WO2010117300A1 - Plant and devices for the deep processing of raw hydrocarbons - Google Patents
Plant and devices for the deep processing of raw hydrocarbons Download PDFInfo
- Publication number
- WO2010117300A1 WO2010117300A1 PCT/RU2010/000065 RU2010000065W WO2010117300A1 WO 2010117300 A1 WO2010117300 A1 WO 2010117300A1 RU 2010000065 W RU2010000065 W RU 2010000065W WO 2010117300 A1 WO2010117300 A1 WO 2010117300A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- vkf
- raw materials
- separation
- light
- processing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G15/00—Cracking of hydrocarbon oils by electric means, electromagnetic or mechanical vibrations, by particle radiation or with gases superheated in electric arcs
- C10G15/08—Cracking of hydrocarbon oils by electric means, electromagnetic or mechanical vibrations, by particle radiation or with gases superheated in electric arcs by electric means or by electromagnetic or mechanical vibrations
Definitions
- the invention relates to the oil refining, petrochemical and chemical industries, as well as to the fuel and energy industry, and specifically to the field of preparation and deep processing of oil, including heavy oil, residues of oil refining and petrochemical industries, natural bitumen, coal, oil shale, vegetable products and other hydrocarbon media, solid, liquid, gaseous, hereinafter raw materials, and can be used in the production of hydrocarbon fuels, petrochemical and chemical products.
- the application of the invention allows to solve many environmental problems and leads to improved environmental conditions.
- Light target products or fractions are understood as fractions for further processing and obtaining light target commodity products with a boiling point mainly up to 350-360 0 C, containing fuel, i.e. the most expensive gas, gasoline, kerosene and diesel fractions, as well as products for the petrochemical and chemical industries (benzene, toluene and others).
- light target fractions or products of which, when light final target products (liquefied gas, tested gasoline, diesel fuel, petrochemical products and others) receive final processing.
- the primary distillation of oil at the refinery is carried out in two ways: by single evaporation in one distillation column and with preliminary evaporation of light fractions, or by double evaporation (Bagirov I.T. High-performance atmospheric and atmospheric-vacuum installations. M., Chemistry, 1964, p. 5; Dekhterman A.Sh. Oil refining according to the fuel variant. M., "Chemistry", 1988, p. 41). The latter method is used most often, since it allows you to increase the depth of selection of distillates within their potential content in raw materials. We briefly consider the sequence of operations of primary distillation carried out according to the classical scheme.
- Oil preparation is carried out in blocks ELOU (electro-dehydrating and desalting plant). Equipment difficult to manufacture and operate, explosive (Dekhterman A.Sh. Oil refining according to the fuel version. M., "Chemistry", 1988, p. 36).
- the separation of oil into fractions is based on the difference in the boiling point of its components.
- the low-boiling part passes into the vapor phase and, after condensation, forms a distillate.
- atmospheric or vacuum distillation is used (A. Dekhterman, Oil refining according to the fuel version. M., Chemistry, 1988, p. 26).
- Rectification apparatus refers to a fairly technologically advanced and structurally-used equipment. However, it is sophisticated equipment. Column distillation apparatuses used at large refineries are quite expensive to manufacture and operate. Therefore, at the stage of preliminary separation of oil, it is advisable to use simpler devices, such as evaporators (Dekhterman A.Sh. Oil refining according to the fuel version.
- the evaporator is a cylindrical tank. At the bottom of its housing is an integrated tubular heat exchanger. Inside the tubes of the heat exchanger serves a coolant for heating the product (oil). Typically, water vapor is used as a heat transfer medium. The light part of the oil (gasoline fraction) evaporates and is discharged through the upper fitting. The remaining oil is poured through the drain plate and is discharged through the corresponding fitting. The amount of evaporated part of the oil depends on the temperature in the apparatus, that is, on the surface of the heat exchanger and the temperature of the coolant. The surface of the heat exchanger during operation is covered by deposits of oil and heat transfer conditions are much worse.
- the temperature of the process is 200 - 230 0 C. This temperature corresponds to a certain evaporated part of the oil (feedstock).
- this apparatus is used as a prototype of an evaporation and separation apparatus.
- the method of catalytic cracking of oil products is widely known - the method of thermal decomposition of heavy oil fractions in the presence of a catalyst (Rudin M.G., Drabkin A.E. Oil refinery quick reference guide. L.: Chemistry. 1980 , p. 70-73).
- the method includes heating the feedstock to a temperature of 470-550 0 C, mixing it with water vapor and then with a catalyst, treating the mixture in a reactor, followed by catalytic decomposition of the feedstock and separating it into fractions, as well as isolating and regenerating the catalyst at a temperature of 590-670 0 C.
- the specified installation is very cumbersome, difficult to maintain and does not allow to intensify the chemical-technological processes with processed raw materials.
- the disadvantage of this method is the impossibility of a more complete use of raw materials in the processing process due to the dependence on the intensity of the electromagnetic field.
- the known method is characterized by high energy costs for creating a deep vacuum, and the use of only the acoustic frequency range does not provide reliable destruction of highly viscous media, a long period of time is required for the processing of fuel oil.
- this method is intended for the processing of fuel oil only and does not allow the processing of, for example, used motor or lubricating oils.
- Installation for implementing the specified method of cracking oil contains interconnected device for processing of raw materials, which is simultaneously an ultrasonic generator, a separation chamber for separating spent raw materials and a device for condensing the vapor phase.
- a device for processing raw materials is a housing in which interconnected chambers are formed, each of which has a rotor mounted on the drive shaft and a stator. The last chamber is communicated with the first, forming a closed loop. Behind the last chamber there is a separation chamber having a channel for diverting the resulting vapor phase for condensation in the refrigeration chamber.
- the emitter of ultrasonic frequencies are the mechanical components of the system (rotor, stator, bearings).
- a known method of thermal processing of heavy oily fractions including thermal cracking of heavy oily fractions into phases and obtaining from the vapor phase final products, characterized in that before thermal cracking, the feedstock is preliminarily subjected to a wave treatment in a separate treatment zone by forming a wide range of frequencies from the acoustic to the light range in the medium being processed, after which the impact products are fed to thermal cracking, which is carried out in the mode of primary oil refining at atmospheric pressure and a maximum heating temperature of 360 0 C (patent of the Russian Federation RU2215775).
- the disadvantage of this method is that for the excitation of vibrational levels of molecules and their activation for further cracking, it is necessary to add a certain amount of energy to the processed medium.
- the necessary energy is introduced by direct heating of the feed.
- raw materials for example in catalytic cracking
- catalysts that reduce the activation energy of molecular bond breaking and contribute to the cracking process.
- the activation energy of molecules is introduced into the medium due to ((formation of a wide spectrum of frequencies from the acoustic to the light range in the medium being processed)).
- Known devices for acoustic and cavitation processing in which the processing is carried out due to the movement of the rotor, the disk is a rotary pulsation apparatus (patent RU 2115176 ((Cavitation generator ”, patent RU 211 1554 ((Ultrasonic oscillation generator))).
- acoustic and cavitation treatment of the liquid occurs in thin layers directly adjacent to the moving rotor or disk, and not in the entire volume, therefore, the liquid treatment in such devices gives a small, within the limits of measurement error, increase in the depth of processing and in the industry has not found wide use in hydrocarbon feedstock cracking purposes.
- such devices are used to emulsify liquids. Due to the fact that the devices moving parts are present, life of such devices is insufficient.
- the closest analogue (prototype) for the claimed device is the device according to patent RU 2164629 ((Method for cavitation of a fluid flow and a device for its implementation)).
- the cavitation method is hydrodynamic. The process occurs due to the fact that a cavitator in the form of a working fluid of various shapes is placed in the flow of the processed fluid, and the area of the maximum cross section of the working fluid in a plane perpendicular to the axis pipeline, is more than 0.8 of the cross-section of the pipeline, but not equal to it. It is known that cavitation occurs during the flow around a poorly streamlined body, in the rear of which there is a zone of low pressure.
- the streamlined body always strives to occupy a position in which the hydrodynamic drag is minimal, i.e. such a position in which the flow of fluid around this body will be the best for these conditions of movement of the medium. This will lead to an even greater reduction in the cavitation zone and a decrease in cavitation and acoustic effects on the raw materials.
- Thermal cracking has been known for a very long time (Smidovich EV, Oil and gas processing technology. 4.2. M., Chemistry, 1968. VE Parkhomenko, Oil and gas processing technology. M., Gostoptekhizdat, 1959.).
- the disadvantages of thermal cracking include the following. When the raw material is heated with increasing temperature, the number of bond breaks slowly and smoothly increases, but when a critical temperature is reached (depending on the properties and composition of the feedstock), this number increases sharply, the process of bond breaking is avalanche-like, uncontrollable. This leads to coking of the equipment and a decrease in the overhaul mileage, the process is periodic.
- thermal cracking There are a lot of gases and unsaturated hydrocarbons in thermal cracking products, which increases the requirements for further equipment in obtaining marketable products - gasoline, diesel fuel and others, which, ultimately, leads to an increase in capital and operating costs. Therefore, recently, thermal cracking processes, especially in the fuel version, are rarely used. High temperatures of heating of raw materials (470-550 0 C and above) and pressure (up to 7 MPa) also lead to high capital costs, and coking of equipment and low overhaul mileage of equipment - to increase operating costs.
- the closest analogue (prototype) for the installation of advanced processing according to the invention is thermal cracking.
- the technical result of the application of the invention is to increase the yield of light target products and increase the depth of industrial processing of raw materials, simplify and cheapen the process and equipment for the preparation and advanced processing of raw materials, reduce operating and capital costs with a high depth of further processing, save and rational use of hydrocarbon raw materials.
- the aim of the invention is to increase the yield of light light fractions (gasoline, kerosene and diesel, petrochemicals) higher than their potential content in raw materials and increase the depth of processing, which leads to optimal and rational use of raw materials for their further processing, reducing operating and capital costs, simplicity and reliability of equipment design, simplicity and reliability of control and adjustment of the thermomechanical cracking process, reduction of coking and increase of spacing ntnogo path equipment, the continuity of the process, improving the quality of thermomechanical cracking products for further processing as compared with thermal cracking, reduction of harmful impurities, the solution of environmental problems, recycling of free oil and other gases.
- the main goal is to increase the processing depth of any hydrocarbon feedstock, which ultimately leads to an increase in the profitability of the entire processing industry.
- This goal is achieved by the fact that in the installation for the preparation and processing of liquid hydrocarbon raw materials, including preparation (preliminary cleaning of water and harmful impurities), supply and heating raw materials, separation of raw materials into fractions, removal of separation products, a separation apparatus is built in, in which the hydrocarbon mixture is divided into two parts - the light separation part (low boiling fractions of NKF) and the heavy high molecular weight part of separation (high boiling fractions of VKF).
- Raw materials are preheated in recuperative heat exchangers to optimize energy costs due to the heat of one or all separation products (NKF and VKF).
- the raw materials are preheated in a separate or general (but separate from heating VKF coil) with heating VKF heating furnace (heater) to a temperature above 20 ⁇ 50 0 C to reduce viscosity and increase fluidity of raw materials, especially heavy and highly viscous.
- Raw materials are usually heated to a temperature not exceeding 450 ° C so that coking of heating equipment does not begin, although in some cases (depending on the composition of the raw materials), the heating temperature of the raw materials can be even higher. Simultaneously with heating, the raw material can also be subjected to thermal cracking.
- a heating furnace of VKF heats the heating of the liquid part of the separation in one pass through the coil of the furnace or heater does not exceed 250 ° C, but may be more, and the mass fraction of VKF subjected to thermal cracking in the heating furnace or heater does not exceed 50% to prevent intense formation of coke deposits on the surfaces of coil heaters.
- the VKF speed in the furnace coil (heater) should be higher than 1 m / s (optimally 3 ⁇ 10 m / s), which can significantly reduce or even avoid coking of the coil (heating channel VKF).
- the raw materials and heated VKF are sent to the direct mixing device, in which the raw materials are finally heated, and they are heated to a certain subcritical temperature, which is lower than the onset temperature of the avalanche-like uncontrolled thermal cracking, but not more than 300 0 C (depending on the composition and properties of the initial raw materials), i.e. heated so that uncontrolled thermal cracking has not yet begun.
- a high temperature for example, up to 400 0 C and higher, depending on the process conditions
- colder oil or other liquid hydrocarbon feedstocks for example, at a temperature of 200 0 C
- thermomechanical cracking in which the mixture to initiate a controlled process of breaking the bonds of molecules (thermomechanical cracking) is subjected to mechanical and wave effects of a different nature and a wide range of frequencies, for example cavitation, sound, ultrasonic vibrations, and for cavitation processing heated to subcritical temperature of the raw material and the imposition of acoustic exposure use such devices, the action of which is based on hyd dynamic effects movement of multiphase fluids at speeds exceeding 5 m / s for channels of various shapes.
- the specific speed value is chosen empirically based on the analysis of separation products (NKF and VKF).
- thermomechanical cracking device sent to the separation apparatus, in which the processed mixture of raw materials and the heavy high molecular weight liquid separation part (high boiling fractions of VKF) are separated into the light vapor-gas part (low boiling fractions of NKF) and the heavy liquid part of separation (high boiling fractions of VKF).
- a mixture of raw materials and VKF is sprayed (dispersed) into the separation apparatus with a decrease in pressure.
- heavy commercial products such as coke, bitumen, bitumen emulsions, coatings, oils and others
- the light gas-vapor part (NKF) which contains both light fractions of the feedstock and light fractions of the products of thermal cracking VKF and thermomechanical cracking of a mixture of raw materials and VKF, is sent to the separation device (filtration, droplet separation, rectification), and the temperature in the separation device corresponds to the maximum the end boiling temperature of light fractions of the desired commercial products, for example 350-360 0 C for the diesel fraction. This boundary temperature can be changed depending on the set tasks and requirements for the resulting products.
- light reaction fractions mainly with a boiling point up to 350-360 0 C
- light commercial products such as liquefied gas, gasoline, kerosene, diesel fuel, petrochemical products
- the filtrate after the separator to obtain an additional amount of light target products is returned to the reprocessing at the beginning of the process together with the circulating part of the VKF.
- Devices for mixing raw materials and VKF, wave and mechanical processing of the mixture, dispersion (spraying), and separation of the combined gas and vapor separation of NKF are built into the apparatus for separating the mixture into liquid (VKF) and combined gas (NKF) parts, and the quality of the separation products and their ratio depending the properties of the feedstock are controlled by the temperature and pressure of the circulating VKF at the outlet of the furnace (heater) and raw materials, the temperature and pressure of the mixture in the separation apparatus, the temperature of the NKF in the separator, the flow of raw materials, circulating liquid Asti CCF and their ratio, and the raw speed of the circulating liquid portion CCF and mixtures thereof in the mixing device, processing the dispersion (spraying).
- the speed control of raw materials, the circulating liquid part of the VKF and their mixtures in the mixing and processing devices can be carried out by changing the mechanical parameters of the design of these devices.
- the separation level of the combined-cycle phase of the NKF and the liquid phase of the VKF in the separation apparatus is maintained at given values of the above technological parameters by the value of the consumption of HCF directed to obtain heavy commercial products, and the number of built-in the apparatus for mixing raw materials and VKF, processing and dispersing (spraying) the mixture can be more than one of each type and depends on the productivity of the processing industry.
- RPA rotary-pulsation devices
- light and radioactive irradiation devices sound and ultrasound from various types of external sources (piezo-emitters, magneto-emitters, and other devices) as reagents and catalysts as processing devices for raw materials, VKF, and their mixtures.
- the installation may include a device for mixing preheated raw materials and circulating VKF to the furnace (heater) heating VKF.
- the VKF heating furnace (heater) is used to heat the mixture of raw materials and VKF to subcritical temperature or to heat and thermally crack the mixture.
- the mixture is then sent to a thermomechanical processing device, to a dispersant and to a separation apparatus, after which the NKF and VKF obtained after the separation apparatus are sent as described above.
- Both parts of the separation can be sent to the mixing device to obtain synthetic oil with an increased potential content of light fuel products and significantly lower density and viscosity compared to the feedstock, which is then sent for further in-depth processing, and the mixing device VKF and NKF may be built into the separation apparatus.
- the mixing device VKF and NKF may be built into the separation apparatus.
- a light distillation is usually obtained, which is returned to the beginning of the process for reprocessing together with the raw material to obtain an additional amount of light target products.
- the bottom (heavy) residue after the unit for producing light commercial products (such as liquefied gas, gasoline, kerosene, diesel fuel, petrochemicals), for example, this is the bottom residue after the distillation column, is returned to the beginning of the process for reprocessing together with raw materials to obtain additional quantities light target products.
- the raw materials can be preheated in recuperative heat exchangers due to the heat of commercial products.
- coke particles and other mechanical impurities can be formed, the ingress of which is undesirable into the circulating VKF and further into the pump and heater, therefore, a device for cleaning VKF from harmful impurities, solids and coke particles is built into the circulation circuit of the VKF part.
- gaseous hydrocarbons which are also hydrocarbon feedstocks, such as associated or natural gas
- gas fractions obtained during the refining process, in particular according to this invention and solid hydrocarbons in the form of a fine powder can also be sent for advanced processing.
- the positive effect is also provided by the fact that the feedstock and / or circulating high boiling fractions of the FCF are subjected to mechanical and wave processing and / or thermomechanical (non-catalytic) cracking in front of the mixing device.
- the apparatus for the separation of hydrocarbons into the light vapor-gas separation part (low boiling fractions of NKF) and the heavy liquid part of separation (high boiling fractions of VKF) is a capacitive apparatus that contains a housing, fittings for input and output of working and product media, fittings and devices for monitoring the technological parameters of the apparatus (temperature, pressure).
- thermomechanical cracking in which a mixture of raw materials and VKF is heated to a certain subcritical temperature to initiate a controlled process of breaking bonds molecules (thermomechanical cracking) are subjected to mechanical and wave effects of a different nature and a wide range of frequencies, for example, cavitation radiation, sound, ultrasonic vibrations, a device for spraying (dispersing) the mixture into the apparatus to increase the interfacial surface of the separated media and to more effectively and quickly separate them.
- a separation device (filter, droplet separator) of the vapor-gas separation part (NKF) is built into the upper part of the apparatus, after which the purified NKF leaves the apparatus and is sent to obtain marketable products, and the filtrate by gravity enters the lower part of the apparatus and mixes with VKF.
- unsaturated hydrocarbons are formed.
- a block or device with a catalyst is built into the separator, for example, in the form of a basket with catalyst granules filled in it.
- molecular hydrogen, light hydrogen-containing media enriched with hydrogen for example, natural or associated gas, light shoulder straps of gasoline fractions and others, are fed into the block with the catalyst.
- the temperature in the separation device corresponds to the maximum temperature of the end of boiling fractions of light target commercial products, for example 350-360 0 C for a diesel fraction.
- the separation level of the combined-cycle phase of the NKF and the liquid phase of the VKF is lower than half the height of the separation apparatus, and a fitting is built into the device’s body for controlling the level of the phase separation and maintaining it in the set value by the flow rate of the VKF sent to the production units of heavy commodity products with the given other values technological process parameters.
- a VKF separation device In the lower part of the apparatus, a VKF separation device is built into parts, a part of the VKF is sent for the production of heavy commercial products (such as coke, bitumen and others), and the other part returns to the beginning of the process and circulates in a closed circuit - a separation apparatus, a heating furnace (heater), separation apparatus.
- the number of devices for mixing raw materials and VKF, processing and spraying (dispersing) the mixture built into the device can be more than one of each type and depends on the productivity of the processing industry.
- a separator is installed in the lower part of the apparatus - a sump for separating from VKF the part necessary for circulation and for cleaning the circulating part of VKF from coke particles and other mechanical impurities.
- the device for mechanical and wave processing is combined with the device for mixing and dispersing the mixture and can be called as “Tyrbodinoamichesky Disintegrator)) (TDD).
- TDD Tethyrbodinoamichesky Disintegrator
- Its task is to carry out direct heating of the raw material (medium 1) due to the heat of the superheated VKF (medium 2), cavitation and acoustic treatment of the mixture of raw materials (medium 1) and VKF (medium 2) and dispersing (spraying) the treated mixture into the separation apparatus.
- the phenomenon of cavitation occurs during the flow around obstacles and poorly streamlined bodies, especially with sharp edges and edges. There is a disruption of the flow with the appearance of a zone of low pressure and the formation of caverns, i.e. cavitation bubbles.
- cavitation bubbles When the bubbles collapse, shock pulses of high pressure (hundreds of atmospheres and more), local areas of a strong increase in temperature (hundreds and thousands of degrees) arise.
- shock pulses of high pressure high pressure
- local areas of a strong increase in temperature (hundreds and thousands of degrees) arise.
- waves of a wide spectrum of frequencies appear, i.e. there is a mechanical and acoustic impact on the medium being treated.
- the cavitation phenomenon is widely used in various fields of technology, in particular, for the intensification of various chemical reactions and transformations.
- tiny bubbles of gas or vapor are always present in a real liquid, moving with the flow and falling into the region of low pressure, they lose stability and acquire the ability to grow unlimitedly. After going to the zone increased pressure and exhaustion of the kinetic energy of the expanding fluid, the growth of the bubble stops and it begins to contract. If the bubble contains a lot of gas, then when it reaches the minimum radius, it is restored and performs several cycles of damped oscillations, and if there is little gas, then the bubble completely closes in the first period of life. Therefore, near the streamlined body (obstacle), a rather clearly defined “cavitation zone” is created, filled with moving bubbles.
- the contraction of the cavitation bubble occurs at high speed and is accompanied by a sound pulse (water hammer), the stronger, the less gas the bubble contains. If the degree of cavitation development is such that many bubbles appear and collapse at random times, then the phenomenon is accompanied by strong noise with a continuous spectrum from several hundred Hz to hundreds and thousands of kHz. An increase in the flow rate after the onset of cavitation causes a rapid increase in the number of cavitation bubbles, after which they are combined into a common cavitation cavity.
- the velocity of the processed medium should be sufficiently high (based on the experience of more than 5 m / s) so that the bubbles do not managed to slam close to the body, and slam away from the streamlined body, then cavitation will be voluminous and will not lead to the destruction of the streamlined body.
- the acoustic and cavitation processing device (turbodynamic disintegrator) is equipped with two inlet pipes for two inlet media (medium 1 is raw material, medium 2 in this case, VKF), two vortex inserts (swirlers) for two inlet media, and a cylindrical mixing chamber for input media installed directly after the input swirls.
- the diameter of the mixing chamber is chosen so that the speed of the mixture is greater than 0.1 m / s, usually from the range 0.1 - 10 m / s, but this speed may be greater.
- the specific speed value is determined by the analysis of fractions obtained as a result of processing and products i.e. determined experimentally depending on the feedstock and the task.
- Partial cavitation and acoustic treatment of the input media and their mixtures occurs already in swirls when the media move at high speeds, and in the mixing chamber, when raw materials and VKF are heated to a high temperature, but the effect is enhanced when the main cavitators are installed.
- the cylindrical chamber can be interspersed with confuser and diffuser inserts, which leads to an increase in the velocity of the transverse motion of the media, an increase in the amplitude of the transverse vibrations and an increase in the process of mixing the two media (the parameters of the inserts are determined empirically depending on the composition of the raw material and the task).
- the cavitator is installed after the mixing chamber and is made in the form of a flat, concave or convex (as one of the options - in the form of a cone) along the movement of the mixture of two input media of the figure, installed across the flow and closing the entire flow cross section.
- a flat, concave or convex as one of the options - in the form of a cone
- the cavitator is installed after the mixing chamber and is made in the form of a flat, concave or convex (as one of the options - in the form of a cone) along the movement of the mixture of two input media of the figure, installed across the flow and closing the entire flow cross section.
- an outlet swirler is located for a mixture of input media (to improve dispersion of the mixture) and a nozzle.
- the swirls and nozzle are designed so that the flow velocity in the channels of the swirls and nozzle is higher than 5 m / s.
- the specific value of the velocities in the holes of the cavitator and the channels of the swirler is determined by the results of the analysis obtained as a result of processing fractions and products, i.e. determined experimentally depending on the feedstock and the task.
- the swirl channels are made in the form of two-start or multi-start (the number of channels is at least two, optimally 2 ⁇ 3) tangential channels or channels in the form of Archimedes spirals (linear function in polar coordinates, easy to manufacture), screw or screw spirals, twisting channels of another shape .
- the ratio of the height of the channel (spiral) to its width is in the range from 1 to 10.
- the rotation of the medium in the channels can be either left or right, the direction of rotation of the two media can coincide and / or be multidirectional, this does not give a big difference in the results.
- the location of the cavitator between the mixing chamber and the output swirl for the mixture of input media and the nozzle is selected from the condition of maximum intensity of cavitation and acoustic effects on the mixture of input media, which is also determined experimentally.
- the holes in the cavitator can be in the form of rectangles, asterisks, ellipses and other flat figures (as one of the options with sharp jagged edges), and the shape and dimensions of the figures are chosen so that the ratio of the perimeter of the figure to its area is maximum to increase the zone of flow stall.
- the dimensions of the holes (the minimum and maximum distances between the two points of the perimeter of each hole) are in the range from 0.1 to 100 mm, and the medium velocity in each hole exceeded 5 m / s.
- the device can be installed 2 or more cavitators, which leads to an increase in the nodes and zones of formation of cavitation.
- the distance between the cavitators, as well as the distance between the mixing chamber, cavitators and the nozzle, is selected from the condition of maximum intensity of cavitation and acoustic impact on the mixture of input media, determined empirically.
- the cavitator can be made in the form of filling balls, cylinders, parallelepipeds, sprockets, tori, dumbbells, Raschig rings and other rigid volumetric figures.
- volumetric figures are in the range from 0.1 to 100 mm, the velocity of the medium in all the gap between the backfill elements must exceed 5 m / s.
- the filling can be inserted into a container, for example, mesh, for the convenience of changing elements of various filling and moving the cavitator (container) along the axis of the processing device to find the optimal location to create maximum intensity of cavitation and acoustic effects on the mixture of input media.
- the number of containers may be more than one, and with various filling.
- the gas part of the mixture at operating pressure should not exceed 25% (otherwise the cavitation effect worsens) mass and is regulated by the pressure in the device.
- the nozzle is made in the form of a cylinder, cone or Laval nozzle, as well as another shape based on the goal of better atomization of the mixture.
- a plant in which the raw materials and circulating VKF are mixed before the VKF heating furnace, and the heated mixture is further supplied to the acoustic and cavitation processing device (turbodynamic disintegrator), then a mixture of raw materials and VKF is fed to each inlet pipe of the processing device, and the number of inlet pipes may be more than two.
- fittings or nozzles for introducing molecular hydrogen and / or light hydrogen-containing media and / or active hydrogen and / or light radicals into the mixing chamber and / or into the treatment zone in front of and / or behind the cavitator, or the device (unit) for producing active hydrogen and / or light radicals is integrated into the processing device.
- the cavitator is made in the form of a cone or a convex along the flow of the figure in the form of a cone or a truncated cone with an angle at the apex of the cone of more than 10 degrees, and on the entire surface of the cavitator as the nodes of the formation of cavitation zones made through holes with an effective diameter of from 0.1 to 100 mm
- the number of outlet swirlers and / or nozzles built into the processing device can be more than one of each type.
