Способ и устройство для обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое
Изобретение относится к способу и устройству для обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое. Способ включает этапы: (1) корректировку и контроль снижения вязкости, в процессе которых катализатор, периодически выгружаемый из реактора гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, корректируют с целью его хранения, а затем выгружают уже непрерывно, при этом катализатор подвергают температурной корректировке путем добавления воды, в результате чего снижается вязкость масла, адсорбированного на поверхностях и внутри пор частиц выгружаемого катализатора, и улучшается текучесть масла, адсорбированного на поверхностях и внутри пор частиц выгружаемого катализатора; (2) десорбцию и разделение с помощью вихревого потока, в процессе которых адсорбированное масло десорбируется и отделяется от поверхностей и изнутри пор частиц выгружаемого катализатора с помощью текучей сдвигающей силы от поля вихревого потока; (3) разделение и использование ресурсов трехфазной смеси из масла, воды и катализатора, в процессе которых смесь из масла, воды и катализатора, полученную после десорбции и разделения посредством вихревого потока, подвергают трехфазному разделению, благодаря которому достигается извлечение масла, рециркуляция воды посредством разделения и полное извлечение твердых частиц с помощью разделения. Предложено также устройство для осуществления способа. Технический результат заключается в уменьшении стоимости обработки, в упрощении процесса, повышении коэффициента извлечения масла, уменьшении склонности к образованию источников вторичного загрязнения. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 1пр.
Область изобретения
Изобретение относится к области нефтехимических технологий и защите окружающей среды, а именно к способу и устройству для обработки маслосодержащих пористых частиц для извлечения масла и твердых частиц, соответственно, из маслосодержащих пористых частиц. В частности, в настоящем изобретении предлагается способ и устройство для обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое.
Предшествующий уровень техники
Гидрогенизация остаточного масла в пузырьковом кипящем слое является важной технологией обработки тяжелого масла с высоким содержанием серы, остаточным содержанием углерода и металлов и имеет очевидные преимущества, так как устраняет недостатки, присущие гидрогенизации остаточного масла в неподвижном слое, такие как низкая объемная скорость, быстрая дезактивация катализатора, большое падение давления в системе, склонность к коксованию, короткий рабочий цикл устройства и так далее.
Чтобы обеспечить долгосрочную работу устройства для гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое (в течение 3-5 лет), в технологии STRONG для гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое выполняется последовательная загрузка и выгрузка катализатора. При выходе дезактивированного катализатора из реактора на поверхностях и внутри пор частиц выгружаемого катализатора адсорбируется большое количество нефтяных загрязнителей (таких как алканы, ароматические углеводороды, смолы, битумы и т.д.), при этом указанные нефтяные загрязнители при попадании в окружающую среду могут наносить серьезный ущерб организму людей, животным, растениям, воздушным и водным ресурсам. В связи с этим было введено немало строгих нормативов по выгрузке катализаторов, направленных на защиту окружающей среды. Агентство США по охране окружающей среды (ЕРА) включило в список вредных выбросов отработанные катализаторы (включая отработанные катализаторы, выгружаемые при гидрогенизационной обработке, гидрогенизационной переработке и гидрогенизационном крекинге). В 2008 году Министерство охраны окружающей среды КНР включило отработанные катализаторы в Национальный каталог опасных отходов с присвоением класса опасности Т (токсичные). С другой стороны, содержание масла в выгружаемом катализаторе обычно доходит до 20-60%. Неэффективная обработка катализатора приводит к огромным потерям нефтяных ресурсов.
В настоящее время в промышленности отработанные катализаторы обрабатываются в основном двумя способами: захоронение на полигоне либо сжигание. Однако полигоны для захоронения отходов могут занимать большие площади, а также приводить к загрязнению почвенных и водных ресурсов. При обработке сжиганием тепловая энергия, выделяемая нефтяными загрязнителями, не используется эффективным образом. Кроме того, поскольку отработанные катализаторы обычно адсорбируют большое количество серы, тяжелых металлов и других компонентов, указанные компоненты могут при сжигании или кальцинации в составе остаточных газов попадать в воздушную среду, образуя вторичный источник загрязнения.
