Установка и устройства углубленной переработки углеводородного сырья

Полезная модель относится к нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и топливно-энергетической промышленности, а конкретно к области подготовки и глубокой переработки нефти, в том числе тяжелой, природных битумов, остатков нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств и других жидких углеводородных сред, и может быть использована в производстве углеводородного топлива, нефтехимической и химической продукции. Кроме того, применение полезной модели позволяет решать многие экологические проблемы и приводит к улучшению экологической обстановки.

Технический результат применения полезной модели - увеличение выхода легких целевых продуктов (бензиновых, керосиновых и дизельных фракций, продуктов нефтехимии) одновременно с улучшением их качества и увеличение глубины промышленной переработки сырья, упрощение и удешевление процесса и оборудования для подготовки и глубокой переработки сырья, снижение эксплуатационных и капитальных затрат при высокой глубине дальнейшей переработки, экономия и рациональное использование углеводородного сырья.

Технический результат достигается за счет того, что сырье нагревают, затем для инициирования управляемого процесса разрыва связей молекул (термомеханического крекинга) подвергают механическому и волновому воздействию различной природы и широкого спектра частот, а легкие фракции реакции подвергают модификации (улучшению качества) в устройстве с катализатором.

Предлагаемые установка и устройства просты в эксплуатации и не требуют больших капитальных и эксплуатационных затрат.

25 з.п. ф-л, 7 илл., 2 табл.

Область техники.

Полезная модель относится к нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической, а также к топливно-энергетической промышленности, а конкретно к области подготовки и углубленной переработки нефти, в том числе тяжелой, остатков нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, природных битумов, в дальнейшем сырье, и может быть использовано в производстве углеводородного топлива, нефтехимической и химической продукции. Кроме того, применение полезной модели позволяет решать многие экологические проблемы и приводит к улучшению экологической обстановки. Под подготовкой и углубленной переработкой нефти, нефтяных остатков и другого сырья понимается не только удаление вредных примесей из сырья, но и, самое главное, увеличение количества легких целевых продуктов выше их потенциального содержания в исходном сырье, что позволяет в дальнейшем существенно увеличить глубину переработки и рентабельность всего перерабатывающего производства. Под легкими целевыми продуктами или фракциями понимаются фракции для дальнейшей переработки и получения легких целевых товарных продуктов с температурой конца кипения преимущественно до 350-360°C, содержащие топливные, т.е. наиболее дорогие газовые, бензиновые, керосиновые и дизельные фракции, а также продукты для нефтехимических и химических производств (бензол, толуол и др.). В дальнейшем - легкие целевые фракции или продукты, из которых при окончательной переработке получают легкие целевые товарные продукты (сжиженный газ, тестированные бензин, дизельное топливо, продукты нефтехимии и др.). Тяжелые товарные продукты - кокс, битум, битумные эмульсии, покрытия, масла и другие товарные продукты.

Предшествующий уровень техники.

Первичная перегонка нефти на НПЗ осуществляется двумя способами: однократным испарением в одной ректификационной колонне и с предварительным испарением легких фракций, или двукратным испарением (Багиров И.Т. Высокопроизводительные атмосферные и атмосферно-вакуумные установки. М., "Химия", 1964, с.5; Дехтерман А.Ш. Переработка нефти по топливному варианту. М., "Химия", 1988, с.41). Перед подачей нефти на разделение требуется ее подготовка. Подготовка нефти осуществляется в блоках ЭЛОУ (электро-обезвоживающая и обессоливающая установка). Оборудование сложное в изготовлении и эксплуатации, взрывоопасное (Дехтерман А.Ш. Переработка нефти по топливному варианту. М., "Химия", 1988, с.36).

Для разделения углеводородного сырья (в том числе и нефти) его нагревают. Для этой цели используют различные трубчатые печи (Ентус Н.Р., Шарихин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М., "Химия", 1987, с.6, и др.). Разделение нефти на фракции основано на различии температуры кипения ее компонентов. Низкокипящая часть переходит в паровую фазу и, после конденсации, образует дистиллят. Для четкого разделения смеси используют атмосферную или вакуумную ректификацию (Дехтерман А.Ш. Переработка нефти по топливному варианту. М., "Химия", 1988, с.26). Ректификационные аппараты относятся к достаточно технологически и конструкционно-отработанному оборудованию.

Однако такая переработка нефти и нефтепродуктов не позволяет решить проблему углубленной переработки нефтесодержащих фракций с целью максимального извлечения и эффективного использования полученных продуктов переработки (выше их потенциального содержания в сырье), а без глубокой переработки перерабатывающие производства практически нерентабельны.

Для переработки тяжелых нефтесодержащих фракций с целью получения дополнительного количества легких нефтепродуктов широко известен способ каталитического крекинга нефтепродуктов - способ термического разложения тяжелых нефтяных фракций в присутствии катализатора (см. Рудин М.Г., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика. Л.: Химия. 1980, с.70-73). Способ включает нагревание исходного сырья до температуры 470-550°C, смешивание его с водяным паром, а затем с катализатором, обработку смеси в реакторе с последующим каталитическим разложением сырья и разделением его на фракции, а также выделение и регенерацию катализатора при температуре 590-670°C. Однако известный способ является дорогим и сложным для реализации. Тяжелые нефтяные фракции нефти и остатков будут очень быстро приводить к отравлению и коксованию активной поверхности любого катализатора. Необходимость постоянного изготовления и обновления катализаторов, оперативная их смена и утилизация требует дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат и повышает себестоимость процесса переработки и получаемой продукции.

Термический крекинг известен очень давно (Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. Ч.2. М., «Химия», 1968. Пархоменко В.Е. Технология переработки нефти и газа. М., Гостоптехиздат, 1959.). К недостаткам термического крекинга относятся следующие. При нагревании сырья с ростом температуры количество разрывов связей медленно и плавно увеличивается, но при достижении критической температуры (зависит от свойств и состава исходного сырья) это количество резко увеличивается, процесс разрыва связей проходит лавинообразно, неуправляемо. Это приводит к коксованию оборудования и снижению межремонтного пробега, процесс периодический. В продуктах термического крекинга много газов, непредельных углеводородов, что увеличивает требования к дальнейшему оборудованию при получении товарных продуктов - бензина, дизельного топлива и др., что, в конечном итоге, приводит к увеличению капитальных и текущих затрат. Поэтому в последнее время процессы термического крекинга, особенно по топливному варианту, применяются редко. Высокие температуры нагрева сырья (470-550°C и выше) и давления (до 7 МПа и выше) также приводят к большим капитальным затратам, а коксование оборудования и небольшой межремонтный пробег оборудования - к увеличению эксплуатационных затрат.

Известны способы переработки тяжелых нефтесодержащих фракций с использованием, наряду с термическими и каталитическими, физических методов воздействия для активирования перерабатываемого сырья.

Известен способ переработки путем последовательного извлечения фракций из углеводородного сырья с использованием электромагнитной энергии частотой 300 МГц-300 ГГц (US, патент 5055180, кл. C10G 1/00, 1991 г.). Недостатком способа является невозможность более полного использования сырья в процессе переработки из-за зависимости от напряженности электромагнитного поля.

Известны способы переработки нефтепродуктов путем воздействия на последние ионизирующим излучением (потоком нейтронов или Y-излучением) с последующим каталитическим крекингом продуктов воздействия (см., например, патент РФ 2100404, кл. C10G 15/10, 1995). Однако применение способа затруднено в промышленном производстве из-за сложности, трудностей управлением процессом. К тому же способ небезопасен при использовании.

