Патент на изобретение №2252810

(54) СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ СВЕТЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технологии обезвоживания светлых нефтепродуктов, а именно к применению для коалесценции воды гидрофобных насадок, и может быть использовано для получения товарных топлив требуемого качества по содержанию воды. Способ основан на взаимодействии обводненного нефтепродукта с коалесцирующей насадкой, в качестве коалесцирующих материалов используют нефтяной кокс (фракционного состава 2-10 мм), прокаленный при температуре 600-650°С в течение 5 часов, либо пенополиуретан различной формы (жгуты диаметром 5-25 мм и длиной 5-100 мм или крошка 20-60 мм плотностью 25-32 кг/м), либо гранулированный полиформальдегид, полиэтилен или фторопласт диаметром 2-10 мм. Нефтепродукт пропускают сверху вниз, навстречу потоку нефтепродуктов снизу вверх подают газообразный азот. Устройство заполняют насадкой одного типа равномерно, либо послойно, слои отделены решеткой. Использование заявленной группы изобретений улучшает качество обработанного нефтепродукта. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

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

Вместе с тем, на ряде установок нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) в процессе производства светлых нефтепродуктов (бензин, керосин, дизельные топлива) образуются стойкие эмульсии вода/нефтепродукт, которые плохо поддаются обезвоживанию обычными методами (отстаивание, обработка в электрическом поле). Это приводит к таким отрицательным последствиям, как потери товарных топлив, увеличение материальных затрат за счет длительного отстаивания и большого расхода энергоносителей при их обезвоживании; перемораживание оборудования и коммуникаций в зимнее время, коррозия оборудования и повышенные потери нефтепродуктов.

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

– в специальные аппараты – адсорберы загружают адсорбент;

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

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

– очистку прекращают, и производят замену или регенерацию адсорбента.

Общими признаками с предлагаемым изобретением является использование поглощающих влагу материалов, которые помещают в специальную емкость – адсорбер.

Следует отметить следующие недостатки известного способа:

– снижение эффективности обезвоживания по мере насыщения адсорбента водой;

– сложность и высокие затраты при регенерации адсорбента.

Близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ обезвоживания светлых нефтепродуктов с применением гидрофобных фильтрующих перегородок, описанный в (Е.Н.Жулдыбин, В.П.Коваленко, В.Е.Турчанинов. Способы и средства обезвоживания нефтепродуктов. М.: ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, 1985, с.37, 38). Известный способ осуществляют путем пропускания потока нефтепродукта в горизонтальном направлении через расположенные под определенным углом многослойные фильтрующие перегородки, смонтированные в специальном устройстве.

Общим в указанном и предлагаемом изобретении является то, что обезвоживание нефтепродукта производят с использованием гидрофобных коалесцирующих материалов, загруженных в емкость. Недостатками данного способа являются:

– сравнительно невысокая эффективность обезвоживания топлив;

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

– высокая стоимость фильтрующих перегородок;

– постепенное разрушение пористых перегородок;

– резкое ухудшение обезвоживания топлив при появлении в нем поверхностно-активных веществ.

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

Способ по прототипу обладает указанными выше недостатками.

Наиболее близким (прототип) к заявляемому устройству по технической сущности является устройство, описанное в GB 1442110 А, которое включает емкость в виде колонны, распределительные устройства для ввода и вывода нефтепродукта и азота и штуцер для отвода воды. Водная фаза отделяется от эмульсии вода/нефтепродукт путем барботирования инертного газа (воздух, азот или водород) через углеводороды при 0-60°С. Дизельная фракция подвергается обработке газовым потоком в колонне, выделившаяся вода дренируется. Обработанный таким образом нефтепродукт проходит через следующую колонну, в которой осушается сухим газовым потоком, поступающим в низ колонны. Колонны могут быть заполнены насадкой.

Задачей группы изобретений является:

– разработка способа, позволяющего получать обезвоженные нефтепродукты с содержанием воды, соответствующим требованиям нормативных документов на товарные топлива (ГОСТ 305, ГОСТ 10227, ГОСТ 2084 и т.д.);

– расширение арсенала устройств, используемых для обезвоживания нефтепродуктов и ассортимента коалесцирующих материалов с хорошими эксплуатационными свойствами.

Технический результат группы изобретений заключается в:

– повышении эффективности обезвоживания светлых нефтепродуктов с минимальными затратами материальных средств;

– увеличении продолжительности эксплуатации коалесцирующих материалов;

– упрощении регулировки процесса и повышении его стабильности;

– снижении трудоемкости при осуществлении процесса обезвоживания;

– уменьшении степени разрушения материала и предотвращении его уноса с потоком нефтепродуктов.

