Способ перегонки углеводородного сырья и установка для его осуществления
Изобретение относится к переработке нефти на малотоннажных модульных установках для получения моторных и котельно-печных топлив. Способ перегонки углеводородного сырья осуществляют на нескольких ступенях разделения в циклонных испарителях с обогревом цилиндрической вертикальной стенки. Сырье, подогретое до начальной температуры кипения первой высококипящей фракции, подают в испаритель первой ступени, из которого выводят жидкую фазу в виде товарного продукта. Отбираемую паровую фазу охлаждают до нижнего предела температуры кипения последующей фракции и направляют на разделение в следующий испаритель. В последнем испарителе получают бензин в виде паровой фракции и остаток перегонки. Установка для осуществления способа включает последовательно соединенные трубопроводами теплообменники, печь для подогрева сырья и аппаратуру одной или нескольких ступеней перегонки, каждая из которых включает испаритель, охладитель, теплообменники и промежуточные емкости-накопители для целевых продуктов. Каждый испаритель выполнен в виде теплоизолированного циклонного испарителя с обогреваемой вертикальной цилиндрической стенкой. Охладитель каждой ступени перегонки выполнен в виде водовоздушного калорифера. Испарители каждой ступени сообщены трубопроводами с соответствующими теплообменниками. Установка включает промежуточные емкости-накопители для целевых продуктов. Технический результат - применение доступного малогабаритного оборудования, сокращение числа производственных циклов и длительности операций с получением фракций нефтепродуктов высокого качества. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретения относятся к переработке нефти на малотоннажных модульных установках (мини-нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) для получения моторных и котельно-печных топлив (бензин, дизельное топливо, мазут).
Современные крупнотоннажные способы перегонки углеводородного сырья в своем аппаратурном оформлении включают насосы, теплообменники, трубчатые печи, ректификационные колонны. Малотоннажные установки первичной перегонки повторяют принципиальные технологические решения аналогичных крупнотоннажных установок. При этом аппаратурное оформление процесса перегонки отличается высокой металлоемкостью и требует значительных капитальных вложений.
Учитывая высокую стоимость и сложность эксплуатации малотоннажных установок, выполненных по схеме крупнотоннажных НПЗ, постоянно разрабатываются нетрадиционные технологические решения перегонки углеводородного сырья с отказом прежде всего от ректификационных колонн.
Известен способ первичной перегонки углеводородного сырья (патент РФ №2200182, опубл. 2003.03.10), при котором разделение нефти на фракции осуществляют с использованием циклонного фазового разделителя и контактного испарителя. При этом получают либо бензиновую фракцию и отбензиненный тяжелый остаток в непрерывном режиме либо отбирают бензиновую фракцию, дизельное топливо и котельно-печное топливо при периодическом режиме работы установки. Сырье нагревают в рекуперативных теплообменниках и разделяют в фазоразделителе на жидкую и паровую фазы. Жидкая фаза в дисперсном состоянии противотоком поступает в паровое пространство контактного испарителя. Паровая фаза дополнительно подогревается на 30-50°С выше температуры жидкой фазы и подается в качестве отпаривающего агента через барботажный распределитель в объем жидкой фазы, находящейся в нижней зоне контактного испарителя. Бензиновую фракцию получают при конденсации паровой фазы из испарителя. Для получения дизельного топлива отбензиненный остаток циркулируют через паровой подогреватель и фазовый разделитель, в результате чего перегретые пары дизельного топлива в контактном испарителе при 250-300°С используются для отпарки котельно-печного топлива (остатки обработки сырья).
Недостатком известного способа является то, что применение центробежной силы в фазовом разделителе служит лишь интенсивному разделению паровой и жидкой фазы, но при этом вместо декларируемой четкости разделения на топливные фракции за счет трехкратного отпаривания жидкой фазы перегретыми парами отбираемой легкой фракции произойдет трехкратное обогащение легкой фракции парами тяжелой фракции. При этом жидкость (тяжелая фракция) будет обогащена легкими фракциями. Это следует из классических законов Дальтона и Рауля (Лебедев П.Д., Теплообменные, сушильные и холодильные установки, М., Энергия, 1966, с.138-140) применительно к используемым конструкциям фазового разделителя и испарителя, в которых концентрация паров тяжелых фракций всегда больше концентрации легких фракций (в силу значительного постоянного объема жидкой фазы тяжелой фракции в этих емкостях), а значит, при конденсации этих паров получатся: вместо бензина - смесь бензина и солярки; вместо дизельного топлива - смесь бензиновых, керосиновых и масляных фракций. И эти смеси будут неприменимы в качестве моторных топлив.