Известны способы переработки тяжелых нефтесодержащих фракций с использованием волнового воздействия широкого спектра частот.

Известен способ крекинга нефтепродуктов с использованием ультразвукового спектра частот. Согласно этому способу, сырье (нефтесодержащий продукт) и диспергирующее вещество подают в зону обработки, ультразвуковую обработку ведут с интенсивностью излучения 1-10 МВт/м² в замкнутом циркуляционном контуре при статическом давлении в диапазоне от 0,2 до 5 МПа, и осуществляют последующее разделение обработанного сырья на жидкую и парообразные фазы и получение из парообразной фазы конечного продукта (см. патент РФ 2078116, C10G 15/00, 1995 г.). Недостатком данного способа является использование сложной механической системы (ротор, статор, подшипники) в работе установки, что резко снижает ее надежность. Кроме того, использование механических узлов в качестве излучателей с интенсивностью более 100 кВт/м² приводит к интенсивному разрушению их поверхности за счет возникновения кавитационных процессов.

Известны устройства для акустической обработки жидкости (патент SU 410823 «Гидродинамический излучатель вихревого типа», патент SU 546389 «Устройство для ультразвуковой обработки»). Однако они не дают эффекта увеличения глубины переработки, т.е. крекинга, основное применение - создание эмульсий.

Наиболее близким аналогом (прототипом) для заявляемых решений является установка и устройства по авторскому свидетельству на полезную модель RU 88670 «Установка и устройства углубленной переработки углеводородного сырья», дата подачи заявки 06.04.2009 г. Основными устройствами установки являются аппарат разделения и устройство обработки (термомеханического крекинга).

Установка углубленной переработки углеводородного сырья по патенту 88670 включает устройства подготовки (предварительную очистку от воды и вредных примесей), подачи (насосное оборудование), устройства нагрева сырья до необходимой температуры, или нагрева и термического крекинга сырья, аппарат (устройство) разделения углеводородного сырья на легкую парогазовую часть разделения (низкокипящие фракции НКФ) и высокомолекулярную жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ) и/или на более узкие фракции, устройства диспергирования (распыливания), устройство сепарации (фильтрации, каплеотделения, ректификации) парогазовой части разделения (НКФ), теплообменное оборудование, в том числе рекуперативные теплообменники, приборы для контроля технологических параметров работы установки, блоки получения товарных продуктов.

Аппарат разделения (по патенту 88670) углеводородного сырья на легкую парогазовую часть разделения (низкокипящие фракции НКФ) и высокомолекулярную жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ) включает корпус, штуцеры для ввода и вывода рабочих и продуктовых сред, штуцеры и приборы для контроля технологических параметров работы устройства (расходов, температуры, давления и других параметров), устройства диспергирования (распыливания), устройство сепарации (фильтр, каплеотделитель) парогазовой части разделения (НКФ).

Устройство волновой и кавитационной обработки (термомеханического крекинга) по патенту 88670 включает патрубок для ввода обрабатываемой среды или два и более патрубков для ввода нескольких входных сред, входные и выходные завихрители, камеру смешивания, кавитаторы, патрубки для вывода обработанной среды, сопло или сопла.

Установка и устройства позволяют производить углубленную переработку жидких углеводородных сред (нефти, в том числе тяжелой, остатков нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, природных битумов). Недостатком является то, что при термическом и/или термомеханическом (в значительно меньшей степени) крекинге сырья возникают непредельные углеводороды, которые могут привести к негативным последствиям - окислению и изменению со временем свойств и качества получаемых продуктов (бензина, керосина, дизельного топлива), т.е. появляются некоторое количество продуктов недостаточно высокого качества.

Раскрытие полезной модели.

Целью полезной модели является увеличение выхода легких целевых продуктов и фракций (бензиновых, керосиновых и дизельных, продуктов нефтехимии) выше их потенциального содержания в сырье и увеличение глубины промышленной переработки сырья при одновременном улучшении качества получаемых продуктов, при сохранении простоты и дешевизны процесса и оборудования для углубленной переработки сырья, снижение эксплуатационных и капитальных затрат при высокой глубине и качестве дальнейшей переработки, экономия и рациональное использование углеводородного сырья

Поставленная цель достигается тем, что установка подготовки и переработки жидкого углеводородного сырья, включающая устройства подготовки (предварительную очистку от воды и вредных примесей), подачи (насосное оборудование), устройства (печи) нагрева сырья до необходимой температуры, или нагрева и термического крекинга сырья (например, реакционные печи), аппарат (устройство) разделения углеводородного сырья на легкую парогазовую часть разделения (низкокипящие фракции НКФ) и высокомолекулярную жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ) и/или на более узкие фракции, (например, если в качестве аппарат используется ректификационная колонна), устройства диспергирования (распыливания), устройство сепарации (фильтрации, каплеотделения, ректификации) парогазовой части разделения (НКФ), теплообменное оборудование, в том числе рекуперативные теплообменники, приборы для контроля технологических параметров работы установки, отвод продуктов разделения на блоки получения товарных продуктов на месте переработки или на удаленные блоки, дополнена устройством или устройствами с катализатором для модификации (улучшения качества) парогазовой части разделения (НКФ).

Сырье предварительно нагревают в рекуперативных теплообменниках для оптимизации энергетических затрат за счет тепла одного или всех продуктов разделения (НКФ и ВКФ) или товарных (конечных) продуктов, и/или в нагревателе (печи) до температуры выше 20÷50°C для снижения вязкости и увеличения текучести сырья, особенно тяжелого и высоковязкого. Сырье обычно нагревают до подкритичной температуры не выше 450°C, или до температуры висбрекинга, хотя в отдельных случаях (зависит от состава сырья) температура нагрева сырья может быть и больше. Одновременно с нагревом, сырье может подвергаться и термическому крекингу.

Затем сырье насосом направляют в устройство волновой и механической (кавитационной) обработки (термомеханического крекинга), в котором сырье для инициирования управляемого процесса разрыва связей молекул (термомеханического крекинга) подвергают механическому и волновому воздействию различной природы и широкого спектра частот, например кавитационному воздействию, звуковым, ультразвуковым колебаниям. Наложение механического и волнового воздействия на нагретое термическим способом до подкритичной температуры сырье позволяет инициировать и активизировать процесс термомеханического крекинга, т.е. процесс разрыва связей уже возбужденных молекул, при этом, в отличие от обычного термического крекинга, инициированный процесс разрыва связей с помощью наложения резонансного воздействия управляется интенсивностью и характером наложенного воздействия. Т.к. сырье уже нагрето практически до критического состояния, обработка его каким-либо типом воздействия не требует больших энергетических затрат, т.е. инициирующее резонансное воздействие позволяет управлять процессом. Т.к. волновое воздействие накладывается для активирования разрыва связей уже в возбужденных молекулах, его энергия тратится только на активацию и управление процессом термомеханического крекинга, то энергетические затраты невелики. Давление, создаваемое насосом на входе в устройство обработки обычно не более 2,0 МПа, но может быть и больше в зависимости от свойств сырья и температуры процесса. В результате термомеханического крекинга происходит увеличение глубины переработки и выхода легких целевых продуктов, причем стоимость процесса гораздо дешевле стоимости известных углубляющих продуктов - каталитического и гидрокрекинга при аналогичных результатах и сопоставимом качестве получаемых продуктов. Более глубокая переработка позволяет экономно расходовать природные углеводородные ресурсы. Для кавитационной обработки нагретого до подкритичной температуры сырья и наложения акустического воздействия используют такие устройства, действие которых основано на гидродинамических эффектах движения многофазных сред со скоростями более 5 м/с по каналам различной формы. Конкретное значение скорости выбирают опытным путем по результатам анализа продуктов разделения (НКФ и ВКФ). Обработанное в устройстве термомеханического крекинга сырье направляют в аппарат разделения, в котором обработанное сырье разделяют на легкую парогазовую часть (низкокипящие фракции НКФ) и тяжелую жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ). Для увеличения межфазной поверхности разделяющихся сред и более эффективного и быстрого их разделения, обработанное сырье распыляют (диспергируют) в аппарат разделения с понижением давления. Тяжелую жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ) после аппарата разделения, преимущественно с температурой начала кипения выше 350-360°C, направляют в блок получения тяжелых товарных продуктов (типа кокса, битума, битумных эмульсий, покрытий, масел и др.) на месте подготовки и переработки сырья по данной полезной модели или охлаждают и транспортируют к удаленному месту получения тяжелых товарных продуктов.