- the cylindrical sections of the mixing chamber but also the cylindrical sections of the motion of both media before mixing can be interspersed with confuser and / or diffuser inserts. With a large gas part and high pressure in the device, the output swirl may not be used.
- Raw materials heated by circulating VKF to subcritical temperature (vibrational levels of molecules are already excited, but avalanche-like breaking of molecules due to this excitation still does not occur) is sent to a processing device in which the raw materials are subjected to mechanical (for example, cavitation) and wave effects of various nature (sound, ultrasonic , cavitation, electromagnetic, light, radiation, etc.) and a wide range of resonant frequencies.
- mechanical for example, cavitation
- wave effects of various nature sound, ultrasonic , cavitation, electromagnetic, light, radiation, etc.
- a wide range of frequencies is needed because the number of combinations of compounds of carbon atoms, hydrogen and other elements, especially in polyatomic molecules the raw material is very large, and has not yet been studied in detail; therefore, the number of different vibrational levels excited by preheating is also very large.
- thermomechanical cracking process i.e. the process of breaking bonds of already excited molecules
- the initiated process of breaking bonds by applying a resonant action is controlled by the intensity and nature of the applied effect.
- the thermomechanical cracking process becomes controllable rather than avalanche-like, which leads to a decrease in coking of equipment, an increase in its overhaul mileage, the process is continuous. Because the raw materials are already heated almost to a critical state, processing it with any type of exposure does not require large energy costs, i.e. initiating resonant action allows you to control the process.
- thermomechanical initiated cracking are better than the products of thermal cracking, they have fewer gases and unsaturated compounds, and the yield of light products is 1.5-15 times higher than their potential content in raw materials depending on the composition of the raw materials (heavy oil, fuel oil, etc.). d.). Because the wave action is applied to activate the breaking of bonds already in the excited molecules, its energy is spent only on the activation and control of the thermomechanical cracking process, then the energy costs are low. Chemical reagents and catalysts are not used in the process. Thus, cracking can occur in three devices: in a circulating VKF heating device, in a raw material and VKF mixing device, and in a processing device (thermomechanical cracking). Depending on the composition and properties of the raw materials, the technological parameters of the process and the task, cracking can occur in only one device, in any two or all three.
- the raw materials are sent to the evaporation and separation apparatus, in which the vapor-gas part (low boiling fractions of NKF) is separated from the liquid (high boiling fractions of VKF).
- the heated mixture of raw materials and VKF is dispersed (sprayed) into a separation apparatus to increase the interfacial surface and more efficiently separate the gas-vapor part from the liquid.
- NKF the light part of the gas-vapor separation (low boiling fractions of NKF), with a boiling point predominantly up to 350-360 0 C, which can be called very light oil or gas condensate, and a heavy high molecular weight part or liquid separation residue (high-boiling fraction of VKF separation).
- NKF consists mainly (80-90% due to non-ideal separation) of fractions with a boiling point up to 350-360 0 C.
- fuel products such as gasoline are produced from NKF (boiling range: boiling point - 180- 200 0 C), kerosene (boiling range: 180-200 0 C - 230-240 0 C), diesel (boiling range: 230-240 0 C - 350-360 0 C), petrochemicals such as toluene benzene and others.
- NKF boiling point - 180- 200 0 C
- kerosene low-200 0 C
- diesel boiling range: 230-240 0 C - 350-360 0 C
- petrochemicals such as toluene benzene and others.
- VKF consists of heavy fractions with a boiling point predominantly above 350-360 0 C.
- VKF can produce heavy commercial products, such as coke, bitumen, bitumen emulsions, coatings. In the future - heavy commercial products.
- the boundary separation temperature of 350-360 0 C is chosen because the end of boiling of diesel fuel is 350-360 0 C. If the guests and requirements for fuel products change over time, the boundary separation temperature can be changed accordingly.
- Units for the production of commercial products usually include the following well-known processes: hydrotreating, reforming, platforming and other well-known processes (for producing gasoline, kerosene, diesel fuel), processes of the petrochemical and chemical industries, or at the first stage compounding, bitumen block for the production of oxidized bitumen or bitumen block, combined with a vacuum block for the production of non-oxidized bitumen, as well as equipment for the production of bitumen coatings, emulsions, boiler fuel, coke and other commercial products (Petrochemical Handbook. Two volumes. Volume 1, edited by Ogorodnikov CK. L. Chemistry, 1978, pp. 53-55).
- VKF for heating the liquid phase (it does not need to be specially prepared or purchased, it appears during the implementation of the invention) with a boiling point predominantly above 360 0 C allows you to increase the operating temperature in the separation apparatus, to intensify thermal and / or thermomechanical cracking and, accordingly, increase the depth of processing and the yield of light products above their potential content in the feedstock, as well as simplify and reduce the cost of equipment and reduce energy and operational costs, and also allows optimal and rational use of raw materials, because with in-depth processing, a smaller amount of oil or other liquid hydrocarbon feedstock is required to obtain a certain amount of marketable products.
- a high temperature for example, up to 400 0 C and higher, depending on the process conditions
- colder oil or other liquid hydrocarbon feedstocks for example, at a temperature of 200 0 C
- the circulating VKF must be heated not lower than 300 0 C, and the preliminary heating of the raw material before mixing it with the VKF should be no higher than 450 0 C in order to avoid coking.
- part of the VKF necessary for heating the raw material to a subcritical temperature circulates in a closed circuit: the separation apparatus — the heating furnace (heater) VKF — the separation apparatus, and the ratio of the circulating VKF to the raw material is in the range of l ⁇ SO.
- VKF must be heated before it is mixed with raw materials (in contrast to the method according to copyright certificate SU 1558879, in which a mixture of raw materials and a heavy separation residue is heated, which leads to an increase in pressure in the coil due to the presence of light fractions in the raw material, plugs, coking, etc., while the heating temperature cannot be raised above 380 0 C, which ultimately leads to only 69-78% of light petroleum products from their potential content in the feedstock and to speak here about increasing depth foreman edema, i.e. obtaining light light products above their potential content in raw materials, is not necessary).
- Raw materials and VKF can be heated in the same furnace or heater, but in separate coils.
- a device for heating raw materials by direct contact with VKF to a subcritical temperature devices for processing, dispersing and separating raw materials into combined-cycle and liquid phases are combined in one apparatus, which leads to a decrease in the amount of equipment and lower capital and operating costs.
- the vapor-gas part of the NKF separation due to the intensively conducted process of evaporation and separation, contains, in addition to light fractions in a gaseous form, and liquid droplets containing heavy high-boiling components with a boiling point above 350 - 360 0 C. Therefore (if necessary, t. to.
- NKF NKF sent to the separation device (drop separation, filtration or rectification), usually built into the separation apparatus, then sent for further use and receipt of goods ny products, since NKF contains mainly gas, gasoline, kerosene and diesel fractions, petrochemical products.
- the filtrate after separation devices is sent for re-treatment to obtain an additional amount of light target fractions and increase the depth of processing.
- the vapor phase of the NFC it is advisable to direct the vapor phase of the NFC to, for example, rectification and further production of light commercial fuel products or petrochemicals on the spot, or, after cooling, to realize for further advanced processing as high-grade oil, similar in composition to gas condensate (the content of light products - gasoline, kerosene and diesel fractions - up to 90% or more in the combined cycle gas condensate fraction).
- the liquid part of the VKF after the separation apparatus is fed, for example, to a bitumen reactor with a vacuum column to obtain marketable bitumen or other heavy products such as bitumen emulsions, coatings, etc. on site, or, after cooling, they are sold as intermediates for further processing.
- the processing unit In the process of cracking the feed, unsaturated hydrocarbons are formed, which can subsequently condense, which leads to a limitation of the processing depth.
- the processing unit For the most complete and deep processing and increase the yield of light target products and fractions, the processing unit should be supplemented with a device that allows saturating open bonds with atomic hydrogen and / or light radicals with minimal costs.
- the problem can be solved by such a process organization in which the feed and the catalyst do not contact, as a result of which the catalyst is practically not poisoned by harmful impurities and does not coke, which leads to an increase in the durability of the catalyst and the absence of the need for regeneration processes.
- the raw material or part thereof is subjected to the processing process according to this invention repeatedly.
- molecular hydrogen and / or light hydrogen-containing media enriched with hydrogen for example, associated gas, natural gas, including gas obtained during preparation and advanced processing, pentane fractions, xylene, toluene, some light fractions, including obtained in the process of preparation and deep processing, etc., if necessary, they are heated and sent to produce active atomic hydrogen and / or light radicals to a reactor with a catalyst heated to the required temperature (atomic hydrogen production unit ode), after which the active hydrogen and / or light radicals are sent to the cracking devices for the reaction, to the heating device and VKF cracking, into a device for mixing heated VKF and raw materials, into a thermomechanical cracking device, in which a mixture for initiating a controlled process of breaking bonds of molecules (thermomechanical cracking) is subjected to mechanical and wave effects of a different nature and a wide range of frequencies, for example, cavitation, sound, ultrasonic vibrations moreover, atomic hydrogen and / or light radicals can be directed only to
- atomic hydrogen and / or light radicals can be introduced into the separation device for reaction with NKF, in which there are radicals cracking raw materials and VKF. This will lead to a decrease in unsatisfactory in the NKF and improve the quality of the final products. It is also useful to introduce atomic hydrogen and / or light radicals in NKF and VKF after the separation apparatus to improve their quality. It is also useful to introduce molecular hydrogen and / or light hydrogen-containing media into all of the above devices and between them, but the effect will be much weaker, because the probability of the formation of atomic hydrogen and / or light radicals under the influence of cavitation and acoustic vibrations is much less than in a reactor with a catalyst.
- the pressure in the reactor with the catalyst should be greater than the pressure in the cracking devices.
- atomic hydrogen and / or light radicals saturate open bonds of unsaturated hydrocarbons to obtain light target fractions, and with repeated re-treatment of VKF, almost 100% of the processing depth and yield of light target products can be achieved.
- the reaction products are sent to the units for obtaining marketable products, or sent to the separation apparatus, light target reaction fractions after the separation apparatus, mainly with an end temperature boiling up to 350-360 0 C, sent to the unit for obtaining the target marketable products such as liquefied gas, gasoline, kerosene, diesel fuel, petrochemical products at the place of preparation and deep processing of raw materials according to this invention or transported to a remote processing site to obtain light marketable products.
- the target marketable products such as liquefied gas, gasoline, kerosene, diesel fuel, petrochemical products at the place of preparation and deep processing of raw materials according to this invention or transported to a remote processing site to obtain light marketable products.
- the heavy residue after the separation apparatus (VKF), mainly with a boiling point of 350-360 0 C, is sent to the block for the production of heavy commodity products such as bitumen, coke, or partially or completely sent for re-processing according to this invention at the beginning of the process.
- Solid hydrocarbon feedstocks e.g., coal, shale, vegetable products
- gaseous hydrocarbons are also introduced into the feedstock and / or a separation residue before it is processed
- liquid, solid and gaseous hydrocarbons can be processed in the proposed installation simultaneously, individually or in pairs.
- Part of the gaseous and / or light products they are enriched with hydrogen and can replace the original hydrogen-containing media) separation can be returned to the beginning of the process in a reactor with a catalyst to produce active atomic hydrogen and light radicals.
- Light radicals obtained by detaching active atomic hydrogen from used hydrogen-containing media also attach to light cracking radicals of the feed, saturate their open bonds and form target fractions. If they (or atomic hydrogen) are attached to the heavy radicals of the cracking of the feed, then after the separation apparatus the heavy reaction residue (VKF) is sent partially or completely to the reprocessing according to this invention, or partially or completely to obtain heavy commercial products such as coke, bitumen ( depending on the task).
- VKF heavy reaction residue
- much more light radicals are formed during cracking of raw materials, than heavy because most likely, a long raw material molecule breaks in about the middle, and with a much lesser probability is a very small and very large radical.
- the separation residue can be sent for re-treatment at the beginning of the process together with the feedstock, or separately for an additional processing unit according to this invention.
- VKF heavy separation residue
- the reactor with the catalyst is made in the form of a cylinder, ball, annular cylinder, parallelepiped (plate) or other volumetric figure, for example, in the form of a tubular coil, with the catalyst placed in it in the form of granules of arbitrary size and shape, the surface of the reactor is permeable to hydrogen atoms and / or light radicals, or holes of arbitrary shape are made on the surface of the reactor, the holes being smaller than the size of the catalyst granules.
- the walls of a reactor with a catalyst are made of porous material with various pore sizes, for example, in the nanometer range.
- the reactor with the catalyst may not contain granules or powder of the catalyst, while the shell of the reactor or the entire reactor is made entirely of material that is a catalyst for carrying out the process of producing atomic hydrogen and / or light radicals from molecular hydrogen and / or hydrogen-containing media.
- Multiple reactors with catalyst (reactor bags). Reactors or reactor packages can be located along the movement of raw materials, across or at an angle.
- the catalyst body has a collector for distributing hydrogen and / or hydrogen-containing media.
- the number of hydrogen atoms and / or light radicals produced in the reactor with the catalyst must exceed the number of open bonds of the cracking radicals of the feedstock, and the ratio of the surface of the reactor (reactor pack) with the catalyst to the volume of the heating and / or cracking zone is increased so as to maximize the reaction raw materials and atomic hydrogen and / or light radicals.
- Distinctive features of this installation and devices for the preparation and processing of hydrocarbon raw materials allow several processes to be carried out: heat transfer, cavitation and acoustic treatment, evaporation, separation, separation, initiated thermomechanical cracking intensively and simultaneously in one apparatus with minimal capital and operating costs with an increase in the depth of further processing and obtaining high-quality intermediates for further use.
- FIGS. 1 to 5 show enlarged schematic diagrams of a hydrocarbon feed preparation and processing unit.
- FIG. 1 - 5 are indicated: 1 - a device for heating or heating and thermal cracking of VKF; 2 - a device for mixing heated VKF and raw materials and heating the raw materials to subcritical temperature; 3 - a processing and thermomechanical cracking device in which a mixture of raw materials and VKF to initiate a controlled process of breaking bonds of molecules (thermomechanical cracking) is subjected to mechanical and wave effects of a different nature and a wide range of frequencies, for example, cavitation, sound, ultrasonic vibrations; 4 - device for spraying (dispersing) the mixture into the apparatus separation; 5 - separation apparatus; 6 - separation device (filtration, droplet separation, rectification) NKF; 7 - a device for isolating the circulating part of VKF with a sump for cleaning from mechanical impurities and coke particles; 8, 9 - recuperative heat exchangers for preheating of raw materials; 10 - unit for the preparation of light target commercial products (gasoline, kerosene,
- the unit for preliminary purification of raw materials (degassing, dehydration, desalination, purification from mechanical and other harmful impurities) is not shown in the figures for simplicity, nor are the final cooling and condensation units of NKF and VKF in case of their transportation to a remote place of production of marketable products.
- Units for the production of commercial products usually include the following known processes: hydrotreating, reforming, platforming and others, processes of the petrochemical and chemical industries, or at the first stage a compounding unit, a bitumen block for the production of oxidized bitumen or a bitumen block combined with a vacuum block for the production of non-oxidized bitumen, as well as equipment for the production of bitumen coatings, emulsions, boiler fuel, coke and other commercial products (Handbook of Petrochemistry. In two volumes. Volume 1, under edited by Ogorodnikov CK. L., Chemistry, 1978, p. 53-55).
- the circulating high-boiling fractions of the VKF after the separation apparatus are fed to the heating and cracking device of the VKF (Fig. 1, position 1), then to the mixing and heating device of the raw materials (Fig. 1, position 2).
- Prepared raw materials after preheating in recuperative heat exchangers (Fig. 1, item 8, 9) are also fed to the mixing device with VKF (Fig. 1, item 2).
- the mixture of raw materials and VKF is fed into the processing device (thermomechanical cracking) (Fig. 1, position 3), then the mixture is dispersed (sprayed) (Fig.
- the filtrate after the separator for I receive an additional amount of light target products returned for reprocessing at the beginning of the process along with the circulating part of the VKF.
- Part of the high boiling VKF fraction after the separation apparatus after the circulating VKF separation device (Fig. 1, position 7) is returned for reprocessing (recycling) according to this invention to the beginning of the process to increase the yield of light products and the processing depth, and the returned part of the VKF is circulated in a closed circuit - separation apparatus (Fig.
- furnace heating (heater) (Fig. 1, position 1) is a separation apparatus.
- the other part of the HCF is sent (transported) after partial cooling on a recuperative heat exchanger (Fig. 1, item 9) and final cooling (not shown in the installation diagram for simplicity) to the unit for producing heavy commercial products (such as coke, bitumen, bitumen emulsions, coatings, oils).
- FIG. 2 NKF after partial cooling on a recuperative heat exchanger (Fig. 2, position 8) is sent to the unit for obtaining light commercial products (Fig. 2, position 10), and VKF after partial cooling on a recuperative heat exchanger (Fig. 2, position 9) is sent in the block receiving heavy commercial products (Fig. 2, position 11).
- the bottom residue after the block for the preparation of light commercial products, as well as the light distillation after the preparation of heavy commercial products to increase the depth of processing and yield the target light products, are returned for reprocessing at the beginning of the process together with raw materials or circulating HCFs.
- the raw materials are preheated on a separate heater (Fig. 3, item 12), or in the same heater (furnace) in which the circulating VKF is heated, but in a separate coil (Fig. 4, position 1).
- the raw materials can not only be heated, but also subjected to thermal cracking. If necessary, you can use separate heaters in conjunction with recuperative heat exchangers to preheat raw materials. For Preheating can also use the heat of commercial products.
- the processing unit is supplemented (Fig. 5) with a device for producing atomic hydrogen and / or light radicals from molecular hydrogen and / or light hydrogen-containing media enriched with hydrogen, for example, natural or associated gas , in particular gas and light shoulder straps of gasoline fractions obtained during processing, which are sent to cracking devices — to the heating and cracking device VKF (Fig. 5, position 1), to the mixing device heated VKF and raw materials (Fig. 5, position 2), into the thermomechanical cracking device (Fig.
- atomic hydrogen and / or light radicals can be sent only to one of the cracking devices, to any two devices and to all three cracking devices.
- atomic hydrogen and / or light radicals saturate open bonds of unsaturated hydrocarbons with obtaining light target fractions, and with repeated reprocessing of VKF (VKF is completely sent for reprocessing and is not used for the production of heavy commodity products, as shown in Fig. 5) almost 100% of the processing depth and yield of light target products can be achieved.
- FIG. 6 shows a separation apparatus. Heated to the required temperature VKF and heated raw materials are fed into the mixing device (Fig. 6, position 2), in which the raw material is heated to subcritical temperature. Then the mixture of raw materials and VKF is sent to the device thermomechanical cracking (Fig. 6, position 3), in which a mixture to initiate a controlled process of breaking bonds of molecules (thermomechanical cracking) is subjected to mechanical and wave effects of a different nature and a wide range of frequencies, for example, cavitation, sound, ultrasonic vibrations, Then the mixture is dispersed ( spray) (Fig. 6, position 4) with a decrease in pressure to increase the interfacial surface of the separated media in the separation apparatus.
- the mixing device Fig. 6, position 2
- thermomechanical cracking a mixture to initiate a controlled process of breaking bonds of molecules
- mechanical and wave effects of a different nature and a wide range of frequencies, for example, cavitation, sound, ultrasonic vibrations
- TDD turbodynamic disintegrator
- the number of built-in TDD in the separation apparatus depends on the performance of one TDD and the total productivity of the processing industry.
- NKF formed in the gas-vapor form are sent to the separator (Fig. 6, position 6) located in the upper part of the separation apparatus.
- Separated (filtered) NKF are sent to the unit for the preparation of light commercial products, and the filtrate by gravity enters the lower part of the apparatus and mixes with VKF. All obtained VKF using a device for isolating the circulating part of the VKF (Fig. 6, position 7) are divided into 2 parts.
- One part is sent to the blocks for obtaining heavy commodity products, the other is sent to heating and then to the mixing device with raw materials and reprocessing (for recycling), and this part circulates in a closed circuit: separation apparatus - VKF heater - separation apparatus.
- the device for isolating circulating HCFs is made with a sump for purification of mechanical impurities and coke particles so that cleaner HCFs are selected for recycling.
- various filtering devices can be provided in the VKF circulation loop, for simplicity on figures not shown. Fittings for input-output of working and product media, fittings and devices for monitoring the technological parameters of the apparatus (temperature, pressure, phase separation level) are built into the body of the separation apparatus.
- the temperature in the separation device corresponds to the maximum boiling point of the fractions of light target commodity products, for example 350-360 0 C for the diesel fraction and is maintained automatically, the level of separation of the vapor-gas phase of the NKF and the liquid phase of the VKF is lower than half the height of the separation apparatus.
- the temperature of the phase interface 350-360 0 C is chosen because at present the temperature of the end of boiling of diesel fuel is in this range. If the requirements change, then this temperature will also be changed in the right direction. Distillation plates, Raschig rings can be built into the separator.
- FIG. 7 - 9 indicated: 14 - swirl for medium 1 (in this case, for raw materials); 15 - swirl for medium 2 (in this case, for heavy high-boiling fractions of VKF); 16 - mixing chamber; 17 - cavitator in the form of a truncated cone with holes; 18 - output swirl for a treated mixture of input media; 19 - nozzle.
- FIG. 8 shows a device with alternating cylindrical, confuser and diffuser inserts for moving medium 1, two cavitators with holes and a nozzle in the form of a cone.
- FIG. 9 shows a device with alternating cylindrical, confuser and diffuser inserts for moving medium 1 and a mixture of media 1 and 2, a cavitator in the form of a mesh basket with filling in the form of balls and a cylindrical nozzle.
- the device operates as follows. Preheated raw materials (medium 1) are sent to a swirler for raw materials (Fig. 7-9, position 14), heated to high temperature VKF (raw materials 2) are sent to a swirler for VKF (Fig. 7-9, position 15). As a result of direct contact of the feed and VKF in the mixing chamber (Fig. 7-9, item 16), the feed and the entire mixture are heated to a critical temperature. Then the heated mixture of raw materials and VKF is sent to the cavitator (Fig.
- the present invention is implemented in a pilot plant for the separation of oil and other liquid hydrocarbon feeds with a capacity of up to 30 kg / h, in which all processes and devices for implementing the invention are implemented.
- the installation is equipped with various capacitive equipment for storing raw materials and collecting the resulting products, heat exchange equipment for heating the raw materials, heating circulating HCFs and cooling products, pumping equipment and instrumentation.
- the layout of the bench installation is shown in FIG. 1, the separation apparatus — in FIG. 6, a turbodynamic disintegrator - in FIG. 7.
- the feedstock used was the oil of the Vishenskoye deposit in the Ulyanovsk Region (Ratov AH, Nemirovskaya GB. Problems of oil development in the Ulyanovsk Region.
- Oil contains many tarry compounds and impurities. Used oil and other fields, such as NGDU "Nurlatneft", with a different composition, as well as various bottoms, waste oils and other raw materials.
- the pressure of raw materials and circulating HCFs in bench experiments was up to 1.0 MPa and higher, the temperature of circulating VKFs was up to 450 0 C and higher, the temperature of raw materials was up to 200 ⁇ 250 0 C, the ratio of flowing circulating VKF and raw materials was in the range up to 30 and more.
- the linear feed rates of the feed and circulating VKF were more than 5 m / s
- the separation and processing efficiency increases nonlinearly.
- the choice of the value of the feed rates for a particular technological process depends on the properties of the raw materials, the task at hand and is optimized for several factors, including the economic factor.
- VKF is prepared.
- VKF which is essentially a heavy separation residue
- VKF can be prepared in various ways, for example, using a simple process of single evaporation of a mixture of hydrocarbons.
- the simplest method, which was used when working on a bench installation, is as follows.
- the required amount of liquid hydrocarbon feed is poured into the separation apparatus.
- the separation apparatus Fig. 1, 6, position 5
- the mixture is pumped to an electric heater - an analog of an industrial furnace (Fig. 1, position 1) and returned.
- light fractions are continuously removed, accumulating the liquid phase of VKF.
- VKF heavy residue
- circulating VKF pumps are fed to swirlers (Fig. 7, position 14, 15), then to the mixing device (Fig. 1, 6, position 2, Fig. 7 , position 16).
- a mixture of raw materials and VKF is fed to a mechanical and wave processing device (Fig. 1, 6, position 3, Fig. 7, position 17), in which thermomechanical hydrodynamic cracking of raw materials, then the treated mixture is sent to the outlet swirler (Fig. 7, position 18) and dispersed through the nozzle (Fig. 1, 6, position 4, Fig. 7, position 19) into the separation apparatus (Fig. 1, position 5).
- the circulating VKF is again sent to the heating device (Fig. L, position 1), i.e. for recycling.
- the gas-vapor part (NKF) after the separation apparatus (FIG. 1, position 5) is sent to the separation device (droplet separation, filtration or rectification), (FIG. 1, 6, position 6), after which the filtrate returns to the beginning of the process together with circulating VKF for reprocessing and additional obtaining of light products above their potential content.
- the gas-vapor part after the separation device (Fig. 1, 6, item 6) is sent for cooling and condensation and is analyzed.
- the liquid separation part (VKF) after the separation apparatus (Fig. 1, position 5) and separation from the VKF of the circulating part (Fig. L, 6, position 7) is sent for cooling and analyzed.
- Atmospheric - vacuum distillation of the bottoms of Ulyanovsk oil after an atmospheric column (fuel oil) showed the absence of a gasoline fraction in it, the content of the kerosene fraction (240 - 360 0 C) amounted to 2.9% of the mass, diesel fraction (240 - 360 0 C) - 11, 8% of the mass.
- the number of low boiling fractions (NKF - the easy part of the separation) was 74 - 79% by weight, depending on the process parameters.
- the NKF content of the target fuel compositions was 88 - 90% mass, of which gasoline (NK - 180 0 C) fractions - 20.8% mass, kerosene (180 - 240 0 C) - 17.4% mass, diesel (240 - 360 0 C) - 61, 8% of the mass.
- the total content of the target products with a boiling point up to 360 0 C increased from 14.7% by mass to 71% by mass in terms of the initial product.
- Atmospheric - vacuum distillation of unused oil M - 8B showed the absence of gasoline and kerosene fractions in it, the content of the diesel fraction was 5.2%, the bulk of the oil was distilled in the boiling range 380 - 500 0 C.
- thermomechanical cracking of high-boiling above 360 0 C
- oil components into the target products with a boiling point up to 360 0 C
- the content of the target components with a boiling point up to 360 ° C during the thermomechanical cracking of used oil was 72%.
- molecular hydrogen and / or light hydrogen-containing media for example, propane - butane from a cylinder
- the yield of light light fractions will be much lower, and reaches values of 75 - 78%.
- the amount of unsaturated hydrocarbons in the NKF after the separation apparatus was 27 - 31%, and with the use of a device with a catalyst in the separator (for simplicity in Fig. 6, the device with a catalyst shown) amounted to 18 - 20%. If molecular hydrogen or propane - butane is introduced from a balloon into a device with a catalyst in the separator, the unsaturated amount decreases to 10-12%, and when atomic hydrogen and / or light radicals are used after the reactor with the catalyst, the unsaturated amount decreases to less than 2% .
- a promising option is that in which the vapor-gas part of the NKF and the liquid part of the VKF obtained after the separation apparatus partially chilled if necessary, mixed again.
- the resulting “synthetic” oil contains about two or more times more fuel fractions than the original product.