Кроме того, подобное применение центробежного разделителя фаз имеет еще один существенный недостаток, снижающий четкость разделения углеводородного сырья на фракции, это охлаждение парожидкостной смеси в результате работы расширения. При этом часть легких фракций может сконденсироваться и перейти в жидкую фазу к тяжелым фракциям. Расчеты показывают, что ширина этого диапазона сконденсировавшихся фракций на шкале температур кипения составляет около 2°С. Кроме того, вдвое большие потери легких фракций на конденсацию и уход в жидкую фазу происходят из-за теплопотерь в окружающую среду, даже для хорошо теплоизолированного центробежного разделителя фаз - циклона. В зависимости от состава сырья итоговые потери и воздействие на качественные показатели могут достигать 5-10%, а это для нефтяной промышленности весьма существенно.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ, описанный в свидетельстве №17004 от 10.03.2001 на полезную модель «Нефтеперерабатывающая станция для разгонки многокомпонентных смесей». Известный способ включает несколько ступеней перегонки, в котором сырье подогревают до температуры нижнего предела кипения первой фракции, образовавшуюся парожидкостную смесь подают на ступени перегонки, в каждой из которых парожидкостную смесь разделяют на паровую и жидкую фазы, отводят жидкую фракцию как целевой продукт, а паровую фазу охлаждают до температуры нижнего предела кипения следующей фракции. Паровую фазу последней ступени перегонки конденсируют и отводят как целевой продукт.
Недостатком известного способа является невозможность получения четкого разделения компонентов на фракции, а значит, получения качественных моторных топлив. Причина заключается в том, что в испарителе находится большой объем жидкости с тяжелыми фракциями, а поступающих в парожидкостной смеси легких фракций очень мало. Но согласно законам Дальтона и Рауля (Лебедев П.Д., Теплообменные, сушильные и холодильные установки, М., Энергия, 1966, с.138-140), концентрация паров тяжелых фракций над поверхностью жидкости в испарителе будет выше, чем паров легких фракций, а значит, и в охладитель пойдет наряду с легкими фракциями значительное количество тяжелых фракций. При этом часть легких фракций по тем же законам Дальтона и Рауля останется в жидкой фазе в испарителе.
Известна установка для разгонки тройной смеси (Лебедев П.Д., Теплообменные сушильные и холодильные установки, М., Энергия, 1966, с.151, рис.5-11). Установка содержит конденсатор и две ступени разгонки, каждая из которых включает перегонный куб, ректификационную колонну, дефлегматор, сепаратор, подогреватели смеси и емкости для сбора компонентов смеси. В первой ступени установки в остатке получается смесь с большим содержанием высококипящего компонента, а часть дистиллята с более летучими компонентами поступает во вторую ступень. Во второй ступени в остатке получается другой компонент, а самый летучий из трех компонентов поступает в конденсатор.
Недостатком известной установки являются большие масса и габариты, т.к. ректификационная колонна представляет собой вертикальный цилиндр, изготовленный из стали, чугуна или керамики, высота которой достигает 30 м, диаметр 5 м. Такую установку невозможно переместить к месту переработки, она может работать только стационарно. Известная установка требует использования водяного пара при высоких давлениях, что усложняет ее эксплуатацию и обслуживание.
Наиболее близкой к заявляемой является нефтеперерабатывающая станция для разгонки многокомпонентных смесей (свидетельство РФ №17004 от 10.03.2001 на полезную модель), содержащая линию подвода нефтяной смеси и линии отвода жидких фракций, последовательно соединенные трубопроводами несколько ступеней разгонки нефтяной смеси, каждая из которых включает конденсатор и подогреватель нефтяной смеси, и последовательно установленные на линии подвода нефтяной смеси теплообменники, представляющие собой комбинированные рекуперативные подогреватели нефтяной смеси и охладители, а также насос и печь для подогрева нефтяной смеси. Каждая ступень разгонки нефтяной смеси снабжена испарителем со встроенным подогревателем нефтяной смеси, выполненным в виде топочного устройства для сжигания жидкого или газообразного топлива.