Заявляемый технический результат в способе обезвоживания светлых нефтепродуктов, основанном на пропускании сверху вниз обводненного нефтепродукта через помещенную в емкость коалесцирующую насадку, достигается за счет того, что в качестве коалесцирующих материалов используют нефтяной кокс (фракционный состав 2-10 мм), прокаленный при температуре 600-650°С в течение 5 часов, либо пенополиуретан (жгуты диаметром 5-25 мм, длиной 5-100 или крошка 20-60 мм с плотностью названных материалов 25-32 кг/м³), либо гранулированный полиформальдегид, либо полиэтилен, либо фторопласт диаметром 2-10 мм. Нефтепродукт пропускают с объемной скоростью 0,4-16,0 ч^-1, противотоком потоку нефтепродуктов, снизу вверх подают газообразный азот с расходом 14-18 ч^-1.

Заявляемый технический результат в устройстве для обезвоживания светлых нефтепродуктов, содержащем емкость с помещенной в нее коалесцирующей насадкой, распределительные устройства для ввода и вывода нефтепродукта и азота и штуцер для отвода воды, достигается тем, что емкость заполнена названной выше коалесцирующей насадкой, однородная насадка размещена равномерно по высоте аппарата либо слоями, отделенными друг от друга решеткой, емкость оборудована перераспределителями нефтепродукта и включает отсекающую перегородку.

Сопоставительный анализ известных способа и устройства с предлагаемым изобретением показывает, что общим признаком способа является пропускание нефтепродуктов через коалесцирующую насадку сверху вниз, общими признаками устройств является то, что они содержат емкость с помещенной в нее коалесцирующей насадкой, распределительные устройства для ввода и вывода нефтепродукта и азота и штуцер для отвода воды.

Заявляемый способ отличается от известного тем, что в качестве коалесцирующих материалов используют нефтяной кокс (фракционный состав 2-10 мм), прокаленный при температуре 600-650°С в течение 5 часов, либо пенополиуретан (жгуты диаметром 5-25 мм, длиной 5-100 или крошка 20-60 мм с плотностью названных материалов 25-32 кг/м³), либо гранулированный полиформальдегид, либо полиэтилен, либо фторопласт диаметром 2-10 мм. Нефтепродукт пропускают с объемной скоростью 0,4-16,0 ч^-1, противотоком потоку нефтепродуктов, снизу вверх подают газообразный азот с расходом 14-18 ч^-1. Отличительной особенностью заявляемого устройства является то, что емкость заполнена названной выше коалесцирующей насадкой, однородная насадка может быть размещена равномерно по высоте аппарата либо слоями, отделенными друг от друга решеткой, емкость оборудована перераспределителями нефтепродукта и включает отсекающую перегородку.

На чертеже схематически изображено устройство для обезвоживания светлых нефтепродуктов. Устройство состоит из емкости 1, в которой помещена поддерживающая решетка 2; на этой решетке уложен слой насадки 3. Сверху при помощи распределительного устройства 4 подается обводненный нефтепродукт. Снизу через распределительное устройство 5 из перфорированных труб барботируется азот. Сверху емкость оборудована штуцером 6 для вывода азота и каплеотбойником 7. В случае многослойной загрузки коалесцирующего материала по высоте емкости установлены поддерживающие решетки 2 и устройства для перераспределения жидкости 8.

Реализация способа обезвоживания светлых нефтепродуктов и работа устройства происходят следующим образом.

– В емкость с нижним (закрытым) вентилем на специальную металлическую решетку (размер ячеек 1,5 мм) загружают соответствующую насадку в необходимом количестве и порядке.

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

– Для увеличения эффективности обезвоживания производят подачу газообразного азота через распределительное устройство внизу емкости с выводом отработанного азота через верхний штуцер.

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

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

Примеры.

Эффективность предлагаемого способа обезвоживания светлых нефтепродуктов проверена в лабораторных условиях с использованием следующих насадок:

– нефтяной кокс, полученный на установке замедленного коксования тяжелых нефтяных остатков (смесь гудрона, тяжелой смолы пиролиза и тяжелого газойля каталитического крекинга), прокаленный при температуре 600-650°С в течение 5 часов, фракционного состава 2-10 мм;

– эластичный пенополиуретан (жгуты диаметром 5-25 мм, длиной 5-100 или крошка 20-60 мм, плотностью 25-32 кг/м³);

– гранулированный полиформальдегид фракционного состава 2-10 мм;

– гранулированный полиэтилен фракционного состава 2-10 мм;

– гранулированный фторопласт фракционного состава 2-10 мм.

Обезвоживанию подвергали легкий газойль каталитического крекинга (далее ЛГКК) установки ГК-3. Данный нефтепродукт, образующийся в процессе крекинга нефтяных остатков при температуре 475-515°С, имеет высокое содержание полициклических ароматических углеводородов, непредельных углеводородов и смол (см. табл.1). За счет этого он образует с водой очень стойкие эмульсии.