- the kinematic viscosity, respectively from 83 cSt to 6 cSt.
- the cost of “synthetic” oil increases significantly; it is easier to transport and process.
- the present invention allows for industrial in-depth (at the same time there is an increase in the depth of further processing by 1.5-15 times depending on the feedstock - heavy oil, fuel oil, etc.) and highly cost-effective preparation and processing of oil, including heavy, residues of oil refining and petrochemical industries, oil sludge, waste oils, natural bitumen and other liquid and gaseous organic media to produce tested commercial products and can be used in the production of hydrocarbon fuels, petrochemicals, coke, bitumen, etc. Accordingly, the yield of the most valuable and expensive fuel compositions — gasoline, kerosene and diesel fractions, and petrochemical products — is also increasing.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Abstract
Description
Установка и устройства углубленной переработки углеводородного сырья Installation and devices for advanced hydrocarbon processing
Изобретение относится к нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической, а также к топливно — энергетической промышленности, а конкретно к области подготовки и глубокой переработки нефти, в том числе тяжелой, остатков нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, природных битумов, угля, сланца, продуктов растительного происхождения и других углеводородных сред, твердых, жидких, газообразных, в дальнейшем сырье, и может быть использовано в производстве углеводородного топлива, нефтехимической и химической продукции. Кроме того, применение изобретения позволяет решать многие экологические проблемы и приводит к улучшению экологической обстановки. Под подготовкой и глубокой переработкой нефти, нефтяных остатков и другого сырья понимается не только удаление вредных примесей из сырья, но и, самое главное, увеличение количества светлых целевых продуктов выше их потенциального содержания в исходном сырье, что позволяет в дальнейшем существенно увеличить глубину переработки и рентабельность всего перерабатывающего производства. Под светлыми целевыми продуктами или фракциями понимаются фракции для дальнейшей переработки и получения легких целевых товарных продуктов с температурой конца кипения преимущественно до 350-360 0C, содержащие топливные, т.е. наиболее дорогие газовые, бензиновые, керосиновые и дизельные фракции, а также продукты для нефтехимических и химических производств (бензол, толуол и другие). 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 другие). Тяжелые товарные продукты - кокс, битум, битумные эмульсии, покрытия, масла и другие товарные продукты.The invention relates to the oil refining, petrochemical and chemical industries, as well as to the fuel and energy industry, and specifically to the field of preparation and deep processing of oil, including heavy oil, residues of oil refining and petrochemical industries, natural bitumen, coal, oil shale, vegetable products and other hydrocarbon media, solid, liquid, gaseous, hereinafter raw materials, and can be used in the production of hydrocarbon fuels, petrochemical and chemical products. In addition, the application of the invention allows to solve many environmental problems and leads to improved environmental conditions. The preparation and deep processing of oil, oil residues and other raw materials means not only the removal of harmful impurities from raw materials, but also, most importantly, an increase in the number of light target products higher than their potential content in the feedstock, which can further significantly increase the processing depth and profitability total processing industry. Light target products or fractions are understood as fractions for further processing and obtaining light target commodity products with a boiling point mainly up to 350-360 0 C, containing fuel, i.e. the most expensive gas, gasoline, kerosene and diesel fractions, as well as products for the petrochemical and chemical industries (benzene, toluene and others). In the future, light target fractions or products, of which, when light final target products (liquefied gas, tested gasoline, diesel fuel, petrochemical products and others) receive final processing. Heavy commercial products - coke, bitumen, bitumen emulsions, coatings, oils and other commercial products.
Технологические схемы и установки 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 и установок: только топливная или только топливно-масляная (Дехтерман А.Ш. Переработка нефти по топливному варианту. M., "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.Technological schemes and oil refining plants have several options. There is a full technological cycle, which includes the following main industries: production of fuels, production of petrochemical products, production of lubricants and special oils, production of additives. Specialized variants of technological schemes and installations are possible: only fuel or only fuel-oil (Dekhterman A.Sh. Oil refining according to the fuel option. M., "Chemistry", 1988, p.13). In all cases, devices for preliminary evaporation of oil are used at the beginning of the technological process. The preliminary evaporation of gas and the bulk of gasoline allows you to reduce the pressure at the inlet of the feed pump, relieve the furnace from heating light fractions, reduce the vapor velocity and reduce the diameter of the main distillation column. At large oil refineries (refineries), distillation column apparatuses are used for this purpose.
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. M., "Химия", 1964, с.5; Дехтерман А.Ш. Переработка нефти по топливному варианту. M., "Химия", 1988, c.41). Последний способ применяют наиболее часто, так как он позволяет увеличить глубину отбора дистиллятов в пределах их потенциального содержания в сырье. Кратко рассмотрим последовательность операций первичной перегонки, осуществляемой по классической схеме.The primary distillation of oil at the refinery is carried out in two ways: by single evaporation in one distillation column and with preliminary evaporation of light fractions, or by double evaporation (Bagirov I.T. High-performance atmospheric and atmospheric-vacuum installations. M., Chemistry, 1964, p. 5; Dekhterman A.Sh. Oil refining according to the fuel variant. M., "Chemistry", 1988, p. 41). The latter method is used most often, since it allows you to increase the depth of selection of distillates within their potential content in raw materials. We briefly consider the sequence of operations of primary distillation carried out according to the classical scheme.
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. M., "Химия", 1988, с.36).Before the oil is fed for separation, its preparation is required. Oil preparation is carried out in blocks ELOU (electro-dehydrating and desalting plant). Equipment difficult to manufacture and operate, explosive (Dekhterman A.Sh. Oil refining according to the fuel version. M., "Chemistry", 1988, p. 36).
Для разделения углеводородного сырья (в том числе и нефти) его нагревают. На предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности эту операцию производят путем подвода тепла через разделяющую стенку (змеевик) за счет сжигания топлива. Для этой цели используют различные трубчатые печи (Ентус H.P., Шарихин В. В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. M., "Химия", 1987, с. 6.). В них нагревают жидкие и газообразные углеводороды. При этом могут происходить следующие процессы: нагрев, испарение, перегрев. Нагреваемое углеводородное сырье проходит по змеевикам. Теплопередача к сырью происходит, как отмечалось, через его стенку. Существует ограничение по теплонапряженности поверхности нагрева. Отложения солей или кокса на стенках змеевика является причиной быстрого повышения температуры стенок труб, что, в конечном итоге, приводит к резкому сокращению срока службы печных труб. Поэтому для сырья, содержащего смолистые соединения, теплонапряженность устанавливают невысокой. Снижение запасов нефти традиционных месторождений повышает интерес к добыче и, соответственно, переработке тяжелой нефти (Ратов A.H., Немировская Г.Б. Проблемы освоения нефтей Ульяновской области. "Химия и технология топлив и масел", N° 4, 1995 г). Поэтому использование трубчатых нагревателей для такой нефти становится проблематичным. Кроме того, для змеевиков требуется использование высоколегированной, дорогостоящей стали. В целом, трубчатая печь относится к сложному и дорогостоящему оборудованию, имеющему ограниченный ресурс.To separate the hydrocarbon feed (including oil) it is heated. At the enterprises of the oil refining and petrochemical industries, this operation is carried out by supplying heat through a dividing wall (coil) by burning fuel. For this purpose, various tube furnaces are used (Entus HP, Sharikhin V.V. Tube furnaces in the oil refining and petrochemical industries. M., Chemistry, 1987, p. 6.). Liquid and gaseous hydrocarbons are heated in them. In this case, the following processes can occur: heating, evaporation, overheating. Heated hydrocarbon feed passes through the coils. Heat transfer to the raw material occurs, as noted, through its wall. There is a limitation on the thermal stress of the heating surface. Deposits of salts or coke on the coil walls cause a rapid increase in the temperature of the pipe walls, which ultimately leads to a sharp reduction in the service life of the chimneys. Therefore, for raw materials containing resinous compounds, the heat stress is set low. The decrease in oil reserves of traditional fields increases interest in the production and, consequently, the processing of heavy oil (Ratov AH, Nemirovskaya GB. Problems of oil development in the Ulyanovsk region. "Chemistry and technology of fuels and oils ", N ° 4, 1995). Therefore, the use of tubular heaters for such oil becomes problematic. In addition, coils require the use of high alloy, expensive steel. In general, a tube furnace is a complex and expensive equipment with a limited resource.
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. M., "Химия", 1988, с. 26). Ректификационные аппараты относятся к достаточно технологически и конструкционно-отработанному оборудованию. Тем не менее - это сложное оборудование. 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. M., "Химия", 1988, c.23). Испаритель представляет собой цилиндрический емкостной аппарат. В нижней части его корпуса расположен встроенный трубчатый теплообменник. 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 разделения и испарения части жидкого углеводородного сырья. Температура проведения процесса составляет 200 - 230 0C. Этой температуре соответствует определенная испаряемая часть нефти (сырья). В данном изобретении этот аппарат используется как прототип аппарата испарения и разделения.The separation of oil into fractions is based on the difference in the boiling point of its components. The low-boiling part passes into the vapor phase and, after condensation, forms a distillate. For a clear separation of the mixture, atmospheric or vacuum distillation is used (A. Dekhterman, Oil refining according to the fuel version. M., Chemistry, 1988, p. 26). Rectification apparatus refers to a fairly technologically advanced and structurally-used equipment. However, it is sophisticated equipment. Column distillation apparatuses used at large refineries are quite expensive to manufacture and operate. Therefore, at the stage of preliminary separation of oil, it is advisable to use simpler devices, such as evaporators (Dekhterman A.Sh. Oil refining according to the fuel version. M., "Chemistry", 1988, p.23). The evaporator is a cylindrical tank. At the bottom of its housing is an integrated tubular heat exchanger. Inside the tubes of the heat exchanger serves a coolant for heating the product (oil). Typically, water vapor is used as a heat transfer medium. The light part of the oil (gasoline fraction) evaporates and is discharged through the upper fitting. The remaining oil is poured through the drain plate and is discharged through the corresponding fitting. The amount of evaporated part of the oil depends on the temperature in the apparatus, that is, on the surface of the heat exchanger and the temperature of the coolant. The surface of the heat exchanger during operation is covered by deposits of oil and heat transfer conditions are much worse. This process is significantly accelerated with increasing temperature of the coolant. Therefore, devices of this type have limitations in terms of intensifying the process of separation and evaporation of part of the liquid hydrocarbon feedstock. The temperature of the process is 200 - 230 0 C. This temperature corresponds to a certain evaporated part of the oil (feedstock). In the present invention, this apparatus is used as a prototype of an evaporation and separation apparatus.
Однако такая переработка нефти и нефтепродуктов не позволяет решить проблему глубокой 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.However, such processing of oil and oil products does not allow solving the problem of deep processing of oil-containing fractions in order to maximize the extraction and efficient use of the obtained processing products (higher than their potential content in raw materials), and without deep processing, processing plants are practically unprofitable.
Для переработки тяжелых нефтесодержащих фракций с целью получения дополнительного количества светлых нефтепродуктов широко известен способ каталитического крекинга нефтепродуктов - способ термического разложения тяжелых нефтяных фракций в присутствии катализатора (Рудин M.Г., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика. Л. : Химия. 1980, с.70-73). Способ включает нагревание исходного сырья до температуры 470-550 0C, 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 0C.For the processing of heavy oil-containing fractions in order to obtain an additional amount of light oil products, the method of catalytic cracking of oil products is widely known - the method of thermal decomposition of heavy oil fractions in the presence of a catalyst (Rudin M.G., Drabkin A.E. Oil refinery quick reference guide. L.: Chemistry. 1980 , p. 70-73). The method includes heating the feedstock to a temperature of 470-550 0 C, mixing it with water vapor and then with a catalyst, treating the mixture in a reactor, followed by catalytic decomposition of the feedstock and separating it into fractions, as well as isolating and regenerating the catalyst at a temperature of 590-670 0 C.
Однако известный способ является дорогим и сложным для реализации.However, the known method is expensive and difficult to implement.
Известна установка для осуществления каталитического крекинга нефтепродуктов, которая содержит сообщенные между собой устройство для обработки исходного сырья, устройство для выделения конечных продуктов, сообщенное в свою очередь с устройством для охлаждения и конденсации конечного продукта, сообщенное с устройством для сепарации углеводородных газов (Рудин M.Г., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика. Л.: Химия. 1980, c.70-73.).Known installation for the implementation of catalytic cracking petroleum products, which contains an interconnected device for processing raw materials, a device for separating final products, in turn communicated with a device for cooling and condensing the final product, in communication with a device for separating hydrocarbon gases (Rudin M.G., Drabkin A.E. A quick reference to the oil refinery. L .: Chemistry. 1980, p.70-73.).
Указанная установка очень громоздка, сложна в обслуживании и не позволяет интенсифицировать химико-технологические процессы с перерабатываемым сырьем.The specified installation is very cumbersome, difficult to maintain and does not allow to intensify the chemical-technological processes with processed raw materials.
Известны способы переработки тяжелых нефтесодержащих фракций с использованием, наряду с термическими и каталитическими, физических методов воздействия для активирования перерабатываемого сырья.Known methods for processing heavy oil-containing fractions using, along with thermal and catalytic, physical methods of exposure to activate the processed raw materials.
Известен способ переработки путем последовательного извлечения фракций из углеводородного сырья с использованием электромагнитной энергии частотой 300 MГц-300 ГГц (US, патент 5055180, С 10 G 1/00, 1991 г.).A known method of processing by sequential extraction of fractions from hydrocarbons using electromagnetic energy with a frequency of 300 MHz-300 GHz (US patent 5055180, C 10 G 1/00, 1991).
Недостатком способа является невозможность более полного использования сырья в процессе переработки из-за зависимости от напряженности электромагнитного поля.The disadvantage of this method is the impossibility of a more complete use of raw materials in the processing process due to the dependence on the intensity of the electromagnetic field.
Известны способы переработки нефтепродуктов путем воздействия на последние ионизирующим излучением (потоком нейтронов или гамма - излучением) с последующим каталитическим крекингом продуктов воздействия (патент РФ 2100404, С 10 G 15/10, 1995).Known methods for refining petroleum products by exposing the latter to ionizing radiation (neutron flux or gamma radiation) followed by catalytic cracking of the impact products (RF patent 2100404, C 10 G 15/10, 1995).
Однако применение способа затруднено в промышленном производстве из-за сложности, трудностей управлением процессом. К тому же способ небезопасен при использовании.However, the application of the method is difficult in industrial production due to the complexity and difficulties of controlling the process. In addition, the method is not safe to use.
Известны способы переработки тяжелых нефтесодержащих фракций с использованием волнового воздействия широкого спектра частот. В известном способе переработки мазута путем вакуумной ректификации с получением дистиллятных фракций на жидкую фазу кубового остатка воздействуют акустическими колебаниями частотой 0,1-200 кГц и мощностью 0,2-3 Вт/см2 (авторское свидетельство СССР 1377281, 1988 г.).Known methods for processing heavy oily fractions using wave exposure to a wide range of frequencies. In the known method of processing fuel oil by vacuum distillation to obtain distillate fractions, the liquid phase of the still bottom is exposed to acoustic vibrations with a frequency of 0.1-200 kHz and a power of 0.2-3 W / cm 2 (USSR copyright certificate 1377281, 1988).
Однако известный способ характеризуется высокими энергетическими затратами на создание глубокого вакуума, и применение только акустического диапазона частот не обеспечивает надежного разрушения высоковязких сред, требуется длительный промежуток времени для переработки мазута. Кроме того, этот способ предназначен для переработки только мазута и не позволяет вести переработку, например, отработанных моторных или смазочных масел.However, the known method is characterized by high energy costs for creating a deep vacuum, and the use of only the acoustic frequency range does not provide reliable destruction of highly viscous media, a long period of time is required for the processing of fuel oil. In addition, this method is intended for the processing of fuel oil only and does not allow the processing of, for example, used motor or lubricating oils.
Известен также 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 (патент РФ 2078116, С 10 G 15/00, 1995 г.).There is also known a method of cracking petroleum products using an ultrasonic frequency spectrum. According to this method, the raw material (oil-containing product) and dispersant are fed into the treatment zone, ultrasonic treatment is carried out with a radiation intensity of 1-10 MW / m 2 in a closed circulation circuit at a static pressure in the range from 0.2 to 5 MPa, and the subsequent separation of the processed raw materials into liquid and vapor phases and obtaining the final product from the vapor phase (RF patent 2078116, C 10 G 15/00, 1995).
Хотя данный способ позволяет увеличить выход светлых нефтепродуктов, однако он не позволяет контролировать процесс получения конечных продуктов по причине замкнутого цикла и имеет целый ряд технологических недостатков: ведется при высоких температурах и давлениях, сложен при реализации, энергоемок.Although this method allows to increase the yield of light oil products, however, it does not allow controlling the process of obtaining final products due to a closed cycle and has a number of technological disadvantages: it is carried out at high temperatures and pressures, it is difficult to implement, energy-intensive.
Установка для осуществления указанного способа крекинга нефтепродуктов содержит сообщенные между собой устройство для обработки сырья, являющееся одновременно ультразвуковым генератором, разделительную камеру для разделения отработанного сырья и приспособление для конденсации парообразной фазы. Устройство для обработки сырья представляет собой корпус, в котором образованы сообщенные между собой камеры, в каждой из которых установлен ротор, закрепленный на приводном валу, и статор. Последняя камера сообщена с первой, образуя замкнутый контур. За последней камерой размещена разделительная камера, имеющая канал для отвода образовавшейся парообразной фазы на конденсацию в холодильную камеру. Излучателем ультразвуковых частот служат механические узлы системы (ротор, статор, подшипники).Installation for implementing the specified method of cracking oil contains interconnected device for processing of raw materials, which is simultaneously an ultrasonic generator, a separation chamber for separating spent raw materials and a device for condensing the vapor phase. A device for processing raw materials is a housing in which interconnected chambers are formed, each of which has a rotor mounted on the drive shaft and a stator. The last chamber is communicated with the first, forming a closed loop. Behind the last chamber there is a separation chamber having a channel for diverting the resulting vapor phase for condensation in the refrigeration chamber. The emitter of ultrasonic frequencies are the mechanical components of the system (rotor, stator, bearings).
Недостатком данной установки 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.The disadvantage of this installation is the use of a complex mechanical system (rotor, stator, bearings) in the operation of the installation, which sharply reduces its reliability. In addition, the use of mechanical components as emitters with an intensity of more than 100 kW / m 2 leads to intensive destruction of their surface due to the occurrence of cavitation processes.
Вследствие указанных недостатков способы прямого физического воздействия, например волнового различной природы, не нашли применения и в промышленности не используются. Кроме того, способы прямого физического воздействия неоправданно энергетически затратны, т.к. перевод тепловой энергии в волновую имеет очень низкий коэффициент полезного действия и для активации колебательных уровней молекул необходимо во много раз больше энергии, чем при достижении такого же эффекта при прямом нагреве.Due to these drawbacks, methods of direct physical impact, for example, of a wave of various nature, have not been applied and are not used in industry. In addition, the methods of direct physical impact are unreasonably energetically expensive, because the conversion of thermal energy into wave energy has a very low efficiency and to activate vibrational levels of molecules, many times more energy is needed than when the same effect is achieved with direct heating.
Известен способ термической переработки тяжелых нефтесодержащих фракций, включающий термический крекинг тяжелых нефтесодержащих фракций на фазы и получение из парообразной фазы конечных продуктов, отличающийся тем, что перед термическим крекингом исходное сырье предварительно в отдельной зоне обработки подвергают волновому воздействию путем формирования в обрабатываемой среде широкого спектра частот от акустического до светового диапазона, после чего продукты воздействия подают на термический крекинг, который осуществляют в режиме первичной переработки нефти при атмосферном давлении и максимальной температуре нагрева 360 0C (патент Российской Федерации RU2215775). Недостатком данного способа является то, что для возбуждения колебательных уровней молекул и их активации для дальнейшего крекинга необходимо внести в обрабатываемую среду определенное количество энергии. При термическом или каталитическом способе необходимая энергия вносится за счет прямого нагрева сырья. Далее сырье, например в каталитическом крекинге, подается на катализаторы, которые снижают энергию активации разрыва молекулярных связей и способствуют проведению процесса крекинга. В данном же способе энергия активации молекул вводится в среду за счет ((формирования в обрабатываемой среде широкого спектра частот от акустического до светового диапазона)). Учитывая то, что при активации сырья прямым нагревом тепло непосредственно используется для возбуждения колебательных уровней молекул, а для активации тех же молекул волновым воздействием необходимо сначала тепло (энергию) потратить на создание волнового воздействия, а этот процесс имеет очень низкий к.п.д., то энергетические затраты при реализации данного способа становятся неоправданно высокими. Т.е. для существенного возбуждения колебательных уровней молекул (а это эквивалентно нагреву сырья на сотни градусов) в данном способе необходимо использовать гораздо больше энергии, чем при прямом тепловом нагреве. При этом для предварительной обработки сырья требуется большое время, процесс периодический, что является большим препятствием при промышленном внедрении данного способа.A known method of thermal processing of heavy oily fractions, including thermal cracking of heavy oily fractions into phases and obtaining from the vapor phase final products, characterized in that before thermal cracking, the feedstock is preliminarily subjected to a wave treatment in a separate treatment zone by forming a wide range of frequencies from the acoustic to the light range in the medium being processed, after which the impact products are fed to thermal cracking, which is carried out in the mode of primary oil refining at atmospheric pressure and a maximum heating temperature of 360 0 C (patent of the Russian Federation RU2215775). The disadvantage of this method is that for the excitation of vibrational levels of molecules and their activation for further cracking, it is necessary to add a certain amount of energy to the processed medium. In the thermal or catalytic process, the necessary energy is introduced by direct heating of the feed. Further, raw materials, for example in catalytic cracking, are fed to catalysts that reduce the activation energy of molecular bond breaking and contribute to the cracking process. In this method, the activation energy of molecules is introduced into the medium due to ((formation of a wide spectrum of frequencies from the acoustic to the light range in the medium being processed)). Taking into account the fact that when raw materials are activated by direct heating, heat is directly used to excite vibrational levels of molecules, and to activate the same molecules by wave action, it is first necessary to spend heat (energy) to create a wave effect, and this process has a very low efficiency , then the energy costs during the implementation of this method become unreasonably high. Those. To significantly excite vibrational levels of molecules (and this is equivalent to heating the raw material hundreds of degrees) in this method, it is necessary to use much more energy than with direct thermal heating. Moreover, for pre-processing of raw materials takes a long time, the process is periodic, which is a big obstacle to the industrial implementation of this method.
Известны устройства для акустической обработки жидкости (патент SU 410823 ((Гидродинамический излучатель вихревого типa», патент SU 546389 ((Устройство для ультразвуковой обработки))). Однако они не дают эффекта увеличения глубины переработки, т.е. крекинга, основное применение - создание эмульсий.Known devices for acoustic processing of liquid (patent SU 410823 ((Hydrodynamic emitter of a vortex type, patent SU 546389 ((Device for ultrasonic processing))). However, they do not give the effect of increasing the depth of processing, ie cracking, the main application is the creation emulsions.
Известны устройства акустической и кавитационной обработки, в которых обработка осуществляется за счет движения ротора, диска - роторно-пульсационные аппараты (патент RU 2115176 ((Генератор кaвитaции», патент RU 211 1554 ((Генератор ультразвуковых колебаний))). В этих аппаратах акустическая и кавитационная обработка жидкости происходит в тонких слоях, непосредственно прилегающих к движущемуся ротору или диску, а не во всем объеме, поэтому обработка жидкости в таких аппаратах дает небольшое, в пределах ошибки измерений, увеличение глубины переработки и в промышленности не нашло широкого применения для целей крекинга углеводородного сырья. В основном, такие аппараты применяются для эмульгирования жидких сред. Из-за того, что в устройствах присутствуют движущиеся части, ресурс работы таких аппаратов недостаточен.Known devices for acoustic and cavitation processing, in which the processing is carried out due to the movement of the rotor, the disk is a rotary pulsation apparatus (patent RU 2115176 ((Cavitation generator ”, patent RU 211 1554 ((Ultrasonic oscillation generator))). In these devices, acoustic and cavitation treatment of the liquid occurs in thin layers directly adjacent to the moving rotor or disk, and not in the entire volume, therefore, the liquid treatment in such devices gives a small, within the limits of measurement error, increase in the depth of processing and in the industry has not found wide use in hydrocarbon feedstock cracking purposes. In general, such devices are used to emulsify liquids. Due to the fact that the devices moving parts are present, life of such devices is insufficient.
Наиболее близким аналогом (прототипом) для заявляемого устройства является устройство по патенту RU 2164629 ((Способ кавитации потока жидкости и устройство для его осуществления)). Способ кавитации является гидродинамическим. Процесс происходит за счет того, что в поток обрабатываемой жидкости помещен кавитатор в виде рабочего тела различной формы, причем площадь максимального поперечного сечения рабочего тела в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода, составляет более 0,8 проходного сечения трубопровода, но не равна ему. Известно, что кавитация возникает при обтекании плохообтекаемого тела, в тыловой части которого возникает зона пониженного давления. При некоторой критической скорости потока, давление в тыловой зоне снижается до атмосферного, в результате чего здесь образуются пузырьки, заполненные газом или паром, а затем каверна. При отрыве пузырьков или каверн от кавитатора они попадают в область повышенного давления потока и схлопываются, совершая при этом определенную работу, которую можно использовать как полезную, например для интенсификации химических и других процессов. Т.к. рабочее тело (кавитатор) занимает более 0,8 проходного сечения трубопровода, то процесс кавитации происходит только в этой зоне, составляющей не более 20 % от всего объема обрабатываемой жидкости, что не позволяет провести термомеханический крекинг всего объема сырья. Кроме того, кавитатор не закреплен жестко, а изменяет свое положение под воздействием движущего потока. Обтекаемое тело всегда стремится занять такое положение, при котором гидродинамическое сопротивление будет минимально, т.е. такое положение, при котором обтекание этого тела потоком жидкости будет наилучшим для данных условий движения среды. Это приведет к еще большему уменьшению зоны кавитации и уменьшению кавитационного и акустического воздействия на сырье.The closest analogue (prototype) for the claimed device is the device according to patent RU 2164629 ((Method for cavitation of a fluid flow and a device for its implementation)). The cavitation method is hydrodynamic. The process occurs due to the fact that a cavitator in the form of a working fluid of various shapes is placed in the flow of the processed fluid, and the area of the maximum cross section of the working fluid in a plane perpendicular to the axis pipeline, is more than 0.8 of the cross-section of the pipeline, but not equal to it. It is known that cavitation occurs during the flow around a poorly streamlined body, in the rear of which there is a zone of low pressure. At a certain critical flow rate, the pressure in the rear zone decreases to atmospheric pressure, as a result of which bubbles form here, filled with gas or steam, and then a cavity. When bubbles or caverns are separated from the cavitator, they fall into the region of increased flow pressure and collapse, performing a certain work that can be used as useful, for example, to intensify chemical and other processes. Because Since the working fluid (cavitator) occupies more than 0.8 of the pipeline cross-section, the cavitation process occurs only in this zone, which makes up no more than 20% of the total volume of the processed liquid, which does not allow thermomechanical cracking of the entire volume of raw materials. In addition, the cavitator is not fixed rigidly, but changes its position under the influence of a moving stream. The streamlined body always strives to occupy a position in which the hydrodynamic drag is minimal, i.e. such a position in which the flow of fluid around this body will be the best for these conditions of movement of the medium. This will lead to an even greater reduction in the cavitation zone and a decrease in cavitation and acoustic effects on the raw materials.