Недостатком такой установки является то, что в ней невозможно получить четкое разделение компонентов на фракции, а значит, и получить качественные моторные топлива (бензин и дизельное топливо). Причина заключается в том, что в испарителе находится большой объем жидкости с тяжелыми фракциями, а поступающих в парожидкостной смеси легких фракций очень мало. Но согласно законам Дальтона и Рауля, концентрация паров тяжелых фракций над поверхностью жидкости в испарителе будет выше, чем паров легких фракций, а значит, и в охладитель пойдет наряду с легкими фракциями значительное количество тяжелых фракций. При этом часть легких фракций по тем же законам Дальтона и Рауля останется в жидкой фазе в испарителе. Определенный уровень жидкости в испарителе поддерживается работой клапанного устройства, через которое отводятся излишки образовавшейся жидкости. Очевидно, что в результате работы такой установки будут получены бензин, дизельное топливо и мазут очень низкого качества.
Основной задачей предлагаемой группы изобретений является создание способа перегонки углеводородного сырья и установки для его осуществления, позволяющих получать нефтепродукты высокого качества на компактной и малогабаритной установке.
Поставленная задача решается тем, что в способе перегонки углеводородного сырья, включающем несколько ступеней перегонки, сырье подогревают до нижнего предела температуры кипения первой фракции, образовавшуюся парожидкостную смесь подают на ступени перегонки, в каждой из которых парожидкостную смесь разделяют на паровую и жидкую фазы, отводят жидкую фракцию как целевой продукт, а паровую фазу охлаждают до нижнего предела температуры кипения следующей фракции.
Новым является то, что разделение на паровую и жидкую фазу на всех ступенях перегонки проводят в циклонных испарителях с цилиндрической вертикальной стенкой, при этом осуществляют подогрев вертикальной стенки каждого испарителя.
Оптимальным является то, что уровень вывода целевого продукта из циклонного испарителя относительно поверхности земли должен находиться не ниже максимально возможного уровня целевого продукта в промежуточной емкости-накопителе, а ввод целевого продукта в промежуточную емкость-накопитель должен находиться ниже минимально возможного уровня целевого продукта.
Целесообразно мощность подогрева вертикальной цилиндрической стенки каждого циклонного испарителя регулировать таким образом, чтобы температура парожидкостной смеси на входе циклонного испарителя была равна температуре паровой фазы на его выходе.
Оптимально осуществлять охлаждение паровой фазы в воздушном калорифере регулируемым потоком воздуха.
Количество получаемых фракций целевого продукта по температурам кипения равно n+1, где n - количество циклонных испарителей.
Поставленная задача решается также тем, что установка для перегонки углеводородного сырья содержит линию подвода сырья и линии отвода целевых продуктов, последовательно установленные на линии подвода сырья теплообменники, насос и печь для подогрева сырья, а также последовательно соединенные трубопроводами, по меньшей мере, одну или несколько ступеней перегонки сырья, каждая из которых включает последовательно соединенные трубопроводами испаритель и охладитель, причем испаритель каждой ступени сообщен трубопроводом с соответствующим теплообменником,
Новым является то, что установка дополнительно содержит промежуточные емкости-накопители для целевых продуктов, установленные на линиях отвода целевых продуктов после теплообменников, а испаритель выполнен в виде теплоизолированного от внешней среды циклонного испарителя с подогреваемой, например, электронагревателями вертикальной цилиндрической стенкой.
Целесообразно на входе и на выходе из циклонного испарителя каждой ступени перегонки установить датчики температуры.
Оптимально охладитель каждой ступени перегонки выполнить в виде водовоздушного калорифера.
Анализ уровня техники на соответствие заявленных решений условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень» показал следующее.
