Аппарат для разделения нефти и других углеводородных сред

Изобретение относится к области переработки углеводородного сырья и может быть использовано в производстве углеводородного топлива. Изобретение позволяет увеличить выход светлых продуктов, снизить затраты энергии на единицу продукции и уменьшить количество и стоимость сложного технологического оборудования. Поставленная цель достигается тем, что в аппарате разделения осуществляют прямой контакт высокотемпературного теплоносителя и углеводородной среды. Это позволяет значительно интенсифицировать теплообменные процессы, происходящие в аппарате разделения, увеличить температуру проведения процесса разделения, уменьшить потери энергии, возникающие при передаче тепла через стенку теплообменника, что, в свою очередь, приводит к снижению затрат энергии на единицу продукции и уменьшению металлоемкости применяемого оборудования.

Полезная модель относится к области переработки нефти и может быть использована в производстве углеводородного топлива.

Технологические схемы переработки нефти имеют несколько вариантов. Существует полный технологический цикл, включающий в себя следующие основные производства: производство топлив, производство нефтехимической продукции, производство смазочных и специальных масел, производство присадок. Возможны специализированные варианты технологических схем: только топливная или только топливно-масляная (Дехтерман А.Ш. Переработка нефти по топливному варианту. М., "Химия", 1988, с.13). Во всех вариантах в начале технологического процесса используются аппараты для предварительного испарения нефти. Предварительное испарение газа и основной массы бензина позволяет снизить давление на входе сырьевого насоса, разгрузить печь от нагрева легких фракций, снизить скорость паров и уменьшить диаметр основной ректификационной колонны. На крупных нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) для этой цели используют ректификационные колонные аппараты.

В последнее время, в связи с тенденцией переработки нефти в месте ее добычи, возрастает спрос на НПЗ сравнительно малой производительности - 5-100 тыс. тонн по нефти в год. Используемые на крупных НПЗ колонные ректификационные аппараты достаточно дороги в изготовлении и эксплуатации. Поэтому, на стадии предварительного разделения нефти, целесообразно использовать более простые аппараты, например испарители (Дехтерман А.Ш. Переработка нефти по топливному варианту. М., "Химия", 1988, с.23). Испаритель представляет собой цилиндрический емкостной аппарат. В нижней части его корпуса расположен встроенный трубчатый теплообменник. Во внутрь трубок теплообменника подают теплоноситель для нагрева продукта (нефти). Обычно в качестве теплоносителя используют водяной пар. Легкая часть нефти (бензиновая фракция) испаряется и отводится через верхний штуцер. Остаток нефти переливается через сливную пластину и выводится через соответствующий штуцер. Количество испарившейся части нефти зависит от температуры в аппарате, то есть от поверхности теплообменника и температуры теплоносителя. Поверхность теплообменника во время работы покрывается отложениями из нефти и условия теплообмена значительно ухудшаются. Этот процесс значительно ускоряется при повышении температуры теплоносителя. Поэтому аппараты такого типа имеют ограничения с точки зрения интенсификации процесса испарения фракций нефти. Температура проведения процесса составляет 200-230°С. Этой температуре соответствует определенная испаряемая часть нефти.

В процессе кипения нефти и испарения фракций в удаляемой паровой фазе присутствуют капли жидкости. Для отделения их от газовой фаза предназначены сепараторы различной конструкции. Сепаратор располагают рядом с аппаратом испарения, или для упрощения конструкции и эксплуатации его не используют.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении интенсификации процесса испарения фракций нефти с сохранением простоты конструкции в изготовлении и в эксплуатации. Под интенсификацией понимается увеличение производительности аппарата по нефти. Кроме того, в зависимости от дальнейшей технологической схемы переработки сырья в топливо, может появиться необходимость увеличить количественно испаряемую часть нефти, то есть увеличить температуру процесса. Увеличение температуры проведения процесса так же возможно с помощью заявляемой полезной модели.