Как уже говорилось, наиболее известными и широко применяемыми процессами глубокой переработки являются каталитические - каталитический крекинг, гидрокрекинг и другие процессы. (Суханов В. П. Каталитические процессы в нефтепереработке. M., «Xимия», 1973. Прокопюк C.Г., Масагутов Р.М. Промышленные установки каталитического крекинга. M., «Xимия», 1974.). К серьезным недостаткам таких процессов можно отнести следующие: высокие давления (до 15 МПа) и температуры нагрева сырья (450-550 0C и выше) приводят к серьезному увеличению капитальных затрат, отравление катализаторов и необходимость их регенерации к очень большим текущим эксплуатационным затратам. Достаточно сказать, что из-за высокой стоимости таких процессов большинство Российских НПЗ не имеют возможности их реализовать.As already mentioned, the most famous and widely used processes of deep processing are catalytic - catalytic cracking, hydrocracking and other processes. (V. Sukhanov. Catalytic processes in oil refining. M., "Chemistry", 1973. Prokopyuk C. G., Masagutov R. M. Industrial catalytic cracking plants. M., "Chemistry", 1974.). To serious The disadvantages of such processes include the following: high pressures (up to 15 MPa) and heating temperatures of the feedstock (450-550 0 C and higher) lead to a serious increase in capital costs, poisoning of the catalysts and the need for their regeneration to very high current operating costs. Suffice it to say that due to the high cost of such processes, most Russian refineries do not have the ability to implement them.
Термический крекинг известен очень давно (Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. 4.2. M., «Xимия», 1968. Пархоменко В.Е. Технология переработки нефти и газа. M., 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 других, 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 0C и выше) и давления (до 7 МПа) также приводят к большим капитальным затратам, а коксование оборудования и небольшой межремонтный пробег оборудования - к увеличению эксплуатационных затрат. Наиболее близким аналогом (прототипом) для установки углубленной переработки по предлагаемому изобретению является термический крекинг.Thermal cracking has been known for a very long time (Smidovich EV, Oil and gas processing technology. 4.2. M., Chemistry, 1968. VE Parkhomenko, Oil and gas processing technology. M., Gostoptekhizdat, 1959.). The disadvantages of thermal cracking include the following. When the raw material is heated with increasing temperature, the number of bond breaks slowly and smoothly increases, but when a critical temperature is reached (depending on the properties and composition of the feedstock), this number increases sharply, the process of bond breaking is avalanche-like, uncontrollable. This leads to coking of the equipment and a decrease in the overhaul mileage, the process is periodic. There are a lot of gases and unsaturated hydrocarbons in thermal cracking products, which increases the requirements for further equipment in obtaining marketable products - gasoline, diesel fuel and others, which, ultimately, leads to an increase in capital and operating costs. Therefore, recently, thermal cracking processes, especially in the fuel version, are rarely used. High temperatures of heating of raw materials (470-550 0 C and above) and pressure (up to 7 MPa) also lead to high capital costs, and coking of equipment and low overhaul mileage of equipment - to increase operating costs. The closest analogue (prototype) for the installation of advanced processing according to the invention is thermal cracking.
Технический результат применения изобретения - увеличение выхода легких целевых продуктов 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.The technical result of the application of the invention is to increase the yield of light target products and increase the depth of industrial processing of raw materials, simplify and cheapen the process and equipment for the preparation and advanced processing of raw materials, reduce operating and capital costs with a high depth of further processing, save and rational use of hydrocarbon raw materials.
Целью изобретения является увеличение выхода легких светлых фракций (бензиновых, керосиновых и дизельных, продуктов нефтехимии) выше их потенциального содержания в сырье и увеличение глубины переработки, что приводит к оптимальному и рациональному использованию сырьевых ресурсов при их дальнейшей переработке, снижение эксплуатационных и капитальных затрат, простота и надежность конструкции оборудования, простота и надежность управления и регулировки процессом термомеханического крекинга, уменьшение коксования и увеличение межремонтного пробега оборудования, непрерывность процесса, улучшение качества продуктов термомеханического крекинга для дальнейшей переработки по сравнению с термическим крекингом, уменьшение содержания вредных примесей, решение экологических проблем, утилизация попутных нефтяных и других газов. Основная цель - увеличение глубины переработки любого углеводородного сырья, что приводит в конечном итоге к увеличению рентабельности всего перерабатывающего производства.The aim of the invention is to increase the yield of light light fractions (gasoline, kerosene and diesel, petrochemicals) higher than their potential content in raw materials and increase the depth of processing, which leads to optimal and rational use of raw materials for their further processing, reducing operating and capital costs, simplicity and reliability of equipment design, simplicity and reliability of control and adjustment of the thermomechanical cracking process, reduction of coking and increase of spacing ntnogo path equipment, the continuity of the process, improving the quality of thermomechanical cracking products for further processing as compared with thermal cracking, reduction of harmful impurities, the solution of environmental problems, recycling of free oil and other gases. The main goal is to increase the processing depth of any hydrocarbon feedstock, which ultimately leads to an increase in the profitability of the entire processing industry.
Поставленная цель достигается тем, что в установку подготовки и переработки жидкого углеводородного сырья, включающую подготовку (предварительную очистку от воды и вредных примесей), подачу и нагрев сырья, разделение сырья на фракции, отвод продуктов разделения, встроен аппарат разделения, в котором углеводородную смесь разделяют на две части - легкую часть разделения (низкокипящие фракции НКФ) и тяжелую высокомолекулярную часть разделения (высококипящие фракции ВКФ). Сырье предварительно нагревают в рекуперативных теплообменниках для оптимизации энергетических затрат за счет тепла одного или всех продуктов разделения (НКФ и ВКФ). Если тепло продуктов разделения или товарных продуктов используется для других целей (зависит от поставленной задачи), то сырье предварительно подогревают в отдельной или общей (но в отдельном от нагрева ВКФ змеевике) с нагревом ВКФ печи нагрева (нагревателе) до температуры выше 20÷50 0C для снижения вязкости и увеличения текучести сырья, особенно тяжелого и высоковязкого. Сырье обычно нагревают до температуры не выше 450 0C, чтобы не началось коксование нагревательного оборудования, хотя в отдельных случаях (зависит от состава сырья) температура нагрева сырья может быть и больше. Одновременно с нагревом, сырье может подвергаться и термическому крекингу. Тяжелую высокомолекулярную жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ), получаемую после аппарата разделения, нагревают в печи нагрева ВКФ (нагревателе) отдельно от сырья до температуры выше 300 0C или нагревают и подвергают термическому крекингу. Обычно нагрев жидкой части разделения за один проход по змеевику печи или нагревателя не превышает 250 0C, но может быть и более, а массовая доля ВКФ, подвергшихся термическому крекингу в печи нагрева или нагревателе, не превышает 50 %, чтобы предотвратить интенсивное образование отложений кокса на поверхностях змеевиков нагревателей. Предпочтительно, чтобы скорость ВКФ в змеевике печи (нагревателе) должна быть выше 1 м/с (оптимально З÷Ю м/с), что позволяет существенно уменьшить или даже избежать коксования змеевика (канала нагрева ВКФ). Затем сырье и нагретые ВКФ направляют в устройство прямого смешивания, в котором окончательно нагревают сырье, причем нагревают до определенной подкритичной температуры, которая ниже температуры начала лавинообразного неуправляемого термического крекинга, но не более, чем на 300 0C (в зависимости от состава и свойств исходного сырья), т.е. нагревают так, чтобы неуправляемый термический крекинг еще не начался. Непосредственный контакт ВКФ, нагретого до высокой температуры (например до 400 0C и выше, в зависимости от условий проведения процесса), и более холодной нефти или другого жидкого углеводородного сырья (например, при температуре 200 0C) приводит к взрывному характеру нагрева сырья, возникновению колебаний и локальных зон кавитации, что в свою очередь инициирует термомеханический крекинг тяжелых молекул сырья и ВКФ уже в устройстве смешивания. Затем смесь сырья и ВКФ направляют в устройство термомеханического крекинга, 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, причем 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). Обработанную в устройстве термомеханического крекинга смесь направляют в аппарат разделения, в котором обработанную смесь сырья и тяжелой высокомолекулярной жидкой части разделения (высококипящих фракций ВКФ) 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, смесь сырья и ВКФ распыливают (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 0C, частично направляют в блок получения тяжелых товарных продуктов (типа кокса, битума, битумных эмульсий, покрытий, масел и других) на месте подготовки и переработки сырья по данному изобретению или охлаждают и транспортируют к удаленному месту получения тяжелых товарных продуктов. Частично возвращают на повторную обработку по данному изобретению в начало процесса для увеличения выхода легких продуктов и глубины переработки, причем возвращаемая часть ВКФ циркулирует по замкнутому контуру — аппарат разделения, печь нагрева ВКФ (нагреватель), аппарат разделения, соотношение расходов циркулирующих ВКФ и сырья находится в диапазоне l÷ЮО. Легкую парогазовую часть (НКФ), в которой содержатся и легкие фракции исходного сырья, и легкие фракции продуктов термического крекинга ВКФ и термомеханического крекинга смеси сырья и ВКФ, направляют в устройство сепарации (фильтрации, каплеотделения, ректификации), причем температура в устройстве сепарации соответствует максимальной температуре конца кипения фракций легких целевых товарных продуктов, например 350-360 0C для дизельной фракции. Эта граничная температура может быть изменена в зависимости от поставленной задачи и требований к получаемым продуктам. После устройства сепарации легкие фракции реакции, преимущественно с температурой конца кипения до 350-360 0C, направляют в блок получения легких товарных продуктов (типа сжиженного газа, бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии) на месте подготовки и переработки сырья по данному изобретению, или после охлаждения и конденсации транспортируют к удаленному месту получения легких товарных продуктов. Фильтрат после сепаратора для получения дополнительного количества легких целевых продуктов возвращают на повторную обработку в начало процесса вместе с циркулирующей частью ВКФ. Устройства смешивания сырья и ВКФ, волновой и механической обработки смеси, диспергирования (распыления), а также сепарации парогазовой части разделения НКФ встроены в аппарат разделения смеси на жидкую (ВКФ) и парогазовую (НКФ) части, а качество продуктов разделения и их соотношение в зависимости от свойств исходного сырья регулируются температурой и давлением циркулирующей ВКФ на выходе печи (нагревателя) и сырья, температурой и давлением смеси в аппарате разделения, температурой НКФ в сепараторе, 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 (распыления). Регулировку скоростей сырья, циркулирующей жидкой части ВКФ и их смеси в устройствах смешивания и обработки можно осуществлять за счет изменения механических параметров конструкции этих устройств. 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 встроенных в аппарат устройств смешивания сырья и ВКФ, обработки и диспергирования (распыления) смеси может быть больше одного каждого типа и зависит от производительности перерабатывающего производства. 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.This goal is achieved by the fact that in the installation for the preparation and processing of liquid hydrocarbon raw materials, including preparation (preliminary cleaning of water and harmful impurities), supply and heating raw materials, separation of raw materials into fractions, removal of separation products, a separation apparatus is built in, in which the hydrocarbon mixture is divided into two parts - the light separation part (low boiling fractions of NKF) and the heavy high molecular weight part of separation (high boiling fractions of VKF). Raw materials are preheated in recuperative heat exchangers to optimize energy costs due to the heat of one or all separation products (NKF and VKF). If the heat of separation products or commercial products is used for other purposes (depends on the task), the raw materials are preheated in a separate or general (but separate from heating VKF coil) with heating VKF heating furnace (heater) to a temperature above 20 ÷ 50 0 C to reduce viscosity and increase fluidity of raw materials, especially heavy and highly viscous. Raw materials are usually heated to a temperature not exceeding 450 ° C so that coking of heating equipment does not begin, although in some cases (depending on the composition of the raw materials), the heating temperature of the raw materials can be even higher. Simultaneously with heating, the raw material can also be subjected to thermal cracking. The heavy high molecular weight liquid separation part (high boiling fractions of VKF) obtained after the separation apparatus is heated in a heating furnace of VKF (heater) separately from the raw material to a temperature above 300 0 C or heated and subjected to thermal cracking. Typically, the heating of the liquid part of the separation in one pass through the coil of the furnace or heater does not exceed 250 ° C, but may be more, and the mass fraction of VKF subjected to thermal cracking in the heating furnace or heater does not exceed 50% to prevent intense formation of coke deposits on the surfaces of coil heaters. Preferably, the VKF speed in the furnace coil (heater) should be higher than 1 m / s (optimally 3 ÷ 10 m / s), which can significantly reduce or even avoid coking of the coil (heating channel VKF). Then the raw materials and heated VKF are sent to the direct mixing device, in which the raw materials are finally heated, and they are heated to a certain subcritical temperature, which is lower than the onset temperature of the avalanche-like uncontrolled thermal cracking, but not more than 300 0 C (depending on the composition and properties of the initial raw materials), i.e. heated so that uncontrolled thermal cracking has not yet begun. Direct contact of VKF, heated to a high temperature (for example, up to 400 0 C and higher, depending on the process conditions), and colder oil or other liquid hydrocarbon feedstocks (for example, at a temperature of 200 0 C) leads to an explosive nature of the heating of the feedstock, the occurrence of oscillations and local cavitation zones, which in turn initiates thermomechanical cracking of heavy molecules of raw materials and VKF already in the mixing device. Then the mixture of raw materials and VKF is sent to a thermomechanical cracking device, in which the mixture to initiate a controlled process of breaking the bonds of molecules (thermomechanical cracking) is subjected to mechanical and wave effects of a different nature and a wide range of frequencies, for example cavitation, sound, ultrasonic vibrations, and for cavitation processing heated to subcritical temperature of the raw material and the imposition of acoustic exposure use such devices, the action of which is based on hyd dynamic effects movement of multiphase fluids at speeds exceeding 5 m / s for channels of various shapes. The specific speed value is chosen empirically based on the analysis of separation products (NKF and VKF). The mixture processed in the thermomechanical cracking device sent to the separation apparatus, in which the processed mixture of raw materials and the heavy high molecular weight liquid separation part (high boiling fractions of VKF) are separated into the light vapor-gas part (low boiling fractions of NKF) and the heavy liquid part of separation (high boiling fractions of VKF). To increase the interfacial surface of the separated media and to more efficiently and quickly separate them, a mixture of raw materials and VKF is sprayed (dispersed) into the separation apparatus with a decrease in pressure. The heavy liquid part of the separation (high-boiling fractions of VKF) after the separation apparatus, mainly with a boiling point above 350-360 0 C, is partially sent to the block for producing heavy commercial products (such as coke, bitumen, bitumen emulsions, coatings, oils and others) in place preparation and processing of raw materials according to this invention or cooled and transported to a remote place to obtain heavy commercial products. Partially return to the reprocessing according to this invention at the beginning of the process to increase the yield of light products and the depth of processing, and the return part of the VKF is circulated in a closed loop - separation apparatus, VKF heating furnace (heater), separation apparatus, the ratio of the costs of the circulating VKF and raw materials is range l ÷ SO. The light gas-vapor part (NKF), which contains both light fractions of the feedstock and light fractions of the products of thermal cracking VKF and thermomechanical cracking of a mixture of raw materials and VKF, is sent to the separation device (filtration, droplet separation, rectification), and the temperature in the separation device corresponds to the maximum the end boiling temperature of light fractions of the desired commercial products, for example 350-360 0 C for the diesel fraction. This boundary temperature can be changed depending on the set tasks and requirements for the resulting products. After the separation device, light reaction fractions, mainly with a boiling point up to 350-360 0 C, are sent to the unit for producing light commercial products (such as liquefied gas, gasoline, kerosene, diesel fuel, petrochemical products) at the place of preparation and processing of the raw materials of this invention , or after cooling and condensation is transported to a remote place to obtain light commercial products. The filtrate after the separator to obtain an additional amount of light target products is returned to the reprocessing at the beginning of the process together with the circulating part of the VKF. Devices for mixing raw materials and VKF, wave and mechanical processing of the mixture, dispersion (spraying), and separation of the combined gas and vapor separation of NKF are built into the apparatus for separating the mixture into liquid (VKF) and combined gas (NKF) parts, and the quality of the separation products and their ratio depending the properties of the feedstock are controlled by the temperature and pressure of the circulating VKF at the outlet of the furnace (heater) and raw materials, the temperature and pressure of the mixture in the separation apparatus, the temperature of the NKF in the separator, the flow of raw materials, circulating liquid Asti CCF and their ratio, and the raw speed of the circulating liquid portion CCF and mixtures thereof in the mixing device, processing the dispersion (spraying). The speed control of raw materials, the circulating liquid part of the VKF and their mixtures in the mixing and processing devices can be carried out by changing the mechanical parameters of the design of these devices. The separation level of the combined-cycle phase of the NKF and the liquid phase of the VKF in the separation apparatus is maintained at given values of the above technological parameters by the value of the consumption of HCF directed to obtain heavy commercial products, and the number of built-in the apparatus for mixing raw materials and VKF, processing and dispersing (spraying) the mixture can be more than one of each type and depends on the productivity of the processing industry. It is quite effective to use a distillation column as a separation apparatus, while the heavy high molecular weight liquid part of the separation (high boiling fractions of VKF) is the bottom residue, and the sum of all other light fractions after the column is low boiling fractions of NKF.
Возможно использование в качестве устройств обработки сырья, ВКФ и их смеси роторно-пульсационных аппараты (РПА), устройств светового, радиоактивного облучения, воздействия звуком и ультразвуком от внешних источников различного типа (пьезоизлучатели, магнитоизлучатели и другие устройства), с помощью реагентов и катализаторов.It is possible to use rotary-pulsation devices (RPA), light and radioactive irradiation devices, sound and ultrasound from various types of external sources (piezo-emitters, magneto-emitters, and other devices) as reagents and catalysts as processing devices for raw materials, VKF, and their mixtures.
Установка может содержать устройство смешивания предварительно подогретого сырья и циркулирующих ВКФ до печи (нагревателя) нагрева ВКФ. В этом случае печь (нагреватель) нагрева ВКФ используется для нагрева смеси сырья и ВКФ до подкритичной температуры или для нагрева и термического крекинга смеси. Смесь далее направляют на устройство термомеханической обработки, в диспергатор и в аппарат разделения, после которого полученные после аппарата разделения НКФ и ВКФ направляют по вышеописанной схеме.The installation may include a device for mixing preheated raw materials and circulating VKF to the furnace (heater) heating VKF. In this case, the VKF heating furnace (heater) is used to heat the mixture of raw materials and VKF to subcritical temperature or to heat and thermally crack the mixture. The mixture is then sent to a thermomechanical processing device, to a dispersant and to a separation apparatus, after which the NKF and VKF obtained after the separation apparatus are sent as described above.
Обе части разделения (НКФ и ВКФ) можно направлять в устройство смешивания для получения синтетической нефти с повышенным потенциальным содержанием светлых топливных продуктов и значительно меньшей плотностью и вязкостью в сравнении с исходным сырьем, которую затем направляют для дальнейшей углубленной переработки, причем устройство смешивания ВКФ и НКФ может быть встроено в аппарат разделения. После блока получения тяжелых товарных продуктов (кокса, битума, битумных эмульсий, покрытий, масел и других) обычно получается и легкий отгон, который возвращают в начало процесса на повторную обработку вместе с сырьем для получения дополнительного количества легких целевых продуктов. Кубовый (тяжелый) остаток после блока получения легких товарных продуктов (типа сжиженного газа, бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии), например, это кубовый остаток после ректификационной колонны, возвращают в начало процесса на повторную обработку вместе с сырьем для получения дополнительного количества легких целевых продуктов. В зависимости от поставленной задачи и сырье предварительно можно нагревать в рекуперативных теплообменниках за счет тепла товарных продуктов. При проведении процесса крекинга могут образовываться частицы кокса, другие механические примеси, попадание которых нежелательно в циркулирующие ВКФ и далее в насос и нагреватель, поэтому в контур циркуляции части ВКФ встроено устройство очистки ВКФ от вредных примесей, механических примесей и частиц кокса. Вместе с жидким углеводородным сырьем на углубленную переработку можно направлять и газообразные углеводороды, которые также являются углеводородным сырьем, например попутный или природный газ, газовые фракции, получаемые в процессе нефтепереработки, в частности по данному изобретению, и твердые углеводороды в виде мелкодисперсного порошка. Положительный эффект дает также то, что механической и волновой обработке и/или термомеханическому (некаталитическому) крекингу подвергают исходное сырье и/или циркулирующие высококипящие фракции ВКФ перед устройством смешивания.Both parts of the separation (NKF and VKF) can be sent to the mixing device to obtain synthetic oil with an increased potential content of light fuel products and significantly lower density and viscosity compared to the feedstock, which is then sent for further in-depth processing, and the mixing device VKF and NKF may be built into the separation apparatus. After the unit for producing heavy commercial products (coke, bitumen, bitumen emulsions, coatings, oils and others), a light distillation is usually obtained, which is returned to the beginning of the process for reprocessing together with the raw material to obtain an additional amount of light target products. The bottom (heavy) residue after the unit for producing light commercial products (such as liquefied gas, gasoline, kerosene, diesel fuel, petrochemicals), for example, this is the bottom residue after the distillation column, is returned to the beginning of the process for reprocessing together with raw materials to obtain additional quantities light target products. Depending on the task and the raw materials can be preheated in recuperative heat exchangers due to the heat of commercial products. During the cracking process, coke particles and other mechanical impurities can be formed, the ingress of which is undesirable into the circulating VKF and further into the pump and heater, therefore, a device for cleaning VKF from harmful impurities, solids and coke particles is built into the circulation circuit of the VKF part. Together with liquid hydrocarbon feedstocks, gaseous hydrocarbons, which are also hydrocarbon feedstocks, such as associated or natural gas, gas fractions obtained during the refining process, in particular according to this invention, and solid hydrocarbons in the form of a fine powder can also be sent for advanced processing. The positive effect is also provided by the fact that the feedstock and / or circulating high boiling fractions of the FCF are subjected to mechanical and wave processing and / or thermomechanical (non-catalytic) cracking in front of the mixing device.
Непосредственно аппарат разделения углеводородного сырья на легкую парогазовую часть разделения (низкокипящие фракции НКФ) и тяжелую жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ) - это емкостной аппарат, который содержит корпус, штуцеры для ввода- вывода рабочих и продуктовых сред, штуцеры и приборы для контроля технологических параметров работы аппарата (температуры, давления). Кроме того, в аппарат разделения через дополнительные штуцеры и патрубки встроены: устройство смешивания сырья с нагретой тяжелой высокомолекулярной жидкой частью разделения (циркулирующими ВКФ), устройство термомеханического крекинга, в котором смесь сырья и ВКФ, нагретую до определенной подкритичной температуры 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, устройство распыления (диспергирования) смеси в объем аппарата для увеличения межфазной поверхности разделяющихся сред и более эффективного и быстрого их разделения. В верхнюю часть аппарата встроено устройство сепарации (фильтр, каплеотделитель) парогазовой части разделения (НКФ), после которого очищенная НКФ выходит из аппарата и направляется для получения товарных продуктов, а фильтрат самотеком попадает в нижнюю часть аппарата и смешивается с ВКФ. В процессе крекинга сырья и ВКФ образуются непредельные углеводороды. Для уменьшения количества непредельных в НКФ и в конечных продуктах, в сепаратор встроен блок или устройство с катализатором, например, в виде корзины с засыпанными в нее гранулами катализатора. По аналогии с каталитическим крекингом, происходит уменьшение непредельных соединений и увеличение изомеров, т.е. улучшение качества НКФ и конечных продуктов. При необходимости, в блок с катализатором подается молекулярный водород, легкие водородсодержащие среды, обогащенные водородом, например, природный или попутный газ, легкие погоны бензиновых фракций и другие. Температура в устройстве сепарации соответствует максимальной температуре конца кипения фракций легких целевых товарных продуктов, например 350-360 0C для дизельной фракции. Уровень раздела парогазовой фазы НКФ и жидкой фазы ВКФ находится ниже значения половины высота аппарата разделения, а в корпус аппарата встроен штуцер для устройства контроля уровня раздела фаз и поддержания его в заданном значении величиной расхода ВКФ, направляемых в блоки производства тяжелых товарных продуктов при заданных остальных значениях технологических параметров процесса. В нижней части аппарата встроено устройство разделения ВКФ на части, часть ВКФ направляется для производства тяжелых товарных продуктов (типа кокса, битума и других), а другая часть возвращается в начало процесса и циркулирует по замкнутому контуру - аппарат разделения, печь нагрева (нагреватель), аппарат разделения. Количество встроенных в аппарат устройств смешивания сырья и ВКФ, обработки и распыления (диспергирования) смеси может быть больше одного каждого типа и зависит от производительности перерабатывающего производства. Кроме того. 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. 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. 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.Directly the apparatus for the separation of hydrocarbons into the light vapor-gas separation part (low boiling fractions of NKF) and the heavy liquid part of separation (high boiling fractions of VKF) is a capacitive apparatus that contains a housing, fittings for input and output of working and product media, fittings and devices for monitoring the technological parameters of the apparatus (temperature, pressure). In addition, in the separation apparatus through additional fittings and nozzles are integrated: a device for mixing raw materials with a heated heavy high molecular weight liquid separation part (circulating VKF), a thermomechanical cracking device in which a mixture of raw materials and VKF is heated to a certain subcritical temperature to initiate a controlled process of breaking bonds molecules (thermomechanical cracking) are subjected to mechanical and wave effects of a different nature and a wide range of frequencies, for example, cavitation radiation, sound, ultrasonic vibrations, a device for spraying (dispersing) the mixture into the apparatus to increase the interfacial surface of the separated media and to more effectively and quickly separate them. A separation device (filter, droplet separator) of the vapor-gas separation part (NKF) is built into the upper part of the apparatus, after which the purified NKF leaves the apparatus and is sent to obtain marketable products, and the filtrate by gravity enters the lower part of the apparatus and mixes with VKF. In the process of cracking the feed and HCF, unsaturated hydrocarbons are formed. To reduce the number of unsaturated ones in the NKF and in the final products, a block or device with a catalyst is built into the separator, for example, in the form of a basket with catalyst granules filled in it. By analogy with catalytic cracking, there is a decrease in unsaturated compounds and an increase in isomers, i.e. Improving the quality of NKF and final products. At if necessary, molecular hydrogen, light hydrogen-containing media enriched with hydrogen, for example, natural or associated gas, light shoulder straps of gasoline fractions and others, are fed into the block with the catalyst. The temperature in the separation device corresponds to the maximum temperature of the end of boiling fractions of light target commercial products, for example 350-360 0 C for a diesel fraction. The separation level of the combined-cycle phase of the NKF and the liquid phase of the VKF is lower than half the height of the separation apparatus, and a fitting is built into the device’s body for controlling the level of the phase separation and maintaining it in the set value by the flow rate of the VKF sent to the production units of heavy commodity products with the given other values technological process parameters. In the lower part of the apparatus, a VKF separation device is built into parts, a part of the VKF is sent for the production of heavy commercial products (such as coke, bitumen and others), and the other part returns to the beginning of the process and circulates in a closed circuit - a separation apparatus, a heating furnace (heater), separation apparatus. The number of devices for mixing raw materials and VKF, processing and spraying (dispersing) the mixture built into the device can be more than one of each type and depends on the productivity of the processing industry. Besides. A separator is installed in the lower part of the apparatus - a sump for separating from VKF the part necessary for circulation and for cleaning the circulating part of VKF from coke particles and other mechanical impurities. In order to optimize gas-vapor and liquid flows in the apparatus and the separator, to more clearly separate the liquid phase from the gas-vapor and rectification of the latter, internal devices such as distillation plates of various designs, Rashig rings, nets are built into the apparatus and separator. For carrying out commissioning The separation apparatus has built-in heat exchangers or a steam-heated jacket. The structural dimensions of the separation apparatus, separator and other elements depend on the productivity of the processing complex, the composition of the raw materials and the task for its processing.