Легкую парогазовую часть (НКФ), в которой содержатся и легкие фракции исходного сырья, и легкие фракции термического и/или термомеханического крекинга сырья, направляют в устройство сепарации (фильтрации, каплеотделения, ректификации). Фильтрат после сепаратора для получения дополнительного количества легких целевых продуктов возвращают на повторную обработку в начало процесса вместе с сырьем.

В процессе термического и/или термомеханического крекинга сырья образуются непредельные углеводороды, которые впоследствии могут конденсироваться и образовывать тяжелые фракции (ВКФ), что приводит к ограничению глубины переработки, а также могут привести к негативным последствиям - окислению и изменению со временем свойств и качества получаемых легких продуктов (бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии). Для наиболее полной и глубокой переработки и увеличения выхода легких целевых продуктов и фракций при одновременном улучшении качества (модификации) получаемых продуктов, необходимо уменьшить количество непредельных углеводородов, например, за счет увеличения количества изомеров. Это можно сделать, если установку дополнить устройством с катализатором для модификации легких фракций. В присутствии катализатора происходит изменение состава НКФ, уменьшается количество непредельных, и увеличивается количество изомеров. Поэтому после устройства сепарации легкие фракции реакции НКФ, преимущественно с температурой конца кипения до 350-360°C, направляют в устройство с катализатором для модификации (улучшению качества) получаемых легких фракций. Устройство с катализатором может быть выполнено в виде контейнера, например сетчатого, для удобства смены элементов различных вставок, в контейнер вложен катализатор в виде шаров, цилиндров, параллепипедов, звездочек, торов, гантелей, ректификационных тарелок, колец Рашига и других фигур. НКФ проходит через устройство с катализатором и ее состав улучшается, т.е. происходит модификация свойств и состава НКФ. Температура в устройстве сепарации соответствует максимальной температуре конца кипения фракций легких целевых товарных продуктов, например 350-360°C для дизельной фракции. Граничная температура разделения 350-360°C выбрана потому, что конец кипения дизельного топлива составляет 350-360°C. Если со временем изменятся госты и требования по топливным продуктам, граничная температура разделения может быть соответственно изменена. Граничная температура может быть изменена в зависимости от поставленной задачи и требований к получаемым продуктам. Часть НКФ с более высокой температурой будет охлаждаться на катализаторе и из парогазовой фазы переходить в жидкую, которую для получения дополнительного количества легких целевых продуктов возвращают на повторную обработку в начало процесса вместе с сырьем. После устройства с катализатором легкие фракции реакции НКФ направляют в блок получения легких товарных продуктов (типа сжиженного газа, бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии и др.) на месте подготовки и переработки сырья по данной полезной модели, или после охлаждения и конденсации транспортируют к удаленному месту получения легких товарных продуктов. Устройство с катализатором может быть расположено как до сепаратора по ходу движения НКФ, так и после. Качество продуктов разделения и их соотношение в зависимости от свойств исходного сырья регулируются температурой и давлением сырья на выходе из устройства нагрева сырья и на входе в устройство обработки и аппарат разделения, температурой и давлением сырья в аппарате разделения и его внутренних устройствах, температурой и давлением НКФ в сепараторе и устройстве с катализатором, расходом сырья, а также скоростью, температурой и давлением сырья в устройствах обработки (термомеханического крекинга), диспергирования, уровень раздела парогазовой фазы НКФ и жидкой фазы ВКФ в аппарате разделения поддерживают при заданных значениях вышеперечисленных технологических параметров значением расхода ВКФ, направляемых на получение тяжелых товарных продуктов, а количество устройств обработки может быть больше одного в зависимости от производительности перерабатывающего производства.

Высококипящие фракции ВКФ для еще большего увеличения глубины переработки и выхода легких продуктов можно направить на повторную переработку вместе с сырьем. При этом часть ВКФ насосом направляют в начало процесса на устройство смешивания сырья и ВКФ. Для этого установка дополнена устройством прямого смешивания сырья и возвращаемых на повторную обработку высококипящих фракций ВКФ или их части после аппарата разделения, которое установлено перед устройством нагрева сырья, в устройстве нагрева сырья нагревают или нагревают и подвергают термическому крекингу смесь сырья и возвращаемых ВКФ. Далее в устройстве термомеханического крекинга обрабатывают смесь сырья и возвращаемых после устройства разделения ВКФ, причем возвращаемая часть ВКФ циркулирует по замкнутому контуру - устройство прямого смешивания сырья и возвращаемых на повторную обработку ВКФ, печь нагрева (нагреватель) смеси, устройство термомеханического крекинга (обработки) смеси, аппарат разделения (с устройствами диспергирования, сепарации, устройством с катализатором), насос, устройство прямого смешивания сырья и ВКФ. Соотношение расходов циркулирующих ВКФ и сырья находится в диапазоне 0,01÷100, а качество продуктов разделения и их соотношение в зависимости от свойств исходного сырья регулируются температурой и давлением смеси циркулирующей ВКФ и сырья на выходе печи (нагревателя) и на входе в устройство обработки и аппарат разделения, температурой и давлением смеси в аппарате разделения и его внутренних устройствах, температурой и давлением НКФ в сепараторе и устройстве с катализатором, расходами сырья, циркулирующей жидкой части ВКФ и их соотношением, а также скоростями сырья, циркулирующей жидкой части ВКФ и их смеси в устройствах смешивания, обработки, диспергирования, уровень раздела парогазовой фазы НКФ и жидкой фазы ВКФ в аппарате разделения поддерживают при заданных значениях вышеперечисленных технологических параметров значением расхода ВКФ, направляемых на получение тяжелых товарных продуктов и на циркуляцию. Количество устройств смешивания сырья и ВКФ, которые могут быть встроены в аппарат разделения, обработки смеси может быть больше одного каждого типа в зависимости от производительности перерабатывающего производства. Циркулирующие ВКФ полезно подогревать в отдельном устройстве (печи) нагрева, обычно до 450°C, но иногда и выше в зависимости от свойств ВКФ, или нагревать и подвергать термическому крекингу для получения дополнительного количества легких продуктов. Для этого установка дополнена устройством нагрева, или нагрева и термического крекинга ВКФ или их части после устройства разделения, а устройство смешивания сырья и высококипящих фракций ВКФ расположено после устройства нагрева сырья перед устройством обработки. В этом случае сырье можно нагревать за счет тепла нагретых циркулирующих ВКФ в условиях прямого смешивания (контакта) их с сырьем. Тогда печь нагрева сырья может не использоваться, что приводит к удешевлению оборудования.