В представленном способе перегонки углеводородного сырья и установке, работающей на его основе, в отличие от известных, для разделения на паровую и жидкую фазу используется циклонный испаритель с цилиндрической вертикальной стенкой, которую подогревают до нижнего предела кипения фракции, предназначенной для отвода как целевого продукта. Скорость (около 20 м/с) парожидкостной смеси на входе в циклон и эпюры скоростей в циклоне таковы, что с парами легких фракций из циклонного испарителя может уйти лишь небольшая часть паров тяжелых фракций за счет турбулентности на границе областей с парами легких и тяжелых фракций. Сочетание этого эффекта с дополнительной возможностью компенсации теплопотерь, вызванных работой расширения паров на входе в циклонный испаритель, и теплоотдачей в окружающую среду с помощью подогрева вертикальной цилиндрической стенки позволяет получить четкое разделение углеводородного сырья на фракции и получение качественных целевых продуктов.
Вследствие свободного истечения жидкой фазы по стенкам циклонного испарителя в трубопровод в теплообменники и промежуточные емкости-накопители за счет гравитационных сил и избыточного давления паров в циклонных испарителях в них не происходит образования стационарного уровня жидкости тяжелых фракций, а значит, не происходит накопления паров тяжелых фракций и прорыва заметного количества паров тяжелых фракций в продукцию с легкими фракциями, что также способствует получению качественных целевых продуктов.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена технологическая схема установки для перегонки углеводородного сырья; на фиг.2 - циклонный испаритель в разрезе; на фиг.3 - эпюры скоростей паров легких и тяжелых фракций в циклонном испарителе; на фиг.4 - схема соединения циклонного испарителя с промежуточной емкостью-накопителем.
Установка для перегонки углеводородного сырья (фиг.1) содержит соединенные последовательно трубопроводами 1, 2 и 3 ступени перегонки сырья, линию 4 подвода сырья, насос 5 и печь 6 для подогрева сырья, соединенную трубопроводом с 1 ступенью перегонки. Теплообменники 7, 8 и 9 установлены последовательно на линии 4 подвода сырья. Ступень 1 перегонки сырья содержит циклонный испаритель 10, охладитель 11, 2 ступень перегонки сырья - циклонный испаритель 12, охладитель 13, 3 ступень перегонки сырья - циклонный испаритель 14, охладитель 15. Циклонные испарители 10, 12, 14 каждой ступени перегонки сообщены трубопроводами соответственно с охладителями 11, 13, 15. Теплообменники 7, 8, 9 соединены соответственно с циклонными испарителями 10, 12, 14 1, 2, 3 ступеней перегонки. На линииях отвода целевых продуктов после теплообменников 7, 8, 9 установлены промежуточные емкости-накопители 16, 17, 18 для сбора мазута, дизельного топлива и лигроина соответственно. Установка содержит емкость 19 для сбора целевого продукта бензина. На входе и выходе циклонного испарителя каждой ступени перегонки установлены датчики температуры 20, 21, 22, 23, 24, 25 и 26.
Циклонный испаритель (фиг.2) каждой ступени перегонки состоит из цилиндрической и конической частей и содержит кожух 27, утеплитель 28, электронагреватели 29, входной патрубок 30, выходной патрубок 31, выходной канал 32 для паровой фазы, выход 33 для жидкой фазы. В установке используется классическая конструкция циклонного испарителя, которая выражается в пропорциях соотношений геометрических размеров входного патрубка, диаметров и длины цилиндрической части циклона, а также длины его конической части.
Теплообменники 7, 8, 9 представляют собой комбинированные рекуперативные подогреватели и охладители, охладители 11, 13, 15 представляют собой водовоздушные калориферы, в которых охлаждение паров осуществляется регулируемым потоком воздуха от вентиляторов, насос использован шестеренчатый, а печь трубчатая. В качестве датчиков температуры можно использовать, например, термопары.