Устройство механической и волновой обработки совмещено с устройством смешивания и диспергирования смеси и может быть названо как «тypбoдинaмичecкий дезинтегратор)) (ТДД). Его задача - осуществить прямой нагрев сырья (среда 1) за счет тепла перегретого ВКФ (среда 2), кавитационную и акустическую обработку смеси сырья (среда 1) и ВКФ (среда 2) и диспергирование (распыление) обработанной смеси в аппарат разделения.The device for mechanical and wave processing is combined with the device for mixing and dispersing the mixture and can be called as “Tyrbodinoamichesky Disintegrator)) (TDD). Its task is to carry out direct heating of the raw material (medium 1) due to the heat of the superheated VKF (medium 2), cavitation and acoustic treatment of the mixture of raw materials (medium 1) and VKF (medium 2) and dispersing (spraying) the treated mixture into the separation apparatus.
Как сказано выше, явление кавитации возникает при обтекании препятствий и плохообтекаемых тел, особенно с острыми краями и кромками. Происходит срыв течения с возникновением зоны пониженного давления и образования каверн, т.е. пузырьков кавитации. При схлопывании пузырьков возникают ударные импульсы повышенного давления (сотни атмосфер и более), локальные участки сильного повышения температуры (сотни и тысячи градусов). Т.к. пузырьки образуются разных размеров, то при схлопывании пузырьков возникают волны широкого спектра частот, т.е. происходит механическое и акустическое воздействие на обрабатываемую среду. Явление кавитации широко используется в различных областях техники, в частности, для интенсификации разнообразных химических реакций и превращений.As mentioned above, the phenomenon of cavitation occurs during the flow around obstacles and poorly streamlined bodies, especially with sharp edges and edges. There is a disruption of the flow with the appearance of a zone of low pressure and the formation of caverns, i.e. cavitation bubbles. When the bubbles collapse, shock pulses of high pressure (hundreds of atmospheres and more), local areas of a strong increase in temperature (hundreds and thousands of degrees) arise. Because Since bubbles are formed in different sizes, when the bubbles collapse, waves of a wide spectrum of frequencies appear, i.e. there is a mechanical and acoustic impact on the medium being treated. The cavitation phenomenon is widely used in various fields of technology, in particular, for the intensification of various chemical reactions and transformations.
Поскольку в реальной жидкости всегда присутствуют мельчайшие пузырьки газа или пара, то, двигаясь с потоком и попадая в область пониженного давления, они теряют устойчивость и приобретают способность к неограниченному росту. После перехода в зону повышенного давления и исчерпания кинетической энергии расширяющейся жидкости, рост пузырька прекращается и он начинает сокращаться. Если пузырёк содержит достаточно много газа, то по достижении им минимального радиуса он восстанавливается и совершает нескольких циклов затухающих колебаний, а если газа мало, то пузырёк захлопывается полностью в первом периоде жизни. Поэтому вблизи обтекаемого тела (препятствия) создаётся довольно четко ограниченная «кaвитaциoннaя зoнa», заполненная движущимися пузырьками.Since tiny bubbles of gas or vapor are always present in a real liquid, moving with the flow and falling into the region of low pressure, they lose stability and acquire the ability to grow unlimitedly. After going to the zone increased pressure and exhaustion of the kinetic energy of the expanding fluid, the growth of the bubble stops and it begins to contract. If the bubble contains a lot of gas, then when it reaches the minimum radius, it is restored and performs several cycles of damped oscillations, and if there is little gas, then the bubble completely closes in the first period of life. Therefore, near the streamlined body (obstacle), a rather clearly defined “cavitation zone” is created, filled with moving bubbles.
Сокращение кавитационного пузырька происходит с большой скоростью и сопровождается звуковым импульсом (гидравлическим ударом) тем более сильным, чем меньше газа содержит пузырёк. Если степень развития кавитации такова, что в случайные моменты времени возникает и захлопывается множество пузырьков, то явление сопровождается сильным шумом со сплошным спектром от нескольких сотен Гц до сотен и тысяч кГц. Увеличение скорости потока после начала кавитации вызывает быстрое возрастание числа кавитационных пузырьков, вслед за чем происходит их объединение в общую кавитационную каверну. Если кавитационная каверна захлопывается вблизи от обтекаемого тела, то многократно повторяющиеся удары приводят к разрушению (к так называемой кавитационной эрозии) поверхности обтекаемого тела, поэтому скорость движения обрабатываемой среды должна быть достаточно высокой (исходя из опыта более 5 м/с), чтобы пузырьки не успевали захлопываться вблизи тела, а захлопывались вдали от обтекаемого тела, тогда кавитация будет объемной и не будет приводить к разрушению обтекаемого тела.The contraction of the cavitation bubble occurs at high speed and is accompanied by a sound pulse (water hammer), the stronger, the less gas the bubble contains. If the degree of cavitation development is such that many bubbles appear and collapse at random times, then the phenomenon is accompanied by strong noise with a continuous spectrum from several hundred Hz to hundreds and thousands of kHz. An increase in the flow rate after the onset of cavitation causes a rapid increase in the number of cavitation bubbles, after which they are combined into a common cavitation cavity. If the cavitation cavity is slammed close to the streamlined body, then repeatedly repeated impacts lead to the destruction (to the so-called cavitation erosion) of the surface of the streamlined body, therefore, the velocity of the processed medium should be sufficiently high (based on the experience of more than 5 m / s) so that the bubbles do not managed to slam close to the body, and slam away from the streamlined body, then cavitation will be voluminous and will not lead to the destruction of the streamlined body.
Кавитация легче возникает в реальных жидкостях, т.к. низкая прочность реальных жидкостей на разрыв связана с наличием в них так называемых кавитационных зародышей: плохо смачиваемых участков твёрдого тела, твёрдых частиц с трещинами, заполненными газом, микроскопических газовых пузырьков, предохраняемых от растворения мономолекулярными органическими оболочками, ионных образований, возникающих под действием космических лучей. Если внутрь каверны, через тело, около которого возникает кавитация, подвести атмосферный воздух или иной газ, то размеры каверны увеличиваются. Кавитационные течения, получающиеся в результате подвода газа внутрь каверны, называют искусственной кавитацией. В случае искусственной кавитации при движении тела в жидкости (или жидкости возле обтекаемого тела) со скоростью б÷Ю м/с можно получить те же эффекты его обтекания, как при скоростях примерно 100 м/с. В случае обработки по данному изобретению нагретой углеводородной жидкости и при ее крекинге всегда возникает газовая фаза, которая является зародышем кавитации. Регулировать количество газовой фазы можно давлением в устройстве обработки так, чтобы количества газовой фазы не превышало 25 % массовых. (Корнфельд M., Упругость и прочность жидкостей, M. — Л., 1951 ; Биркгоф Г., Сарантонелло Э., Струи, следы и каверны, пер. с англ., M., 1964: Перник А. Д., Проблемы кавитации, 2 изд., Л., 1966.).Cavitation more easily occurs in real liquids, as low tensile strength of real liquids is associated with the presence of so-called cavitation nuclei in them: poorly wetted areas solid body, solid particles with cracks filled with gas, microscopic gas bubbles that are protected from dissolution by monomolecular organic shells, ionic formations that arise under the influence of cosmic rays. If atmospheric air or another gas is introduced into the cavity through the body near which cavitation occurs, then the size of the cavity increases. Cavitation flows resulting from the supply of gas into the cavity are called artificial cavitation. In the case of artificial cavitation during the movement of a body in a fluid (or fluid near a streamlined body) at a speed of b ÷ 10 m / s, the same effects of its flow around can be obtained as at speeds of about 100 m / s. In the case of processing a heated hydrocarbon liquid according to the present invention and during its cracking, a gas phase always occurs, which is the nucleation of cavitation. The amount of the gas phase can be controlled by pressure in the processing device so that the amount of the gas phase does not exceed 25% by mass. (Kornfeld M., Elasticity and Strength of Liquids, M. - L., 1951; Birkhoff G., Saarantonello E., Sprays, Traces and Caverns, Per. English, M., 1964: Pernik A. D., Problems cavitation, 2nd ed., L., 1966.).
Устройство акустической и кавитационной обработки (турбодинамический дезинтегратор), снабжено двумя входными патрубками для двух входных сред (среда 1 - это сырье, среда 2 - в данном случае ВКФ), двумя вихревыми вставками (завихрителями) для двух входных сред, цилиндрической камерой смешивания входных сред установленной непосредственно после входных завихрителей. Диаметр камеры смешивания выбирают из условия, чтобы скорость смеси была больше 0,1 м/с, обычно из диапазона 0,1 - 10 м/с, но эта скорость может быть и больше. Конкретное значение скорости определяется по результатам анализа получаемых в результате обработки фракций и продуктов, т.е. определяется экспериментальным путем в зависимости от исходного сырья и поставленной задачи. Частичная кавитационная и акустическая обработка входных сред и их смеси происходит уже в завихрителях при движении сред с высокими скоростями, и в камере смешивания, при контакте сырья и нагретых до высокой температуры ВКФ, но эффект усиливается при установке основных кавитаторов. Цилиндрическая камера может перемежаться конфузорными и диффузорными вставками, что приводит к увеличению скорости поперечного движения сред, увеличению амплитуды поперечных колебаний и усилению процесса смешивания двух сред (параметры вставок определяются опытным путем в зависимости от состава сырья и поставленной задачи). Кавитатор установлен после камеры смешивания и выполнен в виде плоской, вогнутой или выпуклой (как один из вариантов - в форме конуса) по ходу движения смеси двух входных сред фигуры, установленной поперек движения потока и закрывающей все сечение потока. Для увеличения количества образующихся зон кавитации и акустической обработки на всей поверхности кавитатора в качестве узлов образования зон кавитации выполнены сквозные круглые отверстия диаметром от 0,1 до 100 мм. Для ухудшения обтекаемости отверстия могут быть выполнены с острыми зазубренными краями. Диаметр и количество отверстий зависят от расхода обрабатываемой смеси, диаметр и количество отверстий выбирается таким, чтобы скорость смеси в отверстиях превышала 5 м/с. После кавитатора расположен выходной завихритель для смеси входных сред (для улучшения диспергирования смеси) и сопло. Завихрители и сопло выполнены так, чтобы скорость потоков в каналах завихрителей и сопла была выше 5 м/с. Конкретное значение скоростей в отверстиях кавитатора и каналах завихрителя определяется по результатам анализа получаемых в результате обработки фракций и продуктов, т.е. определяется экспериментальным путем в зависимости от исходного сырья и поставленной задачи. Каналы завихрителей выполнены в виде двухзаходных или многозаходных (количество каналов не менее двух, оптимально - 2÷3) тангенциальных каналов или каналов в виде спиралей Архимеда (линейная функция в полярных координатах, проста в изготовлении), винтовых или шнековых спиралей, закручивающих каналов другой формы. Отношение высоты канала (спирали) к его ширине находится в диапазоне от 1 до 10. Вращение среды в каналах может быть как левым, так и правым, направление вращения двух сред может совпадать и/или быть разнонаправленным, большой разницы в результатах это не дает. Расположение кавитатора между камерой смешивания и выходным завихрителем для смеси входных сред и соплом выбирается из условия максимальной интенсивности кавитационного и акустического воздействия на смесь входных сред, которое также определяется экспериментальным способом. Отверстия в кавитаторе могут иметь форму прямоугольников, звездочек, эллипсов и других плоских фигур (как один из вариантов - с острыми зазубренными краями), причем форма и размеры фигур выбираются так, чтобы отношение периметра фигуры к ее площади было максимальным для увеличения зоны срыва потока. Размеры отверстий (минимальное и максимальное расстояние между двумя точками периметра каждого отверстия) находятся в диапазоне от 0,1 до 100 мм, а скорость среды в каждом отверстии превышала 5 м/с. В устройстве могут быть установлены 2 и более кавитаторов, что приводит к увеличению узлов и зон образования кавитации. Расстояние между кавитаторами, а также расстояние между камерой смешения, кавитаторами и соплом выбирается из условия максимальной интенсивности кавитационного и акустического воздействия на смесь входных сред, определяемое опытным путем. Вместо отверстий для увеличения количества образующихся зон кавитации и акустической обработки кавитатор может быть выполнен в виде засыпки шаров, цилиндров, параллепипедов, звездочек, торов, гантелей, колец Рашига и других жестких объемных фигур. Размеры объемных фигур находятся в диапазоне от 0,1 до 100 мм, скорость среды во всех промежутка между элементами засыпки должна превышать 5 м/с. Засыпка может быть вставлена в контейнер, например сетчатый, для удобства смены элементов различной засыпки и перемещения кавитатора (контейнера) вдоль оси устройства обработки для поиска оптимального местоположения для создания максимальной интенсивности кавитационного и акустического воздействия на смесь входных сред. Количество контейнеров может быть больше одного, причем с различной засыпкой. Газовая часть смеси при рабочем давлении не должна превышает 25 % (иначе ухудшается эффект кавитации) массовых и регулируется давлением в устройстве. Сопло выполнено в виде цилиндра, конуса или сопла Лаваля, а также другой формы исходя из цели лучшего распыления смеси.The acoustic and cavitation processing device (turbodynamic disintegrator) is equipped with two inlet pipes for two inlet media (medium 1 is raw material, medium 2 in this case, VKF), two vortex inserts (swirlers) for two inlet media, and a cylindrical mixing chamber for input media installed directly after the input swirls. The diameter of the mixing chamber is chosen so that the speed of the mixture is greater than 0.1 m / s, usually from the range 0.1 - 10 m / s, but this speed may be greater. The specific speed value is determined by the analysis of fractions obtained as a result of processing and products i.e. determined experimentally depending on the feedstock and the task. Partial cavitation and acoustic treatment of the input media and their mixtures occurs already in swirls when the media move at high speeds, and in the mixing chamber, when raw materials and VKF are heated to a high temperature, but the effect is enhanced when the main cavitators are installed. The cylindrical chamber can be interspersed with confuser and diffuser inserts, which leads to an increase in the velocity of the transverse motion of the media, an increase in the amplitude of the transverse vibrations and an increase in the process of mixing the two media (the parameters of the inserts are determined empirically depending on the composition of the raw material and the task). The cavitator is installed after the mixing chamber and is made in the form of a flat, concave or convex (as one of the options - in the form of a cone) along the movement of the mixture of two input media of the figure, installed across the flow and closing the entire flow cross section. To increase the number of cavitation and acoustic treatment zones formed on the entire surface of the cavitator, through round holes with diameters from 0.1 to 100 mm were made as nodes for the formation of cavitation zones. To worsen the streamlining, the holes can be made with sharp jagged edges. The diameter and number of holes depend on the flow rate of the processed mixture, the diameter and number of holes is chosen so that the speed of the mixture in the holes exceeds 5 m / s. After the cavitator, an outlet swirler is located for a mixture of input media (to improve dispersion of the mixture) and a nozzle. The swirls and nozzle are designed so that the flow velocity in the channels of the swirls and nozzle is higher than 5 m / s. The specific value of the velocities in the holes of the cavitator and the channels of the swirler is determined by the results of the analysis obtained as a result of processing fractions and products, i.e. determined experimentally depending on the feedstock and the task. The swirl channels are made in the form of two-start or multi-start (the number of channels is at least two, optimally 2 ÷ 3) tangential channels or channels in the form of Archimedes spirals (linear function in polar coordinates, easy to manufacture), screw or screw spirals, twisting channels of another shape . The ratio of the height of the channel (spiral) to its width is in the range from 1 to 10. The rotation of the medium in the channels can be either left or right, the direction of rotation of the two media can coincide and / or be multidirectional, this does not give a big difference in the results. The location of the cavitator between the mixing chamber and the output swirl for the mixture of input media and the nozzle is selected from the condition of maximum intensity of cavitation and acoustic effects on the mixture of input media, which is also determined experimentally. The holes in the cavitator can be in the form of rectangles, asterisks, ellipses and other flat figures (as one of the options with sharp jagged edges), and the shape and dimensions of the figures are chosen so that the ratio of the perimeter of the figure to its area is maximum to increase the zone of flow stall. The dimensions of the holes (the minimum and maximum distances between the two points of the perimeter of each hole) are in the range from 0.1 to 100 mm, and the medium velocity in each hole exceeded 5 m / s. The device can be installed 2 or more cavitators, which leads to an increase in the nodes and zones of formation of cavitation. The distance between the cavitators, as well as the distance between the mixing chamber, cavitators and the nozzle, is selected from the condition of maximum intensity of cavitation and acoustic impact on the mixture of input media, determined empirically. Instead of holes to increase the number of cavitation and acoustic treatment zones formed, the cavitator can be made in the form of filling balls, cylinders, parallelepipeds, sprockets, tori, dumbbells, Raschig rings and other rigid volumetric figures. Dimensions of volumetric figures are in the range from 0.1 to 100 mm, the velocity of the medium in all the gap between the backfill elements must exceed 5 m / s. The filling can be inserted into a container, for example, mesh, for the convenience of changing elements of various filling and moving the cavitator (container) along the axis of the processing device to find the optimal location to create maximum intensity of cavitation and acoustic effects on the mixture of input media. The number of containers may be more than one, and with various filling. The gas part of the mixture at operating pressure should not exceed 25% (otherwise the cavitation effect worsens) mass and is regulated by the pressure in the device. The nozzle is made in the form of a cylinder, cone or Laval nozzle, as well as another shape based on the goal of better atomization of the mixture.
Если используется установка, в которой сырье и циркулирующие ВКФ смешиваются до печи нагрева ВКФ, а нагретая смесь подается далее в устройство акустической и кавитационной обработки (турбодинамический дезинтегратор), то в каждый входной патрубок устройства обработки подают смесь сырья и ВКФ, а количество входных патрубков может быть больше двух.If a plant is used in which the raw materials and circulating VKF are mixed before the VKF heating furnace, and the heated mixture is further supplied to the acoustic and cavitation processing device (turbodynamic disintegrator), then a mixture of raw materials and VKF is fed to each inlet pipe of the processing device, and the number of inlet pipes may be more than two.
С целью достижения 100 % глубины переработки и уменьшения непредельных углеводородов практически до нулевого уровня, в корпусе устройства предусмотрены штуцеры или патрубки для ввода молекулярного водорода и/или легких водородсодержащих сред и/или 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. Один из наиболее простых вариантов, который использовался в экспериментах, заключается в том, что кавитатор выполнен в виде вогнутой или выпуклой по ходу движения потока фигуры в виде конуса или усеченного конуса с углом при вершине конуса более 10 градусов, причем на всей поверхности кавитатора в качестве узлов образования зон кавитации выполнены сквозные отверстия с эффективным диаметром от 0,1 до 100 мм. При больших расходах сырья на переработку, чтобы не снижалось качество распыления смеси, количество выходных завихрителей и/или сопел, встроенных в устройство обработки, может быть больше одного каждого типа. Не только цилиндрические участки камеры смешения, а также цилиндрические участки движения обеих сред перед смешением могут перемежаться конфузорными и/или диффузорными вставками. При большой газовой части и высоком давлении в устройстве выходной завихритель может не использоваться.In order to achieve 100% processing depth and reduce unsaturated hydrocarbons to almost zero level, fittings or nozzles for introducing molecular hydrogen and / or light hydrogen-containing media and / or active hydrogen and / or light radicals into the mixing chamber and / or into the treatment zone in front of and / or behind the cavitator, or the device (unit) for producing active hydrogen and / or light radicals is integrated into the processing device. One of the simplest options that was used in the experiments is that the cavitator is made in the form of a cone or a convex along the flow of the figure in the form of a cone or a truncated cone with an angle at the apex of the cone of more than 10 degrees, and on the entire surface of the cavitator as the nodes of the formation of cavitation zones made through holes with an effective diameter of from 0.1 to 100 mm At high consumption of raw materials for processing, so as not to reduce the quality of spraying the mixture, the number of outlet swirlers and / or nozzles built into the processing device can be more than one of each type. Not only the cylindrical sections of the mixing chamber, but also the cylindrical sections of the motion of both media before mixing can be interspersed with confuser and / or diffuser inserts. With a large gas part and high pressure in the device, the output swirl may not be used.
Нагретое циркулирующими ВКФ до подкритичной температуры сырье (колебательные уровни молекул уже возбуждены, но еще не происходит лавинообразного разрыва связей молекул вследствие этого возбуждения) направляют в устройство обработки, в котором сырье подвергается механическому (например, кавитационному) и волновому воздействию различной природы (звуковой, ультразвуковой, кавитационной, электромагнитной, световой, радиационной и т.д.) и широкого спектра резонансных частот. Широкий спектр частот нужен потому, что количество комбинаций соединений атомов углерода, водорода и других элементов, особенно в многоатомных молекулах сырья очень велико, и до сих пор подробно не изучено, поэтому количество различных возбужденных предварительным нагревом колебательных уровней также очень велико. 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. Процесс термомеханического крекинга становится управляемым, а не лавинообразным, что ведет к уменьшению коксования оборудования, увеличению его межремонтного пробега, процесс непрерывный. 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. Продукты термомеханического инициированного крекинга более качественные, чем продукты термического крекинга, в них меньше газов и непредельных соединений, а выход светлых продуктов выше их потенциального содержания в сырье в 1 ,5-15 раз в зависимости от состава сырья (тяжелая нефть, мазут и т.д.). 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. Химические реактивы и катализаторы в процессе не используются. Таким образом, крекинг может происходить в трех устройствах: в устройстве нагрева циркулирующих ВКФ, в устройстве смешивания сырья и ВКФ и в устройстве обработки (термомеханического крекинга). В зависимости от состава и свойств сырья, технологических параметров проведения процесса и поставленной задачи, крекинг может происходить только в одном устройстве, в любых двух или во всех трех.Raw materials heated by circulating VKF to subcritical temperature (vibrational levels of molecules are already excited, but avalanche-like breaking of molecules due to this excitation still does not occur) is sent to a processing device in which the raw materials are subjected to mechanical (for example, cavitation) and wave effects of various nature (sound, ultrasonic , cavitation, electromagnetic, light, radiation, etc.) and a wide range of resonant frequencies. A wide range of frequencies is needed because the number of combinations of compounds of carbon atoms, hydrogen and other elements, especially in polyatomic molecules the raw material is very large, and has not yet been studied in detail; therefore, the number of different vibrational levels excited by preheating is also very large. The application of mechanical and wave action on the raw material heated to a subcritical temperature by a thermal method allows initiating and activating the thermomechanical cracking process, i.e. the process of breaking bonds of already excited molecules, in this case, in contrast to conventional thermal cracking, the initiated process of breaking bonds by applying a resonant action is controlled by the intensity and nature of the applied effect. The thermomechanical cracking process becomes controllable rather than avalanche-like, which leads to a decrease in coking of equipment, an increase in its overhaul mileage, the process is continuous. Because the raw materials are already heated almost to a critical state, processing it with any type of exposure does not require large energy costs, i.e. initiating resonant action allows you to control the process. The products of thermomechanical initiated cracking are better than the products of thermal cracking, they have fewer gases and unsaturated compounds, and the yield of light products is 1.5-15 times higher than their potential content in raw materials depending on the composition of the raw materials (heavy oil, fuel oil, etc.). d.). Because the wave action is applied to activate the breaking of bonds already in the excited molecules, its energy is spent only on the activation and control of the thermomechanical cracking process, then the energy costs are low. Chemical reagents and catalysts are not used in the process. Thus, cracking can occur in three devices: in a circulating VKF heating device, in a raw material and VKF mixing device, and in a processing device (thermomechanical cracking). Depending on the composition and properties of the raw materials, the technological parameters of the process and the task, cracking can occur in only one device, in any two or all three.
Для кавитационной обработки нагретой до подкритичной температуры нефти (или другого жидкого углеводородного сырья) и наложения на нее акустического воздействия, в реализации предлагаемого изобретения используют различные устройства: гидродинамические устройства, роторно-пульсационные аппараты (РПА) и т.д. Наиболее оптимально в рамках предлагаемого изобретения применять такие специальные устройства, действие которых основано на гидродинамических эффектах движения среды с большой (более 5 м/с) скоростью по каналам с препятствиями и поворотами различной формы, что приводит к возникновению локальных зон сниженного давления, в которых процесс испарения и отделения легкой фазы крекинга идет более интенсивно, а при достаточно высоких температурах происходит и термомеханический крекинг сырья с получением дополнительного количества легких фракций. При таком подходе процесс кавитации и акустической обработки возникает во всем объеме зоны обработки, а не только в приповерхностных зонах, как при использовании, например, роторно-пульсационных аппаратов (РПА).For cavitation treatment of oil heated up to subcritical temperature (or other liquid hydrocarbon raw materials) and acoustic impact on it, various devices are used in the implementation of the invention: hydrodynamic devices, rotary-pulsation apparatuses (RPA), etc. In the framework of the present invention, it is most optimal to use such special devices, the action of which is based on the hydrodynamic effects of medium movement with a high (more than 5 m / s) velocity along channels with obstacles and turns of various shapes, which leads to the appearance of local zones of reduced pressure in which the process the evaporation and separation of the light cracking phase proceeds more intensively, and at sufficiently high temperatures, thermomechanical cracking of the feedstock occurs with the receipt of an additional amount of light fra ktsy. With this approach, the cavitation and acoustic treatment process occurs in the entire volume of the treatment zone, and not only in the near-surface zones, as when using, for example, rotary-pulsation apparatuses (RPA).