Для упрощения и удешевления конструкции установки, устройство или устройства с катализатором может быть совмещено или совмещены с устройством сепарации в одном корпусе и/или встроено или встроены в аппарат разделения. В более общем случае, устройство или устройства обработки (термомеханического крекинга), устройство сепарации и устройство или устройства с катализатором совмещены в одном корпусе с аппаратом разделения.

Для дальнейшего улучшения качества получаемых продуктов, в устройство с катализатором, и/или в устройство сепарации, и/или в устройство нагрева и/или термического крекинга сырья и/или ВКФ, и/или в устройство смешивания нагретых ВКФ и сырья, и/или в устройство обработки (термомеханического крекинга) направляют (вводят) молекулярный водород и/или легкие водородсодержащие среды, обогащенные водородом (например, природный или попутный газ, газ и легкие фракции нефти, нефтепереработки и нефтехимии), которые при необходимости подогревают, причем молекулярный водород и/или легкие водородсодержащие среды, обогащенные водородом, могут направляться только в одно из устройств, и/или в любые два и более устройств одновременно. Легкие водородсодержащие среды, попадая в перечисленные устройства, подвергаются крекингу, в результате которого образуются легкие радикалы. Легкие радикалы реагируют с непредельными продуктами, возникающими при крекинге сырья, циркулирующих ВКФ или их смеси, в результате чего открытые связи насыщаются и количество непредельных фракций переработки сырья уменьшается.

Довольно эффективно в качестве аппарата разделения использовать ректификационную колонну, при этом тяжелой высокомолекулярной жидкой частью разделения (высококипящие фракций ВКФ) является кубовый остаток, а сумма всех остальных легких фракций после колонны - низкокипящие фракции НКФ. Ректификационные колонны - серийно выпускаемое оборудование, это приводит к дальнейшему удешевлению оборудования.

Возможно использование в качестве устройств обработки сырья, ВКФ и их смеси роторно-пульсационных аппараты (РПА), устройств электромагнитного, светового, радиоактивного облучения, воздействия звуком и ультразвуком от внешних источников различного типа (пьезоизлучатели, магнитоизлучатели и др.), с помощью реагентов и катализаторов.

При проведении процесса крекинга могут образовываться частицы кокса, другие механические примеси, попадание которых нежелательно в дальнейшие процессы, например, в циркулирующие ВКФ и далее в насос и нагреватель, поэтому в установку, в частности в контур циркуляции части ВКФ встроено устройство очистки ВКФ от вредных примесей, механических примесей и частиц кокса.

Установка по данной полезной модели может включать в себя и все дополнительные признаки, присущие прототипу: устройство получения атомарного водорода и/или легких радикалов; блок смешивания НКФ и ВКФ для получения синтетической нефти; возврат легкого отгона после блока получения тяжелых товарных продуктов и кубового остатка после блока получения легких товарных продуктов в начало процесса на повторную обработку; предварительный нагрев сырья в рекуперативных теплообменниках.

Непосредственно аппарат разделения (как составляющая часть установки) углеводородного сырья на легкую парогазовую часть разделения (низкокипящие фракции НКФ) и тяжелую жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ) - это емкостной аппарат, который включает корпус, штуцеры для ввода и вывода рабочих и продуктовых сред, штуцеры и приборы для контроля технологических параметров работы устройства (расходов, температуры, давления и других параметров), устройства диспергирования (распыливания), устройство сепарации (фильтр, каплеотделитель) парогазовой части разделения (НКФ). Кроме того, аппарат разделения дополнен - устройством обработки (термомеханического крекинга) и устройством с катализатором для модификации сырья, которые также являются составными частями установки углубленной переработки. Входящее сырье, нагретое до определенной подкритичной температуры, для инициирования управляемого процесса разрыва связей молекул (термомеханического крекинга) подвергают механическому и волновому воздействию (обработке) различной природы и широкого спектра частот, например кавитационному воздействию, звуковым, ультразвуковым колебаниям в устройстве обработки. Обработанное в устройстве термомеханического крекинга сырье направляют в аппарат разделения, в котором обработанное сырье разделяют на легкую парогазовую часть (низкокипящие фракции НКФ) и тяжелую жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ). Тяжелую жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ) после аппарата разделения, преимущественно с температурой начала кипения выше 350-360°C, направляют в блок получения тяжелых товарных продуктов (типа кокса, битума, битумных эмульсий, покрытий, масел и др.) на месте подготовки и переработки сырья по данной полезной модели или охлаждают и транспортируют к удаленному месту получения тяжелых товарных продуктов, или частично или полностью направляют на повторную обработку. Для увеличения межфазной поверхности разделяющихся сред и более эффективного и быстрого их разделения, смесь сырья и ВКФ распыляют (диспергируют) в аппарат разделения с понижением давления. Легкую парогазовую часть (НКФ), в которой содержатся и легкие фракции исходного сырья, и легкие фракции термического и/или термомеханического крекинга сырья, направляют в устройство сепарации (фильтрации, каплеотделения, ректификации). Фильтрат после сепаратора для получения дополнительного количества легких целевых продуктов возвращают на повторную обработку в начало процесса вместе с сырьем. Установка дополнена устройством или устройствами с катализатором для модификации (улучшения качества) парогазовой части разделения (НКФ), после которого модифицированная (обработанная) НКФ выводится из аппарата и направляется для получения легких товарных продуктов, причем температура в устройстве с катализатором соответствует максимальной температуре конца кипения фракций легких целевых товарных продуктов, например 350-360°C для дизельной фракции. Если необходимо получать другие продукты, эта температура может быть изменена. Устройство с катализатором может быть совмещено с устройством сепарации в одном корпусе, а также располагаться как перед сепаратором по ходу движения НКФ, так и после. Также устройство с катализатором может быть встроено непосредственно в аппарат разделения. Это приводит к упрощению и удешевлению оборудования. Устройство с катализатором может быть выполнено в виде контейнера, например сетчатого, для удобства смены элементов различных вставок, в контейнер вставлен катализатор в виде шаров, цилиндров, параллепипедов, звездочек, торов, гантелей, ректификационных тарелок, колец Рашига и других фигур. Для удобства проведения ремонтных работ контейнеров может быть несколько, особенно если устройство с катализатором расположено в объеме аппарата разделения или в его поперечном сечении. Фильтрат после сепаратора и/или устройств с катализатором самотеком попадает в нижнюю часть аппарата и смешивается с ВКФ. ВКФ выводится из аппарата разделения и направляется в конечном итоге для производства тяжелых товарных продуктов. Качество продуктов разделения и их соотношение в зависимости от свойств исходного сырья регулируются температурой и давлением сырья на входе в аппарат разделения, температурой и давлением сырья в аппарате разделения и его внутренних устройствах, температурой и давлением НКФ в сепараторе и устройстве с катализатором, расходом сырья, а также скоростью, температурой и давлением сырья в устройствах обработки (термомеханического крекинга), диспергирования. Уровень раздела парогазовой фазы НКФ и жидкой фазы ВКФ в аппарате разделения поддерживают при заданных значениях вышеперечисленных технологических параметров значением расхода ВКФ, направляемых на получение тяжелых товарных продуктов. Количество встроенных в аппарат устройств обработки (термомеханического крекинга) может быть больше одного в зависимости от производительности перерабатывающего производства. Для проведения пуско-наладочных работ аппарат разделения имеет встроенные теплообменники или рубашку с паровым обогревом.

