных тепловыделяющих элементов, например цилиндров, размещенных на определенном расстоянии друг от друга. Перегонка в режиме испарения тонкой пленки протекает с многократным нарушением сплошного потока пленки и обновлением границ раздела пар - пленка. 2 ил.

Изобретение относится к области нефтяной, химической, пищевой промышленности, в частности к способу получения вакуумных масел или способу вторичной переработки отработанных масел.

В нефтехимической промышленности известны способы очистки отработанных масел, использующие тонкопленочный испаритель с откачкой легколетучей фракции и транспортировки ее на фракционирующую вакуумную колонну.

Известен способ очистки и дезодорации жиров и масел с движением обрабатываемых продуктов в тонкой пленке сверху вниз по вертикальной поверхности с противоточным отсосом испарившихся компонентов.

Известны способы, использующие течение пленки на поверхностях, расположенных под различными углами к горизонтали.

Одним из недостатков указанных способов и аналогичных им является разделение испарения и конденсации выделяемых при вакуумном испарении продуктов (или отходов) путем вакуумной откачки из камеры испарителя, что приводит к дополнительным энергетическим затратам.

Наиболее близким техническим решением является способ получения масел для вакуумных насосов, в котором в вакуумной камере производят одновременное пленочное испарение и конденсацию паров на стенках камеры. Слив дистиллята производится через гидрозатвор, а неиспарившаяся жидкость подается в рекуперационный аппарат. Недостатком этого способа, присущим также и другим способам, использующим течение испаряющейся смеси по вертикальной или наклонной поверхности, является обеднение поверхности пленки менее летучей жидкостью, что уменьшает степень разделения компонентов при однократной перегонке. Это недостаток усугубляется постоянной температурой стенки и снижением температурного напора стенка жидкость за счет обеднения легким компонентом жидкости.

В описываемом способе совмещенный испаритель конденсатор используется лишь как подготовительная ступень для ректификации.

В основу предложенного способа положена задача обеспечения более тонкого фракционирования разделяемых или очищаемых смесей, уменьшение рабочей температуры процесса, уменьшение энергозатрат на единицу вырабатываемой продукции и уменьшение металлоемкости колонны.

Поставленная задача решается тем, что в способе фракционирования труднолетучих продуктов типа нефтяных масел и жиров в вакуумной колонне, заключающемся в одновременном испарении и конденсации одного из компонентов или фракции в тонкой пленке после предварительного обезгаживания, процесс проводят в разделенных друг от друга секциях при постоянном давлении нарастающей температуре жидкости продуктов в каждой секции колонны по мере удаления низкокипящей фракции в предыдущей секции.

Испаритель и конденсатор как отдельные элементы устанавливаются в одной вакуумной камере с раздельным охлаждением конденсатора и расположением конденсатора относительно испарителя как конденсационного вакуумного насоса с минимальным гидравлическим сопротивлением для газовой фазы дистиллируемой фракции.

Испаритель представляет собой колонну горизонтально расположенных тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), например цилиндров, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Жидкость с одного цилиндра на другой перетекает под действием силы тяжести в виде капель или струй при равномерной раздаче жидкости над верхним ТВЭЛом через распределительное устройство. Мощность, подводимая к ТВЭЛам, подбирается так, чтобы температура смеси жидкостей в пленке изменялась на требуемую величину. Неиспарившаяся жидкость поступает в приемник камеры и через гидрозатвор на следующую ступень разгонки.

Конденсатор представляет собой также ряд горизонтально расположенных цилиндров, охлаждаемых изнутри циркулирующим теплоносителем. Конденсатор в нижней части имеет приемник дистиллята, являющегося готовым продуктом.

Число секций (количество камер), режим работы ТВЭЛов и конденсатора определяются конкретной задачей очистки или ректификации. Вакуумная камера каждой из разделительных ступеней оборудована высоковакуумной (форвакуумной или диффузионной) откачкой для глубокой доочистки удалением неконденсируемых компонентов. Система предварительного обезгаживания определяется необходимостью максимального удаления газов и воды из сырья, она должна быть, по меньшей мере, двухступенчатой при регенерации масел.

Основным отличием предлагаемого метода возгона является его осуществление в тонкопленочном процессе с многократным нарушением сплошности пленки и обновлением границы раздела пар-пленка. Процесс испарения в этом случае протекает как на пленке, находящейся на тепловыделяющем элементе, так и с поверхности перегретых капель или струй, когда элемент жидкости находится в свободном падении между ТВЭЛами. Вторым важнейшим отличием является осуществление процесса возгонки с постоянным нарастанием температуры от одной секции колонны к другой по мере удаления низкокипящих фракций.

Способ поясняется описанием установки с двухсекционной колонной, представленной на фиг.1; поперечное сечение одной секции колонны показано на фиг.2.

В установке (фиг. 1) содержится бак 1 с исходным сырьем, теплообменник предварительного подогрева 2, масляный насос 3, расходомер 4, деаэратор 5, распределительное устройство 6, гидрозатвор 7, первая секция колонны 8, распределительное устройство 9 для организации пленки; тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы) 10, конденсаторы 11, промежуточная емкость 12, вторая секция колонны 13, емкость для первой фракции 14, емкость для второй фракции 15, емкость для остаточного продукта 16, вакуумные насосы 17, вакуумная и регулирующая арматура 18.

Описание работы колонны.

С помощью масляного насоса 3 исходное сырье, подогретое конденсирующимся паром в теплообменнике 2, через расходомер 4 подается в деаэратор 5. Распределительное устройство 6 равномерно орошает тепловыделяющие элементы деаэратора 5. Задача этого узла удаление влаги и растворенных газов из исходного сырья. В деаэраторе поддерживается давление 10-30 мм рт.ст. с помощью форвакуумного насоса 16. Через гидрозатвор 7 обезгаженная жидкость поступает в первую секцию колонны 8. В ней установлены распределительное устройство 9 и тепловыделяющие элементы 10. Задача распределительного устройства создание сплошной пленки жидкости, которая будет равномерно орошать ТВЭЛы. В колонне поддерживается давление от 1 до 10 Па. Нагревающаяся на поверхностях ТВЭЛов жидкость будет испаряться. Сконденсированная на теплообменнике 11 среда является готовым продуктом первой секции возгонки. Готовый продукт сливается в емкость 14. Оставшаяся часть пленки поступает в емкость 12, откуда через гидрозатвор 7 поступает по вторую секции колонны 13, которая также включает в себя распределительное устройство 9 и ТВЭЛы 10. Во второй секции колонны поддерживается такое же давление, как в первой секции, но более высокая температура жидкости, так как в предыдущей секции удалены более низкокипящие фракции. Испарение другой фракции и ее конденсация на теплообменнике 11 приведет к образованию готового продукта второй секции возгонки. Готовый продукт сливается в емкость 15, оборудованную расходомером и теплообменником. Остаточный продукт сливается в емкость 16. Все емкости подключены к вакуумным насосам 17. Измеряемые параметры: давление в каждой емкости, расходы исходного сырья и готового продукта в каждой секции, расходы охлаждающей воды и пара и их температуре на входе и выходе из каждой секции колонны, мощности электрических нагревателей и моторов насосов. Все перечисленные параметры позволят контролировать процесс испарения и конденсации, выбирать оптимальные режимы работы и сводить тепловые балансы.

Для обеспечения непрерывной работы установки необходимо снабдить ее двумя емкостями для каждого сорта готового продукта и остатка. Их переключение при наполнении каждой емкости позволит обеспечить круглосуточную работу колонны. Необходимая производительность промышленной колонны устанавливается за счет изменения длины ТВЭЛов и количества их рядов, включенных в параллель. Количество фракций готового продукта должно равняться количеству секций в колонне. Качество готового продукта необходимо определять после отбора проб из емкостей 14, 15 и определять их соответствие ГОСТом.

На фиг. 2 схематично показано поперечное сечение одной секции колонны. Через гидрозатор 7 жидкость поступает в распределительное устройство 9, откуда поступает для равномерного орошения тепловыделяющих элементов 10. Испарившаяся фракция с поверхности пленки поступает на поверхность конденсатора 14, где превращается в готовый продукт возгонки для данной секции колонны и по линии 15 удаляется в емкость для хранения. Неиспарившаяся часть пленки через промежуточную емкость 12 и другой гидрозатвор поступает в следующую секцию для дальнейшей возгонки. Необходимое давление поддерживается вакуумным насосом (линия 17). Вертикальные стенки емкости исключают соприкосновение капель из-за возможного брызгоуноса при испарении пленки 20 с конденсированной фракцией. Температура жидкости на входе в секцию на выходе из нее контролируется термопарами 19.

В качестве источников тепла для обогрева ТВЭЛов можно рассматривать три вариантa: 1) обогрев электрическим током 2) обогрев конденсирующимся паром 3) обогрев промежуточным высокотемпературным теплоносителем.

Обогрев теплоносителя может осуществляться паром, горящим факелом мазутной горелки или электричеством. Обогрев ТВЭЛов промежуточным теплоносителем предпочтительнее других, так как исключает возможность превышения температуры стенки ТВЭЛа выше заданной и исключает высокое давление в контуре теплоносителя.

Описанный способ вакуумного тонкопленочного фракционирования нефтяных масел осуществлен в Институте теплофизики СО РАН в виде пилотной установки производительностью 860 кг/сут. Из медицинского вазелинового масла (ГОСТ 3164-78) производства Ярославского нефтеперерабатывающего завода им. Д.И. Менделеева было получено вакуумное масло ВМ-1 для диффузионных насосов в количестве 15% от количества исходного сырья (вазелиновое масло было получено из Сибирскнефте). Качество полученного масла проверялось косвенно. При работе одного и того же диффузионного насоса на стандартном масле ВМ-1 (производство Московского нефтемаслозавода) и на масле, полученном на пилотной установке, был создан одинаковый вакуум около 10^-7 мм рт.ст. Время выхода на заданное давление было одинаковым при работе насоса на стандартном и полученном масле. Мощность пилотной установки 18 кВт. Мощность колонны на Московском нефтеперерабатывающем заводе одинаковой производительности 68 кВт. На 1 кг вырабатываемой продукции затрачена мощность в 3,8 раза меньше, чем при кубовом способе получения масла, который используется на Московском нефтеперерабатывающем заводе. Вес деаэратора и двух секций колонны составляет 150 кг, что приблизительно в 10 раз меньше, чем вес рабочего куба на Московском заводе.

Формула изобретения

СПОСОБ ВАКУУМНОГО ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ ИЛИ РЕГЕНЕРАЦИИ НЕФТЯНЫХ МАСЕЛ И ЖИРОВ путем возгонки их в вакуумной колонне с одновременным испарением и конденсацией, отличающийся тем, что для получения узкой фракции готового продукта процесс проводят в разделенных одна от другой секциях при постоянном давлении и нарастающей температуре жидкости продуктов в каждой секции колонны по мере удаления низкокипящей фракции в предыдущей секции, а границу раздела пар-пленка многократно обновляют при течении жидкости по каскаду расположенных друг под другом тепловыделяющих элементов, выполненных, например, в виде горизонтальных цилиндров, обеспечивая чередование испарения со сплошной пленки жидкости на поверхности тепловыделяющих элементов с испарением с перегретых капель или струй при течении жидкости между тепловыделяющими элементами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 15-2004

Извещение опубликовано: 27.05.2004        

QZ4A - Отзыв заявления о предоставлении любому лицу права на использование изобретения

(54) СПОСОБ ВАКУУМНОГО ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ ИЛИ РЕГЕНЕРАЦИИ НЕФТЯНЫХ МАСЕЛ И ЖИРОВ

(73) Патентообладатель:Институт теплофизики им. С.С.Кутателадзе СО РАН

Адрес для переписки:630090, г. Новосибирск, пр-кт Академика Лаврентьева, 1

Извещение опубликовано: 27.09.2007        БИ: 27/2007