После обработки и проведения процесса термомеханического крекинга сырье направляют в аппарат испарения и разделения, в котором отделяют парогазовую часть (низкокипящие фракции НКФ) от жидкой (высококипящие фракции ВКФ). Как наиболее оптимальный вариант, нагретую смесь сырья и ВКФ диспергируют (распыливают) в аппарат разделения для увеличения межфазной поверхности и более эффективного отделения парогазовой части от жидкой. В результате, после аппарата разделения получается два основных продукта: легкая часть разделения в парогазовом виде (низкокипящие фракции НКФ), с температурой конца кипения преимущественно до 350- 360 0C, которую можно назвать очень легкой нефтью или газовым конденсатом, и тяжелая высокомолекулярная часть или остаток разделения в жидком виде (высококипящие фракции разделения ВКФ). НКФ состоит в основном (на 80-90 % вследствие неидеальности разделения) из фракций с температурой кипения до 350-360 0C. При дальнейшей переработки известными способами из НКФ вырабатывают такие топливные продукты, как бензин (диапазон температур кипения: начало кипения - 180-200 0C), керосин (диапазон температур кипения: 180-200 0C - 230-240 0C), дизельное топливо (диапазон температур кипения: 230-240 0C - 350-360 0C), продукты нефтехимии, такие как толуол, бензол и другие. В дальнейшем - легкие товарные продукты. ВКФ состоит из тяжелых фракций с температурой начала кипения преимущественно выше 350-360 0C. При дальнейшей переработки известными способами из ВКФ можно получать тяжелые товарные продукты, такие как кокс, битум, битумные эмульсии, покрытия. В дальнейшем - тяжелые товарные продукты. Граничная температура разделения 350-360 0C выбрана потому, что конец кипения дизельного топлива составляет 350-360 0C. Если со временем изменятся госты и требования по топливным продуктам, граничная температура разделения может быть соответственно изменена. Блоки получения товарных продуктов обычно включают в себя следующие известные процессы: гидроочистка, риформинг, платформинг и другие известные процессы (для получения бензина, керосина, дизельного топлива), процессы нефтехимической и химической промышленности, или на первом этапе компаундирование, 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 редакцией Огородникова CK. Л., Химия, 1978, с. 53-55).After processing and carrying out the thermomechanical cracking process, the raw materials are sent to the evaporation and separation apparatus, in which the vapor-gas part (low boiling fractions of NKF) is separated from the liquid (high boiling fractions of VKF). As the most optimal option, the heated mixture of raw materials and VKF is dispersed (sprayed) into a separation apparatus to increase the interfacial surface and more efficiently separate the gas-vapor part from the liquid. As a result, after the separation apparatus, two main products are obtained: the light part of the gas-vapor separation (low boiling fractions of NKF), with a boiling point predominantly up to 350-360 0 C, which can be called very light oil or gas condensate, and a heavy high molecular weight part or liquid separation residue (high-boiling fraction of VKF separation). NKF consists mainly (80-90% due to non-ideal separation) of fractions with a boiling point up to 350-360 0 C. Upon further processing by known methods, fuel products such as gasoline are produced from NKF (boiling range: boiling point - 180- 200 0 C), kerosene (boiling range: 180-200 0 C - 230-240 0 C), diesel (boiling range: 230-240 0 C - 350-360 0 C), petrochemicals such as toluene benzene and others. In the future - light commercial products. VKF consists of heavy fractions with a boiling point predominantly above 350-360 0 C. With further processing by known methods, VKF can produce heavy commercial products, such as coke, bitumen, bitumen emulsions, coatings. In the future - heavy commercial products. The boundary separation temperature of 350-360 0 C is chosen because the end of boiling of diesel fuel is 350-360 0 C. If the guests and requirements for fuel products change over time, the boundary separation temperature can be changed accordingly. Units for the production of commercial products usually include the following well-known processes: hydrotreating, reforming, platforming and other well-known processes (for producing gasoline, kerosene, diesel fuel), processes of the petrochemical and chemical industries, or at the first stage compounding, bitumen block for the production of oxidized bitumen or bitumen block, combined with a vacuum block for the production of non-oxidized bitumen, as well as equipment for the production of bitumen coatings, emulsions, boiler fuel, coke and other commercial products (Petrochemical Handbook. Two volumes. Volume 1, edited by Ogorodnikov CK. L. Chemistry, 1978, pp. 53-55).
При реализации предлагаемого изобретения предлагается, как один из наиболее простых и оптимальных вариантов, для нагрева сырья до подкритичной температуры использовать тяжелый остаток разделения жидкого углеводородного сырья (жидкую фазу разделения ВКФ), получаемый непосредственно при реализации предлагаемого изобретения, необходимая часть которого возвращается в начало процесса. Использование для нагрева жидкой фазы ВКФ (ее не надо специально готовить или приобретать, она появляется в процессе реализации изобретения) с температура начала кипения преимущественно выше 360 0C позволяет увеличить рабочую температуру в аппарате разделения, интенсифицировать термический и/или термомеханический крекинг и, соответственно, увеличить глубину переработки и выход светлых продуктов выше их потенциального содержания в исходном сырье, а также упростить и удешевить оборудование и уменьшить энергетические и эксплуатационные затраты, а также позволяет оптимально и рационально использовать сырьевые ресурсы, т.к. при углубленной переработке для получения определенного количества товарных продуктов требуется меньшее количество нефти или другого жидкого углеводородного сырья. Непосредственный контакт ВКФ, нагретого до высокой температуры (например до 400 0C и выше, в зависимости от условий проведения процесса), и более холодной нефти или другого жидкого углеводородного сырья (например, при температуре 200 0C) приводит к взрывному характеру нагрева сырья, возникновению колебаний и локальных зон кавитации, что в свою очередь инициирует термомеханический крекинг тяжелых молекул нефти уже в устройстве смешивания сырья и ВКФ и приводит к увеличению выхода светлых фракций (бензиновых, керосиновых, дизельных, продуктов нефтехимии) в 1,5-15 раз в зависимости от состава сырья (тяжелая нефть, мазут и т.д.). Циркулирующие ВКФ необходимо нагревать не ниже 300 0C, а предварительный нагрев сырья перед смешиванием его с ВКФ должен быть не выше 450 0C во избежание коксования. При этом необходимая для нагрева сырья до подкритичной температуры часть ВКФ циркулирует по замкнутому контуру: аппарат разделения - печь нагрева (нагреватель) ВКФ - аппарат разделения, а соотношение циркулирующих ВКФ и сырья находится в диапазоне l÷ЮО. Следует учитывать, что нагревать ВКФ нужно до его смешивания с сырьем (в отличие от способа по авторскому свидетельству SU 1558879, в котором нагревают смесь сырья и тяжелого остатка разделения, что приводит из-за наличия легких фракций в сырье к увеличению давления в змеевике, возникновению пробок, коксованию и т.д., при этом температуру нагрева нельзя поднять выше 380 0C, что приводит, в конечном итоге, всего лишь к получению 69-78 % легких нефтепродуктов от их потенциального содержания в исходном сырье и говорить здесь об увеличении глубины переработки, т.е. получению светлых легких продуктов выше их потенциального содержания в сырье, не приходится). Нагревать сырье и ВКФ можно в одной печи или нагревателе, но в отдельных змеевиках. Устройство нагрева сырья прямым контактом с ВКФ до подкритичной температуры, устройства обработки, диспергирования и разделения сырья на парогазовую и жидкую фазы совмещены в одном аппарате, что приводит к уменьшению количества оборудования, снижению капитальных и эксплуатационных затрат. Парогазовая часть разделения НКФ, вследствие интенсивно проводимого процесса испарения и разделения, содержит, кроме легких фракций в газообразном виде, и капли жидкости, в которых находятся тяжелые высококипящие компоненты с температурой кипения выше 350- 360 0C. Поэтому (если это необходимо, т.к. зависит от свойств сырья и поставленной задачи) сначала НКФ направляют на устройства сепарации (каплеотделения, фильтрации или ректификации), обычно встроенные в аппарат разделения, затем направляют для дальнейшего использования и получения товарных продуктов, т.к. НКФ содержит, в основном, газовые, бензиновые, керосиновые и дизельные фракции, продукты нефтехимии. Фильтрат после устройств сепарации направляют на повторную обработку для получения дополнительного количества легких целевых фракций и увеличения глубины переработки. Парообразную фазу НКФ целесообразно направить, например, на ректификацию и дальнейшее получение легких товарных топливных продуктов или продуктов нефтехимии на месте, или, после охлаждения, реализовывать для дальнейшей углубленной переработки как высокопотенциальную нефть, по составу близкую к газовому конденсату (содержание светлых продуктов - бензиновых, керосиновых и дизельных фракций - в парогазовой части НКФ до 90 % и более). Жидкую часть ВКФ после аппарата разделения подают, например, на битумный реактор с вакуумной колонной для получения товарного битума или других тяжелых продуктов типа битумных эмульсий, покрытий и т.д. на месте, или, после охлаждения, реализуют как полупродукты для дальнейшей переработки. Т.к. жидкая часть разделения (ВКФ) вследствие неидеальности разделения содержит какое-то небольшое количество легких фракций с температурой кипения ниже 360 0C, то при получении тяжелых товарных продуктов (битума на вакуумной установке и других) может возникнуть легкий отгон, который возвращают, если это необходимо (зависит от свойств сырья и поставленной задачи), в начало процесса на повторную обработку и получение дополнительного количества легких целевых продуктов.When implementing the present invention, it is proposed, as one of the simplest and best options, to heat the raw material to subcritical temperature, use the heavy residue of the separation of liquid hydrocarbon raw materials (liquid phase separation VKF), obtained directly during the implementation of the invention, the necessary part of which returns to the beginning of the process. The use of VKF for heating the liquid phase (it does not need to be specially prepared or purchased, it appears during the implementation of the invention) with a boiling point predominantly above 360 0 C allows you to increase the operating temperature in the separation apparatus, to intensify thermal and / or thermomechanical cracking and, accordingly, increase the depth of processing and the yield of light products above their potential content in the feedstock, as well as simplify and reduce the cost of equipment and reduce energy and operational costs, and also allows optimal and rational use of raw materials, because with in-depth processing, a smaller amount of oil or other liquid hydrocarbon feedstock is required to obtain a certain amount of marketable products. Direct contact of VKF, heated to a high temperature (for example, up to 400 0 C and higher, depending on the process conditions), and colder oil or other liquid hydrocarbon feedstocks (for example, at a temperature of 200 0 C) leads to an explosive nature of the heating of the feedstock, the occurrence oscillations and local cavitation zones, which in turn initiates thermomechanical cracking of heavy oil molecules already in the device for mixing raw materials and VKF and leads to an increase in the yield of light fractions (gasoline, kerosene, diesel, petrochemical products) by 1.5-15 times, depending on composition of raw materials (heavy oil, fuel oil, etc.). The circulating VKF must be heated not lower than 300 0 C, and the preliminary heating of the raw material before mixing it with the VKF should be no higher than 450 0 C in order to avoid coking. At the same time, part of the VKF necessary for heating the raw material to a subcritical temperature circulates in a closed circuit: the separation apparatus — the heating furnace (heater) VKF — the separation apparatus, and the ratio of the circulating VKF to the raw material is in the range of l ÷ SO. It should be borne in mind that VKF must be heated before it is mixed with raw materials (in contrast to the method according to copyright certificate SU 1558879, in which a mixture of raw materials and a heavy separation residue is heated, which leads to an increase in pressure in the coil due to the presence of light fractions in the raw material, plugs, coking, etc., while the heating temperature cannot be raised above 380 0 C, which ultimately leads to only 69-78% of light petroleum products from their potential content in the feedstock and to speak here about increasing depth foreman edema, i.e. obtaining light light products above their potential content in raw materials, is not necessary). Raw materials and VKF can be heated in the same furnace or heater, but in separate coils. A device for heating raw materials by direct contact with VKF to a subcritical temperature, devices for processing, dispersing and separating raw materials into combined-cycle and liquid phases are combined in one apparatus, which leads to a decrease in the amount of equipment and lower capital and operating costs. The vapor-gas part of the NKF separation, due to the intensively conducted process of evaporation and separation, contains, in addition to light fractions in a gaseous form, and liquid droplets containing heavy high-boiling components with a boiling point above 350 - 360 0 C. Therefore (if necessary, t. to. depends on the properties of the raw materials and the task) first NKF sent to the separation device (drop separation, filtration or rectification), usually built into the separation apparatus, then sent for further use and receipt of goods ny products, since NKF contains mainly gas, gasoline, kerosene and diesel fractions, petrochemical products. The filtrate after separation devices is sent for re-treatment to obtain an additional amount of light target fractions and increase the depth of processing. It is advisable to direct the vapor phase of the NFC to, for example, rectification and further production of light commercial fuel products or petrochemicals on the spot, or, after cooling, to realize for further advanced processing as high-grade oil, similar in composition to gas condensate (the content of light products - gasoline, kerosene and diesel fractions - up to 90% or more in the combined cycle gas condensate fraction). The liquid part of the VKF after the separation apparatus is fed, for example, to a bitumen reactor with a vacuum column to obtain marketable bitumen or other heavy products such as bitumen emulsions, coatings, etc. on site, or, after cooling, they are sold as intermediates for further processing. Because the liquid part of the separation (VKF) due to non-ideal separation contains some small amount of light fractions with a boiling point below 360 0 C, then upon receipt of heavy commercial products (bitumen in a vacuum plant and others) there may be a slight distillation, which is returned, if necessary (depending on the properties of the raw materials and the task), at the beginning of the process for reprocessing and obtaining an additional amount of light target products.
В процессе крекинга сырья образуются непредельные углеводороды, которые впоследствии могут конденсироваться, что приводит к ограничению глубины переработки. Для наиболее полной и глубокой переработки и увеличения выхода легких целевых продуктов и фракций установка переработки должна быть дополнена устройством, которое позволяет с минимальными затратами насыщать открытые связи атомарным водородом и/или легкими радикалами. Задачу решить можно такой организацией процесса, при которой сырье и катализатор не контактируют, вследствие чего катализатор практически не отравляется вредными примесями и не коксуется, что приводит к увеличению долговечности катализатора и отсутствию необходимости процессов регенерации. Для достижения высокой глубины переработки сырье или его часть подвергается процессу обработки по данному изобретению многократно. Для этого молекулярный водород и/или легкие водородсодержащие среды, обогащенные водородом, например, попутный, природный газ, в том числе и газ, получаемый в процессе подготовки и глубокой переработки, пентановые фракции, ксилол, толуол, часть легких фракций, в том числе и получаемых в процессе подготовки и глубокой переработки, и т.д., при необходимости подогревают и направляют для получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов в реактор с нагретым до необходимой температуры катализатором (блок получения атомарного водорода), после которого активный водород и/или легкие радикалы направляют в устройства крекинга для проведения реакции - в устройство нагрева и крекинга ВКФ, в устройство смешивания нагретых ВКФ и сырья, в устройство термомеханического крекинга, 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, причем атомарный водород и/или легкие радикалы могут направляться только в одно из устройств крекинга, в любые два устройства и во все три устройства крекинга, а также между этими устройствами. Кроме того, атомарный водород и/или легкие радикалы можно вводить в устройство сепарации для реакции с НКФ, в которых есть радикалы крекинга сырья и ВКФ. Это приведет к уменьшению непредельных в НКФ и улучшению качества конечных продуктов. Также полезно вводить атомарный водород и/или легкие радикалы в НКФ и ВКФ после аппарата разделения для улучшения их качества. Также полезно вводить молекулярный водород и/или легки водородсодержащие среды во все перечисленные устройства и между ними, однако эффект будет гораздо слабее, т.к. вероятность образования атомарного водорода и/или легких радикалов под действием кавитации и акустических колебаний гораздо меньше, чем в реакторе с катализатором. Давление в реакторе с катализатором должно быть больше, чем давление в устройствах крекинга. При этом атомарный водород и/или легкие радикалы насыщают открытые связи непредельных углеводородов с получением легких целевых фракций, и при многократной повторной обработки ВКФ можно достичь практически 100 % глубины переработки и выхода легких целевых продуктов. Продукты реакции направляют в блоки получения товарных продуктов, или направляют в аппарат разделения, легкие целевые фракции реакции после аппарата разделения, преимущественно с температурой конца кипения до 350-360 0C, направляют в блок получения целевых товарных продуктов типа сжиженного газа, бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии на месте подготовки и глубокой переработки сырья по данному изобретению или транспортируют к удаленному месту переработки получения легких товарных продуктов.In the process of cracking the feed, unsaturated hydrocarbons are formed, which can subsequently condense, which leads to a limitation of the processing depth. For the most complete and deep processing and increase the yield of light target products and fractions, the processing unit should be supplemented with a device that allows saturating open bonds with atomic hydrogen and / or light radicals with minimal costs. The problem can be solved by such a process organization in which the feed and the catalyst do not contact, as a result of which the catalyst is practically not poisoned by harmful impurities and does not coke, which leads to an increase in the durability of the catalyst and the absence of the need for regeneration processes. To achieve a high processing depth, the raw material or part thereof is subjected to the processing process according to this invention repeatedly. For this, molecular hydrogen and / or light hydrogen-containing media enriched with hydrogen, for example, associated gas, natural gas, including gas obtained during preparation and advanced processing, pentane fractions, xylene, toluene, some light fractions, including obtained in the process of preparation and deep processing, etc., if necessary, they are heated and sent to produce active atomic hydrogen and / or light radicals to a reactor with a catalyst heated to the required temperature (atomic hydrogen production unit ode), after which the active hydrogen and / or light radicals are sent to the cracking devices for the reaction, to the heating device and VKF cracking, into a device for mixing heated VKF and raw materials, into a thermomechanical cracking device, in which a mixture for initiating a controlled process of breaking bonds of molecules (thermomechanical cracking) is subjected to mechanical and wave effects of a different nature and a wide range of frequencies, for example, cavitation, sound, ultrasonic vibrations moreover, atomic hydrogen and / or light radicals can be directed only to one of the cracking devices, to any two devices and to all three cracking devices, as well as between these devices. In addition, atomic hydrogen and / or light radicals can be introduced into the separation device for reaction with NKF, in which there are radicals cracking raw materials and VKF. This will lead to a decrease in unsatisfactory in the NKF and improve the quality of the final products. It is also useful to introduce atomic hydrogen and / or light radicals in NKF and VKF after the separation apparatus to improve their quality. It is also useful to introduce molecular hydrogen and / or light hydrogen-containing media into all of the above devices and between them, but the effect will be much weaker, because the probability of the formation of atomic hydrogen and / or light radicals under the influence of cavitation and acoustic vibrations is much less than in a reactor with a catalyst. The pressure in the reactor with the catalyst should be greater than the pressure in the cracking devices. At the same time, atomic hydrogen and / or light radicals saturate open bonds of unsaturated hydrocarbons to obtain light target fractions, and with repeated re-treatment of VKF, almost 100% of the processing depth and yield of light target products can be achieved. The reaction products are sent to the units for obtaining marketable products, or sent to the separation apparatus, light target reaction fractions after the separation apparatus, mainly with an end temperature boiling up to 350-360 0 C, sent to the unit for obtaining the target marketable products such as liquefied gas, gasoline, kerosene, diesel fuel, petrochemical products at the place of preparation and deep processing of raw materials according to this invention or transported to a remote processing site to obtain light marketable products.
При этом такие дорогие процессы, как гидроочистка, рифрминг и т.д. в блоках получения легких товарных продуктов могут не использоваться, т.к. открытые связи радикалов крекинга сырья насыщаются до блока получения товарных продуктов, а регулировка свойств и состава получаемых фракций производится изменением режима и параметров процесса. Кроме того, в процессе обработки сырья по данному изобретению уменьшается количество вредных примесей, например сернистых соединений, т.к. в процессе обработки основная часть серы переходит в сероводород и далее выводится из процесса известными методами с дальнейшим получением, например, атомарной серы и других полезных побочных продуктов.At the same time, such expensive processes as hydrotreating, rimming, etc. in the blocks for the production of light commercial products may not be used, because open bonds of the cracking radicals of the raw material are saturated to the unit for obtaining marketable products, and the properties and composition of the obtained fractions are adjusted by changing the mode and process parameters. In addition, in the processing of raw materials according to this invention, the amount of harmful impurities, such as sulfur compounds, is reduced, because during the processing, the bulk of the sulfur is transferred to hydrogen sulfide and then removed from the process by known methods with the further production of, for example, atomic sulfur and other useful by-products.
Если получение молекулярного водорода в настоящее время является довольно дорогим процессом, то использование для получения атомарного водорода и/или легких радикалов природного или попутного газа, который во многих случаях сжигается на факелах, позволяет свести затраты на проведение процесса глубокой переработки к минимуму.If the production of molecular hydrogen is currently a rather expensive process, the use of natural or associated gas, which in many cases is flared, for the production of atomic hydrogen and / or light radicals, minimizes the cost of the downstream process.
Тяжелый остаток после аппарата разделения (ВКФ), преимущественно с температурой начала кипения 350-360 0C, направляют в блок получения тяжелых товарных продуктов типа битума, кокса, или частично или полностью направляют на повторную обработку по данному изобретению в начало процесса. Твердое углеводородное сырье (например, уголь, сланец, продукты растительного происхождения) направляют в блок мелкодисперсного размельчения и вводят в исходное сырье и/или тяжелый остаток разделения перед его повторной обработкой, газообразные углеводороды также вводят в исходное сырье и/или остаток разделения перед его повторной обработкой, жидкие, твердые и газообразные углеводороды могут обрабатываться в предлагаемой установке одновременно, по отдельности или попарно. Часть газообразных и/или легких продуктов (они обогащены водородом и могут заменять исходные водородсодержащие среды) разделения может быть возвращена в начало процесса в реактор с катализатором для получения активного атомарного водорода и легких радикалов.The heavy residue after the separation apparatus (VKF), mainly with a boiling point of 350-360 0 C, is sent to the block for the production of heavy commodity products such as bitumen, coke, or partially or completely sent for re-processing according to this invention at the beginning of the process. Solid hydrocarbon feedstocks (e.g., coal, shale, vegetable products) are sent to a fine grinding unit and they are introduced into the feedstock and / or a heavy separation residue before it is processed again, gaseous hydrocarbons are also introduced into the feedstock and / or a separation residue before it is processed, liquid, solid and gaseous hydrocarbons can be processed in the proposed installation simultaneously, individually or in pairs. Part of the gaseous and / or light products (they are enriched with hydrogen and can replace the original hydrogen-containing media) separation can be returned to the beginning of the process in a reactor with a catalyst to produce active atomic hydrogen and light radicals.
Тяжелое сырье не вступает в непосредственный контакт с катализатором, не происходит его отравление и коксование, отпадает необходимость регенерации катализатора, процесс упрощается и становится более надежным, стоимость процесса и оборудования значительно уменьшается, т.е. происходит снижение капитальных и эксплуатационных затрат, глубина переработки может быть увеличена до 100 %. При этом происходит экономия сырья при выработке необходимого количества целевых товарных продуктов, другими словами оптимальное и рациональное использование сырьевых ресурсов при их дальнейшей переработке. Кроме того, различные остатки и отходы, накапливающиеся в процессе, например, добычи и переработки нефти, приводят к ухудшению экологической обстановки, и их переработка по данному изобретению с получением высоколиквидной продукции позволяет решать экологические проблемы, а также получать дополнительную прибыль.Heavy raw materials do not come into direct contact with the catalyst, poisoning and coking do not occur, there is no need for catalyst regeneration, the process is simplified and becomes more reliable, the cost of the process and equipment is significantly reduced, i.e. there is a decrease in capital and operating costs, the processing depth can be increased to 100%. At the same time, there is a saving of raw materials in the development of the required number of target commodity products, in other words, the optimal and rational use of raw materials in their further processing. In addition, various residues and wastes that accumulate in the process, for example, oil production and refining, lead to environmental degradation, and their processing according to this invention with the production of highly liquid products allows solving environmental problems, as well as making additional profit.
Для получения атомарного водорода и/или легких радикалов наиболее оптимально использование катализаторов. Для этого газообразный молекулярный водород, водородсодержащие среды и/или реактор с катализатором нагревают до температуры 300 - 500 0C, а иногда и выше (хотя со временем могут быть найдены и более эффективные катализаторы, которые позволят вести процесс образования водорода и/или легких радикалов при более низких температурах, например, при 20 - 100 0C и ниже). Процессы каталитического разложения углеводородов широко известны. При этом, при взаимодействии водорода и водородсодержащих сред с молибденовыми, кобальтовыми, цинковые, ванадиевыми, никелевыми, алюмосиликатными, цеолитсодержащими и другими катализаторами, например на основе окиси алюминия, или катализаторами другого типа, образуется атомарный водород и/или легкие радикалы, которые эффективно взаимодействует с углеводородными молекулами и насыщает открытые связи легких радикалов, полученных в результате реакции крекинга углеводородного сырья, в результате чего образуются насыщенные легкие целевые фракции хорошего качества. Эти легкие радикалы вместе с легкими радикалами крекинга сырья образуют молекулу легкого целевого продукта. Также происходит и с другими легкими водородсодержащими средами. Легкие радикалы, получаемые при отсоединении активного атомарного водорода от используемых водородсодержащих сред, также присоединяются к легким радикалам крекинга сырья, насыщают их открытые связи и образуют целевые фракции. Если же они (или атомарный водород) присоединяются к тяжелым радикалам крекинга сырья, то после аппарата разделения тяжелый остаток реакции (ВКФ) направляется частично или полностью на повторную обработку по данному изобретению, либо частично или полностью на получение тяжелых товарных продуктов типа кокса, битума (в зависимости от поставленной задачи). Однако легких радикалов при крекинге сырья образуется значительно больше, чем тяжелых, т.к. с наибольшей вероятностью длинная молекула сырья разрывается примерно в середине, и с гораздо меньшей вероятностью на очень маленький и очень большой радикал. Об этом свидетельствуют, например, процессы термического крекинга, в результате которых из тяжелого сырья получаются более легкие фракции в большем количестве, чем тяжелые. Поэтому на повторную обработку направляется значительно меньшее количество остатка разделения, чем сырья. При этом остаток разделения может направляться на повторную обработку в начало процесса вместе с исходным сырьем, или отдельно на дополнительный блок обработки по данному изобретению. При многократной повторной обработке тяжелого остатка разделения (ВКФ) исходное сырье будет переработано в легкие целевые продукты с эффективностью до 100 %.To obtain atomic hydrogen and / or light radicals, the use of catalysts is most optimal. For this, gaseous molecular hydrogen, hydrogen-containing media and / or the reactor with the catalyst is heated to a temperature of 300 - 500 0 C, and sometimes even higher (although over time more efficient catalysts can be found that will allow the formation of hydrogen and / or light radicals at lower temperatures, for example, at 20 - 100 0 C and below). The processes of catalytic decomposition of hydrocarbons are widely known. At the same time, during the interaction of hydrogen and hydrogen-containing media with molybdenum, cobalt, zinc, vanadium, nickel, aluminosilicate, zeolite-containing and other catalysts, for example, based on aluminum oxide, or other types of catalysts, atomic hydrogen and / or light radicals are formed, which effectively interacts with hydrocarbon molecules and saturates open bonds of light radicals obtained as a result of the cracking reaction of hydrocarbons, resulting in the formation of saturated light targets good quality fraction. These light radicals, together with the light cracking radicals of the feed, form a light target product molecule. It also happens with other light hydrogen-containing media. Light radicals obtained by detaching active atomic hydrogen from used hydrogen-containing media also attach to light cracking radicals of the feed, saturate their open bonds and form target fractions. If they (or atomic hydrogen) are attached to the heavy radicals of the cracking of the feed, then after the separation apparatus the heavy reaction residue (VKF) is sent partially or completely to the reprocessing according to this invention, or partially or completely to obtain heavy commercial products such as coke, bitumen ( depending on the task). However, much more light radicals are formed during cracking of raw materials, than heavy because most likely, a long raw material molecule breaks in about the middle, and with a much lesser probability is a very small and very large radical. This is evidenced, for example, by thermal cracking processes, as a result of which lighter fractions in larger quantities are obtained from heavy raw materials than heavy ones. Therefore, a significantly smaller amount of separation residue is sent for reprocessing than raw materials. In this case, the separation residue can be sent for re-treatment at the beginning of the process together with the feedstock, or separately for an additional processing unit according to this invention. With repeated reprocessing of the heavy separation residue (VKF), the feedstock will be processed into light target products with an efficiency of up to 100%.