В процессе крекинга могут образовываться частички кокса, которые наносят вред оборудованию, например, насосам, поэтому в нижнюю часть аппарата встроен разделитель - отстойник для отделения из ВКФ части, необходимой для циркуляции, и для очистки циркулирующей части ВКФ от частиц кокса и других механических примесей. Остальные ВКФ, направляемые для получения тяжелых товарных продуктов, выводятся из аппарата разделения через отдельные патрубки или штуцеры. С целью оптимизации парогазовых и жидкостных потоков в аппарате и сепараторе, более четкого отделения жидкой фазы от парогазовой и ректификации последней, в аппарат и сепаратор встроены внутренние устройства типа ректификационных тарелок различной конструкции, колец Рашига, сеток и др. Для проведения пуско-наладочных работ аппарат разделения имеет встроенные теплообменники или рубашку с паровым обогревом. Конструктивные размеры аппарата разделения, сепаратора и других элементов зависят от производительности перерабатывающего комплекса, состава сырья и поставленной задачи по его переработке.

Высококипящие фракции ВКФ для еще большего увеличения глубины переработки и выхода легких продуктов можно направить на повторную переработку вместе с сырьем. Для этого в аппарат разделения встраивается устройство смешивания сырья и возвращаемых на повторную обработку ВКФ. Для дальнейшего улучшения качества получаемых продуктов, в устройства с катализатором, и/или в устройство сепарации, и/или в устройство обработки (термического крекинга) сырья и/или смеси сырья и ВКФ, и/или в устройство смешивания нагретых ВКФ и сырья направляют (вводят) молекулярный водород и/или легкие водородсодержащие среды, обогащенные водородом (например, природный или попутный газ, газ и легкие фракции нефти, нефтепереработки и нефтехимии), которые при необходимости подогревают, причем молекулярный водород и/или легкие водородсодержащие среды, обогащенные водородом, могут направляться только в одно из устройств, и/или в любые два и более устройств одновременно. Аппарат по данной полезной модели может включать в себя и все дополнительные признаки, присущие прототипу.

Устройство волновой и механической обработки (термомеханического крекинга), как составляющая часть установки, также может быть встроено и в аппарат разделения, включает патрубок для ввода обрабатываемой среды или два и более патрубков для ввода нескольких входных сред, входные и выходные завихрители, камеру смешивания, кавитаторы, патрубки для вывода обработанной среды, сопло или сопла. В процессе термического и/или термомеханического крекинга сырья образуются непредельные углеводороды, которые впоследствии могут конденсироваться и образовывать тяжелые фракции (ВКФ), что приводит к ограничению глубины переработки, а также могут привести к негативным последствиям - окислению и изменению со временем свойств и качества получаемых легких продуктов (бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии). Для наиболее полной и глубокой переработки и увеличения выхода легких целевых продуктов и фракций при одновременном улучшении качества (модификации) получаемых продуктов, необходимо уменьшить количество непредельных углеводородов, например, за счет увеличения количества изомеров. Поэтому устройство обработки дополнено устройством с катализатором для модификации (улучшения качества) обрабатываемой среды. Устройство с катализатором является частью установки углубленной переработки, а также может быть встроено в аппарат разделения. Обработанное сырье или смесь сырья и возвращаемых ВКФ подают в устройство с катализатором, в котором происходит изменение его состава, уменьшается количество непредельных, и увеличивается количество изомеров. Устройство с катализатором может быть выполнено в виде контейнера, например сетчатого, для удобства смены элементов различных вставок и перемещения контейнера в устройстве обработки, в контейнер вставлен катализатор в виде шаров, цилиндров, параллепипедов, звездочек, торов, гантелей, ректификационных тарелок, колец Рашига и других фигур, а контейнер встроен в устройство обработки (термомеханического крекинга). При этом оптимальные размеры объемных фигур находятся в диапазоне от 0,001 до 100 мм, а скорость среды во всех зазорах между элементами засыпки превышает 5 м/с.

Для дальнейшего улучшения качества получаемых продуктов, в устройство обработки (термического крекинга) сырья и/или смеси сырья и ВКФ вводят молекулярный водород и/или легкие водородсодержащие среды, обогащенные водородом (например, природный или попутный газ, газ и легкие фракции нефти, нефтепереработки и нефтехимии), которые при необходимости подогревают. Для этого в корпусе устройства предусмотрены штуцеры или патрубки. Водородсодержащие среды, обогащенные водородом, вводят в устройство с катализатором, и/или в завихрители, и/или в кавитаторы, и/или в камеру смешивания, причем они могут направляться только в одно из устройств, и/или в любые два и более устройств одновременно.

Если только одна обрабатываемая среда (сырье) подается на обработку, она может входить в два или более входных патрубков и завихрителей. Она делится при этом на соответствующие части (потоки), а соотношение между ними регулируется величиной гидродинамических сопротивлений сечений для прохождения потоков, например, соотношением диаметров патрубков. Потоки закручиваются и ускоряются в завихрителях, затем сталкиваются, создаются ударные волны, что приводит к дополнительному образованию волновых колебаний и увеличивает эффект обработки. Обрабатываемая среда может входить только в один входной патрубок, а затем она делится на части (потоки) и попадает на один, два или более внутренних устройства - завихрителей и кавитаторов, а соотношение между частями (потоками) регулируется величиной гидродинамических сопротивлений каналов и сечений этих внутренних устройств. Качество получаемых продуктов регулируется температурой и давлением в устройстве с катализатором, а также расходом модифицируемой среды и скоростями среды между внутренними элементами устройства с катализатором и их размерами, а также скоростью (расходом), температурой и давлением сырья в элементах конструкции устройства обработки (термомеханического крекинга). Кроме того, расстояние между устройством с катализатором, камерой смешения, кавитаторами и соплом выбирается из условия максимальной интенсивности кавитационного и акустического воздействия на смесь входных сред, что влияет на глубину переработки и качество продуктов. При этом регулировка скоростей обрабатываемой среды или сред в устройствах обработки (термомеханического крекинга) и в устройствах с катализатором осуществляют за счет изменения механических параметров элементов конструкции этих устройств и их проходных сечений и гидравлических сопротивлений.

Устройство по данной полезной модели может включать в себя и все дополнительные признаки, присущие прототипу, например то, что в корпусе устройства предусмотрены штуцеры или патрубки для ввода активного водорода и/или легких радикалов в камеру смешивания и/или в зону обработки перед и/или за кавитатором, или устройство (блок) получения активного водорода и/или легких радикалов встроено в устройство обработки, а также все другие признаки, касающиеся внутренних элементов устройства и условий и параметров проведения процесса.

Отличительные признаки данной установки и устройств подготовки и углубленной переработки углеводородного сырья позволяют провести несколько процессов: теплообмен, кавитационную и акустическую обработку, испарение, разделение, сепарацию, каталитическую обработку, инициированный термомеханический крекинг интенсивно и одновременно в одном аппарате при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах с увеличением глубины дальнейшей переработки и получением качественных продуктов для дальнейшего использования.

В установку входят аппарат разделения, устройства обработки (термомеханического крекинга) и устройства с катализатором для модификации НКФ, а в аппарат разделения входят устройства обработки (термомеханического крекинга) и устройства с катализатором.

Краткое описание фигур.

На фигурах 1-4 представлены укрупненные принципиальные схемы установки углубленной переработки углеводородного сырья.