Технический результат достигается тем, что в аппарате, содержащим корпус, теплообменные устройства для испарения нефти и штуцеры ввода-вывода рабочих и продуктовых сред, теплообменные устройства сконструированы таким образом, что передача тепла от теплоносителя осуществляется не через разделительную стенку, а при непосредственном контакте теплоносителя и нефти. Это позволяет повысить эффективность теплообмена и, соответственно, скорость испарения низкокипящих фракций нефти. То есть повысить производительность аппарата. Кроме того, непосредственный контакт сред обуславливает интенсивный теплообмен. Результатом этого является: значительное увеличение скорости испарения и переход в паровую фазу углеводородов с температурой кипения выше, чем средняя температура общего потока обеих сред. Непосредственный контакт теплоносителя и нефти исключает образование отложений на поверхности теплообменника при повышенной температуре проведения процесса. Соответственно, температура проведения процесса испарения может быть повышена, при необходимости, с 200-230°С до 400-420°С и более, что позволяет проводить термический и термомеханический крекинг одновременно с разделением нефти или другого углеводородного сырья. Это, в свою очередь, позволяет увеличить глубину переработки сырья и выход светлых (топливных) фракций. При использовании высокотемпературного теплоносителя становится целесообразным организовать контур его циркуляции. Теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру: аппарат разделения - печь нагрева теплоносителя - аппарат разделения. То есть теплоноситель выводят из аппарата через соответствующие штуцеры, догревают в печи до необходимой температуры и через штуцер ввода подают опять в теплообменные устройства. В качестве теплоносителя возможно использование сред, несмешивающихся с нефтью, например, жидких металлов.

Обедненную легкокипящими фракциями нефть (остаток разделения) выводят через соответствующий штуцер внизу аппарата разделения.

Для улучшения каплеотделения из паровой фазы при ее отводе из корпуса аппарата сепаратор жидкости размещен в объеме корпуса аппарата. Уловленные капли коагулируют и жидкость стекает в нижнюю часть аппарата, а из аппарата отводят только паровую фазу. Кроме того, размещение сепаратора в объеме аппарата разделения приводит к значительному уменьшению потерь тепла.

Таким образом, конструкция аппарата разделения позволяет организовать его работу в длительном непрерывном режиме с увеличенной производительностью по нефти при температуре проведения процесса в диапазоне до 400-420°С и выше.

Сущность работы аппарата разделения поясняется на рисунке.

На этом рисунке приведена схема аппарата разделения, В аппарат через соответствующие штуцеры в теплообменные устройства - турбулентные динамические испарители - непрерывно подают нефть и теплоноситель. Из аппарата так же через соответствующие штуцеры выводят: легкокипящие фракции нефти в виде парогазовой фазы, остаток разделения нефти (высококипящие фракции) и теплоноситель. Из сепаратора уловленная жидкость сливается в нижнюю часть аппарата. Теплоноситель из аппарата может быть подан на печь нагрева и затем опять направлен в теплообменные устройства. Разделитель - отстойник внизу аппарата разделения служит для отделения жидкой фазы разделения нефти от теплоносителя.

В качестве теплоносителя могут быть использованы различные высокотемпературные теплоносители, в том числе и органические, например тяжелые остатки разделения нефтехимических производств. Особенно эффективно использование тяжелого остатка разделения, получаемого непосредственно в предлагаемом аппарате.

Перед началом процесса разделения нефти или другой смеси углеводородов готовят теплоноситель. Теплоноситель, который по существу является тяжелым остатком разделения, можно приготовить разными способами, например с помощью простого процесса однократного испарения смеси углеводородов. Наиболее простой способ, который и используется при работе аппарата разделения, заключается в следующем. Необходимое количество смеси углеводородов заливают в аппарат разделения (емкость - сепаратор). Из аппарата разделения смесь подают на нагреватель (печь) и возвращают обратно. При этом непрерывно отводят легкие фракции, накапливая тяжелый остаток разделения. При непрерывной циркуляции и определенной температуре тяжелый остаток через определенное время (параметры процесса зависят от состава исходной смеси углеводородов) приобретает все свойства высокотемпературного теплоносителя. Контроль окончания процесса подготовки теплоносителя осуществляют путем определения физико-химических свойств и состава тяжелого остатка разделения.

Затем нефть (или смесь углеводородов) и теплоноситель подают в турбулентный динамический испаритель. На выходе испарителя возникает парожидкостная смесь. Парогазовую фазу, содержащую в основном светлые (топливные) фракции разделения нефти или другого углеводородного сырья, выводят из верхней части аппарата разделения на дальнейшую переработку, например по топливному варианту, или для другого использования. Часть жидкой фазы - остаток разделения выводят из штуцера внизу аппарата и направляют также для дальнейшей переработки, например для получения товарного битума, или для другого использования. Оставшуюся часть жидкой фазы - высокотемпературный органический теплоноситель - выводят из аппарата разделения и подают в печь на подогрев до нужной температуры, затем возвращают в начало процесса - в турбулентный динамический испаритель. Турбулентных динамических испарителей может быть несколько. Сущность работы аппарата разделения поясняется также на рисунке. В случае использования в качестве теплоносителя высокотемпературных органических жидкостей, в частности тяжелого остатка разделения, разделитель - отстойник внизу аппарата разделения используется для очистки теплоносителя от коксообразных частиц, которые могут возникать в процессе разделения нефти при высоких температурах, и других механических примесей.

