EA011223B1

EA011223B1 - Способ очищения жидких углеводородов и устройство для его осуществления

Info

Publication number: EA011223B1
Application number: EA200800218A
Authority: EA
Inventors: Владимир Николаевич Козаков; Николай Эммануилович Тернюк; Анатолий Тариелович Перадзе; Александр Михайлович Безруков; Елена Владимировна Лелюк
Original assignee: Владимир Николаевич Козаков; Николай Эммануилович Тернюк; Анатолий Тариелович Перадзе; Александр Михайлович Безруков; Елена Владимировна Лелюк
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-02-27
Also published as: UA92723C2; EA200800218A1

Abstract

Изобретение относится к нефтепереработке, а именно к технологии получения малосернистой нефти, нефтепродуктов, топлив (консистентных и жидких углеводородов) и повышения выхода дистиллятных фракций углеводного сырья, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической областях промышленности. Таким образом, заявляемое изобретение представляет собой способ очищения жидких углеводородов от сероорганических соединений, который за счет простоты и эффективности его реализации позволяет увеличить выход дистиллятных фракций углеводного сырья, осуществлять способ с оптимальным количеством стадий кавитационной обработки, позволяет использовать исходное сырье любой степени чистоты и доступные дополнительные компоненты, а также позволяет повысить степень очищения конечных продуктов, обеспечить их высокое качество и обеспечить снижение энергоемкости процесса и повышение экономической эффективности внедрения способа. Кроме того, еще одним объектом изобретения является устройство для очищения жидких углеводородов, преимущественно нефти, нефтепродуктов и топлив от сероорганических соединений, которое благодаря простоте и надежности конструктивного выполнения позволяет эффективно осуществлять процесс очищения жидких углеводородов, позволяет обеспечить снижение энергоемкости процесса и повышение экономической эффективности процесса очищения.

Description

Изобретение относится к нефтепереработке, а именно к технологии получения малосернистой нефти, нефтепродуктов, топлив (консистентных и жидких углеводородов) и повышения выхода дистиллятных фракций углеводного сырья, и может быть использован в нефтеперерабатывающей и нефтехимической областях промышленности.

В настоящее время актуальной является проблема получения высококачественных нефтепродуктов, например композиционных, преимущественно углеводных, автомобильных или энергетических топлив, в том числе с использованием исходных материалов низкого качества, а также проблема уменьшения материальных затрат на технологические процессы, связанных с переработкой и получением высококачественных нефтепродуктов, поскольку их качество влияет на продолжительность эксплуатации большого количества агрегатов. Также актуальной проблемой является увеличение выхода дистиллятных фракций углеводного сырья при осуществлении его обработки, необходимость чего обусловлена стабильным повышением стоимости нефти. Одним из путей решения указанных задач является переработка и производство высококачественных нефтепродуктов с использованием кавитационной обработки.

Кавитация представляет собой процесс образования в жидкости пустот, заполненных газом, паром или их смесью (так называемых кавитационных пузырьков или каверн). Кавитационные пузырьки получаются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже некоторого критического значения, в частности для реальной жидкости это давление приблизительно равняется давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре. Если снижение давления происходит вследствие высоких местных скоростей в потоке двигающейся капельной жидкости, то кавитация называется гидродинамической, а если вследствие прохождения звуковых волн большой интенсивности - акустической. Использование кавитационной обработки направлено на решение таких технических задач, как стерилизация обрабатываемой жидкости, эмульгирование продуктов, которые обычно не смешиваются (например, мазут и вода), разрушение длинных полимерных цепей в нефтепродуктах, переведение их в новое структурное состояние, измельчение (диспергирование) к микронному уровню твердых частиц в жидкости, гомогенизация обрабатываемого продукта, интенсификация химических реакций в десятки и временами даже в тысячи раз и т.д. Известные в настоящее время способы очищения и переработки нефтепродуктов, в частности жидких углеводородов, включают двух и более стадийную кавитационную обработку, которая осуществляется с использованием устройств со сложной конструкцией, которая включает набор кавитационных средств разного типа. Кроме того, чаще всего при осуществлении обработки к исходному сырью прибавляют разные присадки или целевые добавки, что не только повышает материальные затраты на реализацию процесса, но и не всегда позволяет получить конечный продукт необходимого качества. Также исходное сырье, которое поддается кавитационной обработке, часто содержит серные соединения. Очищение нефтепродуктов, в частности углеводородов, от серы - это одна из важнейших и наиболее трудных задач современной нефтепереработки. Используемые устройства для реализации данных задач имеют сложную конструкцию, а также являются крайне дорогими. Кроме того, дополнительных затрат требует обеспечение защиты окружающей среды на надлежащем уровне. Если указанные соединения входят в состав топлива, то при его сгорании происходят загрязняющие выбросы в атмосферу. Это происходит вследствие того, что сера, объединяясь с кислородом, образовывает диоксид серы или сернистый ангидрид. Этот газ растворяется в воде, повышая ее кислотность. Именно этот процесс является одним из самых негативных процессов с точки зрения охраны окружающей среды. Часто для очищения от серы используют разные катализаторы, например соли металлов. Кроме того, используемое для реализации существующих способов очищения от соединений серы оборудование поддается многоразовому влиянию разных агрессивных сред и высоких температур, потому срок его эксплуатации непродолжительный.