В китайской патентной заявке CN 1557977А описан способ извлечения нефти посредством конденсации газа сухой перегонки, полученного при непрерывной сухой перегонке отработанного катализатора при температуре 400-800°С в течение 1-2,5 часов. Однако указанный способ в целом имеет такие недостатки, как большая длительность и высокое энергопотребление. В китайской патентной заявке CN 101166837А описан способ перемешивания и очистки отработанного катализатора с помощью плотнофазного газа с давлением до 60 бар. Однако в этом способе есть следующие недостатки: сложная эксплуатация устройства, большие затраты на реализацию и плохая маневренность. В патенте США 4661265 описан способ выделения масла из катализатора, выгружаемого из реактора, который включает следующие шаги: снижение температуры выгружаемого катализатора до температуры вспышки масла с помощью способа охлаждения масла; удаление отработанного катализатора из резервуара для хранения посредством винтового конвейера, при этом в процессе удаления катализатора масло стекает вниз через прорези под действием силы тяжести, в результате чего происходит отделение масла от отработанного катализатора. Однако эффективность указанного способа невысока - после обработки катализатор по-прежнему содержит большое количество масла.
Резюмируя, можно сказать, что в целом используемые в настоящее время способы обработки отработанного катализатора не дают идеального результата из-за недостаточной эффективности удаления масла, чрезмерно высокой энергоемкости процесса или даже из-за образования вторичного загрязнения. Развитию процесса гидрогенизации препятствуют серьезные проблемы, связанные с потреблением ресурсов и загрязнением окружающей среды, которые вызваны нерациональными способами обработки отработанных катализаторов. Для устранения препятствий развитию процесса гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое необходимо решить вопрос с обработкой отработанного катализатора, который выгружается при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое. Таким образом, наиболее приоритетной задачей на данный момент является разработка способа и устройства для эффективной обработки отработанного катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое.
В 1993 году Агентство США по охране окружающей среды утвердило термодесорбцию как способ обработки нефтяных маслосодержащих твердых отходов (нефтяного шлама); в рамках термодесорбции отходы несколько раз промывают горячим водно-щелочным раствором, а затем с помощью пневматической флотации выполняют разделение на твердую и жидкую фазы. Как правило, температура промывки регулируется на уровне 70°С, соотношение жидкой и твердой фаз составляет 3:1, а время промывки равно 20 минутам. Нефтяной шлам с 30-процентным содержанием масла можно промыть так, чтобы он содержал менее 1% остаточного масла. В 1999 году Майкл Дж. Манн (Michael J. Mann, Full-scale and Pilot-scale Soil Washing [J]. Journal of Hazardous Materials, 1999, 66:119-136) осуществил обработку почвы, загрязненной маслом, с помощью промывания горячей водой, и сконструировал модель устройства для промывки почвы. В этом случае частицы загрязненной почвы разделялись по размеру с помощью гидроциклона, а затем классифицированные частицы загрязненной почвы промывались при перемешивании в мешалке. При этом удавалось достигать хороших результатов, и промывка горячей водой стала сравнительно эффективным способом обработки твердых маслосодержащих отходов. В патенте Германии DE 4232455 (А1) также используется гидравлическая классификация загрязненной почвы гидроциклоном, при этом после классификации частицы загрязненной почвы промывают в струйной мешалке, а в качестве моющей среды может использоваться горячая вода, пар или вода с добавлением химической добавки. Однако все вышеуказанные способы направлены на обработку природного песка или глинистых частиц, объем порового пространства и удельная площадь поверхности которых намного меньше, чем у искусственной подложки катализатора. Ху Цзяофань и др. (Нu Xiaofang et al, Relationship between Air Permeability of Soil, Specific Surface Area of Clay Particles and Fractal Dimensions of Particle Size Distribution of Clay Particles [J]. Chinese Journal of Soil Science, 2007, 38(2): 215-219) измерили удельную площадь поверхности глинистых частиц почвы на юге Китая и получили, что удельная площадь поверхности глинистых частиц по методу БЭТ в почве, как правило, составляет 39-151 м2/кг. Для сравнения, удельная площадь поверхности по методу БЭТ в случае подложки катализатора, который используется при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, достигает 286109,4 м2/кг. Тот факт, что удельная площадь поверхности частиц катализатора намного больше, чем у глинистых частиц, говорит о том, что частицы катализатора адсорбируют намного больше нефтяных загрязнителей, и в этом случае отделить масло путем десорбции будет сложнее. При обработке маслосодержащих пористых частиц отработанного катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, которые имеют большой объем порового пространства и большую удельную площадь поверхности, возникают сложности при использовании традиционного способа промывки в горячей воде. Кроме того, этот способ сопряжен с рядом трудностей: процесс сложный, устройства занимают большую площадь, для устройств требуются большие вложения средств, продолжительный цикл процесса.
Таким образом, существует острая необходимость в создании способа и устройства для обработки отработанного катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, которые позволили бы более эффективно решать связанные с таким катализатором проблемы и достичь цели по извлечению масла из отработанного катализатора.
Раскрытие изобретения
В изобретении предлагаются способ и устройство для обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, благодаря которым решаются проблемы, существующие на предшествующем уровне техники.