Предложенный способ включает несколько ступеней перегонки сырья. В каждой ступени перегонки сырье подогревают до нижнего предела температуры кипения фракции. Если фракцией является, например, мазут, то такой температурой будет 360°С, для дизельного топлива - 200°С, для лигроина - 170°С, для бензина - до 170°С. Для получения целевой фракции - мазута сырье подогревают до необходимой температуры в печи, топливом для которой служит мазут. Поддержание заданной температуры парожидкостной смеси на выходе из печи (например, 360°С) осуществляется с помощью регулировки расхода сырья. В каждой ступени перегонки парожидкостную смесь разделяют на паровую и жидкую фазы, при этом жидкую фракцию отводят как целевой продукт, а паровую фазу охлаждают в охладителях до нижнего предела температуры кипения следующей фракции (до 200°С, 170°С и ниже). Разделение на паровую и жидкую фазу на всех ступенях перегонки проводят в циклонных испарителях с цилиндрической вертикальной стенкой. При этом осуществляют подогрев вертикальной стенки каждого циклонного испарителя.
Необходимая температура в циклонных испарителях 10, 12, 14 поддерживается за счет подогрева электронагревателями 29 (электрическими ТЭНами) их внешних цилиндрических стенок. Подогрев внешних стенок циклонных испарителей 10, 12, 14 осуществляется с помощью микропроцессорных регуляторов температуры, которые включают и выключают ТЭНы, а управление процессом ведется путем сравнения заданной в микропроцессорном регуляторе температуре с температурой в циклонных испарителях 10, 12, 14, поступающей с датчиков температуры 20-26.
Перед началом работы установки включаются ТЭНы на циклонных испарителях, на микропроцессорных регуляторах температуры циклонных испарителей и печи устанавливаются требуемые температуры Туст, и по достижении температур в циклонных испарителях значений Туст включаются горелки печи и сырьевой насос.
Важной геометрической характеристикой циклонных испарителей является размер (диаметр) входных патрубков. Размеры входных патрубков выбирают из соображений, чтобы при номинальной производительности установки работа циклонных испарителей была наиболее эффективной. Это достигается при скорости потока на входе в циклонный испаритель в диапазоне 20-30 м/с.
Остальные геометрические характеристики циклонных испарителей являются вторичными и вычисляются по общепринятым методикам. Для разделения парожидкостной смеси используется центробежная сила. Мощность подогрева вертикальной цилиндрической стенки каждого циклонного испарителя регулируют таким образом, чтобы температура парожидкостной смеси на входе циклонного испарителя была равна температуре паровой фазы на его выходе. В результате по подогреваемой вертикальной цилиндрической стенке циклонного испарителя в виде тонкой пленки стекает жидкая фаза перерабатываемого сырья. Жидкая фаза из циклонных испарителей поступает в трубчатые теплообменники, где ее охлаждают и затем сливают в промежуточную емкость-накопитель.
Установка для осуществления способа перегонки углеводородного сырья работает следующим образом.
Углеводородное сырье с помощью насоса 5 подается в печь 6 для подогрева, где нагревается до температуры нижнего предела кипения первой фракции (мазута), например 360°С. Из печи 6 подогретое сырье поступает в циклонный испаритель 10 1 ступени перегонки, в котором поддерживается температура 360°С, за счет подогрева вертикальной цилиндрической стенки электронагревателями 29, и в котором образовавшуюся парожидкостную смесь разделяют на паровую и жидкую фазу. Для разделения парожидкостной смеси используется центробежная сила. Так, например, при подаче предварительно диспергированного нагревом потока парожидкостной смеси на криволинейную поверхность при скорости 10 м/с и радиусе кривизны 5 см создается искусственное поле тяжести, примерно в 200 раз превышающее земное тяготение. При этом быстрая коагуляция жидкости с резким уменьшением поверхности разделения фаз препятствует обратному поглощению углеводородных компонентов из паровой фазы. По подогреваемой вертикальной цилиндрической стенке циклонного испарителя в виде тонкой пленки стекает жидкая фаза перерабатываемого сырья.