На фиг.1-4 обозначено: 1 - устройство нагрева и/или термического крекинга сырья или смеси сырья и ВКФ; 2 - устройство обработки и термомеханического крекинга сырья или смеси сырья и ВКФ; 3 - аппарат разделения; 4 - устройство сепарации (фильтрации, каплеотделения, ректификации); 5 - устройство с катализатором; 6 - устройство смешивания сырья и ВКФ; 7 - устройство нагрева ВКФ. Блок предварительной очистки сырья (дегазация, обезвоживание, обессоливание, очистка от механических и других вредных примесей) для простоты на фигурах не представлен. Также не представлено теплообменное и насосное оборудование, приборы для контроля технологических параметров работы установки. Блоки получения товарных продуктов (для простоты также не представлены) обычно включают в себя следующие известные процессы: гидроочистка, риформинг, платформинг и др., процессы нефтехимической и химической промышленности, или на первом этапе блок компаундирования, битумный блок для производства окисленного битума или битумный блок, совмещенный с вакуумным блоком для производства неокисленного битума, а также оборудование для производства битумных покрытий, эмульсий, котельного топлива, кокса и других товарных продуктов (Справочник нефтехимика. В двух томах. Том 1, под. ред. Огородникова С.К. Л., Химия, 1978, с.53-55).

Основной вариант установки представлен на фиг.1. Сырье насосом под давлением подают в устройство нагрева (фиг.1, позиция 1), затем нагретое до подкритичной температуры сырье направляют в устройство обработки и термомеханического крекинга (фиг.1, позиция 2), затем диспергируют (диспергатор для простоты не показан) со снижением давления для увеличения межфазной поверхности разделяемых сред в аппарат разделения (фиг.1, позиция 3). После аппарата разделения ВКФ направляют для получения тяжелых товарных продуктов на месте, или, после охлаждения, направляют к удаленному месту получения тяжелых товарных продуктов (типа кокса, битума, битумных эмульсий, покрытий, масел и др.). После аппарата разделения НКФ направляются в устройство сепарации (фиг.1, позиция 4), после устройства сепарации НКФ направляют в устройство с катализатором (фиг.1, позиция 5) для модификации (улучшения качества) легких фракций. Затем легкие фракции реакции, преимущественно с температурой конца кипения до 350-360°C, направляют в блок получения легких товарных продуктов (типа сжиженного газа, бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии и др.) на месте или, после охлаждения, направляют к удаленному месту получения легких товарных продуктов. Фильтрат после сепаратора и устройства с катализатором для получения дополнительного количества легких целевых продуктов возвращают на повторную обработку в начало процесса вместе с сырьем.

Для дальнейшего увеличения выхода легких фракций можно часть ВКФ направлять на повторную обработку вместе с сырьем. Такой вариант показан на фиг.2. Для этого возвращаемая часть ВКФ после аппарата разделения насосом направляется в смесительное устройство с сырьем (фиг.2, позиция 6), затем смесь сырья и ВКФ нагревают, или нагревают и подвергают термическому крекингу в печи (фиг.2, позиция 1), затем смесь направляют в устройство обработки (фиг.2, позиция 2), затем диспергируют в аппарат разделения (фиг.2, позиция 3). После аппарата разделения часть ВКФ насосом (для простоты на фигуре не показан) направляют для получения тяжелых товарных продуктов, часть ВКФ циркулирует по замкнутому контуру: аппарат разделения, смеситель, устройство нагрева, обработки и аппарат разделения. После аппарата разделения НКФ направляются в устройство сепарации (фиг.2, позиция 4), после устройства сепарации НКФ направляют в устройство с катализатором (фиг.2, позиция 5) для модификации (улучшения качества) легких фракций. Затем легкие фракции реакции направляют в блок получения легких товарных продуктов. Фильтрат после сепаратора и устройства с катализатором для получения дополнительного количества легких целевых продуктов возвращают на повторную обработку в начало процесса вместе с циркулирующими ВКФ. Оптимально встроить устройство сепарации и устройство с катализатором в аппарат разделения, что приводит к удешевлению оборудования и процесса. При этом фильтрат самотеком попадает в ВКФ и далее на повторную обработку.

Для дальнейшего увеличения выхода легких фракций можно часть циркулирующих ВКФ нагревать, или нагревать и подвергать термическому крекингу в отдельном нагревателе (фиг.3, позиция 7). Тогда смеситель (фиг.3, позиция 6) сырья и ВКФ располагают после печи нагрева сырья (фиг.3, позиция 1). Возвращаемая часть ВКФ с помощью насоса циркулирует по замкнутому контуру: аппарат разделения, устройство нагрева ВКФ, смеситель, устройство обработки и аппарат разделения. Если сырье достаточно подогрето в рекуперативных теплообменниках, а циркулирующая часть ВКФ перегрета, то сырье можно подогревать до необходимой подкритичной температуры перед устройством обработки за счет тепла нагретых ВКФ, что приводит к дальнейшему удешевлению оборудования установки углубленной переработки. Такой вариант показан на фиг.4.

Во всех вариантах все остатки переработки и получения легких и тяжелых товарных продуктов можно возвращать на повторную переработку вместе с сырьем или циркулирующей частью ВКФ. Это приводит к дальнейшему глубины переработки и увеличению выхода легких целевых продуктов.

На фиг.5 показан аппарат разделения для варианта, когда часть ВКФ возвращается на повторную обработку (рецикл). Дополнительные обозначения: 8 - диспергатор, 9 - разделитель - отстойник для разделения ВКФ на части и для очистки ВКФ от коксообразных частиц и других механических примесей. Нагретые до необходимой температуры ВКФ и подогретое сырье подается в устройство смешивания (фиг.5, позиция 6), в котором сырье подогревается до подкритичной температуры. Затем смесь сырья и ВКФ направляют в устройство термомеханического крекинга (фиг.5, позиция 2), в котором смесь для инициирования управляемого процесса разрыва связей молекул (термомеханического крекинга) подвергают механическому и волновому воздействию различной природы и широкого спектра частот, например кавитационному воздействию, звуковым, ультразвуковым колебаниям, Потом смесь диспергируют (распыляют) (фиг.5, позиция 8) со снижением давления для увеличения межфазной поверхности разделяемых сред в аппарат разделения. При этом устройства смешивания, обработки и распыления совмещены в одном аппарате, который можно назвать турбодинамическим дезинтегратором (ТДД). Количество встроенных ТДД в аппарат разделения зависит от производительности одного ТДД и общей производительности перерабатывающего производства. Образующиеся в парогазовом виде НКФ направляются в сепаратор (фильтр, каплеотделитель), находящийся в верхней части аппарата разделения (фиг.5, позиция 4). Отсепарированные (отфильтрованные) НКФ направляются в устройство с катализатором (фиг.5, позиция 5) для модификации (улучшения качества), затем в блок приготовления легких товарных продуктов, а фильтрат из сепаратора и устройства с катализатором самотеком попадает в нижнюю часть аппарата и смешивается с ВКФ. С помощью устройства выделения (фиг.5, позиция 9) все ВКФ делятся на 2 части. Одна часть через отдельные патрубки направляется в блоки получения тяжелых товарных продуктов, другая направляется на повторную обработку (на рецикл). Устройство выделения циркулирующих ВКФ сделано с отстойником для очистки от механических примесей и частиц кокса так, чтобы на рецикл отбирать более чистые ВКФ. Кроме того, в контуре циркуляции ВКФ могут быть предусмотрены различные фильтрующие устройства, для простоты на схемах не показаны. В корпус аппарата разделения встроены штуцеры для ввода-вывода рабочих и продуктовых сред, штуцеры и приборы для контроля технологических параметров работы аппарата (температуры, давления, уровня раздела фаз и др.). Устройство с катализатором может быть встроено в корпус аппарат разделения до сепаратора, например занимать все поперечное сечение аппарата разделения (фиг.5, позиция 5). Это может быть дополнительное устройство или самостоятельное и состоять из нескольких блоков для упрощения ремонтных работ. В этом случае НКФ попадают сразу на устройство с катализатором. Температура в устройстве сепарации и устройстве с катализатором соответствует максимальной температуре конца кипения фракций легких целевых товарных продуктов, например 350-360°C для дизельной фракции и поддерживается автоматически, уровень раздела парогазовой фазы НКФ и жидкой фазы ВКФ находится ниже значения половины высота аппарата разделения. Температура раздела фаз 350-360°C выбрана потому, что в настоящее время температура конца кипения дизельного топлива находится в этом диапазоне. Если требования изменятся, то эта температура также будет изменена в нужную сторону. В сепаратор могут быть встроены ректификационные тарелки, кольца Рашига и др. Тогда в сепараторе будет происходить не только процесс отделения капель и фильтрации, но и процесс ректификации, что также приведет к улучшению качества НКФ, подаваемых для производства легких товарных продуктов. Устройства смешивания сырья и ВКФ, обработки (термомеханического крекинга) смеси, диспергирования (распыления), сепарации, а также модификации (устройство с катализатором) парогазовой части разделения НКФ встроены в аппарат разделения, т.е. составляют с ним одно целое, что приводит к уменьшению капитальных и эксплуатационных затрат, например к уменьшению металлоемкости и потерь тепла. Если в качестве аппарата разделения используют ректификационную колонну, то устройство распыления может не применятся, тогда кубовый остаток после колонны - это ВКФ, а все легкие фракции в сумме составляют НКФ.