Изобретение решает техническую задачу по созданию способа обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, способного решить проблемы, присущие существующим способам обработки отработанного катализатора, такие как высокая стоимость обработки, высокая сложность процесса, низкий коэффициент извлечения масла, склонность к образованию источников вторичного загрязнения и т.д., при этом предлагаемый в изобретении способ имеет простую последовательность, прост в осуществлении и решает проблемы, возникающие при широкомасштабном применении технологии гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое.
Еще одна техническая задача, решаемая изобретением, заключается в создании устройства для обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое.
Согласно изобретению предлагается способ обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, в который входят следующие шаги:
(1) корректировочные и контрольные мероприятия, направленные на снижение вязкости, в рамках которых катализатор, периодически выгружаемый из реактора гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, корректируется с целью его хранения, а затем выгружается уже непрерывно, подвергается температурной корректировке путем добавления воды, в результате чего снижается вязкость масла, адсорбированного на поверхностях и внутри пор частиц выгружаемого катализатора, и улучшается текучесть масла, адсорбированного на поверхностях и внутри пор частиц выгружаемого катализатора;
(2) десорбция и разделение с помощью вихревого потока, в рамках которых адсорбированное масло десорбируется и отделяется от поверхностей и изнутри пор частиц выгружаемого катализатора с помощью текучей сдвигающей силы в поле вихревого потока; а также
(3) разделение и использование ресурсов трехфазной смеси из масла, воды и катализатора, в рамках которых смесь из масла, воды и катализатора, полученная после десорбции и разделения посредством вихревого потока, подвергается трехфазному разделению, благодаря которому достигается извлечение масла, рециркуляция воды посредством разделения и полное извлечение твердых частиц с помощью разделения.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения на шаге (3) смесь из масла и воды, полученная после десорбции и разделения посредством вихревого потока, подвергается разделению на воду и масло, благодаря которому извлекается масло, а полученная при разделении вода подвергается рециркуляции; смесь из частиц катализатора и воды, полученная после десорбции и разделения посредством вихревого потока, подвергается двухфазной дегидратации посредством концентрации и сушки для извлечения частиц катализатора, при этом получаемая при дегидратации вода также подвергается рециркуляции.
В другом предпочтительном варианте осуществления катализатор, выгружаемый при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, имеет содержание масла 20-60 мас.%; удельная площадь поверхности свежей подложки определяется по методу BJH (метод для измерения удельной площади поверхности) и составляет 183,071-416,308 м2/г, а объем порового пространства равен 0,22-0,71 мл/г.
Также в изобретении предлагается устройство для обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, содержащее:
резервуар для перемешивания и корректировки, который применяется для корректировки и хранения катализатора, периодически выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, и для управления непрерывным истечением материала с целью обеспечения постоянной обработки выгружаемого катализатора;
резервуар для перемешивания и диспергирования, который соединен с выходным отверстием резервуара для перемешивания и корректировки и предназначен для корректировки температуры выгружаемого катализатора путем добавления воды с целью снижения вязкости масла, адсорбированного на поверхностях и внутри пор частиц выгружаемого катализатора, и улучшения текучести адсорбированного масла на поверхностях и внутри пор частиц выгружаемого катализатора;
вихревой десорбер, соединенный с выходным отверстием резервуара для перемешивания и диспергирования и предназначенный для формирования в нем поля вихревого потока из смеси выгружаемого катализатора и воды, при этом адсорбированное масло десорбируется и отделяется посредством вихревого потока от поверхностей и изнутри пор частиц выгружаемого катализатора за счет текучей сдвигающей силы в поле вихревого потока;
резервуар для хранения циркуляционной горячей воды, соединенный с отверстием для выхода смеси воды и масла из вихревого десорбера для разделения масла и воды;
насос для циркуляционной горячей воды, соединенный с выходным отверстием резервуара для хранения циркуляционной горячей воды и предназначенный для закачки циркуляционной горячей воды в резервуар для перемешивания и диспергирования для осуществления рециркуляции;
вихревой концентратор, соединенный с отверстием вихревого десорбера для выхода фазы, обогащенной частицами катализатора, и предназначенный для дегидрации смеси катализатора и воды посредством концентрации после десорбции и разделения с помощью вихревого потока; а также
сушильную установку, соединенную с отверстием вихревого концентратора для выхода фазы, обогащенной частицами катализатора, и предназначенную для окончательной дегидратации смеси катализатора и воды посредством сушки, чтобы добиться извлечения твердых частиц катализатора.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения весовое соотношение выгружаемого катализатора и циркуляционной воды в резервуаре для перемешивания и диспергирования составляет от 1:5 до 1:100, а сам резервуар для перемешивания и диспергирования имеет рабочую температуру 50-190°С, рабочее манометрическое давление 0-1,3 МПа и время диспергирования 1-120 минут.