Жидкая фаза (мазут) из циклонного испарителя 10 поступает в трубчатый теплообменник 7, где его охлаждают и затем сливают в промежуточную емкость-накопитель 16. Паровую фазу охлаждают в охладителе 11 до температуры нижнего предела кипения второй фракции, например 200°С, и подают в циклонный испаритель 12 2 ступени перегонки, в котором парожидкостную смесь разделяют на паровую и жидкую фазы. Жидкую фазу (дизельное топливо) подают в трубчатый теплообменник 8, где ее охлаждают и затем сливают в промежуточную емкость-накопитель 17. Паровая фаза из циклонного испарителя 12 2 ступени перегонки поступает в охладитель 13, где ее охлаждают до температуры нижнего предела кипения третьей фракции, например 170°С, и подают в циклонный испаритель 14 3 ступени перегонки, в котором парожидкостную смесь разделяют на паровую и жидкую фазу. Жидкую фазу (лигроин) подают в трубчатый теплообменник 9, где ее охлаждают и затем сливают в промежуточную емкость-накопитель 18. Паровая фаза из циклонного испарителя 14 поступает в охладитель 15, после чего образовавшийся бензин сливают в емкость 19. Мощность электронагревателей вертикальной цилиндрической стенки циклонных испарителей регулируется датчиками температуры 20-26 на входе и выходе в циклонные испарители 10, 12, 14, причем показания термодатчика на выходе должны совпадать с показаниями термодатчика на входе в циклонный испаритель. Движение жидкой фазы из циклонных испарителей в емкости-накопители через теплообменники осуществляется за счет действия гравитационных сил и избыточного давления паров углеводородов.
Пример
Установка ЦИКЛОН-Ц30М, подтверждающая возможность осуществления способа с достижением указанного в заявке технического результата, была разработана автором по договору с Томской нефтегазовой компанией и установлена на Западно-Ключевском месторождении в Томской области.
Установка «ЦИКЛОН-Ц30М» предназначена для разделения углеводородного сырья (газовый конденсат, нефть) на 3 фракции и получения, например, таких нефтепродуктов, как мазут, дизельное топливо, прямогонный бензин. Поскольку требовалось получение 3 фракций, то выбрана была схема с двумя циклонными испарителями.
Монтаж технологического оборудования установки выполнен на 4 платформах.
В состав оборудования входят:
платформа 1 (размер 2,3×6 м) - трубчатая печь с двумя мазутными горелками (могут работать на нефти и дизельном топливе), 2 насоса для подачи сырья (основной и резервный), 1 запорно-регулирующий электроклапан, 1 счетчик ультразвуковой;
платформа 2 (размер 2,3×6 м) - 2 циклонных испарителя, 3 воздушных охладителя, 2 трубчатых теплообменника, 3 вентилятора;
платформа 3 (размер 2,3×6,5 м) - 4 насоса для нефтепродуктов (2 основных и 2 резервных), 1 промежуточная емкость для бензина и 1 промежуточная дренажная емкость, 2 счетчика ультразвуковых;
платформа 4 (размер 2,3×6,5 м) - 4 насоса для нефтепродуктов (2 основных и 2 резервных), 1 промежуточная емкость для мазута и 1 промежуточная емкость для дизельного топлива, 2 счетчика ультразвуковых.
Кроме того, в комплект оборудования входят пульт управления и комплекс необходимых контрольно-измерительных приборов. Пульт управления размещается в операторной, в качестве которой используется помещение типа вахтового вагончика.
Нагрев трубчатой печи осуществляется топочными газами, образующимися в топочных камерах при сжигании мазута. Подогрев мазутных магистралей осуществляется с помощью электрических греющих кабелей. Продукция, получаемая на установке «ЦИКЛОН-Ц30М»:
| При получении летнего дизельного топлива | При получении зимнего дизельного топлива |
| Мазут M100 | Мазут М40 |
| Летнее дизельное топливо | Зимнее дизельное топливо |
| Бензин А-76 | Бензин А-76 |
Технико-экономические показатели работы установки:
1. Производительность по переработанному углеводородному сырью в сутки: нефть - 35 тонн.
Количество полученного дизельного топлива, бензина, мазута и других фракций зависит от состава перерабатываемого сырья и для нефти Западно-Ключевского месторождения составляет: бензин - 22%, дизельное топливо: зимнее - 32%, летнее - 38%, мазут - 38-44%, потери - 2%.
2. Расход топлива (мазут): не более 1000 кг в сутки для установки.