Исследования по оценке эффективности обезвоживания нефтепродуктов проводили на лабораторной установке по следующей методике.

– В емкость с нижним (закрытым) краном на специальную металлическую решетку (размер ячеек 1,5 мм) загружали либо прокаленный кокс, либо эластичный пенополиуретан, либо полиэтилен, либо фторопласт объемом 200 см³.

– Слой постепенно заполняли с избытком ЛГКК и затем с помощью регулировки нижнего крана и количества поступающего нефтепродукта устанавливали необходимую объемную скорость прохождения сырья.

– В опытах с использованием газообразного азота после установления постоянной объемной скорости нефтепродукта включали подачу азота с расходом 14-18 ч^-1 через распределительное устройство под слой насадки с выводом отработанного азота.

– В течение опытов проводили отбор и анализ проб исходного и полученного обезвоженного нефтепродукта. Пробы анализировали на содержание воды визуально и количественно.

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

Условия проведения и результаты опытов по обезвоживанию ЛГКК представлены в табл.2.

Приведенные в табл.2 данные показывают:

– Использованные в опытах образцы обводненного легкого газойля каталитического крекинга имеют высокое содержание воды (0,036-0,056 мас.%).

– Применение способа обезвоживания с использованием гидрофобных насадок (прокаленный нефтяной кокс, пенополиуретан, полиформальдегид, полиэтилен, фторопласт) позволяет интенсифицировать процесс удаления воды из ЛГКК по сравнению с прототипом (фильтрующие гидрофобные перегородки) и добиться требуемого качества по содержанию воды (отсутствие визуально), при объемной скорости пропускания ЛГКК через гидрофобные насадки 0,4-7,0 ч^-1. При увеличении объемной скорости ЛГКК выше 7,0 ч^-1 степень удаления воды снижается, но все равно остается выше, чем у прототипа. Несколько худшие результаты получены при использовании в качестве насадки полиэтилена. Однако и при этом обезвоживание ЛГКК происходило лучше, чем у прототипа.

– Использование при обезвоживании ЛГКК на гидрофобных насадках азота позволяет интенсифицировать процесс удаления воды при применении полимерных материалов – пенополиуретана, полиформальдегида, полиэтилена, фторопласта. При одной и той же объемной скорости ЛГКК степень удаления воды возрастает на 4,7-8,4 мас.%. Особенно заметен данный эффект при высоких расходах ЛГКК – более 6 ч^-1.

Сопоставительный анализ данных показывает, что применение предложенного способа и устройства позволяет добиться более высокого эффекта обезвоживания нефтепродуктов, стабильно получить обезвоженные нефтепродукты, качество которых соответствует требованиям ГОСТ и ТУ по содержанию воды, упростить схему и технологический процесс обезвоживания светлых нефтепродуктов, сократить материальные затраты и уменьшить трудоемкость, расширить ассортимент коалесцирующих насадок.

Формула изобретения

1. Способ обезвоживания светлых нефтепродуктов, включающий их пропускание через коалесцирующую насадку сверху вниз, отличающийся тем, что в качестве коалесцирующей насадки используют нефтяной кокс, либо пенополиуретановые жгуты или крошку размером 20-60 мм плотностью 25-32 кг/м³, либо полиформальдегид, либо полиэтилен, либо фторопласт в виде сферических гранул диаметром 2-10 мм, при этом противотоком потоку нефтепродуктов снизу вверх пропускают газообразный азот.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нефтяной кокс получают методом прокалки при температуре 600-650°С сырого кокса, полученного на установке замедленного коксования при переработке смеси гудрона, тяжелой пиролизной смолы и тяжелого газойля каталитического крекинга.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток нефтепродукта пропускают с объемной скоростью 1,0-16,0 ч^-1.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразный азот пропускают с объемной скоростью 14,0-18,0 ч^-1.

5. Устройство для обезвоживания светлых нефтепродуктов, содержащее емкость, равномерно заполненную коалесцирующей насадкой, распределительные устройства для ввода и вывода нефтепродукта и азота и штуцер для отвода воды, отличающееся тем, что в качестве коалесцирующей насадки емкость содержит нефтяной кокс, либо пенополиуретановые жгуты или крошку размером 20-60 мм плотностью 25-32 кг/м³, либо полиформальдегид, либо полиэтилен, либо фторопласт в виде сферических гранул диаметром 2-10 мм, либо слои из одного и того же коалесцирующего материала, отделенные друг от друга решеткой, емкость оборудована перераспределителями нефтепродукта и включает отсекающую перегородку.

РИСУНКИ