Исходя из вышесказанного, актуальной задачей в настоящее время является создание способа переработки нефтепродуктов, в частности жидких углеводородов, который позволит при приемлемых энергозатратах обеспечить возможность очищения углеводородов от вредных примесей, увеличение выхода дистиллятных фракций углеводного сырья, использование исходного сырья любой степени чистоты, а также возможность сокращения использования присадок и целевых добавок. Кроме того, актуальной задачей является также разработка простого и надежного устройства, предназначенного для реализации такого способа.

Известен способ очищения жидких углеводородов, описанный в патенте США № 4597671, который включает обработку углеводородов в устройстве механической кавитации, при осуществлении которой жидкий углеводород смешивают с водой. Способ включает также стадии предварительной механической обработки воды пропусканием ее через коридор высокого давления, подачи обработанной воды на смешивание с жидким углеводородом, после чего полученную смесь подвергают предварительной обработке в устройстве механической кавитации, последующей обработке в устройстве объединенного действия механической кавитации и электромагнитного воздействия и окончательной обработке в устройстве механической кавитации до получения конечного продукта необходимого качества.

Основным недостатком описанного способа является низкий уровень выхода дистиллятных фракций углеводного сырья. Также недостатками описанного способа являются его повышенная сложность, поскольку реализация способа требует сначала предварительной обработки воды, потом, по меньшей

- 1 011223 мере, трехстадийной кавитационной обработки смеси, одна из которых выполняется с использованием дополнительного электромагнитного воздействия. Кроме того, способ требует подачи на обработку исходных компонентов высокого качества.

Известно устройство для обработки сред, описанное в авторском свидетельстве СССР № 1389828, которое включает кавитационное устройство с входом и выходом, а также трубопроводы для транспортирования обрабатываемой жидкости. Кавитационное устройство размещено в корпусе в виде трубы со входными и выходными патрубками, при этом входной патрубок выполнен в виде раздельных вводов для подачи жидкостей, а также содержит цилиндрическую перегородку и конусообразный отражатель потока.

Недостатками описанного устройства является отсутствие вращательного движения обрабатываемой среды по периферии объема корпуса, поэтому кавитационное воздействие осуществляется при проходе жидкости только в одном направлении. При обработке исходного сырья с помощью описанного устройства не удается обеспечить достаточную степень очищения сырья от вредных или нежелательных примесей.

Наиболее близким аналогом изобретения, которое заявляется, является способ очищения жидких углеводородов, преимущественно нефти, нефтепродуктов, топлив от сероорганических соединений, описанный в патенте РФ № 2202406, включающий кавитационную обработку углеводородов, при осуществлении которой жидкий углеводород смешивают с водой. При этом способ осуществляется в две стадии, которые включают начальную обработку смеси, которая осуществляется путем эмульгирования с помощью одного кавитационного средства, и окончательную обработку смеси с помощью другого кавитационного средства. Устройство для реализации описанного способа включает первую емкость с впускным и выпускным отверстиями, кавитационное устройство со входом и выходом, средства для прокачки жидкости, вторую емкость со впускным и выпускным отверстиями и трубопроводы для транспортирования жидкости. При этом кавитационное устройство включает два разных кавитационных средства, одно из которых представляет собой статическое кавитационное устройство, а другое - гидродинамическое многосекционное устройство.

Недостатками описанного способа является конструкционная сложность устройства, предназначенного для реализации способа, что обуславливает повышение материальных и энергетических затрат на очищение жидких углеводородов. Кроме того, при реализации описанного способа не удается достичь необходимого уровня очищения жидких углеводородов от сероорганических соединений и выхода дистиллятных фракций углеводного сырья.

В основу изобретения поставлена задача создать такой способ очищения жидких углеводородов от сероорганических соединений, который за счет простоты и эффективности его реализации позволит увеличить выход дистиллятных фракций углеводного сырья, позволит осуществлять способ с оптимальным количеством стадий кавитационной обработки, позволит использовать исходное сырье любой степени чистоты и доступные дополнительные компоненты, а также позволит повысить степень очищения конечных продуктов, обеспечить их высокое качество и обеспечить снижение энергоемкости процесса и повышение экономической эффективности внедрения способа.