В другом предпочтительном варианте осуществления в вихревом десорбере скорость сдвига составляет 3000-10000 с-1; рабочее давление не превышает 0,15 МПа; коэффициент разделения частиц катализатора не ниже 98%; скорость потока на выходном отверстии для фазы, обогащенной частицами катализатора, составляет 5-25% от скорости на входном отверстии; содержание масла в выгружаемом катализаторе после десорбции и разделения с помощью вихревого потока сокращается после выполнения сушки до уровня ниже 13,5 мас% (от веса выгружаемого катализатора).
В еще одном предпочтительном варианте осуществления коэффициент разделения частиц катализатора с помощью вихревого концентратора не ниже 98%, а рабочее давление не превышает 0,15 МПа.
В другом предпочтительном варианте осуществления вихревой концентратор выполнен в виде гидроциклона; резервуар для хранения циркуляционной горячей воды выполнен в виде устройства для разделения масла и воды; насос для циркуляционной горячей воды выполнен в виде химико-технологического насоса; а сушильная установка выполнена в виде сушильной установки с внутренней обратной запиткой.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления в резервуаре для перемешивания и корректировки применяется перемешивающее устройство для предотвращения отложения осадков и отвердевания при длительном хранении выгружаемого катализатора; а резервуар для перемешивания и диспергирования выполнен в виде устройства для перемешивания и диспергирования с целью обеспечения однородного температурного контроля системы посредством перемешивания и диспергирования.
Также изобретение относится к использованию вышеуказанного устройства для обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, в рамках обработки маслосодержащих твердых отходов.
Описание чертежей
На Фиг. 1 изображена блок-схема способа обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое.
Лучший вариант осуществления изобретения
Проведя обширные и глубокие исследования, авторы настоящего изобретения обнаружили, что при обработке отработанного катализатора, выгружаемого в процессе гидрогенизации остаточного масла в кипящем пузырьковом слое, улучшение текучести адсорбированного масла на поверхностях и внутри пор частиц отработанного катализатора в результате регулирования температуры системы за счет добавления воды создает благоприятные условия для десорбции и отделения остаточного масла; кроме того, процесс десорбции и отделения адсорбированного масла усиливается за счет текучей сдвигающей силы в поле вихревого потока; после разделения трехфазной смеси из масла, воды и твердых частиц в процессе десорбции и разделения выполняется извлечение масла, рециркуляция воды и извлечение твердых частиц катализатора. При этом качественно решается проблема обработки отработанного катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, и достигается цель, заключающаяся в извлечении масла из отработанного катализатора. Предлагаемый в изобретении способ имеет огромное значение для крупномасштабного распространения процесса гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, так как особенно хорошо подходит для обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, который имеет большой объем порового пространства и большую удельную площадь поверхности. Таким образом, настоящее изобретение было выполнено на основе вышеуказанных результатов.
В рамках данного изобретения предлагается способ обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, который включает корректировочные и контрольные мероприятия, направленные на снижение вязкости, десорбцию и разделение с помощью вихревого потока, а также разделение и использование ресурсов трехфазной смеси из масла, воды и катализатора. В частности, способ включает следующие шаги:
введение отработанного катализатора, периодически выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, в резервуар для перемешивания и корректировки с целью хранения и накопления катализатора, а также для управления непрерывным истечением материала с целью обеспечения постоянной обработки выгружаемого катализатора;
введение отработанного катализатора при его непрерывном управляемом истечении в резервуар для перемешивания и диспергирования с целью корректировки температуры системы путем добавления горячей воды для снижения вязкости масла, адсорбированного на поверхностях и внутри пор частиц выгружаемого катализатора, и улучшения текучести адсорбированного масла;
введение отработанного катализатора, температура которого регулируется посредством циркуляции горячей воды, в вихревой десорбер для выполнения десорбции и отделения адсорбированного масла от поверхностей и изнутри пор частиц выгружаемого катализатора с помощью текучей сдвигающей силы в поле вихревого потока;
введение смеси масла и воды, полученной после десорбции и отделения посредством вихревого потока, в резервуар для хранения циркуляционной горячей воды для разделения на воду и масло и извлечения масла; прокачка горячей воды через насос для циркуляционной горячей воды для осуществления рециркуляции; двухфазная дегидратация смеси из частиц катализатора и воды, полученной после десорбции и отделения посредством вихревого потока, которая выполняется с помощью концентрации и сушки в сушильной установке с целью извлечения частиц катализатора, при этом получаемая при дегидратации вода также может подвергаться рециркуляции, попадая в резервуар для хранения циркуляционной горячей воды.