Реактор с катализатором выполнен в виде цилиндра, шара, кольцевого цилиндра, параллепипеда (пластины) или другой объемной фигуры, например, в виде трубчатого змеевика, с помещенным в него катализатором в виде гранул произвольного размера и формы, поверхность реактора проницаема для атомов водорода и/или легких радикалов, или на поверхности реактора выполнены отверстия произвольной формы, причем размеры отверстий меньше, чем размеры гранул катализатора. Или стенки реактора с катализатором выполнены из пористого материала с различными размерами пор, например в нанометровом диапазоне. Реактор с катализатором может и не содержать гранул или порошка катализатора, при этом оболочка реактора, или весь реактор целиком выполнены из материала, который является катализатором для проведения процесса получения атомарного водорода и/или легких радикалов из молекулярного водорода и/или водородсодержащих сред. Могут использоваться несколько реакторов с катализатором (пакеты реакторов). Располагаться реакторы или пакеты реакторов могу вдоль движения сырья, поперек или под углом. В теле катализатора имеется коллектор для распределения водорода и/или водородсодержащих сред. Количество атомов водорода и/или легких радикалов, получаемых в реакторе с катализатором, должно превышать количество открытых связей радикалов крекинга сырья, а отношение поверхности реактора (пакета реакторов) с катализатором к объему зоны нагрева и/или крекинга увеличивают так, чтобы максимально полно провести реакцию сырья и атомарного водорода и/или легких радикалов.The reactor with the catalyst is made in the form of a cylinder, ball, annular cylinder, parallelepiped (plate) or other volumetric figure, for example, in the form of a tubular coil, with the catalyst placed in it in the form of granules of arbitrary size and shape, the surface of the reactor is permeable to hydrogen atoms and / or light radicals, or holes of arbitrary shape are made on the surface of the reactor, the holes being smaller than the size of the catalyst granules. Or, the walls of a reactor with a catalyst are made of porous material with various pore sizes, for example, in the nanometer range. The reactor with the catalyst may not contain granules or powder of the catalyst, while the shell of the reactor or the entire reactor is made entirely of material that is a catalyst for carrying out the process of producing atomic hydrogen and / or light radicals from molecular hydrogen and / or hydrogen-containing media. Multiple reactors with catalyst (reactor bags). Reactors or reactor packages can be located along the movement of raw materials, across or at an angle. The catalyst body has a collector for distributing hydrogen and / or hydrogen-containing media. The number of hydrogen atoms and / or light radicals produced in the reactor with the catalyst must exceed the number of open bonds of the cracking radicals of the feedstock, and the ratio of the surface of the reactor (reactor pack) with the catalyst to the volume of the heating and / or cracking zone is increased so as to maximize the reaction raw materials and atomic hydrogen and / or light radicals.
Отличительные признаки данной установки и устройств подготовки и переработки углеводородного сырья позволяют провести несколько процессов: теплообмен, кавитационную и акустическую обработку, испарение, разделение, сепарацию, инициированный термомеханический крекинг интенсивно и одновременно в одном аппарате при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах с увеличением глубины дальнейшей переработки и получением качественных полупродуктов для дальнейшего использования.Distinctive features of this installation and devices for the preparation and processing of hydrocarbon raw materials allow several processes to be carried out: heat transfer, cavitation and acoustic treatment, evaporation, separation, separation, initiated thermomechanical cracking intensively and simultaneously in one apparatus with minimal capital and operating costs with an increase in the depth of further processing and obtaining high-quality intermediates for further use.
На фигурах 1 - 5 представлены укрупненные принципиальные схемы установки подготовки и переработки углеводородного сырья.Figures 1 to 5 show enlarged schematic diagrams of a hydrocarbon feed preparation and processing unit.
На фиг. 1 - 5 обозначено: 1 - устройство нагрева или нагрева и термического крекинга ВКФ; 2 - устройство смешивания нагретого ВКФ и сырья и нагрева сырья до подкритичной температуры; 3 - устройство обработки и термомеханического крекинга, в котором смесь сырья и ВКФ 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,; 4 - устройство распыливания (диспергирования) смеси в аппарат разделения; 5 — аппарат разделения; 6 — устройство сепарации (фильтрации, каплеотделения, ректификации) НКФ; 7 - устройство выделения циркулирующей части ВКФ с отстойником для очистки от механических примесей и частиц кокса; 8, 9 - рекуперативные теплообменники для предварительного подогрева сырья; 10 - блок приготовления легких целевых товарных продуктов (бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии - риформинг, платформинг и т.д); 11 - блок приготовления тяжелых товарных продуктов (битума, битумных эмульсий, покрытий, кокса); 12 - отдельный нагреватель для предварительного нагрева или нагрева и крекинга сырья; 13 - блок получения атомарного водорода и/или легких радикалов. Блок предварительной очистки сырья (дегазация, обезвоживание, обессоливание, очистка от механических и других вредных примесей) для простоты на фигурах не представлен, также не представлены блоки окончательного охлаждения и конденсации НКФ и ВКФ в случае их транспортировке к удаленному месту производства товарных продуктов. Блоки получения товарных продуктов обычно включают в себя следующие известные процессы: гидроочистка, риформинг, платформинг и другие, 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 редакцией Огородникова CK. Л., Химия, 1978, с. 53-55).In FIG. 1 - 5 are indicated: 1 - a device for heating or heating and thermal cracking of VKF; 2 - a device for mixing heated VKF and raw materials and heating the raw materials to subcritical temperature; 3 - a processing and thermomechanical cracking device in which a mixture of raw materials and VKF to initiate a controlled process of breaking bonds of molecules (thermomechanical cracking) is subjected to mechanical and wave effects of a different nature and a wide range of frequencies, for example, cavitation, sound, ultrasonic vibrations; 4 - device for spraying (dispersing) the mixture into the apparatus separation; 5 - separation apparatus; 6 - separation device (filtration, droplet separation, rectification) NKF; 7 - a device for isolating the circulating part of VKF with a sump for cleaning from mechanical impurities and coke particles; 8, 9 - recuperative heat exchangers for preheating of raw materials; 10 - unit for the preparation of light target commercial products (gasoline, kerosene, diesel fuel, petrochemical products - reforming, platforming, etc.); 11 - unit for the preparation of heavy commercial products (bitumen, bitumen emulsions, coatings, coke); 12 - a separate heater for preheating or heating and cracking of raw materials; 13 is a block for the production of atomic hydrogen and / or light radicals. The unit for preliminary purification of raw materials (degassing, dehydration, desalination, purification from mechanical and other harmful impurities) is not shown in the figures for simplicity, nor are the final cooling and condensation units of NKF and VKF in case of their transportation to a remote place of production of marketable products. Units for the production of commercial products usually include the following known processes: hydrotreating, reforming, platforming and others, processes of the petrochemical and chemical industries, or at the first stage a compounding unit, a bitumen block for the production of oxidized bitumen or a bitumen block combined with a vacuum block for the production of non-oxidized bitumen, as well as equipment for the production of bitumen coatings, emulsions, boiler fuel, coke and other commercial products (Handbook of Petrochemistry. In two volumes. Volume 1, under edited by Ogorodnikov CK. L., Chemistry, 1978, p. 53-55).
Если сырье не предполагается использовать на месте углубленной обработки для получения товарных продуктов, то целесообразно использовать вариант установки, представленный на фиг. 1. Циркулирующие высококипящие фракции ВКФ после аппарат разделения подаются в устройство нагрева и крекинга ВКФ (фиг. 1, позиция 1), затем в устройство смешивания и нагрева сырья (фиг. 1 , позиция 2). Подготовленное сырье после предварительного нагрева в рекуперативных теплообменниках (фиг. 1, позиция 8, 9) также подается в устройство смешивания с ВКФ (фиг. 1, позиция 2). Затем смесь сырья и ВКФ подается в устройство обработки (термомеханического крекинга) (фиг. 1, позиция 3), затем смесь диспергируют (распыляют) (фиг. 1, позиция 4) со снижением давления для увеличения межфазной поверхности разделяемых сред в аппарат разделения (фиг. 1, позиция 5). После аппарата разделения НКФ направляются в устройство сепарации (фиг. 1, позиция 6), после устройства сепарации легкие фракции реакции, преимущественно с температурой конца кипения до 350-360 0C, направляют (транспортируют) после частичного охлаждения на рекуперативном теплообменнике (фиг. 1, позиция 8) и окончательного охлаждения и конденсации (на схеме установки для простоты не показано) в блок получения легких товарных продуктов (типа сжиженного газа, бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии), фильтрат после сепаратора для получения дополнительного количества легких целевых продуктов возвращают на повторную обработку в начало процесса вместе с циркулирующей частью ВКФ. Часть высококипящих фракции ВКФ после аппарата разделения после устройства выделения циркулирующих ВКФ (фиг. 1, позиция 7), возвращают на повторную обработку (рецикл) по данному изобретению в начало процесса для увеличения выхода легких продуктов и глубины переработки, причем возвращаемая часть ВКФ циркулирует по замкнутому контуру - аппарат разделения (фиг. 1, позиция 5), печь нагрева (нагреватель) (фиг. 1, позиция 1) - аппарат разделения. Другую часть ВКФ направляют (транспортируют) после частичного охлаждения на рекуперативном теплообменнике (фиг. 1 , позиция 9) и окончательного охлаждения (на схеме установки для простоты не показано) в блок получения тяжелых товарных продуктов (типа кокса, битума, битумных эмульсий, покрытий, масел).If the raw materials are not supposed to be used at the place of in-depth processing to obtain marketable products, then it is advisable use the installation option shown in FIG. 1. The circulating high-boiling fractions of the VKF after the separation apparatus are fed to the heating and cracking device of the VKF (Fig. 1, position 1), then to the mixing and heating device of the raw materials (Fig. 1, position 2). Prepared raw materials after preheating in recuperative heat exchangers (Fig. 1, item 8, 9) are also fed to the mixing device with VKF (Fig. 1, item 2). Then the mixture of raw materials and VKF is fed into the processing device (thermomechanical cracking) (Fig. 1, position 3), then the mixture is dispersed (sprayed) (Fig. 1, position 4) with a decrease in pressure to increase the interfacial surface of the separated media in the separation apparatus (Fig. . 1, position 5). After the separation apparatus, the NCP are sent to the separation device (Fig. 1, position 6), after the separation device, light reaction fractions, mainly with a boiling point up to 350-360 0 C, are sent (transported) after partial cooling on a recuperative heat exchanger (Fig. 1 , item 8) and final cooling and condensation (not shown on the installation diagram for simplicity) to the unit for producing light commercial products (such as liquefied gas, gasoline, kerosene, diesel fuel, petrochemical products), the filtrate after the separator for I receive an additional amount of light target products returned for reprocessing at the beginning of the process along with the circulating part of the VKF. Part of the high boiling VKF fraction after the separation apparatus after the circulating VKF separation device (Fig. 1, position 7) is returned for reprocessing (recycling) according to this invention to the beginning of the process to increase the yield of light products and the processing depth, and the returned part of the VKF is circulated in a closed circuit - separation apparatus (Fig. 1, position 5), furnace heating (heater) (Fig. 1, position 1) is a separation apparatus. The other part of the HCF is sent (transported) after partial cooling on a recuperative heat exchanger (Fig. 1, item 9) and final cooling (not shown in the installation diagram for simplicity) to the unit for producing heavy commercial products (such as coke, bitumen, bitumen emulsions, coatings, oils).
Если же товарные продукты производят на месте переработки по данному изобретению, то такая установка представлена на фиг. 2. НКФ после частичного охлаждения на рекуперативном теплообменнике (фиг. 2, позиция 8) направляется в блок получения легких товарных продуктов (фиг. 2, позиция 10), а ВКФ после частичного охлаждения на рекуперативном теплообменнике (фиг. 2, позиция 9) направляют в блок получения тяжелых товарных продуктов (фиг. 2, позиция 11). Кубовый остаток после блока приготовления легких товарных продуктов, а также легкий отгон после приготовления тяжелых товарных продуктов для увеличения глубины переработки и выхода целевых легких продуктов возвращают на повторную обработку в начало процесса вместе с сырьем или циркулирующими ВКФ.If commercial products are produced at the processing site according to this invention, such an installation is shown in FIG. 2. NKF after partial cooling on a recuperative heat exchanger (Fig. 2, position 8) is sent to the unit for obtaining light commercial products (Fig. 2, position 10), and VKF after partial cooling on a recuperative heat exchanger (Fig. 2, position 9) is sent in the block receiving heavy commercial products (Fig. 2, position 11). The bottom residue after the block for the preparation of light commercial products, as well as the light distillation after the preparation of heavy commercial products to increase the depth of processing and yield the target light products, are returned for reprocessing at the beginning of the process together with raw materials or circulating HCFs.
Если по технологическим причинам тепло НКФ и ВКФ используется не на предварительный нагрев сырья, или не надо охлаждать их для подаче в блоки приготовления товарных продуктов на месте применения изобретения, то предварительный подогрев сырья производится на отдельном нагревателе (фиг. 3, позиция 12), или в том же нагревателе (печи), в котором нагревают циркулирующие ВКФ, но в отдельном змеевике (фиг. 4, позиция 1). В этих вариантах можно сырье не только нагревать, но и подвергать термическому крекингу. При необходимости, можно для предварительного подогрева сырья использовать отдельные нагреватели совместно с рекуперативными теплообменниками. Для предварительного подогрева можно использовать и тепло товарных продуктов.If, for technological reasons, the heat of NKF and VKF is not used for preheating the raw materials, or it is not necessary to cool them for supplying commercial products to the preparation units at the place of application of the invention, then the raw materials are preheated on a separate heater (Fig. 3, item 12), or in the same heater (furnace) in which the circulating VKF is heated, but in a separate coil (Fig. 4, position 1). In these embodiments, the raw materials can not only be heated, but also subjected to thermal cracking. If necessary, you can use separate heaters in conjunction with recuperative heat exchangers to preheat raw materials. For Preheating can also use the heat of commercial products.
В процессе крекинга сырья образуются непредельные углеводороды, которые впоследствии могут конденсироваться, что приводит к ограничению глубины переработки. Для наиболее полной и глубокой переработки и увеличения выхода легких целевых продуктов и фракций установка переработки дополнена (фиг. 5) устройством получения атомарного водорода и/или легких радикалов из молекулярного водорода и/или легких водородсодержащих сред, обогащенные водородом, например, природного или попутного газа, в частности газа и легких погонов бензиновых фракций, получаемых в процессе переработки, которые направляют в устройства крекинга - в устройство нагрева и крекинга ВКФ (фиг. 5, позиция 1), в устройство смешивания нагретых ВКФ и сырья (фиг. 5, позиция 2), в устройство термомеханического крекинга (фиг. 5, позиция 3), причем атомарный водород и/или легкие радикалы могут направляться только в одно из устройств крекинга, в любые два устройства и во все три устройства крекинга. При этом атомарный водород и/или легкие радикалы насыщают открытые связи непредельных углеводородов с получением легких целевых фракций, и при многократной повторной обработки ВКФ (ВКФ полностью направляется на повторную обработку и не используется для производства тяжелых товарных продуктов, как это показано на фиг. 5) можно достичь практически 100 % глубины переработки и выхода легких целевых продуктов.In the process of cracking the feed, unsaturated hydrocarbons are formed, which can subsequently condense, which leads to a limitation of the processing depth. For the most complete and deep processing and increase the yield of light target products and fractions, the processing unit is supplemented (Fig. 5) with a device for producing atomic hydrogen and / or light radicals from molecular hydrogen and / or light hydrogen-containing media enriched with hydrogen, for example, natural or associated gas , in particular gas and light shoulder straps of gasoline fractions obtained during processing, which are sent to cracking devices — to the heating and cracking device VKF (Fig. 5, position 1), to the mixing device heated VKF and raw materials (Fig. 5, position 2), into the thermomechanical cracking device (Fig. 5, position 3), and atomic hydrogen and / or light radicals can be sent only to one of the cracking devices, to any two devices and to all three cracking devices. At the same time, atomic hydrogen and / or light radicals saturate open bonds of unsaturated hydrocarbons with obtaining light target fractions, and with repeated reprocessing of VKF (VKF is completely sent for reprocessing and is not used for the production of heavy commodity products, as shown in Fig. 5) almost 100% of the processing depth and yield of light target products can be achieved.
На фиг. 6 показан аппарат разделения. Нагретые до необходимой температуры ВКФ и подогретое сырье подается в устройство смешивания (фиг. 6, позиция 2), в котором сырье подогревается до подкритичной температуры. Затем смесь сырья и ВКФ направляют в устройство термомеханического крекинга (фиг. 6, позиция 3), 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. 6, позиция 4) 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 (фиг. 6, позиция 6), находящийся в верхней части аппарата разделения. Отсепарированные (отфильтрованные) НКФ направляются в блок приготовления легких товарных продуктов, а фильтрат самотеком попадает в нижнюю часть аппарата и смешивается с ВКФ. Все получаемые ВКФ с помощью устройства выделения циркулирующей части ВКФ (фиг. 6, позиция 7) делятся на 2 части. Одна часть направляется в блоки получения тяжелых товарных продуктов, другая направляется на нагрев и далее в устройство смешивания с сырьем и повторную обработку (на рецикл), причем эта часть циркулирует по замкнутому контуру: аппарат разделения - нагреватель ВКФ - аппарат разделения. 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 фигурах 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). Температура в устройстве сепарации соответствует максимальной температуре конца кипения фракций легких целевых товарных продуктов, например 350-360 0C 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 0C 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. Тогда в сепараторе будет происходить не только процесс отделения капель и фильтрации, но и процесс ректификации, что приведет к улучшению качества НКФ, подаваемых для производства легких товарных продуктов. Устройства смешивания сырья и ВКФ, обработки (термомеханического крекинга) смеси, диспергирования (распыления), а также сепарации 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.In FIG. 6 shows a separation apparatus. Heated to the required temperature VKF and heated raw materials are fed into the mixing device (Fig. 6, position 2), in which the raw material is heated to subcritical temperature. Then the mixture of raw materials and VKF is sent to the device thermomechanical cracking (Fig. 6, position 3), in which a mixture to initiate a controlled process of breaking bonds of molecules (thermomechanical cracking) is subjected to mechanical and wave effects of a different nature and a wide range of frequencies, for example, cavitation, sound, ultrasonic vibrations, Then the mixture is dispersed ( spray) (Fig. 6, position 4) with a decrease in pressure to increase the interfacial surface of the separated media in the separation apparatus. Moreover, the mixing, processing and spraying devices are combined in one apparatus, which can be called a turbodynamic disintegrator (TDD). The number of built-in TDD in the separation apparatus depends on the performance of one TDD and the total productivity of the processing industry. NKF formed in the gas-vapor form are sent to the separator (Fig. 6, position 6) located in the upper part of the separation apparatus. Separated (filtered) NKF are sent to the unit for the preparation of light commercial products, and the filtrate by gravity enters the lower part of the apparatus and mixes with VKF. All obtained VKF using a device for isolating the circulating part of the VKF (Fig. 6, position 7) are divided into 2 parts. One part is sent to the blocks for obtaining heavy commodity products, the other is sent to heating and then to the mixing device with raw materials and reprocessing (for recycling), and this part circulates in a closed circuit: separation apparatus - VKF heater - separation apparatus. The device for isolating circulating HCFs is made with a sump for purification of mechanical impurities and coke particles so that cleaner HCFs are selected for recycling. In addition, various filtering devices can be provided in the VKF circulation loop, for simplicity on figures not shown. Fittings for input-output of working and product media, fittings and devices for monitoring the technological parameters of the apparatus (temperature, pressure, phase separation level) are built into the body of the separation apparatus. The temperature in the separation device corresponds to the maximum boiling point of the fractions of light target commodity products, for example 350-360 0 C for the diesel fraction and is maintained automatically, the level of separation of the vapor-gas phase of the NKF and the liquid phase of the VKF is lower than half the height of the separation apparatus. The temperature of the phase interface 350-360 0 C is chosen because at present the temperature of the end of boiling of diesel fuel is in this range. If the requirements change, then this temperature will also be changed in the right direction. Distillation plates, Raschig rings can be built into the separator. Then, in the separator, not only the process of droplet separation and filtration will occur, but also the rectification process, which will lead to an improvement in the quality of NKF supplied for the production of light commercial products. Devices for mixing raw materials and VKF, processing (thermomechanical cracking) the mixture, dispersing (spraying), and also separating the gas-vapor part of the separation of NKF are built into the separation apparatus, i.e. make up one whole with it, which leads to a decrease in capital and operating costs, for example, to a decrease in metal consumption and heat loss. If a distillation column is used as a separation apparatus, then a spraying device may not be used, then the bottom residue after the column is VKF, and all light fractions in total comprise NKF.
Устройство обработки - турбодинамический дезинтегратор ТДД - представлено на фиг. 7 - 9. На фиг. 7 - 9 обозначено: 14 - завихритель для среды 1 (в данном случае для сырья); 15 - завихритель для среды 2 (в данном случае для тяжелых высококипящих фракций ВКФ); 16 - камера смешения; 17 - кавиτатор в виде усеченного конуса с отверстиями; 18 - выходной завихритель для обработанной смеси входных сред; 19 - сопло. На фиг. 8 показано устройство с перемежающимися цилиндрическими, конфузорными и диффузорными вставками для движения среды 1, двумя кавитаторами с отверстиями и соплом в виде конуса. На фиг. 9 показано устройство с перемежающимися цилиндрическими, конфузорными и диффузорными вставками для движения среды 1 и смеси сред 1 и 2, кавитатором в виде сетчатой корзины с засыпкой в виде шаров и цилиндрическим соплом. Устройство работает следующим образом. Предварительно подогретое сырье (среда 1) направляют в завихритель для сырья (фиг. 7-9, позиция 14), нагретые до высокой температуры ВКФ (сырье 2) направляют в завихритель для ВКФ (фиг. 7-9, позиция 15). В результате прямого контакта сырья и ВКФ в камере смешивания (фиг. 7- 9, позиция 16) сырье и вся смесь нагревается до покритичной температуры. Затем нагретую смесь сырья и ВКФ направляют в кавитатор (фиг. 7-9, позиция 17), 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 выходной завихритель (фиг. 7-9, позиция 18) для улучшения дальнейшего распыления и диспергируют через сопло (фиг. 7-9, позиция 19) с понижением давления в аппарат разделения для увеличения межфазной поверхности и более эффективного разделения смеси на НКФ и ВКФ. Скорости в каналах всех завихрителей, кавитатре (кавитаторах) и сопле (соплах) должны быть достаточно высокими, по крайней мере выше 5 м/с. Конкретные значения скоростей побираются опытным путем исходя из состава и свойств сырья и поставленной задачи. Конфузорные и диффузорные вставки увеличивают поперечную составляющую скорости движения смеси и интенсифицируют процесс смешивания. Параметры камеры смешения и вставок определяются опытным путем.The processing device — turbodynamic disintegrator TDD — is shown in FIG. 7 to 9. FIG. 7 - 9 indicated: 14 - swirl for medium 1 (in this case, for raw materials); 15 - swirl for medium 2 (in this case, for heavy high-boiling fractions of VKF); 16 - mixing chamber; 17 - cavitator in the form of a truncated cone with holes; 18 - output swirl for a treated mixture of input media; 19 - nozzle. In FIG. 8 shows a device with alternating cylindrical, confuser and diffuser inserts for moving medium 1, two cavitators with holes and a nozzle in the form of a cone. In FIG. 9 shows a device with alternating cylindrical, confuser and diffuser inserts for moving medium 1 and a mixture of media 1 and 2, a cavitator in the form of a mesh basket with filling in the form of balls and a cylindrical nozzle. The device operates as follows. Preheated raw materials (medium 1) are sent to a swirler for raw materials (Fig. 7-9, position 14), heated to high temperature VKF (raw materials 2) are sent to a swirler for VKF (Fig. 7-9, position 15). As a result of direct contact of the feed and VKF in the mixing chamber (Fig. 7-9, item 16), the feed and the entire mixture are heated to a critical temperature. Then the heated mixture of raw materials and VKF is sent to the cavitator (Fig. 7-9, position 17), in which the mixture is subjected to mechanical and wave action of a different nature and a wide range of frequencies, for example, cavitation, to initiate a controlled process of breaking bonds of molecules (thermomechanical cracking), sound, ultrasonic vibrations. The treated mixture is sent to the outlet swirler (Fig. 7-9, position 18) to improve further spraying and dispersed through a nozzle (Fig. 7-9, position 19) with a decrease in pressure into the separation apparatus to increase the interfacial surface and more efficient separation of the mixture into NKF and VKF. The speeds in the channels of all swirlers, cavitator (cavitators) and nozzle (s) should be quite high, at least above 5 m / s. Specific values of speeds are taken empirically based on the composition and properties of the raw materials and the task. The confuser and diffuser inserts increase the transverse component of the speed of the mixture and intensify the mixing process. The parameters of the mixing chamber and inserts are determined empirically.
Предлагаемое изобретение реализовано 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 изобретения. 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. Схема стендовой установки приведена на фиг. 1 , аппарат разделения - на фиг. 6, турбодинамический дезинтегратор - на фиг. 7. В качестве исходного сырья использовалась нефть месторождения Вишенское Ульяновской области (Ратов A.H., Немировская Г.Б. Проблемы освоения нефтей Ульяновской области. "Химия и технология топлив и масел", N° 4, 1995 г.). Нефть содержит много смолистых соединений и примесей. Использовалась нефть и других месторождений, например НГДУ "Нурлатнефть", с другим составом, а также различные кубовые остатки, отработанные масла и другое сырье. Давление сырья и циркулирующих ВКФ в стендовых экспериментах до 1,0 МПа и выше, температура циркулирующих ВКФ до 450 0C и выше, температура сырья до 200÷250 0C, 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.The present invention is implemented in a pilot plant for the separation of oil and other liquid hydrocarbon feeds with a capacity of up to 30 kg / h, in which all processes and devices for implementing the invention are implemented. In addition, the installation is equipped with various capacitive equipment for storing raw materials and collecting the resulting products, heat exchange equipment for heating the raw materials, heating circulating HCFs and cooling products, pumping equipment and instrumentation. The layout of the bench installation is shown in FIG. 1, the separation apparatus — in FIG. 6, a turbodynamic disintegrator - in FIG. 7. The feedstock used was the oil of the Vishenskoye deposit in the Ulyanovsk Region (Ratov AH, Nemirovskaya GB. Problems of oil development in the Ulyanovsk Region. "Chemistry and Technology of Fuels and Oils", N ° 4, 1995). Oil contains many tarry compounds and impurities. Used oil and other fields, such as NGDU "Nurlatneft", with a different composition, as well as various bottoms, waste oils and other raw materials. The pressure of raw materials and circulating HCFs in bench experiments was up to 1.0 MPa and higher, the temperature of circulating VKFs was up to 450 0 C and higher, the temperature of raw materials was up to 200 ÷ 250 0 C, the ratio of flowing circulating VKF and raw materials was in the range up to 30 and more. At these pressures and temperatures, the linear feed rates of the feed and circulating VKF were more than 5 m / s With an increase in the feed rate and feedstock feed rate, the separation and processing efficiency increases nonlinearly. The choice of the value of the feed rates for a particular technological process depends on the properties of the raw materials, the task at hand and is optimized for several factors, including the economic factor.