Устройство обработки - турбодинамический дезинтегратор ТДД - представлено на фиг.6 и 7. На фиг.6 и 7 обозначено: 10 - завихритель для среды 1 (в данном случае для сырья); 11 - завихритель для среды 2 (в данном случае для тяжелых высококипящих фракций ВКФ); 12 - камера смешения; 13 - кавитатор в виде усеченного конуса с отверстиями; 14 - выходной завихритель для обработанной смеси входных сред; 15 - сопло.

Нагретое сырье (среда 1) направляют в завихритель для сырья (фиг.6, позиция 10), нагретые до высокой температуры ВКФ (среда 2) направляют в завихритель для ВКФ (фиг.6, позиция 11). В результате прямого контакта сырья и ВКФ в камере смешивания (фиг.6, позиция 12) сырье и вся смесь нагревается до подкритичной температуры. Затем нагретую смесь сырья и ВКФ направляют в кавитатор (фиг.6, позиция 13), в котором смесь для инициирования управляемого процесса разрыва связей молекул (термомеханического крекинга) подвергают механическому и волновому воздействию различной природы и широкого спектра частот, например кавитационному воздействию, звуковым, ультразвуковым колебаниям. Обработанную смесь направляют в устройство с катализатором для ее модификации (фиг.6, позиция 5), далее в выходной завихритель (фиг.6, позиция 14) для улучшения дальнейшего распыления и диспергируют через сопло (фиг.6, позиция 15) с понижением давления в аппарат разделения для увеличения межфазной поверхности и более эффективного разделения смеси на НКФ и ВКФ. Скорости в каналах всех завихрителей, кавитаторе (кавитаторах), устройстве с катализатором и сопле (соплах) должны быть достаточно высокими, выше 5 м/с. Конкретные значения скоростей подбираются опытным путем исходя из состава и свойств сырья и поставленной задачи. Во входные патрубки для среды 1 и среды 2 может входить только одна среда, например сырье, если ВКФ не направляются на рецикл. Она делится при этом на соответствующие части (потоки), а соотношение между ними регулируется величиной гидродинамических сопротивлений сечений для прохождения потоков, например, соотношением диаметров патрубков. Патрубков и потоков может быть больше двух. Потоки закручиваются и ускоряются в завихрителях, затем сталкиваются, создаются ударные волны, что приводит к дополнительному образованию волновых колебаний и увеличивает эффект обработки. Обрабатываемая среда может входить только в один входной патрубок, а затем она делится на две или более части (потоки) и попадает на один, два или более внутренних устройства - завихрителей и кавитаторов, а соотношение между частями (потоками) регулируется величиной гидродинамических сопротивлений каналов и сечений этих внутренних устройств. Такое устройство показано на фиг.7.

Варианты осуществления полезной модели.

Предлагаемая полезная модель реализована на пилотной установке по разделению нефти и другого жидкого углеводородного сырья производительностью до 30 кг/ч, в которой реализованы все процессы и устройства для осуществления полезной модели. Кроме того, установка оснащена различным емкостным оборудованием для хранения сырья и сбора получаемых продуктов, теплообменным оборудованием для подогрева сырья, нагрева циркулирующих ВКФ и охлаждения продуктов, насосным оборудованием и контрольно-измерительными приборами. В качестве исходного сырья использовалась тяжелая нефть месторождений Ульяновской области и других месторождений, а также различные кубовые остатки, отработанные масла и др. В экспериментах использовались различные катализаторы - молибденовые, кобальтовые, цинковые, алюмосиликатные, цеолитсодержащие и другие катализаторы, например на основе окиси алюминия, или катализаторы другого типа. Их очень много, в данной заявке тип катализаторов не патентуется. Давление сырья и циркулирующих ВКФ в стендовых экспериментах до 1,0 МПа и выше, температура циркулирующих ВКФ до 450°C и выше, температура сырья до 400÷450°C и выше, соотношение расходов циркулирующих ВКФ и сырья находилось в диапазоне до 30 и более. При этих значениях давления и температуры линейные скорости подачи сырья и циркулирующих ВКФ были более 5 м/с. С увеличением значения скорости подачи сырья и ВКФ эффективность процесса разделения и обработки нелинейно возрастает. Выбор значения скоростей подачи для конкретного технологического процесса зависит от свойств сырья, поставленной задачи и оптимизируется по нескольким факторам, в том числе и по экономическому фактору.

Далее представлены некоторые результаты процесса углубленной переработки по данной заявке.

Пример 1

Нефть месторождений Ульяновской области, режим без возврата (рецикла) части ВКФ на повторную обработку.

Эффект разделения: НКФ - 69,4% масс, ВКФ - 29,3% масс, выход газа - 1,3% масс. Глубина переработки (количество легких фракций) выросла более, чем в 2 раза. Количество непредельных углеводородов при использовании устройства с катализатором сократилось с 24,3 до 0,6% масс. Результаты представлены в таблице 1.

Пример 2

Нефть месторождений Ульяновской области, режим с возвратом части ВКФ на повторную обработку (рецикл).

Эффект разделения: НКФ - 74,9% масс, ВКФ - 23,3% масс, выход газа - 1,8% масс. Глубина переработки (количество легких фракций) выросла более, чем в 2,5 раза. Количество непредельных углеводородов при использовании устройства с катализатором сократилось с 28,5 до 0,8% масс. Результаты представлены в таблице 2.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет осуществить промышленную углубленную (при этом происходит увеличение глубины дальнейшей переработки в несколько раз в зависимости от исходного сырья и параметров процесса) и высокорентабельную подготовку и переработку нефти, в том числе тяжелой, остатков нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, нефтешламов, отработанных масел, природных битумов и других органических сред с получением гостированных товарных продуктов и может быть использована в производстве углеводородного топлива, продуктов нефтехимии, кокса, битума и т.д. Соответственно увеличивается и выход наиболее ценных и дорогих топливных композиций - бензиновых, керосиновых и дизельных фракций, продуктов нефтехимии, что позволяет экономно расходовать природные углеводородные ресурсы. Значительно уменьшается количество непредельных углеводородов, т.е. улучшается качество получаемых продуктов. Переработка остатков нефтепереработки и нефтехимии, нефтешламов и других отходов позволяет оздоровить экологическую обстановку и получить дополнительную прибыль за счет получения дополнительного количества легких продуктов. Предлагаемые установка и устройства просты в эксплуатации и не требуют больших капитальных и эксплуатационных затрат.