Согласно изобретению отработанный катализатор, выгружаемый при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, имеет содержание масла 20-60 мас.%; удельная площадь поверхности свежей подложки определяется по методу BJH (метод для измерения удельной площади поверхности) и составляет 183,071-416,308 м2/г, а объем порового пространства равен 0,22-0,71 мл/г.
Согласно изобретению соотношение выгружаемого катализатора и циркуляционной воды в резервуаре для перемешивания и диспергирования составляет от 1:5 до 1:100; рабочая температура находится в пределах 50-190°С; рабочее манометрическое давление находится в диапазоне 0-1,3 МПа; время диспергирования составляет 1-120 минут.
Согласно изобретению в вихревом десорбере скорость сдвига составляет 3000-10000 с-1; рабочее давление не превышает 0,15 МПа; коэффициент разделения твердых частиц катализатора не ниже 98%; скорость потока на выходном отверстии для фазы, обогащенной частицами катализатора, составляет 5-25% от скорости на входном отверстии; содержание масла в выгружаемом катализаторе после десорбции и разделения с помощью вихревого потока сокращается после выполнения сушки до уровня ниже 13,5 мас.%.
Согласно изобретению коэффициент разделения частиц катализатора с помощью вихревого концентратора не ниже 98%, а рабочее давление не превышает 0,15 МПа.
Предлагаемый в изобретении способ подходит для обработки не только катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, но и различных маслосодержащих твердых отходов, образующихся на нефтяных месторождениях, нефтеперерабатывающих заводах и т.п.
Также в изобретении предлагается устройство для обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, которое включает:
резервуар для перемешивания и корректировки, который применяется для корректировки и хранения катализатора, периодически выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, и для управления непрерывным истечением материала с целью обеспечения постоянной обработки выгружаемого катализатора;
резервуар для перемешивания и диспергирования, который соединен с выходным отверстием резервуара для поддержания требуемой температуры выгружаемого катализатора путем добавления воды с целью снижения вязкости масла, адсорбированного на поверхностях и внутри пор частиц выгружаемого катализатора, и улучшения текучести адсорбированного масла;
вихревой десорбер, соединенный с выходным отверстием резервуара для перемешивания и диспергирования и предназначенный для формирования в нем устойчивого поля вихревого потока из смеси выгружаемого катализатора и горячей воды, при этом адсорбированное масло десорбируется и отделяется от поверхностей и изнутри пор частиц выгружаемого катализатора за счет текучей сдвигающей силы в поле вихревого потока;
резервуар для хранения циркуляционной горячей воды, соединенный с отверстием для выхода смеси воды и масла из вихревого десорбера и предназначенный для разделения масла и воды; насос для циркуляционной горячей воды, соединенный с выходным отверстием резервуара для хранения циркуляционной горячей воды и предназначенный для закачки циркуляционной горячей воды в резервуар для перемешивания и диспергирования для циркуляционного использования; вихревой концентратор, соединенный с отверстием вихревого десорбера для выхода фазы, обогащенной частицами катализатора, и предназначенный для дегидратации смеси катализатора и воды посредством концентрации после десорбции и разделения с помощью вихревого потока; сушильная установка, соединенная с отверстием вихревого концентратора для выхода фазы, обогащенной частицами катализатора, и предназначенная для окончательной дегидратации смеси катализатора и воды посредством сушки, чтобы добиться извлечения твердых частиц катализатора.
Согласно изобретению в резервуаре для перемешивания и корректировки применяется перемешивающее устройство для предотвращения отложения осадков и отвердевания при длительном хранении выгружаемого катализатора.
Согласно изобретению резервуар для перемешивания и диспергирования выполнен в виде устройства для перемешивания и диспергирования с целью обеспечения однородного температурного контроля системы посредством перемешивания и диспергирования.
Согласно изобретению в вихревом десорбере используется текучая сдвигающая сила в образуемом в нем устойчивом поле вихревого потока из смеси выгружаемого катализатора и горячей воды, чтобы добиться десорбции и отделения адсорбированного масла от поверхностей и изнутри пор частиц выгружаемого катализатора.
Согласно изобретению вихревой концентратор выполнен в виде гидроциклона; резервуар для хранения циркуляционной горячей воды выполнен в виде устройства для разделения масла и воды; насос для циркуляционной горячей воды выполнен в виде химико-технологического насоса; а сушильная установка выполнена в виде сушильной установки с внутренней обратной запиткой.
Предлагаемое в изобретении устройство подходит для обработки не только катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, но и различных маслосодержащих твердых отходов, образующихся на нефтяных месторождениях, нефтеперерабатывающих заводах и т.п.
Для более полного понимания и наглядной демонстрации целей и характеристик настоящего изобретения ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на приложенный чертеж.
