RU2058367C1

RU2058367C1 - Method for vacuum thin film fractionation or reclamation of petroleum oils and fast

Info

Publication number: RU2058367C1
Application number: RU94030184/04A
Authority: RU
Inventors: А.К. Ребров; И.И. Гогонин; В.И. Сосунов
Original assignee: Институт теплофизики СО РАН
Priority date: 1994-08-15
Filing date: 1994-08-15
Publication date: 1996-04-20
Also published as: RU94030184A

Abstract

FIELD: fractionation of petroleum, petroleum oils or fats in tower with liquid film flow. SUBSTANCE: method for vacuum thin film fractionation or reclamation of petroleum oil and fats is effected by simultaneous evaporation and condensation of one of components or fractions in thin film in vacuum tower. Process is conducted in sections separated from one another at constant pressure and rising temperature of liquid of, products in each section of tower as low-boiling fraction is withdrawn in the foregoing section. Evaporator is essentially a tower of horizontally located heat-liberating members, e.g., cylinders spaced at definite distance from one another. Distillation by evaporation of thin film is carried out with multiple disturbance of continuous flow of film and renewal of vapor-film interface. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтяной, химической, пищевой промышленности, в частности к способу получения вакуумных масел или способу вторичной переработки отработанных масел. The invention relates to the field of oil, chemical, food industry, in particular to a method for producing vacuum oils or a method for the recycling of used oils.

В нефтехимической промышленности известны способы очистки отработанных масел, использующие тонкопленочный испаритель с откачкой легколетучей фракции и транспортировки ее на фракционирующую вакуумную колонну. In the petrochemical industry, methods are known for refining used oils using a thin-film evaporator with pumping out a volatile fraction and transporting it to a fractionating vacuum column.

Известен способ очистки и дезодорации жиров и масел с движением обрабатываемых продуктов в тонкой пленке сверху вниз по вертикальной поверхности с противоточным отсосом испарившихся компонентов. A known method of cleaning and deodorizing fats and oils with the movement of processed products in a thin film from top to bottom on a vertical surface with a counter-current suction of the evaporated components.

Известны способы, использующие течение пленки на поверхностях, расположенных под различными углами к горизонтали. Known methods that use the flow of the film on surfaces located at different angles to the horizontal.

Одним из недостатков указанных способов и аналогичных им является разделение испарения и конденсации выделяемых при вакуумном испарении продуктов (или отходов) путем вакуумной откачки из камеры испарителя, что приводит к дополнительным энергетическим затратам. One of the disadvantages of these methods and similar ones is the separation of evaporation and condensation of products (or wastes) released during vacuum evaporation by vacuum pumping from the evaporator chamber, which leads to additional energy costs.

Наиболее близким техническим решением является способ получения масел для вакуумных насосов, в котором в вакуумной камере производят одновременное пленочное испарение и конденсацию паров на стенках камеры. Слив дистиллята производится через гидрозатвор, а неиспарившаяся жидкость подается в рекуперационный аппарат. Недостатком этого способа, присущим также и другим способам, использующим течение испаряющейся смеси по вертикальной или наклонной поверхности, является обеднение поверхности пленки менее летучей жидкостью, что уменьшает степень разделения компонентов при однократной перегонке. Это недостаток усугубляется постоянной температурой стенки и снижением температурного напора стенка жидкость за счет обеднения легким компонентом жидкости. The closest technical solution is a method for producing oils for vacuum pumps, in which simultaneous film evaporation and vapor condensation on the walls of the chamber are performed in a vacuum chamber. Distillate is drained through a water trap, and non-evaporated liquid is fed into the recovery unit. The disadvantage of this method, which is also inherent in other methods that use the flow of the evaporating mixture along a vertical or inclined surface, is the depletion of the film surface with a less volatile liquid, which reduces the degree of separation of the components during a single distillation. This disadvantage is aggravated by the constant temperature of the wall and a decrease in the temperature head of the liquid wall due to depletion of the light component of the liquid.

В описываемом способе совмещенный испаритель конденсатор используется лишь как подготовительная ступень для ректификации. In the described method, the combined evaporator condenser is used only as a preparatory stage for rectification.