1. Установка углубленной переработки углеводородного сырья, включающая устройства подготовки, насосное оборудование, устройства нагрева сырья до необходимой температуры или нагрева и термического крекинга сырья, аппарат разделения углеводородного сырья на легкую парогазовую часть разделения в виде низкокипящих фракций (НКФ), высокомолекулярную жидкую часть разделения в виде высококипящих фракций (ВКФ) и/или на более узкие фракции, устройства диспергирования, устройство сепарации парогазовой части разделения НКФ, теплообменное оборудование, в том числе рекуперативные теплообменники, приборы для контроля технологических параметров работы установки, блоки получения товарных продуктов, отличающаяся тем, что установка переработки дополнена устройством кавитационной и волновой обработки нагретого до подкритичной температуры исходного сырья, установка дополнена устройством или устройствами с катализатором.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство с катализатором выполнено в виде контейнера, например сетчатого, для удобства смены элементов различных вставок, в контейнер вложен катализатор в виде шаров, цилиндров, звездочек, торов, гантелей, ректификационных тарелок, колец Рашига.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство или устройства с катализатором совмещено или совмещены с устройством сепарации в одном корпусе и/или встроено или встроены в аппарат разделения, причем устройство с катализатором может располагаться как до устройства сепарации по ходу движения НКФ, так и после.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство или устройства кавитационной и волновой обработки, устройство сепарации и устройство или устройства с катализатором совмещены в одном корпусе с аппаратом разделения.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве аппарата разделения используют ректификационную колонну.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что установка дополнена устройством очистки ВКФ или их части от вредных примесей, механических частиц и частиц кокса.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что количество устройств обработки может быть больше одного в зависимости от производительности перерабатывающего производства.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что установка дополнена устройством прямого смешивания сырья и возвращаемых на повторную обработку высококипящих фракций ВКФ или их части после аппарата разделения, которое установлено перед устройством нагрева сырья, причем возвращаемая часть ВКФ циркулирует по замкнутому контуру - устройство прямого смешивания сырья и возвращаемых на повторную обработку ВКФ, устройство нагрева, устройство обработки смеси, аппарат разделения с устройствами диспергирования, сепарации, устройством с катализатором, насос, устройство прямого смешивания сырья и ВКФ, соотношение расходов циркулирующих ВКФ и сырья находится в диапазоне 0,01-100, а количество устройств смешивания сырья и ВКФ, которые могут быть встроены в аппарат разделения, обработки смеси может быть больше одного каждого типа в зависимости от производительности перерабатывающего производства.

9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что установка дополнена устройством нагрева, или нагрева и термического крекинга ВКФ, или их части после аппарата разделения, а устройство смешивания сырья и высококипящих фракций ВКФ расположено после устройства нагрева сырья перед устройством обработки.

10. Установка по п.1 или 9, отличающаяся тем, что устройство с катализатором, и/или устройство сепарации, и/или устройство нагрева и/или термического крекинга сырья и/или ВКФ, и/или устройство смешивания нагретых ВКФ и сырья, и/или устройство обработки оснащено или оснащены патрубком или патрубками для ввода молекулярного водорода и/или легких водородсодержащих сред, обогащенных водородом, при необходимости подогретых, для ввода только в одно из устройств и/или в любые два и более устройств одновременно.

11. Аппарат разделения углеводородного сырья на легкую парогазовую часть разделения в виде низкокипящих фракций (НКФ) и высокомолекулярную жидкую часть разделения в виде высококипящих фракций (ВКФ), содержащий корпус, патрубки для ввода и вывода рабочих и продуктовых сред, патрубки и приборы для контроля технологических параметров работы аппарата, устройства диспергирования, устройство сепарации парогазовой части разделения НКФ, отличающийся тем, что в аппарат разделения встроено устройство кавитационной и волновой обработки нагретого до подкритичной температуры исходного сырья, аппарат дополнен устройством или устройствами с катализатором, а для проведения пусконаладочных работ аппарат разделения дополнен теплообменниками или рубашкой с паровым обогревом.

12. Аппарат по п.11, отличающийся тем, что устройство с катализатором выполнено в виде контейнера, например сетчатого, для удобства смены элементов различных вставок, в контейнер вставлен катализатор в виде шаров, цилиндров, звездочек, торов, гантелей, ректификационных тарелок, колец Рашига.

13. Аппарат по п.11, отличающийся тем, что устройство или устройства с катализатором совмещено или совмещены с устройством сепарации в одном корпусе и/или встроено или встроены в аппарат разделения, причем устройство с катализатором может располагаться как до устройства сепарации по ходу движения НКФ, так и после, а фильтрат после сепаратора и/или устройства или устройств с катализатором самотеком попадает в нижнюю часть аппарата и смешивается с ВКФ.

14. Аппарат по п.11, отличающийся тем, что внизу корпуса аппарата разделения встроен разделитель-отстойник для разделения ВКФ на части и для очистки ВКФ от коксообразных частиц и других механических примесей.

15. Аппарат по п.11, отличающийся тем, что в аппарат разделения, в устройство сепарации и устройства с катализатором встроены внутренние устройства типа ректификационных тарелок различной конструкции, колец Рашига, сеток.

16. Аппарат по п.11, отличающийся тем, что в аппарат встроено устройство прямого смешивания сырья и циркулирующих высококипящих фракций ВКФ или их части.

17. Аппарат по п.11 или 16, отличающийся тем, что устройство с катализатором, и/или устройство сепарации, и/или устройство прямого смешивания ВКФ и сырья, и/или устройство обработки сырья или смеси сырья и ВКФ оснащено или оснащены патрубком или патрубками для ввода молекулярного водорода и/или легких водородсодержащих сред, обогащенных водородом, при необходимости подогретых, для ввода только в одно из устройств и/или в любые два и более устройств одновременно.

18. Аппарат по п.11, отличающийся тем, что количество встроенных в аппарат устройств обработки может быть больше одного в зависимости от производительности перерабатывающего производства.

19. Устройство для волновой и механической обработки углеводородного сырья, включающее патрубок для ввода обрабатываемой среды или два и более патрубков для ввода нескольких входных сред, входные и выходные завихрители, камеру смешивания, кавитаторы, патрубки для вывода обработанной среды, сопло или сопла, отличающееся тем, что устройство обработки дополнено устройством с катализатором для улучшения качества обрабатываемой среды.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что в корпусе устройства предусмотрены патрубок или патрубки для ввода молекулярного водорода и/или легких водородсодержащих сред, обогащенных водородом, при необходимости подогретых, в устройство с катализатором, и/или в завихрители, и/или в кавитаторы, и/или в камеру смешивания, причем для ввода только в одно из устройств и/или в любые два и более устройств одновременно.

21. Устройство по п.19, отличающееся тем, что расстояние между устройством с катализатором, камерой смешения, кавитаторами и соплом выбирается из условия максимальной интенсивности кавитационного и волнового воздействия на входную среду или смесь входных сред.

22. Устройство по п.19, отличающееся тем, что устройство с катализатором выполнено в виде контейнера, например сетчатого, для удобства смены элементов различных вставок и перемещения контейнера в устройстве обработки в контейнер вставлен катализатор в виде шаров, цилиндров, звездочек, торов, гантелей, ректификационных тарелок, колец Рашига, а контейнер встроен в устройство обработки.

23. Устройство по п.21, отличающееся тем, что размеры фигур находятся в диапазоне от 0,001 до 100 мм.