Фиг. 1 - блок-схема способа обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 1, отработанный катализатор периодически выгружается из реактора гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое и попадает в резервуар 1 для перемешивания и корректировки (который загерметизирован посредством уплотнительного газа); после корректировки и накопления в резервуаре 1 для перемешивания и корректировки выполняется непрерывная управляемая выгрузка материала с целью обеспечения постоянной обработки выгружаемого катализатора; отработанный катализатор, вытекающий непрерывным и управляемым образом, попадает в резервуар 2 для перемешивания и диспергирования (который загерметизирован посредством уплотнительного газа); одновременно в резервуар 2 для перемешивания и диспергирования закачивается циркуляционная горячая вода из резервуара 5 для хранения циркуляционной горячей воды с помощью насоса 6 для циркуляционной горячей воды; температура системы корректируется до нужного уровня путем добавления циркуляционной горячей воды в целях снижения вязкости масла, адсорбированного на поверхностях и внутри пор частиц выгружаемого катализатора, и улучшения текучести адсорбированного масла; отработанный катализатор, температура которого регулируется посредством циркуляции горячей воды, попадает в вихревой десорбер 3 для выполнения десорбции и отделения масла от поверхностей и изнутри пор частиц выгружаемого катализатора с помощью текучей сдвигающей силы в поле вихревого потока; смесь воды и масла, образовавшаяся в вихревом десорбере 3, выходит через отверстие для выхода смеси воды и масла в верхней части вихревого десорбера 3 и попадает в резервуар 5 для хранения циркуляционной горячей воды для разделения смеси масла и воды, в результате чего извлекается масло; смесь частиц катализатора с водой, полученная в вихревом десорбере 3, выходит через отверстие для выхода фазы, обогащенной частицами катализатора, в нижней части вихревого десорбера 3 и попадает в вихревой концентратор 4 для снижения количества воды посредством дегидратации с помощью вихревой концентрации; после вихревой концентрации частично обезвоженная смесь частиц катализатора и воды выходит через выходное отверстие для фазы с концентрированными частицами катализатора в нижней части вихревого концентратора 4 и попадает в сушильную установку 7 для дегидратации посредством сушки, чтобы таким образом извлечь частицы катализатора; вода, получаемая при дегидратации в вихревом концентраторе 4, и водяной конденсат, полученный конденсацией сушильного остаточного газа из сушильной установки 7 посредством конденсатора 8, также могут направляться в резервуар 5 для хранения циркуляционной горячей воды с целью рециркуляции этой воды; также резервуар 5 для хранения циркуляционной горячей воды может дополняться водой, полученной извне.
Основные преимущества изобретения включают следующее:
1) непрерывная обработка отработанного катализатора - катализатор, периодически выделяющийся из реактора гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, после корректировки и хранения выделяется уже непрерывно;
2) поскольку отработанный катализатор корректируется до получения требуемой температуры путем добавления воды с целью снижения вязкости масла, адсорбированного на поверхностях и внутри пор частиц выгружаемого катализатора, и улучшения текучести адсорбированного масла, а затем для десорбции и отделения адсорбированного масла от поверхностей и изнутри пор твердых частиц используется текучая сдвигающая сила в поле вихревого потока, весь процесс обработки выполняется под механическим воздействием, демонстрируя преимущества простой последовательности, высокой эффективности удаления масла, низких эксплуатационных затрат и удобства эксплуатации; кроме того, не используются реагенты, что позволяет избежать вторичных загрязнений и дополнительных расходов на реагенты; а также
3) используемая в рамках данного изобретения горячая вода может подвергаться рециркуляции для дальнейшего использования, а также могут быть извлечены твердые частицы катализатора, в уменьшенном количестве.
Далее настоящее изобретение дополнительно проиллюстрировано со ссылкой на конкретный пример осуществления. Представленный пример служит лишь для наглядной демонстрации настоящего изобретения и не ограничивает его объема. Методы испытаний, для которых в описании примера не указано специфических условий, выполняются по стандартной процедуре и в обычных условиях, либо в соответствии с рекомендациями производителя. Все процентные отношения и доли приведены по весу, если явно не указано иное.
Пример
Отработанный катализатор, выделяемый установкой для гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое с производительностью 50000 тонн в год, обрабатывался в соответствии с предлагаемым в настоящем изобретении способом. Далее описаны процедура и результат.
1. Свойства отработанного катализатора.
Последовательная выгрузка отработанного катализатора, суммарное количество - 4 тонны в неделю, из которых 2,4 тонны приходится на содержащееся в катализаторе масло.
В качестве свежей подложки катализатора используются микросферические частицы диаметром 0,4-0,5 мм, удельная площадь поверхности по методу BJH 416,308 м2/г, объем порового пространства 0,71 мл/г, распределение пор по размерам следующее: 50% имеют размер менее 7 нм.