В основу предложенного способа положена задача обеспечения более тонкого фракционирования разделяемых или очищаемых смесей, уменьшение рабочей температуры процесса, уменьшение энергозатрат на единицу вырабатываемой продукции и уменьшение металлоемкости колонны. The basis of the proposed method is the task of providing finer fractionation of the separated or purified mixtures, reducing the process temperature, reducing energy consumption per unit of produced products and reducing the metal consumption of the column.

Поставленная задача решается тем, что в способе фракционирования труднолетучих продуктов типа нефтяных масел и жиров в вакуумной колонне, заключающемся в одновременном испарении и конденсации одного из компонентов или фракции в тонкой пленке после предварительного обезгаживания, процесс проводят в разделенных друг от друга секциях при постоянном давлении нарастающей температуре жидкости продуктов в каждой секции колонны по мере удаления низкокипящей фракции в предыдущей секции. The problem is solved in that in the method of fractionation of non-volatile products such as petroleum oils and fats in a vacuum column, which consists in the simultaneous evaporation and condensation of one of the components or fractions in a thin film after preliminary degassing, the process is carried out in sections separated from each other at a constant increasing pressure the liquid temperature of the products in each section of the column as the low boiling fraction in the previous section is removed.

Испаритель и конденсатор как отдельные элементы устанавливаются в одной вакуумной камере с раздельным охлаждением конденсатора и расположением конденсатора относительно испарителя как конденсационного вакуумного насоса с минимальным гидравлическим сопротивлением для газовой фазы дистиллируемой фракции. The evaporator and condenser as separate elements are installed in one vacuum chamber with separate cooling of the condenser and the location of the condenser relative to the evaporator as a condensation vacuum pump with minimal hydraulic resistance for the gas phase of the distilled fraction.

Испаритель представляет собой колонну горизонтально расположенных тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), например цилиндров, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Жидкость с одного цилиндра на другой перетекает под действием силы тяжести в виде капель или струй при равномерной раздаче жидкости над верхним ТВЭЛом через распределительное устройство. Мощность, подводимая к ТВЭЛам, подбирается так, чтобы температура смеси жидкостей в пленке изменялась на требуемую величину. Неиспарившаяся жидкость поступает в приемник камеры и через гидрозатвор на следующую ступень разгонки. The evaporator is a column of horizontally located fuel elements (fuel elements), for example cylinders, located at a certain distance from each other. Liquid from one cylinder to another flows under the influence of gravity in the form of drops or jets with a uniform distribution of liquid above the upper fuel rod through a switchgear. The power supplied to the fuel elements is selected so that the temperature of the mixture of liquids in the film changes by the required value. Unevaporated liquid enters the chamber receiver and through the water trap to the next stage of acceleration.

Конденсатор представляет собой также ряд горизонтально расположенных цилиндров, охлаждаемых изнутри циркулирующим теплоносителем. Конденсатор в нижней части имеет приемник дистиллята, являющегося готовым продуктом. The condenser is also a series of horizontally arranged cylinders, cooled internally by a circulating coolant. The condenser at the bottom has a distillate receiver, which is the finished product.

Число секций (количество камер), режим работы ТВЭЛов и конденсатора определяются конкретной задачей очистки или ректификации. Вакуумная камера каждой из разделительных ступеней оборудована высоковакуумной (форвакуумной или диффузионной) откачкой для глубокой доочистки удалением неконденсируемых компонентов. Система предварительного обезгаживания определяется необходимостью максимального удаления газов и воды из сырья, она должна быть, по меньшей мере, двухступенчатой при регенерации масел. The number of sections (the number of cameras), the operation mode of the fuel rods and the capacitor are determined by the specific task of purification or rectification. The vacuum chamber of each of the separation stages is equipped with high vacuum (forevacuum or diffusion) pumping for deep post-treatment by removal of non-condensable components. The system of preliminary degassing is determined by the need for maximum removal of gases and water from raw materials, it must be at least two-stage during the regeneration of oils.