Еще одной задачей изобретения является создание устройства для очищения жидких углеводородов, преимущественно нефти, нефтепродуктов и топлив от сероорганических соединений, которое благодаря простоте и надежности конструктивного выполнения разрешит эффективно осуществлять процесс очищения жидких углеводородов, позволит обеспечить снижение энергоемкости процесса и повышение экономичности эффективности процесса очищения.

Поставленная задача решается тем, что способ очищения жидких углеводородов, преимущественно нефти, нефтепродуктов и топлив от сероорганических соединений, включает кавитационную обработку углеводородов, при этом жидкий углеводород смешивают с водой и адсорбентом-катализатором при соотношении компонентов, мас.%:

углеводное сырье 50-90 адсорбент-катализатор 0,05-1,5 вода остальное, полученную реакционную смесь подвергают кавитационной обработке, по крайней мере, для частичного окисления сероорганических соединений, после чего, по крайней мере, частично очищенный от сероорганических соединений жидкий углеводород отделяют от сероводорода, воды, кубового и твердого остатка. При этом наиболее оптимальными технологическими параметрами реализации кавитационной обработки является осуществление обработки при температуре смеси 60-90°С и давлении до 4 атм. Такая реализация способа позволяет обеспечить необходимую степень очищения исходного сырья от сероорганических соединений, а также значительно увеличить выход дистиллятных фракций углеводного сырья, обеспечить высокое качество конечного продукта. Кроме того, при реализации способа используются доступные дополнительные компоненты, а продукты, которые отделяют в ходе технологического процесса от углеводородов, могут найти применение в промышленности, что существенным образом повышает экономическую эффективность внедрения способа.

- 2 011223

Целесообразным является осуществление кавитационной обработки реакционной смеси путем воздействия на ее среду физическими факторами периодического характера, которые вызывают возникновение в среде реакционной смеси множественных кавитационных явлений. Предпочтительным является изменение частоты воздействия физическими факторами от наинизшей до наивысшей, при этом целесообразной является такая реализация способа, при которой наивысшая частота воздействия физическими факторами по меньшей мере вдвое превышала бы наинизшую частоту воздействия физическими факторами, что обеспечивает наивысшую эффективность процесса. Низкие и высокие частоты кавитационной обработки при этом обеспечиваются конструктивными характеристиками кавитационных средств, которые являются элементами конструкции устройства для осуществления способа. Низкие частоты имеют синусообразный характер изменений давления, а высокие - пилообразный. Предпочтительным является дискретное изменение частоты воздействия физическими факторами. Также возможно плавное изменение частоты воздействия физическими факторами. Таким образом, воздействие на среду реакционной смеси физическими факторами периодического характера с изменением частоты воздействия физическими факторами от наинизшей до наивысшей обеспечивает при наименьших энергозатратах диспергирование среды реакционной смеси до молекулярного уровня, деструктивную гидрогенизацию, гидролиз и гидрогенолиз серосодержащих соединений углеводородов без использования сложного оснащения, источников водорода и катализаторов высокой стоимости. При этом нагревание обрабатываемого сырья до температуры 60-90°С происходит за счет кавитационных эффектов.

Преобладающим также является плавное изменение частоты воздействия физическими факторами с остановками на частотах, при которых окисление сероорганических соединений происходит с повышенной эффективностью. Такими частотами могут быть резонансные частоты, т.е. частоты, кратные собственным частотам распада жидких углеводородов и воды. Такая реализация способа значительно повышает эффективность осуществления процесса, уменьшает энергоемкость процесса, что обуславливает уменьшение материальных затрат при осуществлении очищения жидких углеводородов.

Добавление воды в смесь в процессе кавитационной обработки может осуществляться беспрерывно или порционно, или воду могут прибавлять к смеси несколькими порциями. Вода при осуществлении способа используется в качестве источников ионов водорода и гидроксильных групп ОН. Кроме того, окисление сероорганических соединений, которые являются нежелательными примесями, происходит за счет кислорода, который в основном содержится в воде. Такое осуществление способа позволяет не использовать источник водорода и катализаторы высокой стоимости, что обуславливает экономическую эффективность внедрения способа.