Перед началом процесса разделения жидкого углеводородного сырья готовят ВКФ. ВКФ, которые по существу является тяжелым остатком разделения, можно приготовить разными способами, например с помощью простого процесса однократного испарения смеси углеводородов. Наиболее простой способ, который и использовался при работе на стендовой установке, заключается в следующем. Необходимое количество жидкого углеводородного сырья заливают в аппарат разделения. Из аппарата разделения (фиг. 1 , 6, позиция 5) смесь насосом подают на электрический нагреватель - аналог промышленной печи (фиг. 1, позиция 1) и возвращают обратно. При этом непрерывно отводят легкие фракции, накапливая жидкую фазу ВКФ. При непрерывной циркуляции и определенной температуре тяжелый остаток (ВКФ) через определенное время (параметры процесса зависят от состава исходной смеси углеводородов) приобретает все необходимые свойства. Контроль окончания процесса осуществляют путем определения физико - химических свойств и состава жидкой фазы ВКФ.Before starting the process of separation of liquid hydrocarbon feedstock, VKF is prepared. VKF, which is essentially a heavy separation residue, can be prepared in various ways, for example, using a simple process of single evaporation of a mixture of hydrocarbons. The simplest method, which was used when working on a bench installation, is as follows. The required amount of liquid hydrocarbon feed is poured into the separation apparatus. From the separation apparatus (Fig. 1, 6, position 5), the mixture is pumped to an electric heater - an analog of an industrial furnace (Fig. 1, position 1) and returned. At the same time, light fractions are continuously removed, accumulating the liquid phase of VKF. With continuous circulation and a certain temperature, a heavy residue (VKF) after a certain time (process parameters depend on the composition of the initial mixture of hydrocarbons) acquires all the necessary properties. Control of the end of the process is carried out by determining the physico - chemical properties and composition of the liquid phase VKF.
Предварительно подогретое сырье и нагретые до необходимой температуры (фиг. 1, позиция 1) циркулирующие ВКФ насосами подаются в завихрители (фиг. 7, позиция 14, 15), затем в устройство смешивания (фиг. 1, 6, позиция 2, фиг. 7, позиция 16). Смесь сырья и ВКФ подается на устройство механической и волновой обработки (фиг. 1 , 6, позиция 3, фиг. 7, позиция 17), в которой также проводят термомеханический гидродинамический крекинг сырья, затем обработанную смесь направляют в выходной завихритель (фиг. 7, позиция 18) и диспергируют через сопло (фиг. 1, 6, позиция 4, фиг. 7, позиция 19) в аппарат разделения (фиг. 1, позиция 5). После аппарата разделения циркулирующие ВКФ снова направляется в устройство нагрева (фиг. l, позиция 1), т.е. на рецикл. Парогазовая часть (НКФ) после аппарата разделения (фиг.l , позиция 5) направляется в устройство сепарации (каплеотделения, фильтрации или ректификации), (фиг.l, 6, позиция 6), после которой фильтрат возвращается в начало процесса вместе с циркулирующими ВКФ для повторной обработки и дополнительного получения светлых продуктов выше их потенциального содержания. Парогазовая часть после устройства сепарации (фиг. 1, 6, позиция 6), направляется на охлаждение и конденсацию и анализируется. Жидкая часть разделения (ВКФ) после аппарата разделения (фиг. 1 , позиция 5) и отделения от ВКФ циркулирующей части (фиг. l, 6, позиция 7), направляется на охлаждение и анализируется. Устройства смешивания и нагрева сырья циркулирующими ВКФ, обработки механическим и волновым воздействием, испарения и разделения на парогазовую и жидкую фазы, устройство сепарации НКФ совмещены в одном аппарате. При этом уменьшается количество оборудования и, соответственно, капитальные и эксплуатационные затраты.Preheated raw materials and heated to the required temperature (Fig. 1, position 1) circulating VKF pumps are fed to swirlers (Fig. 7, position 14, 15), then to the mixing device (Fig. 1, 6, position 2, Fig. 7 , position 16). A mixture of raw materials and VKF is fed to a mechanical and wave processing device (Fig. 1, 6, position 3, Fig. 7, position 17), in which thermomechanical hydrodynamic cracking of raw materials, then the treated mixture is sent to the outlet swirler (Fig. 7, position 18) and dispersed through the nozzle (Fig. 1, 6, position 4, Fig. 7, position 19) into the separation apparatus (Fig. 1, position 5). After the separation apparatus, the circulating VKF is again sent to the heating device (Fig. L, position 1), i.e. for recycling. The gas-vapor part (NKF) after the separation apparatus (FIG. 1, position 5) is sent to the separation device (droplet separation, filtration or rectification), (FIG. 1, 6, position 6), after which the filtrate returns to the beginning of the process together with circulating VKF for reprocessing and additional obtaining of light products above their potential content. The gas-vapor part after the separation device (Fig. 1, 6, item 6) is sent for cooling and condensation and is analyzed. The liquid separation part (VKF) after the separation apparatus (Fig. 1, position 5) and separation from the VKF of the circulating part (Fig. L, 6, position 7) is sent for cooling and analyzed. Devices for mixing and heating raw materials by circulating VKF, mechanical and wave treatment, evaporation and separation into gas-vapor and liquid phases, and the separation device for NKF are combined in one apparatus. This reduces the amount of equipment and, accordingly, capital and operating costs.
Далее представлены некоторые результаты процесса разделения. Во всех случаях используются проценты массовые.The following are some of the results of the separation process. In all cases, mass percent is used.
Пример 1Example 1
Сырье - нефть месторождений Ульяновской области.Raw materials - oil deposits of the Ulyanovsk region.
Эффект разделения: НКФ - 78,5 % массовых, ВКФ - 20 % массовых, выход газа - 1 ,5 % массовых. Укрупненный фракционный состав нефти и НКФ после обработки по предлагаемому изобретению (в пересчете на нефть с учетом коэффициента разделения) и некоторые характеристики приведены в таблице 1.Separation effect: NKF - 78.5% by mass, VKF - 20% by mass, gas yield - 1.5% by mass. The enlarged fractional composition of oil and NKF after processing according to the invention (in terms of oil taking into account the separation coefficient) and some characteristics are shown in table 1.
Таблица 1Table 1
Пример 2Example 2
Сырье - нефть НГДУ «Hypлaтнeфть» (Татарстан). Эффект разделения: HKФ-77 % массовых, BKФ-21,5 % массовых, потери- 1,5 % массовых. Укрупненный фракционный состав нефти и НКФ после обработки по предлагаемому изобретению (в пересчете на нефть с учетом коэффициента разделения) и некоторые характеристики приведены в таблице 2. Таблица 2Raw materials - oil NGDU "Hyplatneft" (Tatarstan). Separation effect: HKF-77% by mass, BKF-21.5% by mass, losses 1.5% by mass. The enlarged fractional composition of oil and NKF after processing according to the invention (in terms of oil, taking into account the separation coefficient) and some characteristics are shown in table 2. table 2
В таблицах 1 и 2 количество полученных НКФ составило 77-78,5 % массовых, а суммарное количество фракций до 350-360 0C составляет 70,3-71 ,7 % массовых. Связано это с тем, процесс разделения на НКФ и ВКФ неидеален (даже на ректификационной колонне), поэтому в НКФ попадает и небольшая часть тяжелых фракций с температурой кипения выше 350-360 0C. Количество непредельных углеводородов соответствует нижней границе непредельных углеводородов, образующихся в процессе каталитического крекинга.In tables 1 and 2, the amount of obtained NCP was 77-78.5% by weight, and the total number of fractions up to 350-360 0 C is 70.3-71, 7% by weight. This is due to the fact that the separation process for NKF and VKF is not ideal (even on a distillation column), therefore a small fraction of heavy fractions with a boiling point above 350-360 0 C also get into the NKF catalytic cracking.
Если используется вариант установки, в котором сырье и ВКФ смешивают до печи нагрева, а затем нагретую смесь подают в устройство обработки и далее в аппарат разделения, то результаты получаются немного хуже. Количество полученных НКФ, а также суммарное количество фракций до 350-360 0C на 3 - 5 % меньше, чем в таблицах.If you use the installation option, in which the raw materials and VKF are mixed before heating, and then the heated mixture is fed into processing device and further into the separation apparatus, the results are slightly worse. The number of obtained NKF, as well as the total number of fractions up to 350-360 0 C is 3-5% less than in the tables.
Пример 3Example 3
Атмосферно - вакуумная разгонка кубового остатка Ульяновской нефти после атмосферной колонны (мазута) показала отсутствие в нем бензиновой фракции, содержание керосиновой фракции (240 - 360 0C) составило 2,9 % массовых, дизельной фракции (240 - 360 0C) - 11,8 % массовых. После обработки исследуемого кубового остатка по предлагаемому изобретению получены следующие результаты: количество низкокипящих фракций (НКФ - легкая часть разделения) составило 74 - 79 % массовых в зависимости от параметров процесса. Содержание в НКФ целевых топливных композиций составило 88 — 90 % массовых, из них бензиновой (н.к. - 180 0C) фракции - 20,8 % массовых, керосиновой (180 - 240 0C) - 17,4 % массовых, дизельной (240 - 360 0C) - 61 ,8 % массовых. Общее содержание целевых продуктов с температурой кипения до 360 0C увеличилось с 14,7 % массовых до 71 % массовых в пересчете на исходный продукт.Atmospheric - vacuum distillation of the bottoms of Ulyanovsk oil after an atmospheric column (fuel oil) showed the absence of a gasoline fraction in it, the content of the kerosene fraction (240 - 360 0 C) amounted to 2.9% of the mass, diesel fraction (240 - 360 0 C) - 11, 8% of the mass. After processing the investigated bottoms according to the invention, the following results were obtained: the number of low boiling fractions (NKF - the easy part of the separation) was 74 - 79% by weight, depending on the process parameters. The NKF content of the target fuel compositions was 88 - 90% mass, of which gasoline (NK - 180 0 C) fractions - 20.8% mass, kerosene (180 - 240 0 C) - 17.4% mass, diesel (240 - 360 0 C) - 61, 8% of the mass. The total content of the target products with a boiling point up to 360 0 C increased from 14.7% by mass to 71% by mass in terms of the initial product.
Пример 4Example 4
Атмосферно - вакуумная разегонка неиспользованного масла M - 8В (масло моторное универсальное) показала отсутствие в нем бензиновой и керосиновой фракций, содержание дизельной фракции составило 5,2 %, основная масса масла перегонялась в интервале температур кипения 380 - 500 0C. После обработки исследуемого масла по данному изобретению получено 22 % бензиновой, 9 % керосиновой и 46 % дизельной фракций, т.е. содержание целевых продуктов с температурой кипения до 360 0C в процессе обработки по предлагаемому изобретению увеличилось с 5,2 до 77 %, т.е. примерно в 15 раз. Таким образом, была показана принципиальная возможность термомеханического крекинга высококипящих (выше 360 0C) компонентов масла в целевые продукты с температурой кипения до 360 0C. Исследование состава отработанного масла M - 8В, прошедшего обработку по данному изобретению, показало наличие в нем 19 % бензиновой, 15 % керосиновой и 38 % дизельной фракций. В целом, содержание целевых компонентов с температурой кипения до 360 0C в процессе термомеханического крекинга отработанного масла составило 72 %.Atmospheric - vacuum distillation of unused oil M - 8B (universal motor oil) showed the absence of gasoline and kerosene fractions in it, the content of the diesel fraction was 5.2%, the bulk of the oil was distilled in the boiling range 380 - 500 0 C. After processing the test oil 22% of gasoline, 9% of kerosene and 46% of diesel fractions are obtained according to this invention, i.e. the content of the target products with a boiling point up to 360 0 C during the processing according to the invention increased from 5.2 to 77%, i.e. about 15 times. Thus, the principal possibility of thermomechanical cracking of high-boiling (above 360 0 C) oil components into the target products with a boiling point up to 360 0 C was shown. A study of the composition of the used oil M-8B, which underwent processing according to this invention, showed the presence of 19% gasoline in it , 15% kerosene and 38% diesel fractions. In general, the content of the target components with a boiling point up to 360 ° C during the thermomechanical cracking of used oil was 72%.
Пример 5Example 5
В процессе крекинга сырья образуются непредельные углеводороды, поэтому для наиболее полной и глубокой переработки и увеличения выхода легких целевых продуктов и фракций открытые связи необходимо насыщать атомарным водородом и/или легкими радикалами. Установки дополнена блоком с катализатором для получения атомарного водорода и/или легких радикалов и приведена на фиг. 5. Водород из баллона нагревают, подают на блок получения атомарного водорода и/или легких радикалов (фиг. 5, позиция 13), далее направляют в устройства крекинга тяжелой нефти (фиг. 5, позиция 1, 2, 3), прореагировавшую смесь диспергируют (фиг. 5, позиция 4) с понижением давления в аппарат разделения (фиг. 5, позиция 5). После аппарата разделения (фиг. 5, позиция 5) ВКФ полностью возвращается в начало процесса на повторную многократную обработку, а НКФ подают в устройство сепарации (фиг. 5, позиция 6), после которого НКФ охлаждают и анализируют. Процесс непрерывный. Некоторые результаты приведены в таблице 4. Глубина переработки достигает 97-98 %. С учетом образующихся несконденсированных газов можно уверенно говорить практически о 100 % глубине переработки сырья с помощью данного изобретения. Непредельные углеводороды в пределах ошибки измерений не обнаружены.In the process of cracking the feed, unsaturated hydrocarbons are formed, therefore, for the most complete and deep processing and increase the yield of light target products and fractions, open bonds must be saturated with atomic hydrogen and / or light radicals. The unit is complemented by a unit with a catalyst for producing atomic hydrogen and / or light radicals and is shown in FIG. 5. Hydrogen from the cylinder is heated, fed to the unit for producing atomic hydrogen and / or light radicals (Fig. 5, position 13), then sent to the cracking device for heavy oil (Fig. 5, position 1, 2, 3), the reacted mixture is dispersed (Fig. 5, position 4) with decreasing pressure in the separation apparatus (Fig. 5, position 5). After the separation apparatus (Fig. 5, position 5), the VKF completely returns to the beginning of the process for repeated multiple processing, and the NFC is fed to the separation device (Fig. 5, position 6), after which the NFC is cooled and analyzed. The process is continuous. Some results are shown in table 4. The processing depth reaches 97-98 % Given the generated non-condensed gases, we can confidently talk about almost 100% depth of processing of raw materials using this invention. Unsaturated hydrocarbons within the measurement error were not detected.
Таблица 3Table 3
Для достижения практически тех же результатов по данному изобретению вместо водорода можно использовать пропан - бутановую смесь из баллона и другие легкие, обогащенные водородом продукты или фракции. При использовании пропан - бутановой смеси из баллона вместо водорода общий выход легких целевых фракций практически не изменился и составил 97,3 % массовых. При этом количество бензиновых фракций (с температурой кипения до 180 0C) уменьшилось на 1,6 % массовых, а количество дизельных фракций (с температурой кипения от 240 0C до 360 0C) увеличилось на 1,7 % массовых, количество керосиновых фракций (с температурой кипения от 180 0C до 240 0C) практически не изменилось. При добавлении пропан - бутановой смеси в исходное сырье в пределах до 3 %, незначительно (до 1 %) увеличился выход бензиновой фракции. При добавке в исходное сырье до 3 % размельченного до размеров 0,05-1 микрометра сланца, выход светлых целевых фракций практически не изменился, т.е. часть твердых углеводородов была переработана в легкие жидкие углеводороды.To achieve practically the same results according to this invention, instead of hydrogen, you can use a propane - butane mixture from a balloon and other light products enriched with hydrogen or fractions. When using a propane - butane mixture from a cylinder instead of hydrogen, the total yield of light target fractions practically did not change and amounted to 97.3% by mass. At the same time, the number of gasoline fractions (with a boiling point up to 180 0 C) decreased by 1.6% by weight, and the number of diesel fractions (with a boiling point from 240 0 C to 360 0 C) increased by 1.7% by weight, the number of kerosene fractions (with a boiling point from 180 0 C to 240 0 C) remained virtually unchanged. With the addition of a propane - butane mixture in the feedstock up to 3%, the yield of the gasoline fraction increased insignificantly (up to 1%). With the addition of up to 3% shale crushed to the size of 0.05-1 micrometer to the feedstock, the yield of light target fractions practically did not change, i.e. part of the solid hydrocarbons was processed into light liquid hydrocarbons.
Если в устройства крекинга подавать молекулярный водород и/или легкие водородсодержащие среды, например, пропан - бутан из баллона, т.е. не использовать реактор с катализатором, то выход светлых легких фракций (глубина переработки) будет значительно ниже, и достигает значений 75 - 78 %.If molecular hydrogen and / or light hydrogen-containing media, for example, propane - butane from a cylinder, are fed into the cracking devices, i.e. If you do not use a reactor with a catalyst, then the yield of light light fractions (processing depth) will be much lower, and reaches values of 75 - 78%.
Пример 6Example 6
При проведении экспериментов по переработке различного сырья без применения устройства с катализатором, размещенного в сепараторе, количество непредельных углеводородов в НКФ после аппарата разделения составляло 27 - 31 %, а с применением устройства с катализатором в сепараторе (для простоты на фиг. 6 устройство с катализатором не показано) составило 18 - 20 %. Если вводить в устройство с катализатором в сепараторе молекулярный водород или пропан - бутан из баллона, количество непредельных уменьшается до 10 - 12 %, а при использовании атомарного водорода и/или легких радикалов после реактора с катализатором, количество непредельных уменьшается менее, чем до 2 %.When conducting experiments on the processing of various raw materials without the use of a device with a catalyst placed in the separator, the amount of unsaturated hydrocarbons in the NKF after the separation apparatus was 27 - 31%, and with the use of a device with a catalyst in the separator (for simplicity in Fig. 6, the device with a catalyst shown) amounted to 18 - 20%. If molecular hydrogen or propane - butane is introduced from a balloon into a device with a catalyst in the separator, the unsaturated amount decreases to 10-12%, and when atomic hydrogen and / or light radicals are used after the reactor with the catalyst, the unsaturated amount decreases to less than 2% .
Пример 7Example 7
Перспективным является такой вариант, при котором полученные после аппарата разделения парогазовая часть НКФ и жидкая часть ВКФ, при необходимости частично охлажденные, снова смешиваются. Полученная в результате «cинтeтичecкaя» нефть содержит примерно в два и более раз больше топливных фракций, чем исходный продукт. Кроме того, если плотность исходной нефти 950 кг/м3 (API = 17), то плотность "синтетической" нефти уменьшается до 850 кг/м3 (API = 35), а кинематическая вязкость соответственно с 83 сСт до 6 сСт. В результате такой операции стоимость "синтетической" нефти значительно возрастает, ее легче транспортировать и перерабатывать. Особенно перспективен такой подход для удаленных от НПЗ и добывающих тяжелую и вязкую нефть предприятий, как, например, в Южной Америке, Канаде и в некоторых регионах России. Таким же образом можно переработать сравнительно дешевый мазут и еще более дешевые кубовые остатки, нефтешламы в значительно более дорогую высокопотенциальную нефть. При этом решаются экологические проблемы.A promising option is that in which the vapor-gas part of the NKF and the liquid part of the VKF obtained after the separation apparatus partially chilled if necessary, mixed again. The resulting “synthetic” oil contains about two or more times more fuel fractions than the original product. In addition, if the density of the initial oil is 950 kg / m 3 (API = 17), then the density of the “synthetic” oil decreases to 850 kg / m 3 (API = 35), and the kinematic viscosity, respectively, from 83 cSt to 6 cSt. As a result of such an operation, the cost of “synthetic” oil increases significantly; it is easier to transport and process. This approach is especially promising for enterprises remote from refineries and producing heavy and viscous oil, such as, for example, in South America, Canada, and in some regions of Russia. In the same way, relatively cheap fuel oil and still cheaper still bottoms, oil sludge can be processed into much more expensive high-potential oil. In this case, environmental problems are solved.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет осуществить промышленную углубленную (при этом происходит увеличение глубины дальнейшей переработки в 1,5-15 раз в зависимости от исходного сырья - тяжелая нефть, мазут и т.д.) и высокорентабельную подготовку и переработку нефти, в том числе тяжелой, остатков нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, нефтешламов, отработанных масел, природных битумов и других жидких и газообразных органических сред с получением тестированных 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. Практически 100 % глубины переработки (считается по выходу легких целевых фракций и продуктов) можно достичь многократной обработкой тяжелых фракций ВКФ с применением блока получения атомарного водорода и/или легких радикалов. При этом могут эффективно перерабатываться и твердые углеводороды. Предлагаемые установка и устройства просты в эксплуатации и не требуют больших капитальных и эксплуатационных затрат.Thus, the present invention allows for industrial in-depth (at the same time there is an increase in the depth of further processing by 1.5-15 times depending on the feedstock - heavy oil, fuel oil, etc.) and highly cost-effective preparation and processing of oil, including heavy, residues of oil refining and petrochemical industries, oil sludge, waste oils, natural bitumen and other liquid and gaseous organic media to produce tested commercial products and can be used in the production of hydrocarbon fuels, petrochemicals, coke, bitumen, etc. Accordingly, the yield of the most valuable and expensive fuel compositions — gasoline, kerosene and diesel fractions, and petrochemical products — is also increasing. Almost 100% processing depth (it is considered by the yield of light target fractions and products) that can be achieved by repeated treatment of heavy fractions of VKF using a unit for producing atomic hydrogen and / or light radicals. In this case, solid hydrocarbons can also be processed efficiently. The proposed installation and devices are easy to operate and do not require large capital and operating costs.
С применением заявляемых способа и установки легко можно построить высокоэффективные новые и модернизировать существующие нефтеперерабатывающие и нефтехимические производства для увеличения глубины переработки и выхода наиболее ценных легких товарных продуктов. Using the proposed method and installation, it is easy to build highly efficient new and modernize existing oil refining and petrochemical industries to increase the depth of processing and yield the most valuable light commercial products.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009112652 | 2009-04-06 | ||
| RU2009112652 | 2009-04-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2010117300A1 true WO2010117300A1 (en) | 2010-10-14 |
Family
ID=42936415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2010/000065 Ceased WO2010117300A1 (en) | 2009-04-06 | 2010-02-15 | Plant and devices for the deep processing of raw hydrocarbons |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2010117300A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2534618C2 (en) * | 2012-09-14 | 2014-11-27 | Владимир Сергеевич Баев | Processing of carbon- and hydrocarbon-bearing stock |
| RU2749262C1 (en) * | 2020-07-21 | 2021-06-07 | Константин Витальевич Фёдоров | Installation for deep processing of fuel oil |
| RU2768668C2 (en) * | 2020-05-26 | 2022-03-24 | Василий Дмитриевич Мушенко | Thermal cracking unit for heavy oil residues |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5055180A (en) * | 1984-04-20 | 1991-10-08 | Electromagnetic Energy Corporation | Method and apparatus for recovering fractions from hydrocarbon materials, facilitating the removal and cleansing of hydrocarbon fluids, insulating storage vessels, and cleansing storage vessels and pipelines |
| RU2115176C1 (en) * | 1997-03-26 | 1998-07-10 | Институт теплофизики СО РАН, Мальцев Леонид Иванович | Cavitation generator |
| RU2164629C1 (en) * | 1999-10-04 | 2001-03-27 | Иванников Владимир Иванович | Method and device for cavitation of liquid flow |
| RU41306U1 (en) * | 2003-11-05 | 2004-10-20 | Золотухин Владимир Андреевич | DEVICE FOR SEPARATION OF OIL AND OTHER HYDROCARBON MEDIA |
| RU2359992C2 (en) * | 2007-06-26 | 2009-06-27 | Владимир Андреевич Золотухин | Preparation method of liquid hydrocarbon raw materials |
-
2010
- 2010-02-15 WO PCT/RU2010/000065 patent/WO2010117300A1/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5055180A (en) * | 1984-04-20 | 1991-10-08 | Electromagnetic Energy Corporation | Method and apparatus for recovering fractions from hydrocarbon materials, facilitating the removal and cleansing of hydrocarbon fluids, insulating storage vessels, and cleansing storage vessels and pipelines |
| RU2115176C1 (en) * | 1997-03-26 | 1998-07-10 | Институт теплофизики СО РАН, Мальцев Леонид Иванович | Cavitation generator |
| RU2164629C1 (en) * | 1999-10-04 | 2001-03-27 | Иванников Владимир Иванович | Method and device for cavitation of liquid flow |
| RU41306U1 (en) * | 2003-11-05 | 2004-10-20 | Золотухин Владимир Андреевич | DEVICE FOR SEPARATION OF OIL AND OTHER HYDROCARBON MEDIA |
| RU2359992C2 (en) * | 2007-06-26 | 2009-06-27 | Владимир Андреевич Золотухин | Preparation method of liquid hydrocarbon raw materials |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2534618C2 (en) * | 2012-09-14 | 2014-11-27 | Владимир Сергеевич Баев | Processing of carbon- and hydrocarbon-bearing stock |
| RU2768668C2 (en) * | 2020-05-26 | 2022-03-24 | Василий Дмитриевич Мушенко | Thermal cracking unit for heavy oil residues |
| RU2749262C1 (en) * | 2020-07-21 | 2021-06-07 | Константин Витальевич Фёдоров | Installation for deep processing of fuel oil |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20160030856A1 (en) | Distillation reactor module | |
| US5914027A (en) | Thermo-mechanical cracking and hydrogenation | |
| RU88670U1 (en) | INSTALLATION AND DEVICES OF DEPTHE PROCESSING OF HYDROCARBON RAW MATERIALS | |
| CN107916128A (en) | Integrated slurries hydrotreating and steam pyrolysis are carried out to crude oil to produce petroleum chemicals | |
| CN101541924A (en) | Process and reactor for upgrading heavy hydrocarbon oils | |
| JP2011505464A (en) | A method to improve the quality of heavy oils with hot pressurized water and ultrasonic generation premixers. | |
| EA018529B1 (en) | System and process for hydrocracking | |
| WO2006067636A2 (en) | Process for cavitational-wave cracking of hydrocarbons in a turbulent flow and apparatus for implementing the process | |
| RU2387697C1 (en) | Method and unit for preparation and fine processing of hydrocarbon stock | |
| RU89854U1 (en) | INSTALLATION OF PREPARATION AND DEEP PROCESSING OF HYDROCARBON RAW MATERIALS | |
| WO2010117300A1 (en) | Plant and devices for the deep processing of raw hydrocarbons | |
| CA2199733C (en) | Thermo-mechanical cracking and hydrogenation | |
| RU114955U1 (en) | INSTALLATION AND DEVICES OF DEPTHE PROCESSING OF HYDROCARBON RAW MATERIALS | |
| RU2376340C1 (en) | Method of crude hydrocarbon preparation for further advanced cracking | |
| JP2017523271A (en) | Hybrid fuel and method for producing hybrid fuel | |
| US20140209508A1 (en) | System and process for thermal cracking and steam cracking | |
| WO2014116270A1 (en) | System and process for hydrocracking and hydrogenation | |
| RU2359992C2 (en) | Preparation method of liquid hydrocarbon raw materials | |
| WO2014116272A1 (en) | System and process for coal liquefaction | |
| RU2375409C1 (en) | Method of hydrocarbons refinery and equipment for it | |
| US20150315478A1 (en) | Systems and methods for field treating heavy or otherwise challenging crude oils | |
| CN215427377U (en) | Pressure-reducing rectifying tower with satellite type tower kettle | |
| RU78793U1 (en) | SCHEME FOR PREPARATION AND IN-DEPTH PROCESSING OF HYDROCARBON RAW MATERIALS | |
| JP2007522321A (en) | Cryogenic thermodynamic decomposition and conversion for heavy oil upgrades | |
| RU2292378C1 (en) | Fuel distillate production process (options) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 10761920 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 10761920 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |