EA027224B1

EA027224B1 - Способ и устройство для обеспыливания парогазовой смеси

Info

Publication number: EA027224B1
Application number: EA201490612A
Authority: EA
Inventors: Герман Зигер; Кристиан Биндер; Никола Анастасиевич; Андреас Орт
Original assignee: Энефит Оутотек Текнолоджи Ою
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2017-07-31
Also published as: US9221062B2; IL231615B; WO2013057009A1; RS54065B1; CN103889581B; AU2012325114A1; CA2849047C; CN103889581A; AU2012325114B2; US20140290480A1; EA201490612A1; BR112014009206B1; BR112014009206A2; MA35714B1; EP2583753B1; CA2849047A1; JO3074B1; IL231615A0; EP2583753A1; JO3047B1

Abstract

В способе обеспыливания содержащей пыль парогазовой смеси (ПГС), полученной посредством пиролиза материала, содержащего углеводороды, в частности битуминозного сланца, содержащую пыль ПГС обрабатывают в сухом электрофильтре при температуре от 380 до 480°С, чтобы отделить пыль от ПГС.

Description

Настоящее изобретение направлено на способ и устройство для обеспыливания содержащей пыль парогазовой смеси, полученной пиролизом предпочтительно твердого материала, содержащего углеводороды, в частности битуминозного сланца.

Для того чтобы получить нефть из битуминозного сланца, битуминозный сланец непосредственно нагревают горячим теплоносителем (шлаком) до температуры примерно 500°С во вращающейся печи. При этом нефть испаряется из битуминозного сланца, образуя так называемую парогазовую смесь (ПГС). Затем парогазовую смесь (газ, содержащий также тонкодисперсные частицы) резко охлаждают в блоке конденсации, чтобы выделить нефть. Эта нефть содержит порошкообразный материал (мелкие частицы), который очень трудно отделить от нефти и который препятствует последующему повышению ее качества, например, из-за дезактивации катализатора. Традиционно такое разделение проводили с использованием скруббера. Частицы пыли, собранные каплями, полученными в скруббере, можно обнаружить в охлажденной нефти в нижней части скруббера. Если используют скруббер Вентури, происходит значительная потеря давления, которая требует соответствующих высоких давлений во вращающейся печи, что повышает стоимость оборудования. Кроме того, тяжелую нефть, содержащую пыль, рециркулируют в зону пиролиза, и, таким образом, ее нельзя непосредственно использовать в качестве продукта. Удаление мелких частиц пыли из нефти является очень дорогостоящей процедурой и представляет собой техническую проблему, которая еще не решена полностью.

Согласно патенту И8 4548702 А исходный битуминозный сланец подают в реторту с заданной поверхностью, после чего подают твердый теплоноситель при температуре от 1000 до 1400°С. Отобранный поток продукта частично обеспыливают в циклоне или на фильтре. Далее пыль удаляют в ректификационной колонне, скруббере или в башенном охладителе. Затем часть нефти направляют в установку гидроочистки, с последующей подачей катализатора и применяемого для гидроочистки газа. Пыль, удаленную из этой части нефти, и водный поток отстоя, содержащего пыль, используют совместно с подвергнутым перегонке сланцем в качестве топлива, для нагревания теплоносителя и для перегонки сырой нефти.

Из документа ΌΕ 19611119 С2 известен способ очистки горячих отходящих газов, содержащих пыль и гудрон, полученных при производстве карбида кальция в дуговой печи, который включает обеспыливание отходящего газа при 200-900°С с применением керамического фильтра и последующее удаление гудрона при 50-200°С с применением газового скруббера или электрофильтра. При таких температурах можно предположить существенную конденсацию более тяжелых фракций нефти, так что этот способ непригоден для обеспыливания ПГС.

Целью настоящего изобретения является обеспечение более эффективного получения нефти из битуминозного сланца или подобного источника. В частности, следует оптимизировать удаление пыли из парогазовой смеси, полученной посредством пиролиза.

Согласно настоящему изобретению обеспечен способ, включающий признаки, указанные в п.1 формулы изобретения, в котором содержащую пыль парогазовую смесь обрабатывают в электрофильтре (ЭФ) при температуре от 380 до 480°С, чтобы отделить пыль от парогазовой смеси. Электрофильтр работает в сухом состоянии при температуре выше температуры конденсации нефти, так что пыль отделяют без какой-либо конденсации нефти. Это существенно снижает загрязнение продукта (пиролизной нефти). Это особенно важно для последующего повышения качества нефти, которое требует нефти, имеющей очень низкое содержание пыли.

Электрофильтр (ЭФ) представляет собой устройство для сбора порошкообразного материала, которое удаляет частицы из ПГС с использованием действия индуцированного электростатического заряда. Таким образом, он является высокоэффективным фильтрующим устройством, которое минимально препятствует потоку газов через фильтр и легко может удалять мелкие частицы пыли из ПГС. Для осуществления настоящего изобретения электрофильтр может представлять собой трубчатый, пластинчатый или камерный пылеуловитель; при этом предпочтительным является трубчатый пылеуловитель.

Следует отметить, что вместо битуминозного сланца в способе по настоящему изобретению можно использовать другие содержащие углеводороды материалы, например, нефтеносный песок, биомассу, пластики, нефтяные отходы, отработанное масло, материалы, содержащие животный жир, или материалы, содержащие растительное масло, если посредством пиролиза указанных материалов можно получить парогазовую смесь, содержащую нефть. Предпочтительно содержащий углеводороды материал содержит от 8 до 80 мас.% углеводородов.

В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения парогазовая смесь содержит от 40 до 90 мас.% углеводородов С₅+, от 4,5 до 40 мас.% углеводородов С_4-, от 0,01 до 30 мас.% неконденсирующихся фракций (т.е. таких газов, как Н₂, Ν₂, И₂§, §О₂, N0 и т.д.) и от 5 до 30 мас.% воды. Предпочтительно состав парогазовой смеси является следующим: от 55 до 85 мас.% углеводородов С₅+, от 7 до 25 мас.% углеводородов С_4-, от 0,1 до 15 мас.% неконденсирующихся фракций и от 7 до 20 мас.% воды; более предпочтительно состав парогазовой смеси является следующим: от 60 до 80 мас.% углеводородов С₅+, от 13 до 22 мас.% углеводородов С_4-, от 0,3 до 10 мас.% неконденсирующихся фракций и от 7 до 15 мас.% воды.

- 1 027224

Содержание пыли в содержащей пыль парогазовой смеси предпочтительно составляет от 3 до 300 г/м³ (н.у.), более предпочтительно от 20 до 150 г/м³ (н.у.).

Для того чтобы повысить отделение пыли, обеспечивают по меньшей мере два последовательных электрофильтра, в которых содержащую пыль парогазовую смесь обрабатывают при температуре от 380 до 480°С.

Так как конденсация нефти, по существу, предотвращена, пыль, отделенную в электрофильтре, можно механически удалить, постукивая по пылеуловителю или приводя его в колебания.

В настоящем изобретении парогазовую смесь охлаждают до температуры от 310 до 360°С после обработки в электрофильтре. Таким образом от ПГС посредством конденсации можно отделить поток сверхтяжелой нефти, которая имеет содержание зольного остатка менее 80 частей на млн (ч./млн), и которую можно использовать в качестве рециркуляционного потока или в качестве продукта. Если ПГС охлаждают до комнатной температуры (приблизительно 23 °С), то можно сконденсировать все нефтяные фракции пиролизной нефти.

Охлаждение предпочтительно осуществляют путем косвенного охлаждения воздухом или водой или путем введения дополнительной нефти (прямое охлаждение).

В наиболее предпочтительном воплощении настоящего изобретения после стадии охлаждения ПГС обрабатывают в мокром электрофильтре при температуре, определяемой охладителем, т.е. от 310 до 360°С, или при другой температуре, пригодной для отделения требуемой фракции нефти. В мокром электрофильтре от ПГС можно отделить дополнительные порции тяжелой нефти или другой фракции нефти и рециркулировать их или использовать в качестве продукта.

После удаления пыли в электрофильтре очищенную ПГС обрабатывают в средствах ректификации, чтобы отделить различные требуемые фракции нефти. В предпочтительном воплощении очищенную ПГС направляют по меньшей мере в один дополнительный электрофильтр, где ее обрабатывают при температуре, пригодной для отделения требуемой фракции нефти. Можно последовательно обеспечить несколько электрофильтров, работающих при различных температурах, чтобы получить требуемые фракции нефти, исходя из их температур конденсации.

Таким образом, получают различные продукты - фракции нефти с низким содержанием пыли, в которых содержание пыли составляет менее 30 ч./млн.

Данное изобретение также направлено на устройство для обеспыливания парогазовой смеси, полученной посредством пиролиза материала, содержащего от 8 до 80 мас.% углеводородов, в частности, битуминозного сланца, которое пригодно для осуществления описанного выше способа. Это устройство включает по меньшей мере один электрофильтр, работающий при 380-480°С.

Предпочтительно после электрофильтра по ходу технологического потока обеспечен охладитель. В дополнительном воплощении после охладителя по ходу технологического потока можно обеспечить мокрый электрофильтр.

После сухого и/или мокрого электрофильтра по ходу технологического потока можно обеспечить соответствующие средства ректификации для отделения различных фракций нефти.

В предпочтительном воплощении средства ректификации включают один или более электрофильтров, каждый в сочетании с охладителем для регулирования температуры ПГС, поступающей в соответствующий фильтр, до величины, подходящей для отделения (конденсации) требуемой фракции нефти.

Теперь данное изобретение будет описано более подробно на основе предпочтительных воплощений и чертежей.

На чертежах:

фиг. 1 представляет собой схематическое изображение устройства согласно первому воплощению настоящего изобретения;

фиг. 2 представляет собой схематическое изображение устройства согласно второму воплощению настоящего изобретения;

фиг. 3 представляет собой схематическое изображение устройства согласно третьему воплощению настоящего изобретения.