Целесообразным является применение в качестве адсорбента-катализатора монтмориллонита, палигорскита, каолинита, каолиновой глины или их смеси. Использование процесса двухступенчатой кавитационной обработки с разными частотами воздействия физическими факторами на среду реакционной смеси приводит к тому, что на первой ступени естественный адсорбент-катализатор поступает в тонкоизмельченном состоянии, вследствие чего имеет «избыточную» поверхностную энергию. В этих условиях значительная часть поверхности частиц, которые имеют некомпенсированные связи в кристаллической решетке, является способной, кроме физической адсорбции, хемосорбировать сероорганические соединения, которые содержатся в углеводном сырье. Вторая ступень, которая характеризуется большими частотами кавитационной обработки, обеспечивает диспергирование более легких фракций. Такая реализация способа обеспечивает его высокую эффективность и позволяет обеспечить высокий уровень очищения жидких углеводородов.

Вторая поставленная задача решается тем, что разработано устройство для очищения жидких углеводородов, преимущественно нефти, нефтепродуктов и топлив от сероорганических соединений, которое содержит первую емкость с впускным и выпускным отверстиями, кавитационное устройство со входом и выходом, средства для прокачки жидкости, вторую емкость с впускными и выпускными отверстиями и трубопроводы для транспортирования жидкости, при этом вход кавитационного устройства соединен с внутренним объемом первой емкости, а выход кавитационного устройства через средства управления потоком жидкости соединен с входным отверстием первой емкости и с входным отверстием второй емкости. Устройство содержит также дозатор для подачи воды в первую емкость и дозатор для подачи вспомогательных веществ в первую емкость.

Первая емкость, в которую с помощью дозаторов подаются необходимые для осуществления процесса кавитационной обработки вспомогательные вещества и воду, представляет собой окислительный реактор, в котором осуществляется по крайней мере частичное окисление сероорганических соединений. Соединение входа кавитационного устройства с внутренним объемом первой емкости позволяет создать циркуляционный контур, по которому на протяжении осуществления кавитационной обработки циркулирует обрабатываемое сырье. Вторая емкость представляет собой средство для фильтрации и сепарации сырья, которое подвергается кавитационной обработке, т.е. во второй емкости происходит отделение обессеренных нефтепродуктов от воды, кубового и твердого остатка. В качестве средств для прокачки жидкости может быть использован насос.

Целесообразным является выполнение кавитационного устройства в виде кавитационного средства для воздействия на жидкость физическими факторами периодического характера, которые вызывают

- 3 011223 возникновение в среде жидкости множественных кавитационных явлений. При этом кавитационное устройство выполнено с возможностью воздействия на жидкость физическими факторами разной частоты. Такое выполнение устройства обеспечивает благоприятные условия для реализации процессов химических преобразований между компонентами реакционной смеси при наименьших энергозатратах, что обуславливает повышение экономической эффективности процесса очищения.

Целесообразным является выполнение кавитационного устройства в виде нескольких разночастотных кавитационных средств. Воздействие на среду реакционной смеси физическими факторами разной частоты обеспечивает значительную активизацию происходящих химических процессов, что позволяет не использовать при осуществлении способа катализаторов высокой стоимости. При этом и нагревание обрабатываемого сырья до нужной температуры происходит за счет кавитационных эффектов, интенсивность которых регулируется конструктивными параметрами кавитационных средств. Такое выполнение устройства позволяет значительно снизить энергоемкость процесса.

Предпочтительным является выполнение кавитационного устройства в виде двух последовательно установленных разночастотных кавитационных средств. При этом частота воздействия первого кавитационного средства ниже частоты воздействия второго кавитационного средства. Такое выполнение кавитационного устройства позволяет осуществлять наиболее эффективную обработку углеводного сырья, при которой поток обрабатываемого сырья сначала подвергается воздействию физических факторов с частотой, которая может быть резонансной для одних сероорганических соединений или других вредных примесей, при этом частоты такого порядка обеспечиваются конструктивным выполнением первого кавитационного средства. Далее поток обрабатываемого сырья подвергается воздействию физических факторов с частотой, которая является резонансной для других видов сероорганических соединений. В этом случае частоты нужного порядка также обеспечиваются конструктивным выполнением второго кавитационного средства. Таким образом, такое конструктивное выполнение устройства обеспечивает наивысшую степень очищения жидких углеводородов от сероорганических соединений без усложнения конструкции устройства, что в свою очередь повышает его надежность и срок эксплуатации.

Также возможным является выполнение устройства в виде трех разночастотных кавитационных средств, два из которых установлены последовательно, а третье подключено к точке соединения первых двух. При этом производительность первого кавитационного средства в целом равняется суммарной производительности второго и третьего кавитационных средств. Таким образом удается уменьшить количество нужных для достижения желательного качества конечного продукта циклов кавитационной обработки. Такое выполнение устройства позволяет значительно уменьшить потребляемую мощность, а также уменьшить габариты устройства.