Основным отличием предлагаемого метода возгона является его осуществление в тонкопленочном процессе с многократным нарушением сплошности пленки и обновлением границы раздела пар-пленка. Процесс испарения в этом случае протекает как на пленке, находящейся на тепловыделяющем элементе, так и с поверхности перегретых капель или струй, когда элемент жидкости находится в свободном падении между ТВЭЛами. Вторым важнейшим отличием является осуществление процесса возгонки с постоянным нарастанием температуры от одной секции колонны к другой по мере удаления низкокипящих фракций. The main difference of the proposed sublimation method is its implementation in a thin-film process with multiple violation of the film continuity and updating the vapor-film interface. The evaporation process in this case proceeds both on the film located on the fuel element and on the surface of superheated drops or jets when the liquid element is in free fall between the fuel elements. The second most important difference is the implementation of the sublimation process with a constant increase in temperature from one section of the column to another as the low boiling fractions are removed.

Способ поясняется описанием установки с двухсекционной колонной, представленной на фиг.1; поперечное сечение одной секции колонны показано на фиг.2. The method is illustrated by the description of the installation with a two-section column, shown in figure 1; the cross section of one section of the column is shown in figure 2.

В установке (фиг. 1) содержится бак 1 с исходным сырьем, теплообменник предварительного подогрева 2, масляный насос 3, расходомер 4, деаэратор 5, распределительное устройство 6, гидрозатвор 7, первая секция колонны 8, распределительное устройство 9 для организации пленки; тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы) 10, конденсаторы 11, промежуточная емкость 12, вторая секция колонны 13, емкость для первой фракции 14, емкость для второй фракции 15, емкость для остаточного продукта 16, вакуумные насосы 17, вакуумная и регулирующая арматура 18. The installation (Fig. 1) contains a tank 1 with feedstock, a preheater 2, an oil pump 3, a flow meter 4, a deaerator 5, a dispenser 6, a water seal 7, the first section of the column 8, a dispenser 9 for organizing the film; fuel elements (fuel elements) 10, capacitors 11, intermediate container 12, second section of the column 13, capacity for the first fraction 14, capacity for the second fraction 15, capacity for the residual product 16, vacuum pumps 17, vacuum and control valves 18.

Описание работы колонны. Description of the operation of the column.

С помощью масляного насоса 3 исходное сырье, подогретое конденсирующимся паром в теплообменнике 2, через расходомер 4 подается в деаэратор 5. Распределительное устройство 6 равномерно орошает тепловыделяющие элементы деаэратора 5. Задача этого узла удаление влаги и растворенных газов из исходного сырья. В деаэраторе поддерживается давление 10-30 мм рт.ст. с помощью форвакуумного насоса 16. Через гидрозатвор 7 обезгаженная жидкость поступает в первую секцию колонны 8. В ней установлены распределительное устройство 9 и тепловыделяющие элементы 10. Задача распределительного устройства создание сплошной пленки жидкости, которая будет равномерно орошать ТВЭЛы. В колонне поддерживается давление от 1 до 10 Па. Нагревающаяся на поверхностях ТВЭЛов жидкость будет испаряться. Сконденсированная на теплообменнике 11 среда является готовым продуктом первой секции возгонки. Готовый продукт сливается в емкость 14. Оставшаяся часть пленки поступает в емкость 12, откуда через гидрозатвор 7 поступает по вторую секции колонны 13, которая также включает в себя распределительное устройство 9 и ТВЭЛы 10. Во второй секции колонны поддерживается такое же давление, как в первой секции, но более высокая температура жидкости, так как в предыдущей секции удалены более низкокипящие фракции. Испарение другой фракции и ее конденсация на теплообменнике 11 приведет к образованию готового продукта второй секции возгонки. Готовый продукт сливается в емкость 15, оборудованную расходомером и теплообменником. Остаточный продукт сливается в емкость 16. Все емкости подключены к вакуумным насосам 17. Измеряемые параметры: давление в каждой емкости, расходы исходного сырья и готового продукта в каждой секции, расходы охлаждающей воды и пара и их температуре на входе и выходе из каждой секции колонны, мощности электрических нагревателей и моторов насосов. Все перечисленные параметры позволят контролировать процесс испарения и конденсации, выбирать оптимальные режимы работы и сводить тепловые балансы. Using an oil pump 3, the feedstock heated by condensing steam in the heat exchanger 2 is fed through the flow meter 4 to the deaerator 5. The distribution device 6 uniformly irrigates the fuel elements of the deaerator 5. The task of this unit is to remove moisture and dissolved gases from the feedstock. A pressure of 10-30 mmHg is maintained in the deaerator. using a fore-vacuum pump 16. Through a water trap 7, the degassed liquid enters the first section of the column 8. It contains a switchgear 9 and fuel elements 10. The task of the switchgear is to create a continuous film of liquid that will uniformly irrigate the fuel elements. A pressure of 1 to 10 Pa is maintained in the column. The liquid heated on the surfaces of the fuel elements will evaporate. The medium condensed on the heat exchanger 11 is a finished product of the first sublimation section. The finished product is poured into the container 14. The remaining part of the film enters the container 12, from where it enters the second section of the column 13 through the water trap 7, which also includes a switchgear 9 and fuel rods 10. The same pressure is maintained in the second section of the column as in the first sections, but a higher liquid temperature, since in the previous section lower boiling fractions are removed. Evaporation of the other fraction and its condensation on the heat exchanger 11 will lead to the formation of the finished product of the second sublimation section. The finished product is discharged into a tank 15, equipped with a flow meter and a heat exchanger. The residual product is discharged into tank 16. All tanks are connected to vacuum pumps 17. Measured parameters: pressure in each tank, feedstock and finished product flows in each section, cooling water and steam flows and their temperature at the inlet and outlet of each column section, power of electric heaters and pump motors. All of these parameters will allow you to control the process of evaporation and condensation, choose the optimal operating conditions and reduce thermal balances.