3. Потребляемая электроэнергия: не более 25 кВт.час (установленная эл. мощность - 45 кВт).
4. Количество обслуживающего персонала: 2 человека в смену.
Характеристики и режим работы циклонных испарителей.
Так как определяющим в работе установки является конструкция и работа циклонных испарителей, то приводим их характеристики и режим работы:
Диаметр входного патрубка: 1-й циклонный испаритель - Ду75; 2-й циклонный испаритель - Ду50.
Размеры входных патрубков выбраны из тех соображений, чтобы при номинальной производительности установки работа циклонных испарителей была наиболее эффективной. Это достигается при скорости потока на входе в циклонный испаритель в диапазоне 20-30 м/с.
Реальная производительность установки на Западно-Ключевском месторождении составляет 33-34 тонны в сутки по сырью.
Расчетная скорость потока на входе в первый циклонный испаритель ˜28 м/с, на входе во второй циклонный испаритель ˜23 м/с. Т.е. находятся в оптимальном диапазоне.
Режим работы ТЭНов
Работа ТЭНов в циклонных испарителях должна обеспечивать компенсацию теплопотерь в окружающую среду и теплопотери, вызванные работой расширения струи.
Расчетные теплопотери во внешнюю среду:
1-й Циклонный испаритель ˜800 Вт;
2-й Циклонный испаритель ˜450 Вт.
Расчетные потери на работу расширения в циклонах:
1-й Циклонный испаритель ˜800 Вт;
2-й Циклонный испаритель ˜200 Вт.
Таким образом, для компенсации расчетных теплопотерь необходим подогрев:
1-й Циклонный испаритель ˜1600 Вт;
2-й Циклонный испаритель ˜650 Вт.
На установке «ЦИКЛОН-Ц30М» на каждый циклон было установлено по 4 ТЭНа одинаковой мощности:
На 1-й Циклонный испаритель по 1200 Вт каждый;
На 2-й Циклонный испаритель по 700 Вт каждый.
При этом на каждом циклонном испарителе один ТЭН включен постоянно, а второй включается или выключается через контроллер температуры на выходе из циклонного испарителя, поддерживая температуру на выходе из циклонного испарителя равной температуре на входе в циклонный испаритель. Третий и четвертый ТЭНы на циклонных испарителях являются резервными.
Экспериментальные данные по перегонке углеводородного сырья.
Для нефти на Западно-Ключевском месторождении.
Показателям дизельного топлива зимнего и дизельного топлива летнего видно, что показатели зимнего дизельного топлива практически полностью соответствуют ГОСТу (кроме температуры вспышки), а показатели летнего дизельного топлива недобирают до ГОСТа и по кинематической вязкости. Это объясняется тем, что практически вся лигроиновая фракция сознательно направлялась в дизельное топливо, т.к. работа велась при следующих режимах:
При получении зимнего дизельного топлива:
температура на выходе из 1-го циклонного испарителя - 310°С;
температура на выходе из 2-го циклонного испарителя - 155°С (вместо положенных 170°С по регламенту);
при получении летнего дизельного топлива:
температура на выходе из 1-го циклонного испарителя - 330°С;
температура на выходе из 2-го циклонного испарителя - так же 155°С (вместо положенных 170°С по регламенту).
Такие температуры на выходе циклонных испарителей были необходимы, чтобы больше получить дизельного топлива, а присутствие в дизельном топливе лигроиновой фракции не ухудшало такие основные показатели, как: вязкость, температура помутнения и температура застывания.Это топливо является печным дистиллятным.
Что касается прямогонного бензина, то практически все его показатели соответствуют Ту и ГОСТу А-76, кроме октанового числа и конца кипения остатка, что также объясняется наличием лигроиновой фракции.
Из результатов анализа следует, что на установке типа «ЦИКЛОН-Ц30» можно получать моторные топлива (бензин и дизельное топливо) практически, полностью соответствующие ГОСТу при отборе лигроиновой фракции. Если лигроиновую фракцию не отбирать, то соответстующей ГОСТу можно получить либо бензиновую фракцию либо дизельное топливо. Получаемый при этом мазут, судя по выходу светлых нефтепродуктов, соответствует маркам М 40 и М 100.