Перечень графического материала

Фиг. 1 - общее схематическое изображение устройства для очищения жидких углеводородов, преимущественно нефти, нефтепродуктов и топлив от сероорганических соединений.

Фиг. 2 - схематическое изображение первого варианта осуществления устройства.

Фиг. 3 - схематическое изображение второго варианта осуществления устройства.

На фиг. 1 представлено общее схематическое изображение устройства, которое содержит первую емкость 1 с впускным и выпускным отверстиями, дозатор 2 для подачи воды в первую емкость 1 и дозатор 3 для подачи вспомогательных веществ в первую емкость 1, средства для прокачки жидкости 4, кавитационное устройство 5 со входом и выходом, вторую емкость 6 со впускным и выпускным отверстиями и трубопроводы 7 для транспортирования жидкости.

На фиг. 2 представлено схематическое изображение первого варианта осуществления устройства. Устройство содержит два последовательно установленных разночастотных кавитационных средства 8 и 9.

На фиг. 3 представлено схематическое изображение второго варианта осуществления устройства. Устройство содержит три разночастотных кавитационных средства 10, 11 и 12, два из которых установлены последовательно, а третье подключено к точке соединения первых двух.

Низкочастотные кавитационные средства 8 и 10 имеют частоту в диапазоне 5-8 кГц, а высокочастотные кавитационные средства 9, 11 и 12 - в диапазоне 12-15 кГц. Потребляемая мощность кавитационных средств 8-12 находится в диапазоне 1,5-18,5 кВт/ч, а производительность их находится в диапазоне 6-80 м³/ч.

Указанный способ очищения жидких углеводородов может быть осуществлен таким образом.

Углеводное сырье с содержание сероорганических соединений размещают в первой емкости 1 для кавитационной обработки. Туда же в процессе выполнения кавитационной обработки добавляют воду и адсорбент-катализатор, обеспечивая необходимые пропорции с помощью дозаторов 2 и 3.

Воду добавляют в смесь в процессе кавитационной обработки беспрерывно или порционно, при этом воду добавляют по крайней мере тремя порциями.

Полученную реакционную смесь из первой емкости 1, которая представляет собой окислительный реактор, с помощью средств для прокачивания жидкости 4 прокачивают через кавитационное устройство 5 назад к первой емкости 1 для очищения ее от сероорганических соединений. Если кавитационное устройство 5 представляет собой два последовательно установленных разночастотных средства 8 и 9, то

- 4 011223 реакционную смесь прокачивают через низкочастотное кавитационное средство 8, а потом через высокочастотное кавитационное средство 9. В случае, если кавитационное устройство 5 представляет собой три разночастотных кавитационных средства, два из которых установлены последовательно, а третье подключено к точке соединения первых двух, то реакционную смесь прокачивают сначала через низкочастотное кавитационное средство 10, а потом двумя потоками через высокочастотные кавитационные средства 11 и 12.

В емкости 1 за счет кислорода, который содержится в сырье и воде, происходит силикативное окисление сернистых соединений.

Сероводород, образованный в результате кавитационной обработки, отводят из емкости 1 для очищения известным способом.

После завершения кавитационной обработки углеводное сырье по трубопроводам 7 подается под давлением во вторую емкость 6, где происходит сепарирование - отделение обессеренного жидкого углеводорода от воды, кубового и твердого остатка, после чего все продукты выводят через выпускное отверстие второй емкости 6. Далее воду, которая содержит незначительное количество карбоновых и серной кислот, подают на сепаратор, где происходит разделение воды и твердого осадка. Вода сбрасывается в канализацию (или обеззараживается от вредных примесей), а твердый осадок направляют в качестве наполнителя при приготовлении битумно-полимерных или битумно-резиновых мастик.

Способ иллюстрируется следующими конкретными примерами.

Пример 1.

300 л сырья (слив танкеров), которое содержит 0,98 мас.% серы общей, в том числе 0,22% меркаптановой серы, из первой емкости 1 с помощью средств для прокачки жидкости 4 прокачивают через низкочастотное кавитационное средство 8 (частота - 6 кГц, потребляемая мощность - 18,5 кВт/ч, производительность - 80 м³/ч), а потом через высокочастотное кавитационное средство 9 (частота - 15 кГц, потребляемая мощность - 18,5 кВт/ч, производительность - 80 м³/ч) назад в емкость 1, которая представляет собой окислительный реактор, для очищения сырья от сероорганических соединений. При этом в емкость 1 также добавляют с помощью дозатора 290 л воды (30% на 100% сырья), а с помощью дозатора 3 прибавляют 3,5 кг каолиновой глины. С помощью кавитационных средств 8 и 9 полученную реакционную смесь в замкнутом циркуляционном контуре подвергают действию физических факторов периодического характера. Начальная температура в окислительном реакторе составляет 18°С (1^н _о6р), а конечная 60°С (1^Ко6р).