Для обеспечения непрерывной работы установки необходимо снабдить ее двумя емкостями для каждого сорта готового продукта и остатка. Их переключение при наполнении каждой емкости позволит обеспечить круглосуточную работу колонны. Необходимая производительность промышленной колонны устанавливается за счет изменения длины ТВЭЛов и количества их рядов, включенных в параллель. Количество фракций готового продукта должно равняться количеству секций в колонне. Качество готового продукта необходимо определять после отбора проб из емкостей 14, 15 и определять их соответствие ГОСТом. To ensure continuous operation of the installation, it is necessary to provide it with two containers for each grade of the finished product and the residue. Their switching during the filling of each tank will ensure round-the-clock operation of the column. The required performance of the industrial column is set by changing the length of the fuel rods and the number of rows included in parallel. The number of fractions of the finished product should equal the number of sections in the column. The quality of the finished product must be determined after sampling from containers 14, 15 and determine their compliance with GOST.

На фиг. 2 схематично показано поперечное сечение одной секции колонны. Через гидрозатор 7 жидкость поступает в распределительное устройство 9, откуда поступает для равномерного орошения тепловыделяющих элементов 10. Испарившаяся фракция с поверхности пленки поступает на поверхность конденсатора 14, где превращается в готовый продукт возгонки для данной секции колонны и по линии 15 удаляется в емкость для хранения. Неиспарившаяся часть пленки через промежуточную емкость 12 и другой гидрозатвор поступает в следующую секцию для дальнейшей возгонки. Необходимое давление поддерживается вакуумным насосом (линия 17). Вертикальные стенки емкости исключают соприкосновение капель из-за возможного брызгоуноса при испарении пленки 20 с конденсированной фракцией. Температура жидкости на входе в секцию на выходе из нее контролируется термопарами 19. In FIG. 2 schematically shows a cross section of one section of a column. The liquid enters the switchgear 9 through the hydrosolator 7, from where it enters for uniform irrigation of the heat-generating elements 10. The evaporated fraction from the film surface enters the surface of the condenser 14, where it turns into the finished sublimation product for this section of the column and is removed via line 15 to a storage tank. The unevaporated part of the film through the intermediate container 12 and another water trap enters the next section for further sublimation. The required pressure is maintained by a vacuum pump (line 17). The vertical walls of the container exclude the contact of drops due to the possible spraying during evaporation of the film 20 with the condensed fraction. The temperature of the liquid at the inlet to the section at the outlet of it is controlled by thermocouples 19.