С целью значительного увеличение межфазной поверхности для интенсификации процесса испарения общий поток углеводородов и высокотемпературного теплоносителя направляют на диспергирование жидкой фазы в аппарат разделения.

1. Аппарат для непрерывного разделения нефти и других углеводородных сред, содержащий корпус, теплообменные устройства для испарения нефти, сепаратор парогазовой смеси и штуцеры для ввода-вывода рабочих и продуктовых сред, отличающийся тем, что для подачи необходимого тепла в зону испарения низкокипящих фракций нефти используют такие теплообменные устройства, в которых теплоноситель непосредственно контактирует с нефтью, причем в качестве теплоносителя используется тяжелый остаток разделения, получаемый непосредственно в аппарате разделения.

2. Аппарат разделения по п.1, отличающийся тем, что внизу корпуса аппарата разделения встроен разделитель-отстойник для отделения жидкой фазы разделения от теплоносителя.

3. Аппарат разделения по п.1, отличающийся тем, что в корпус аппарата разделения встроен разделитель-отстойник для очистки теплоносителя от коксообразных частиц и других механических примесей.

4. Аппарат разделения по п.1, отличающийся тем, что сепаратор парогазовой смеси встроен непосредственно в корпус аппарата разделения.

5. Аппарат для непрерывного разделения нефти и других углеводородных сред, содержащий корпус, теплообменные устройства для испарения нефти, сепаратор парогазовой смеси и штуцеры для ввода-вывода рабочих и продуктовых сред, отличающийся тем, что для подачи необходимого тепла в зону испарения низкокипящих фракций нефти используют такие теплообменные устройства, в которых теплоноситель непосредственно контактирует с нефтью, причем в качестве теплоносителя используют среду, не смешивающуюся с нефтью и не растворяющуюся в ней.

6. Аппарат разделения по п.5, отличающийся тем, что внизу корпуса аппарата разделения встроен разделитель-отстойник для отделения жидкой фазы разделения от теплоносителя.

7. Аппарат разделения по п.5, отличающийся тем, что в корпус аппарата разделения встроен разделитель-отстойник для очистки теплоносителя от коксообразных частиц и других механических примесей.

8. Аппарат разделения по п.5, отличающийся тем, что сепаратор парогазовой смеси встроен непосредственно в корпус аппарата разделения.

9. Аппарат для непрерывного разделения нефти и других углеводородных сред, содержащий корпус, теплообменные устройства для испарения нефти, сепаратор парогазовой смеси и штуцеры для ввода-вывода рабочих и продуктовых сред, отличающийся тем, что для подачи необходимого тепла в зону испарения низкокипящих фракций нефти используют такие теплообменные устройства, в которых теплоноситель непосредственно контактирует с нефтью, причем в качестве теплоносителя используется высокотемпературный газообразный или неорганический теплоноситель.

10. Аппарат разделения по п.9, отличающийся тем, что внизу корпуса аппарата разделения встроен разделитель-отстойник для отделения жидкой фазы разделения от теплоносителя.

11. Аппарат разделения по п.9, отличающийся тем, что в корпус аппарата разделения встроен разделитель-отстойник для очистки теплоносителя от коксообразных частиц и других механических примесей.

12. Аппарат разделения по п.9, отличающийся тем, что сепаратор парогазовой смеси встроен непосредственно в корпус аппарата разделения.

13. Аппарат для непрерывного разделения нефти и других углеводородных сред, содержащий корпус, теплообменные устройства для испарения нефти, сепаратор парогазовой смеси и штуцеры для ввода-вывода рабочих и продуктовых сред, отличающийся тем, что для подачи необходимого тепла в зону испарения низкокипящих фракций нефти используют такие теплообменные устройства, в которых теплоноситель непосредственно контактирует с нефтью, причем в качестве теплоносителя используется высокотемпературный органический теплоноситель.

14. Аппарат разделения по п.13, отличающийся тем, что внизу корпуса аппарата разделения встроен разделитель-отстойник для отделения жидкой фазы разделения от теплоносителя.

15. Аппарат разделения по п.13, отличающийся тем, что в корпус аппарата разделения встроен разделитель-отстойник для очистки теплоносителя от коксообразных частиц и других механических примесей.

16. Аппарат разделения по п.13, отличающийся тем, что сепаратор парогазовой смеси встроен непосредственно в корпус аппарата разделения.