В процессе кавитационной обработки отбирали пробы углеводного сырья для анализа. Температура процесса контролировалась с помощью термопары, а давление в реакторе - с помощью манометра.

Образованный в результате кавитационной обработки сероводород отбирают из емкости 1. Очищенный от сероорганических соединений жидкий углеводород подают во вторую емкость 6, где происходит отделение обессеренного углеводорода от воды, кубового и твердого остатка. После отделения обрабатываемого углеводорода от сероводорода, воды, кубового и твердого остатков, каждый компонент подвергали испытанию в лаборатории. Результаты испытаний приведенные в табл. 1 и 2.

Таблица 1 Зависимость выхода дистиллятных фракций углеводного сырья (смыв танкеров) от продолжительности обработки (соотношение сырье:вода - 70:30 мас.%)

Показатели	Значения
Исходное сырье	После кавитационной обработки
10 мин.	15 мин	20 мин
Плотность при температуре 20 °С.	856	847	850	840
Содержание общей серы, % мае.	0,98	0,0230	0,0221	0,0217
В том числе меркаптановой серы, мае. %	0,22	0,0009	0,0007	0,0003
Испытание на медной пластинке	не выдерживает	выдерживает
Выход дистиллятных фракций. %	60	88	. ”	1?^

- 5 011223

Таблица 2

Зависимость качества очищенного углеводного сырья (смыв танкеров) от длительности кавитационной обработки

Длительность кавитационно й обработки, мин.	Содержани е обшей серы, %	В том числе содержание меркаптавовой серы, %	Содержание серы, извлеченной за счет выделения сероводорода, о/.	Содержание общей серы, % мае.	Степень извлечения %
В твердой фазе	в кубовом остатке
0	0,9800	0,2200		-	-	-
10	0,0230	0,0009	17,17	50,01	32,82	97,64
15	0,0221	0,0007	16,52	53,11	30,37	97,74
20	0,0217	0,0003	13,01	61,02	25,97	97,79

Пример 2.

300 л сырья (слив танкеров), который содержит 0,98 мас.% серы общей, в том числе 0,22% меркаптановой серы, из первой емкости 1 с помощью средств для прокачки жидкости 4 прокачивают через низкочастотное кавитационное средство 10 (частота - 6 кГц, потребляемая мощность - 18,5 кВт/ч, производительность - 80 м³/ч), а потом двумя потоками через высокочастотные кавитационные средства 11 и 12 (частота - 15 кГц, потребляемая мощность - 7,5 кВт/ч, производительность - 40 м³/ч) назад в емкость 1, которая представляет собой окислительный реактор, для очищения сырья от сероорганических соединений. При этом в емкость 1 также добавляют с помощью дозатора 260 л воды - состав 1, или 90 л - состав 2, или 120 л - состав 3, а с помощью дозатора 3 добавляют 3,5 кг каолиновой глины. С помощью кавитационных средств 10, 11 и 12 полученную реакционную смесь в замкнутом циркуляционном контуре подвергают действию физических факторов периодического характера. Начальная температура в окислительном реакторе составляет 18°С (ΐ^Ηο6ρ), а конечная - 60°С (ί^κο6ρ).

Образованный в результате кавитационной обработки сероводород отбирают из емкости 1. Очищенный от сероорганических соединений жидкий углеводород подают во вторую емкость 6, где происходит отделение обессеренного углеводорода от воды, кубового и твердого остатка. После отделения обрабатываемого углеводорода от сероводорода, воды, кубового и твердого остатков, каждый компонент подвергали испытанию в лаборатории. Результаты испытаний приведены в табл. 3 и 4.

Таблица 3 Зависимость выхода дистиллятных фракций углеводного сырья (смыв танкеров) от соотношения сырье :вода (продолжительность кавитационной обработки 20 мин)

Показатели	Значение
Исходное сырье	соотношение сырье:вода, мае. %
80:20 склад 1	70:30 склад 2	60:40 складЗ
Плотность при температуре 20 °С.	856	853	840	838
Содержание общей серы, % мае.	0,98	0,0235	0,0212	0,02
В том числе меркаптановой серы, мае. %	0,22	0,0006	0,0003	0,0002
Испытание на медной пластинке	не выдерживает	выдерживает
Выход дистиллятных фракций. %	60	85	95	93

- 6 011223

Таблица 4

Зависимость качества очищенного углеводного сырья (смыв танкеров) от содержания воды

Содержание воды (более 100% на сырье), %	Содержани е общей серы, %	В том числе содержание меркаптановой серы» %	Содержание серы, извлеченной за счет выделения сероводород а,%	Содержание общей серы, % мае.	Степень извлечения, %
В твердой фазе	в кубовом остатке
0	0,9800	0,2200	-	-	-	-
10	0,0235	0,0006	13,03	50,32	23,62	97,54
15	0,0212	0,0003	13,02	61,22	25,76	97,81
20	0,0200	0,0002	13,02	59,60	27,38	97,94

Пример 3.