В качестве источников тепла для обогрева ТВЭЛов можно рассматривать три вариантa:
1) обогрев электрическим током
2) обогрев конденсирующимся паром
3) обогрев промежуточным высокотемпературным теплоносителем.Three sources can be considered as heat sources for heating fuel rods:
1) electric current heating
2) condensing steam heating
3) heating by an intermediate high-temperature coolant.

Обогрев теплоносителя может осуществляться паром, горящим факелом мазутной горелки или электричеством. Обогрев ТВЭЛов промежуточным теплоносителем предпочтительнее других, так как исключает возможность превышения температуры стенки ТВЭЛа выше заданной и исключает высокое давление в контуре теплоносителя. Heating of the coolant can be carried out by steam, a burning torch of a fuel oil burner or electricity. Heating of fuel elements with an intermediate coolant is preferable to others, since it eliminates the possibility of exceeding the temperature of the fuel wall above a predetermined one and eliminates high pressure in the coolant circuit.

Описанный способ вакуумного тонкопленочного фракционирования нефтяных масел осуществлен в Институте теплофизики СО РАН в виде пилотной установки производительностью 860 кг/сут. Из медицинского вазелинового масла (ГОСТ 3164-78) производства Ярославского нефтеперерабатывающего завода им. Д.И. Менделеева было получено вакуумное масло ВМ-1 для диффузионных насосов в количестве 15% от количества исходного сырья (вазелиновое масло было получено из Сибирскнефте). Качество полученного масла проверялось косвенно. При работе одного и того же диффузионного насоса на стандартном масле ВМ-1 (производство Московского нефтемаслозавода) и на масле, полученном на пилотной установке, был создан одинаковый вакуум около 10^-7 мм рт.ст. Время выхода на заданное давление было одинаковым при работе насоса на стандартном и полученном масле. Мощность пилотной установки 18 кВт. Мощность колонны на Московском нефтеперерабатывающем заводе одинаковой производительности 68 кВт. На 1 кг вырабатываемой продукции затрачена мощность в 3,8 раза меньше, чем при кубовом способе получения масла, который используется на Московском нефтеперерабатывающем заводе. Вес деаэратора и двух секций колонны составляет 150 кг, что приблизительно в 10 раз меньше, чем вес рабочего куба на Московском заводе.The described method of vacuum thin-film fractionation of petroleum oils was carried out at the Institute of Thermophysics SB RAS in the form of a pilot plant with a capacity of 860 kg / day. From medical vaseline oil (GOST 3164-78) produced by the Yaroslavl oil refinery named after DI. Mendeleev obtained a VM-1 vacuum oil for diffusion pumps in an amount of 15% of the amount of the feedstock (vaseline oil was obtained from Sibirskneft). The quality of the resulting oil was verified indirectly. When the same diffusion pump was running on standard VM-1 oil (produced by the Moscow Oil and Oil Plant) and on the oil obtained at the pilot plant, the same vacuum was created at about 10 ^-7 mm Hg. The time for reaching the set pressure was the same when the pump was running on standard and produced oil. The power of the pilot plant is 18 kW. The capacity of the column at the Moscow refinery of the same capacity is 68 kW. The power consumed per 1 kg of the produced products is 3.8 times less than with the cubic method of producing oil, which is used at the Moscow Oil Refinery. The weight of the deaerator and two sections of the column is 150 kg, which is approximately 10 times less than the weight of the working cube at the Moscow plant.

Claims

METHOD OF VACUUM THIN FILM FACTIONATION OR REGENERATION OF OIL OILS AND FATS by sublimating them in a vacuum column with simultaneous evaporation and condensation, characterized in that to obtain a narrow fraction of the finished product, the process is carried out in sections separated from one another at constant pressure and increasing temperature sections of the column as the low-boiling fraction is removed in the previous section, and the vapor-film interface is repeatedly updated as the fluid flows through the cascade nnyh underneath each other fuel elements made, for example, in the form of horizontal cylinders, allowing evaporation alternation with continuous liquid film on the surface of the fuel elements with evaporation with superheated droplets or jets of fluid when flowing between the fuel elements.