Из вышесказанного очевидно высокое качество получаемой продукции на установке, выполненной в соответствии с заявленным решением.
Таким образом, выполнение циклонных испарителей в виде теплоизолированных от внешней среды циклонов с подогреваемой, например, электронагревателями вертикальной цилиндрической стенкой, регулирование мощности подогрева, введение промежуточных емкостей-накопителей, при этом уровень выхода жидкости из циклона относительно поверхности земли должен находиться не ниже максимально возможного уровня жидкости в промежуточной емкости-накопителе, а ввод жидкости в промежуточную емкость-накопитель должен осуществляться под возможный минимальный уровень жидкости, позволяет обеспечить свободное истечение жидкой фазы по стенкам циклона в трубопровод, затем в теплообменники, а из теплообменников в промежуточные емкости-накопители за счет гравитационных сил и избыточного давления паров в циклонных испарителях.
Таким образом, в классической конструкции циклонного испарителя при работе циклона в оптимальном режиме (скорость парожидкостной смеси на входе в циклон около 20 м/с) эпюры скоростей в циклонном испарителе таковы, что с парами легких фракций из циклонного испарителя может уйти лишь небольшая часть паров тяжелых фракций за счет турбулентности на границе областей с парами легких и тяжелых фракций. Сочетание этого эффекта с интенсивным неравновесным разделением жидкой и паровой фаз в циклоне, с дополнительной возможностью компенсации теплопотерь, вызванных работой расширения паров на входе в циклон и теплоотдачей в окружающую среду, с помощью подогрева стенки циклона позволяет построить эффективную малогабаритную установку с четким разделением углеводородного сырья на фракции и получением качественных продуктов, в том числе моторных топлив без применения ректификационных колонн.
1. Способ перегонки углеводородного сырья, включающий несколько ступеней перегонки, при котором сырье подогревают до нижнего предела температуры кипения первой фракции, образовавшуюся парожидкостную смесь подают на ступени перегонки, в каждой из которых парожидкостную смесь разделяют на паровую и жидкую фазы, отводят жидкую фракцию как целевой продукт, а паровую фазу охлаждают до нижнего предела температуры кипения следующей фракции, отличающийся тем, что разделение на паровую и жидкую фазы на всех ступенях перегонки проводят в циклонных испарителях с цилиндрической вертикальной стенкой, при этом осуществляют подогрев вертикальной стенки каждого циклонного испарителя.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что уровень вывода целевого продукта из циклонного испарителя относительно поверхности земли должен находиться не ниже максимально возможного уровня целевого продукта в промежуточной емкости-накопителе, а ввод целевого продукта в промежуточную емкость-накопитель должен находиться ниже минимально возможного уровня целевого продукта.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что мощность подогрева вертикальной цилиндрической стенки каждого циклонного испарителя регулируют таким образом, чтобы температура парожидкостной смеси на входе циклонного испарителя была равна температуре паровой фазы на его выходе.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение паровой фазы осуществляют в воздушном калорифере регулируемым потоком воздуха.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество получаемых фракций целевого продукта по температурам кипения равно п+1, где n - количество циклонных испарителей.
6. Установка для перегонки углеводородного сырья, содержащая линию подвода сырья и линии отвода целевых продуктов, последовательно установленные на линии подвода сырья теплообменники, насос и печь для подогрева сырья, а также последовательно соединенные трубопроводами, по меньшей мере, одну или несколько ступеней перегонки сырья, каждая из которых включает последовательно соединенные трубопроводами испаритель и охладитель, причем испаритель каждой ступени сообщен трубопроводом с соответствующим теплообменником, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит промежуточные емкости-накопители для целевых продуктов, установленные на линиях отвода целевых продуктов после теплообменников, а испаритель выполнен в виде теплоизолированного от внешней среды циклонного испарителя с подогреваемой, например, электронагревателями вертикальной цилиндрической стенкой.
7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что на входе и на выходе из циклонного испарителя каждой ступени перегонки установлены датчики температуры.
8. Установка по п.6, отличающаяся тем, что охладитель каждой ступени перегонки выполнен в виде водовоздушного калорифера.