200 л дизельного горючего, которое содержит 0,334 мас.% серы общей, в том числе меркаптановой, из первой емкости 1 с помощью средств для прокачивания жидкости 4 прокачивают через низкочастотное кавитационное средство 10 (частота - 6 кГц, потребляемая мощность - 18,5 кВт/ч, производительность - 80 м³/ч), а потом двумя потоками через высокочастотные кавитационные средства 11 и 12 (частота - 15 кГц, потребляемая мощность - 7,5 кВт/ч, производительность - 40 м³/ч) назад в емкость 1, которая представляет собой окислительный реактор, для очищения сырья от сероорганических соединений. При этом в емкость 1 также добавляют с помощью дозатора 260 л воды, а с помощью дозатора 3 добавляют 2,0 кг монтмориллонита - состав 1, или 2,0 кг палигорскита - состав 2, или 2,5 кг каолинита - состав 3, или 3,0 кг каолиновой глины - состав 4. С помощью кавитационных средств 10, 11 и 12 полученную реакционную смесь в замкнутом циркуляционном контуре подвергают действию физических факторов периодического характера. Начальная температура в окислительном реакторе составляет 18°С (ΐ^Ηο6ρ), а конечная - 60°С (ΐ^κο6ρ).

Образованный в результате кавитационной обработки сероводород отбирают из емкости 1. Очищенное от сероорганических соединений дизельное горючее подают во вторую емкость 6, где происходит отделение обессеренного дизельного горючего от воды, кубового и твердого остатка. После отделения обрабатываемого дизельного горючего от сероводорода, воды, кубового и твердого остатков, каждый компонент подвергали испытанию в лаборатории. Результаты испытаний приведены в табл. 5 и 6.

Таблица 5

Характеристика дизельного горючего после обессеривания (продолжительность обработки 20 мин)

№ п/п	Показатели	Значения
Исходное сырье	Состав 1	Состав 2	Состав 3	Состав 4
1	Плотность при температуре 20°С, кг/м¹³	842	837	837	836	838
2	Температура застывания, °С	-12	-23	-21	-22	-20
	Температура вспышки в закрытом тигле, °С	54	45	45	48	45
4	Массовая часть серы, %	0,279	0,023	0,026	0,027	0,028
5	Массовая часть меркаптановой серы, %	0,011	0,0009	0,0010	0,0010	0,0010
6	Содержание сероводорода	Отсутств.	Отсутств.
7	Испытания на медной пластине	Выдерживает	выдерживает
8	Концентрация фактических смол, мг на 100 см³ топлива	25	1	1	2	3
⁹	Кислотность, мг КОМ на 100 см³ топлива	4	3	3	3	3
10	Содержание механических примесей	Отсутств.	Отсутств.
11	Содержание воды	Отсутств.	Отсутств.
12	Цетановое число	46	58	58	57	57

- 7 011223

Таблица 6

Зависимость качества очищенного дизельного топлива от вида адсорбента-катализатора

Адсорбенткатализатор	Содержание общей серы, мае. %	Степень извлечения, %	В т. ч. содержание меркаптановой серы	Степень извлечения, %
до очищения	после очищения	до очищения	после очищения
Монтмориллонит	0,279	0,022	92,12	0,0110	0,0009	91,82
Палигорксит	0,279	0,026	90,68	0,0110	0,0010	90,91
Каолиновая	0,279	0,028	89,96	0,0110	0,0010	90,91

Приведенные результаты свидетельствуют об эффективности способа очищения жидких углеводородов, преимущественно нефти, нефтепродуктов и топлив от сероорганических соединений, при этом степень обессеривания относительно нефтепродуктов достигает больше 97%, топлив - больше 90%, что на 28-30% выше, чем показатели известных способов. Для способа, который предлагается, характерны высокая эффективность процесса, достижение полноты обессеривания жидких углеводородов; простота технологического оформления процесса; отсутствие сложной аппаратуры, ряда трудоемких технологических операций при его осуществлении; отсутствие необходимости в использовании дорогого и дефицитного водорода; доступность и дешевизна естественных адсорбентов-катализаторов, которые используются в процессе обессеривания; низкая температура процесса (до 80°С) без дополнительных источников нагревания сырья, которое обрабатывается; небольшое давление 0,5-2 атм (до 4 атм). За счет двухступенчатой кавитационной обработки выход дистиллятных фракций увеличивается на 27-35%. Энергоемкость процесса не больше 0,2 кВт/ч на 1 л сырья, которое перерабатывается.

