Способ обезвоживания светлых нефтепродуктов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технологии обезвоживания светлых нефтепродуктов, а именно к применению для коалесценции воды гидрофобных насадок, и может быть использовано для получения товарных топлив требуемого качества по содержанию воды. Способ обезвоживания светлых нефтепродуктов заключается в пропускании сверху вниз продукта через коалесцирующую насадку, представляющую собой слой активированного угля, либо через слои чередующихся жгутов пенополиуретана и активированного угля. Устройство для обезвоживания светлых нефтепродуктов содержит емкость, равномерно заполненную насыпной насадкой, состоящей из активированного угля, либо чередующихся слоев из жгутов и угля. Техническим результатом изобретения является эффективность обезвоживания при низких затратах. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к технологии обезвоживания светлых нефтепродуктов, а именно к применению для коалесценции воды гидрофобных насадок, и может быть использовано для получения товарных топлив требуемого качества по содержанию воды, т.к. во всех нормативных документах на товарные топлива (ГОСТ, ТУ) нормируется содержание воды (норма - отсутствие визуально).

Вместе с тем на ряде установок НПЗ в процессе производства светлых нефтепродуктов (бензин, керосин, дизельные топлива) образуются стойкие эмульсии вода/нефтепродукт, которые плохо поддаются обезвоживанию обычными методами (отстаивание, обработка в электрическом поле), что приводит к таким отрицательным последствиям, как снижение выпуска товарных топлив, увеличение затрат (продолжительность отстаивания и расход энергоносителей) на их обезвоживание, перемораживание оборудования и коммуникаций в зимнее время, коррозия оборудования и повышение потерь нефтепродуктов.

Известен физико-химический способ обезвоживания светлых нефтепродуктов с использованием адсорбентов (природные и синтетические цеолиты, силикагель, алюмогель и т.д), описанный в: Е.Н. Жулдыбин, В.П. Коваленко, В.Е. Турчанинов, Способы и средства обезвоживания нефтепродуктов, М.: ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, 1985, с.16. Способ основан на способности адсорбентов удерживать молекулы воды, находящейся в нефтепродукте в эмульгированном и растворенном состоянии. Способ осуществляют следующим образом:

- в специальные аппараты-адсорберы загружают адсорбент;

- подают в адсорбер с определенной объемной скоростью нефтепродукт, добиваясь максимального удаления воды;

- очистку нефтепродукта проводят до снижения поглощающей способности адсорбента (нефтепродукт перестает удовлетворять требованиям по качеству);

- очистку прекращают и производят замену или регенерацию адсорбента.

Недостатками данного способа являются:

- снижение эффективности обезвоживания по мере насыщения адсорбента водой;

- сложность и высокие затраты при регенерации адсорбента.

Сравнение данного изобретения с предлагаемым показывает, что между ними имеются существенные отличия. В предлагаемом изобретении обезвоживание светлых нефтепродуктов проводят с использованием насадки из гидрофобного материала - пенополиуретана или активированного угля различного фракционного состава, качественные характеристики которого существенно отличаются от известных адсорбентов (природные и синтетические цеолиты, силикагель, алюмогель). Кроме того, существуют отличия и по физическому механизму действия гидрофобных насадок и адсорбентов - в адсорбентах происходит поглощение воды в порах материала (поэтому имеется предельная поглощающая способность адсорбента), при использовании предлагаемых гидрофобных насадок происходит коалесценция эмульгированной воды на поверхности насадок, с последующим осаждением из нефтепродукта. При этом у гидрофобных насадок нет предельной поглощающей способности по воде, и они, в отличие от адсорбентов, способны обеспечивать эффективное удаление воды из топлива в течение более длительного времени и не требуют частых замен или регенерации.

Эффективным способом удаления воды из светлых нефтепродуктов считается обработка топлив в центробежных сепараторах, описанный в: В.А. Проскуряков, О.В. Смирнов, Очистка нефтепродуктов и нефтесодержащих вод электрообработкой, СПб.: Химия, Санкт-Петербургское отделение, 1992, с.17, 18. Способ заключается в осаждении эмульгированной воды из нефтепродуктов под действием центробежных сил. Отличие данного изобретения от предлагаемого заключается в использовании принципиально отличной технологии и устройства (центробежный сепаратор). В предлагаемом изобретении обезвоживание проводят в емкости, заполненной активированным углем, или насадкой из пенополиуретана, или слоями из названных материалов.

Недостатками данного технического решения являются: значительная шумность центрифуг при работе; пониженные взрыво- и ударостойкость центрифуг; высокие затраты на обезвоживание топлив.

Близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ обезвоживания светлых нефтепродуктов с применением гидрофобных фильтрующих перегородок, описанный в: Е.Н. Жулдыбин, В.П. Коваленко, В.Е. Турчанинов, Способы и средства обезвоживания нефтепродуктов, М.: ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, 1985, с.37, 38. Известный способ осуществляют путем пропускания потока нефтепродукта в горизонтальном направлении через расположенные под определенным углом многослойные фильтрующие перегородки, смонтированные в специальном устройстве. Общим в указанном и предлагаемом изобретении является то, что обезвоживание нефтепродукта производят с использованием гидрофобных коалесцирующих материалов, загруженных в емкость. Принципиальными различиями являются: вместо перегородок используют насадку (активированный уголь или насадка из пенополиуретана), что снижает сопротивление материала; поток нефтепродуктов пропускают вертикально (сверху вниз) через слой насадки с определенной скоростью и продолжительностью контакта с материалом насадки.

Недостатками данного способа являются:

- сравнительно невысокая эффективность обезвоживания топлив;

- сложность регулирования процесса - требуется для каждого вида топлив подбор многослойного материала различной пористости, угла наклона;

- высокая стоимость фильтрующих перегородок;

- постепенное разрушение пористых перегородок и унос металлов с топливами.

Ближе всех (прототип) к предлагаемому изобретению относится способ обезвоживания светлых нефтепродуктов с использованием устройства для разделения эмульсий, выполненное в виде коалесцирующего секционного пакета из лиофильного материала, секции которого выполнены из пластин пористо-ячеистых материалов с плотностью пор и ячей, увеличивающейся от секции к секции, и установлены под углом ниже угла оттекания жидкости по направлению потока, причем первые по ходу потока секции выполнены из пористо-ячеистого металла или сплава, а последняя - из пористо-ячеистого полимерного материала (RU 2056070, 1994).

Здесь, как и предыдущем случае, обезвоживаемые нефтепродукты пропускают через коалесцирующие перегородки из пористо-ячеистых материалов. Общим в указанном и предлагаемом изобретениях является использование пористых гидрофобных коалесцирующих материалов, смонтированных в емкости.

Вместе с тем, имеются принципиальные различия, прежде всего в известном изобретении применяют другие фильтрующие материалы и иное расположение их в устройстве. В предлагаемом техническом решении используют активированный уголь, или насадку из пенополиуретана, или слои из них, размещенные в емкости горизонтально, а поток нефтепродуктов пропускают вертикально сверху вниз с объемной скоростью 0,5-15,0 ч^-1.

Задачей предлагаемого способа и устройства является обезвоживание светлых нефтепродуктов с минимальными затратами материальных средств, высокой эффективностью, получение светлых нефтепродуктов с содержанием воды, соответствующим требованиям нормативных документов на товарные топлива (ГОСТ 305, ГОСТ 10227, ГОСТ 2084 и т.д.), расширение ассортимента используемых для обезвоживания материалов и увеличение длительности их эксплуатации, упрощение устройства и регулировки процесса и повышение его стабильности, снижение трудоемкости, уменьшение возможности разрушения материала и его уноса с потоком нефтепродуктов.

Сущность предлагаемого способа заключается в пропускании сверху вниз обводненного нефтепродукта через слой активированного угля различного фракционного состава (2-10 мм), полученного методом карбонизации бурого угля, с последующей его активацией водяным паром при температуре 800-900°С, либо через слои насадки пенополиуретана (жгуты диаметром 5-25 мм и длиной 5-100 мм), чередующиеся со слоями из угля с объемной скоростью 0,5-15,0 ч^-1.

Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что оно представляет собой металлическую емкость, заполненную коалесцирующей насадкой одного типа (активированный уголь, пенополиуретан), либо чередующимися слоями коалесцирующей насадки из активированного угля и пенополиуретана. Насадка из одноименного материала помещается на металлическую сетку, расположенную на дне емкости. При многослойной загрузке насадка из разноименного материала размещается равномерно по высоте аппарата, при этом слои друг от друга отделены сеткой, установленной на решетке. Емкость имеет загрузочное отверстие и сливное отверстие с регулирующим вентилем.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

- В металлический отстойник с нижним (закрытым) вентилем на специальную металлическую сетку (размер ячеек 1,5 мм) загружают активированный уголь или насадку из пенополиуретана или несколько слоев из названных материалов в необходимом количестве.

- Насадку постепенно заполняют с избытком светлым нефтепродуктом и затем с помощью регулировки нижнего вентиля и количества поступающего нефтепродукта устанавливают необходимую объемную скорость прохождения сырья и проводят обезвоживание.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что используемый способ обезвоживания светлых нефтепродуктов отличается применением новых материалов другого типа (слой насадки вместо фильтрующих перегородок), более просто расположенных в устройстве, и несложной регулировкой процесса (не требуется подбирать угол наклона фильтрующих перегородок в аппаратах и размер пор).

Предлагаемые способ и устройство для обезвоживания светлых нефтепродуктов апробированы в лабораторных условиях и представлены на нижеприведенных примерах. В опытах использовали вышеназванные материалы.

Примеры

Эффективность предлагаемого способа обезвоживания светлых нефтепродуктов проверена в лабораторных условиях с использованием названных насадок: активированный уголь различного фракционного состава и пенополиуретана (эластичный мебельный, цилиндрической формы). Обезвоживанию подвергали гидроочищенное дизельное топливо с установки Л-24/6 (далее ГОДТ), полученное при переработке сырья различного состава. В качестве сырья уст. Л-24/6 перерабатывается смесь прямогонного дизельного топлива с уст. АВТ и дизельных фракций вторичных процессов нефтепереработки (дизельная фракция коксования и легкий газойль каталитического крекинга) в различных соотношениях. Данный вид топлива был выбран для опытов, исходя из того, что в процессе переработки вышеизложенного сырья (благодаря вовлечению дизельных фракций вторичных процессов) образуется очень стойкая эмульсия, которая не разрушается длительное время при отстаивании (Т=20-25°С) и термоотстаивании (Т=45°С). В табл.1 приведены данные по составу сырья уст. Л-24/6, из которого получено ГОДТ, и результаты опытов по термоотстаиванию ГОДТ до полного осветления.

Исследования по оценке эффективности обезвоживания ГОДТ проводили по следующей методике:

- в металлический отстойник с нижним (закрытым) краном на специальную металлическую сетку (размер ячеек 1,5 мм) загружали активированный уголь или насадку из пенополиуретана в количестве 250 см³;

- слой постепенно заполняли с избытком гидроочищенным дизельным топливом (далее ГОДТ), и затем с помощью регулировки нижнего крана и количества поступающего ГОДТ устанавливали необходимую объемную скорость прохождения сырья;

- в течение опытов проводили отбор и анализ проб исходного ГОДТ и полученного обезвоженного топлива. Пробы анализировали на содержание воды визуально и количественно.

Опыты с применением гидрофобных фильтрующих перегородок (по прототипу) проводили в специальных лабораторных стеклянных емкостях с горизонтально установленными поперечными перегородками. В качестве пористых перегородок использовали применяемые в промышленности для обезвоживания светлых нефтепродуктов пенометалл (пеноникель - металл, нанесенный на пенополиуретан) и пенополиуретан.

Условия проведения и результаты опытов представлены в табл.2.

Приведенные в табл. 1, 2 данные показывают:

- Использованные в опытах образцы обводненного гидроочищенного дизельного топлива имели высокое содержание воды (0,031-0,078 мас.%) и обладали повышенной стойкостью (некоторые эмульсии вода/дизельное топливо не разрушались в течение 360 мин. Степень удаления воды при термоотстаивании составляла 31,3-57,1 мас.%. Все пробы после термоотстаивания и охлаждения были мутными, что свидетельствует о неполном удалении эмульгированной воды из ГОДТ.

- Применение способа обезвоживания с использованием гидрофобных насадок позволяет интенсифицировать процесс удаления воды из светлых нефтепродуктов по сравнению с прототипом (фильтрующие гидрофобные перегородки) и методом термоотстаивания, увеличить степень удаления воды до 62,2-89,2 мас.% и стабильно получать нефтепродукты требуемого качества по содержанию воды (отсутствие визуально), при объемной скорости пропускания ГОДТ через гидрофобные насадки 0,5-10,0 ч^-1.

По вышеизложенной методике были проведены опыты по обезвоживанию ГОДТ с применением трехслойных гидрофобных насадок. Для этого в металлический отстойник загрузили следующие насадки:

- активированный уголь - фракция 2-5 мм;

- активированный уголь - фракция 5-10 мм;

- насадку из пенополиуретана в объемных соотношениях 1:1 во всех примерах.

Нефтепродукт пропускают сверху вниз. Слои насадки размещены последовательно по ходу обезвоживаемого нефтепродукта. В примере 1 насадка состоит из пенополиуретана - верхний слой, активированный уголь фракции 5-10 мм - средний, активированный уголь фракции 2-5 мм - нижний. Объемную скорость потока изменяют с 5 до 10,5 ч^-1. В примере 2 насадку размещают таким образом: активированный уголь фракции 2-5 мм - сверху, пенополиуретан - внизу. Объемную скорость изменяют от 7 до 11 ч^-1. В примере 3 последовательность размещения насадки следующая: пенополиуретан - верхний слой, активированный уголь фракции 5-10 мм - средний, пенополиуретан - нижний. Объемную скорость изменяют от 5 до 14 ч^-1. В примере 4 насадка состоит из пенополиуретана - сверху, активированного угля фракции 2-5 мм - внизу. В примере 5 расположение насадки по ходу потока обезвоживаемого нефтепродукта следующее: пенополиуретан, активированный уголь фракции 2-5 мм, пенополиуретан, активированный уголь фракции 2-5 мм.

Условия опытов и результаты представлены в табл. 3. Приведенные в табл. 3 данные показывают:

- применение многослойных чередующихся насадок обеспечивает высокую степень удаления воды из ГОДТ 83,0-89,4 мас.% при высоких объемных скоростях нефтепродукта 5-15 ч^-1;

- максимальную эффективность при очень высокой объемной скорости показывает применение 3 и 4-х чередующихся слоев насадки из активированного угля и пенополиуретана (см. опыты 1, 3, 5 табл.3);

- для одного и того же образца №10 ГОДТ применение многослойных чередующихся слоев насадок обеспечивает значительно более высокую эффективность обезвоживания при более высоких объемных скоростях, чем по прототипу и с применением однослойной однотипной насадки из активированного угля (см. табл.2).

Сопоставительный анализ данных показывает, что применение предложенного способа, осуществленное в предлагаемом устройстве, позволяет получить более высокий эффект обезвоживания нефтепродуктов, стабильно получать обезвоженные нефтепродукты, качество которых соответствует требованиям ГОСТ и ТУ по содержанию воды, упростить схему и технологический процесс обезвоживания светлых нефтепродуктов, сократить материальные затраты и уменьшить трудоемкость, расширить ассортимент коалесцирующих материалов и аппаратов, применяемых для обезвоживания нефтепродуктов, и увеличить их пропускную способность (производительность).

Формула изобретения

1. Способ обезвоживания светлых нефтепродуктов, включающий их пропускание через коалесцирующую насадку сверху вниз, отличающийся тем, что в качестве коалесцирующей насадки используют слой из частиц активированного угля или чередующиеся слои из частиц активированного угля со слоями пенополиуретановых жгутов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коалесцирующая насадка содержит частицы активированного угля фракции 2-10 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что коалесцирующая насадка содержит пенополиуретановые жгуты диаметром 5-25 мм и длиной 5-100 мм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток нефтепродукта пропускают через слои коалесцирующих насадок с объемной скоростью 0,5-15,0 ч^-1.

5. Устройство для обезвоживания светлых нефтепродуктов, содержащее емкость, равномерно заполненную коалесцирующей насадкой, отличающееся тем, что в качестве коалесцирующей насадки она содержит слой из частиц активированного угля или чередующиеся слои из частиц активированного угля и слои из пенополиуретановых жгутов.