Нефтяные загрязнители, адсорбированные на поверхностях и внутри пор частиц отработанного катализатора, в основном, находятся в интервале кипения фракции дизельного топлива и могут содержать незначительное количество парафина.
2. Процедура.
Процедура выполнялась в соответствии с предлагаемым в изобретении способом и включала следующее:
(А) отработанный катализатор, периодически выгружаемый при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, вводили в резервуар 1 для перемешивания и корректировки с целью хранения и накопления катализатора (в сумме 4 тонны в неделю), скорость непрерывной выгрузки контролировали на уровне 0,024 тонны в час с целью обеспечения постоянной обработки выгружаемого катализатора;
(Б) непрерывно вытекающий отработанный катализатор вводили в резервуар 2 для перемешивания и диспергирования, добавляли воду в пропорции 1:40 (отработанный катализатор: вода) и контролировали температуру на уровне 95°С; смесь отработанного катализатора с горячей водой перемешивали в резервуаре 2 для перемешивания и диспергирования в течение 60 минут с целью обеспечения однородного температурного контроля;
(В) смесь отработанного катализатора и горячей воды при температуре 95°С вводили в вихревой десорбер 3 при касательной скорости 12 м/с, при этом десорбция и отделение адсорбированного масла от поверхностей и изнутри пор частиц отработанного катализатора осуществлялись с помощью текучей сдвигающей силы в поле вихревого потока; и
(Г) горячую маслосодержащую воду, полученную после десорбции и отделения посредством вихревого потока, вводили в резервуар 5 для хранения циркуляционной горячей воды для разделения на воду и масло и извлечения масла; прокачивали горячую воду через насос 6 для циркуляционной горячей воды с целью рециркуляции; проводили двухфазную дегидратацию смеси из частиц катализатора и воды, полученной после десорбции и отделения посредством вихревого потока, при этом дегидратацию выполняли с помощью концентрации в концентраторе 4 и сушки в сушильной установке 7 с целью извлечения частиц катализатора; получаемая при дегидратации вода также подвергалась рециркуляции, попадая в резервуар 5 для хранения циркуляционной горячей воды.
3. Анализ результатов
После обработки отработанного катализатора, выгружаемого из реактора гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое в количестве 4 тонн в неделю (из которых 2,4 тонны составляет масло), проведенной в соответствии с предлагаемым в изобретении способом, содержание масла в катализаторе уменьшилось до менее 13,5%, в неделю можно извлечь 2,12 тонны масла, при этом коэффициент извлечения масла достигал 88%. Отметим, что объем порового пространства подложки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в кипящем пузырьковом слое, составлял 0,71 мл/г, при этом в порах отработанного катализатора было адсорбировано 0,52 тонны масла на тонну катализатора (по массе решетки). После обработки катализатора удалось извлечь 75% масла, адсорбированного в порах подложки.
Большая часть веществ, содержащихся в извлеченном масле, находится в интервале кипения фракции дизельного топлива. При цене дизельного топлива 7775 юаней за тонну и объеме обрабатываемого отработанного катализатора 192 тонн в год (с содержанием 114 тонн масла), то есть извлечении 101 тонны масла, экономия составит, порядка, 790 тысяч юаней в год. Кроме того, эта процедура вносит вклад в защиту окружающей среды.
Все упоминаемые в изобретении документы включены в заявку посредством ссылки. Следует учитывать, что после ознакомления с описанием изобретения специалисты могут выполнять различные модификации и изменения, и эти изменения и модификации будут оставаться в пределах сущности и объема изобретения, определяемых приложенной формулой изобретения.
1. Способ обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, включающий этапы:
(1) корректировку и контроль снижения вязкости, в процессе которых катализатор, периодически выгружаемый из реактора гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, корректируют с целью его хранения, а затем выгружают уже непрерывно, при этом катализатор подвергают температурной корректировке путем добавления воды, в результате чего снижается вязкость масла, адсорбированного на поверхностях и внутри пор частиц выгружаемого катализатора, и улучшается текучесть масла, адсорбированного на поверхностях и внутри пор частиц выгружаемого катализатора;
(2) десорбцию и разделение с помощью вихревого потока, в процессе которых адсорбированное масло десорбируется и отделяется от поверхностей и изнутри пор частиц выгружаемого катализатора с помощью текучей сдвигающей силы от поля вихревого потока; а также
(3) разделение и использование ресурсов трехфазной смеси из масла, воды и катализатора, в процессе которых смесь из масла, воды и катализатора, полученную после десорбции и разделения посредством вихревого потока, подвергают трехфазному разделению, благодаря которому достигается извлечение масла, рециркуляция воды посредством разделения и полное извлечение твердых частиц с помощью разделения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе (3) смесь из масла и воды, полученную после десорбции и разделения посредством вихревого потока, подвергают разделению на воду и масло, благодаря чему извлекается масло, а полученная при разделении вода подвергается рециркуляции, при этом смесь из частиц катализатора и воды, полученную после десорбции и разделения посредством вихревого потока, подвергают двухфазной дегидратации посредством концентрации и сушки для извлечения частиц катализатора, при этом получаемую при дегидратации воду также подвергают рециркуляции.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что катализатор содержит масло 20-60 мас.%, при этом удельная площадь поверхности свежей подложки катализатора, определяемая по методу BJH, составляет 183,071-416,308 м2/г, а объем порового пространства составляет 0,22-0,71 мл/г.