Таким образом, заявляемое изобретение представляет собой способ очищения жидких углеводородов от сероорганических соединений, который за счет простоты и эффективности его реализации позволяет увеличить выход дистиллятных фракций углеводного сырья, осуществлять способ с оптимальным количеством стадий кавитационной обработки, разрешает использовать исходное сырье любой степени чистоты и доступные дополнительные компоненты, а также разрешает повысить степень очищения конечных продуктов, обеспечить их высокое качество и обеспечить снижение энергоемкости процесса и повышение экономической эффективности внедрения способа. Кроме того, еще одним объектом изобретения является устройство для очищения жидких углеводородов, преимущественно нефти, нефтепродуктов и топлив от сероорганических соединений, которое благодаря простоте и надежности конструктивного выполнения позволяет эффективно осуществлять процесс очищения жидких углеводородов, позволяет обеспечить снижение энергоемкости процесса и повышение экономической эффективности процесса очищения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ очищения жидких углеводородов, преимущественно нефти, нефтепродуктов и топлив от сероорганических соединений, в котором осуществляют кавитационную обработку жидких углеводородов, предварительно смешанных с водой, отличающийся тем, что смешанный с водой жидкий углеводород дополнительно смешивают с адсорбентом-катализатором в соотношении компонентов, мас.%:

углеводное сырье 50-90 адсорбент-катализатор 0,05-1,5 вода остальное, и осуществляют кавитационную обработку полученной реакционной смеси, по крайней мере, для частичного окисления сероорганических соединений, после чего, по крайней мере, частично очищенный от сероорганических соединений жидкий углеводород отделяют от сероводорода, воды, кубового и твердого остатков.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кавитационную обработку реакционной смеси осуществляют путем воздействия на ее среду физическими факторами периодического характера, которые вызывают в среде реакционной смеси множественные кавитационные явления.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что частоту воздействия физическими факторами изменяют от наиболее низкой к наиболее высокой.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что наиболее высокая частота воздействия физическими факторами по меньшей мере вдвое превышает наиболее низкую частоту воздействия физическими факторами.
5. Способ по п.3, отличающийся тем, что частоту воздействия физическими факторами изменяют дискретно.
6. Способ по п.3, отличающийся тем, что частоту воздействия физическими факторами изменяют

- 8 011223 плавно.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что частоту воздействия физическими факторами изменяют плавно с остановками на частотах, при которых окисление сероорганических соединений происходит с повышенной эффективностью.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что кавитационную обработку осуществляют при температуре смеси 60-90°С и давлении до 4 атм.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе кавитационной обработки в смесь непрерывно добавляют воду.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе кавитационной обработки в смесь порционно добавляют воду.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что воду добавляют по крайней мере тремя порциями.
12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что в качестве адсорбента-катализатора используют монтмориллонит, палигорскит, каолинит, каолиновую глину или их смесь.
13. Устройство для очищения жидких углеводородов, преимущественно нефти, нефтепродуктов и топлив от сероорганических соединений, которое содержит первую емкость с впускным и выпускным отверстиями, кавитационное устройство с входом и выходом, средства для прокачки жидкости, вторую емкость с впускным и выпускными отверстиями и трубопроводы для транспортирования жидкости, отличающееся тем, что вход кавитационного устройства соединен с внутренним объемом первой емкости, а выход кавитационного устройства через средства управления потоком жидкости соединен с входным отверстием первой емкости и с входным отверстием второй емкости, при этом устройство содержит также дозатор для подачи воды в первую емкость и дозатор для подачи вспомогательных веществ в первую емкость.
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что кавитационное устройство выполнено с возможностью воздействия на жидкость физическими факторами периодического характера, которые вызывают в среде жидкости множественные кавитационные явления.
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что кавитационное устройство выполнено с возможностью воздействия на жидкость физическими факторами разной частоты.
16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что кавитационное устройство выполнено в виде нескольких разночастотных кавитационных средств.
17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что кавитационное устройство выполнено в виде двух последовательно установленных разночастотных кавитационных средств.
18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что частота воздействия первого кавитационного средства ниже частоты воздействия второго кавитационного средства.
19. Устройство по п.16, отличающееся тем, что кавитационное устройство выполнено в виде трех разночастотных кавитационных средств, два из которых установлены последовательно, а третье подключено к точке соединения первых двух.
20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что производительность первого кавитационного средства в целом равняется суммарной производительности второго и третьего кавитационных средств.