4. Устройство для обработки катализатора, выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, содержащее:
резервуар (1) для перемешивания и корректировки, который предназначен для корректировки и хранения катализатора, периодически выгружаемого при гидрогенизации остаточного масла в пузырьковом кипящем слое, и для управления непрерывной выгрузкой материала с целью обеспечения постоянной обработки выгружаемого катализатора;
резервуар (2) для перемешивания и диспергирования, который соединен с выходным отверстием резервуара (1) для перемешивания и корректировки и предназначен для корректировки температуры выгружаемого катализатора путем добавления воды с целью снижения вязкости масла, адсорбированного на поверхностях и внутри пор частиц выгружаемого катализатора, и для улучшения текучести адсорбированного масла на поверхностях и внутри пор частиц выгружаемого катализатора;
вихревой десорбер (3), соединенный с выходным отверстием резервуара (2) для перемешивания и диспергирования и предназначенный для формирования в нем поля вихревого потока из смеси выгружаемого катализатора и воды, при этом адсорбированное масло десорбируется и отделяется посредством вихревого потока от поверхностей и изнутри пор частиц выгружаемого катализатора за счет текучей сдвигающей силы в поле вихревого потока;
резервуар (5) для хранения циркуляционной горячей воды, соединенный с отверстием для выхода смеси воды и масла из вихревого десорбера (3) и предназначенный для разделения масла и воды;
насос (6) для циркуляционной горячей воды, соединенный с выходным отверстием резервуара (5) для хранения циркуляционной горячей воды и предназначенный для закачки циркуляционной горячей воды в резервуар (2) для перемешивания и диспергирования для осуществления рециркуляции;
вихревой конденсатор (4), соединенный с отверстием вихревого десорбера (3) для выхода фазы, обогащенной частицами катализатора, и предназначенный для дегидрации смеси катализатора и воды посредством концентрации после десорбции и разделения с помощью вихревого потока; а также
сушильную установку (7), соединенную с отверстием вихревого конденсатора (4) для выхода фазы, обогащенной частицами катализатора, и предназначенную для окончательной дегидрации смеси катализатора и воды посредством сушки, чтобы добиться извлечения твердых частиц катализатора.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что весовое соотношение выгружаемого катализатора и циркуляционной воды в резервуаре (2) для перемешивания и диспергирования составляет от 1:5 до 1:100, при этом рабочая температура резервуара составляет 50-190°C, рабочее манометрическое давление - 0-1,3 МПа, а время диспергирования - 1-120 мин.
6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что в вихревом десорбере (3) скорость сдвига составляет 3000-10000 с-1, рабочее давление не превышает 0,15 МПа, коэффициент разделения частиц катализатора не ниже 98%, а скорость потока на выходном отверстии для фазы, обогащенной частицами катализатора, составляет 5-25% от скорости на входном отверстии, при этом содержание масла в выгружаемом катализаторе после десорбции, разделения и сушки уменьшается до уровня ниже 13,5 мас.%.
7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что коэффициент разделения частиц катализатора с помощью вихревого концентратора (4) не ниже 98%, а рабочее давление не превышает 0,15 МПа.
8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что вихревой концентратор (4) выполнен в виде гидроциклона, резервуар (5) для хранения циркуляционной горячей воды выполнен в виде устройства для разделения масла и воды, насос (6) для циркуляционной горячей воды выполнен в виде химико-технологического насоса, а сушильная установка (7) выполнена в виде сушильной установки с внутренней обратной запиткой.
9. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что перемешивающее устройство в резервуаре (1) для перемешивания и корректировки предназначено для предотвращения отложения осадков и отвердевания при длительном хранении выгружаемого катализатора, а резервуар (2) для перемешивания и диспергирования выполнен в виде устройства для перемешивания и диспергирования с возможностью обеспечения однородного температурного контроля системы посредством перемешивания и диспергирования.
10. Использование устройства по любому из пп. 4-9 при обработке маслосодержащих твердых отходов.