В первом воплощении настоящего изобретения, как показано на фиг. 1, на котором представлена основная концепция данного изобретения, ПГС, полученную пиролизом битуминозного сланца или любого другого подходящего материала и имеющую содержание пыли от 3 до 300 г/м³ (н.у.), вводят в горячий электрофильтр 1, работающий при температуре от 380 до 480°С. В электрофильтре пыль отделяют от паров нефти и осаждают на стенках трубки, откуда ее можно удалить поколачиванием/встряхиванием.

Затем очищенные (обеспыленные) пары нефти направляют в средства 2 ректификации, например, в стандартную ректификационную колонну, для разделения различных продуктов - фракций нефти на основе их температур конденсации. Фракции нефти, которые можно получить с помощью стандартных процессов, имеют содержание пыли менее 30 ч./млн.

В несколько более подробном воплощении, изображенном на фиг. 2, ПГС, полученная посредством пиролиза битуминозного сланца во вращающейся печи 3 или в любом другом подходящем устройстве для пиролиза, поступает в первый электрофильтр 4.1. Как показано на фиг. 2, последовательно обеспече- 2 027224 ны два электрофильтра 4.1 и 4.2, через которые последовательно пропускают ПГС. Оба электрофильтра 4.1 и 4.2 работают как сухие фильтры при температуре от 380 до 480°С, предпочтительно от 400 до 460°С, которая в основном соответствует выходной температуре вращающейся печи 3 и значительно выше, чем температура конденсации нефти, так что можно избежать конденсации даже тяжелых фракций нефти. Температуру электрофильтров 4.1 и 4.2 поддерживают с помощью соответствующих сетевых электронагревателей 5.1 и 5.2, или любого другого подходящего нагревательного устройства. С помощью электродов 6.1 и 6.2 обеспечивают подходящее напряжение, например, от 5 до 120 кВ, предпочтительно от 10 до 30 кВ, чтобы отделить пыль, которую отводят по линиям 7.

После электрофильтров 4 обеспечен охладитель 8, чтобы охладить обеспыленную ПГС до температуры, близкой к температуре окружающей среды, в частности приблизительно 23°С, перед тем, как ПГС поступает в мокрый электрофильтр 9, также работающий при этой температуре. Мокрый электрофильтр работает при температуре ниже температуры конденсации углеводородов, содержащихся в этом газе. По мере охлаждения ПГС образуются небольшие капли конденсата, которые диспергируются в виде аэрозоля в газовом потоке. Основная часть капель конденсата собирается на поверхности охладителя, а капли, оставшиеся в потоке газа, которые являются достаточно маленькими, проходят через охладитель. После того, как им сообщают электрический заряд с помощью электрода, их отделяют на противоэлектроде. Таким образом, мокрый электрофильтр осаждает из газа все мокрые/сконденсированные компоненты. В мокром электрофильтре 9 отделяют образованные частицы аэрозоля нефти, так что нефть можно отвести по линии 10. Поскольку в охладителе 8 уже происходит некоторая конденсация сверхтяжелых фракций нефти, этот конденсат также можно отобрать и объединить с пиролизной нефтью, отобранной из мокрого электрофильтра 9.

В воплощении, изображенном на фиг. 3, обеспечен дополнительный охладитель 11 между двумя электрофильтрами 4.1 и 4.2.

В первом электрофильтре 4.1 пыль отделяют и отводят. Как и во втором воплощении, электрофильтр 4.1 работает при температуре от 380 до 480°С, предпочтительно от 400 до 460°С. Затем ПГС поступает в охладитель 11, в котором ее охлаждают, предпочтительно косвенно, воздухом до температуры от 310 до 360°С. Сверхтяжелые фракции нефти можно сконденсировать и отвести по линии 12. В этом воплощении второй электрофильтр 4.2 работает как мокрый электрофильтр, при более низкой температуре, от 310 до 360°С, в основном соответствующей выходной температуре охладителя 11.

После второго электрофильтра 4.2 обеспечен дополнительный охладитель 8, предпочтительно косвенно охлаждаемый водой, который охлаждает ПГС до температуры окружающей среды, предпочтительно приблизительно 23°С, перед тем, как ее вводят в мокрый электрофильтр 9, в котором пиролизную нефть отделяют, и ее можно отобрать как продукт или для дальнейшей переработки. Отходящий газ выпускают по линии 13.

Теперь данное изобретение будет дополнительно разъяснено с помощью примеров, основанных на исследовательских установках согласно фиг. 2 и 3 соответственно.

Пример 1 (на основе фиг. 2).

Таблица 1

Парогазовая смесь

ПГС при 430°С перед обеспыливанием. Состав ПГС перед электрофильтром (4).

н₂	3,4	г/ч
Метан	16	г/ч
СО	28	г/ч
СО₂	7	г/ч
Этилен + этан	19	г/ч
Пропилен + пропан	16	г/ч
НС4-НС6	30	г/ч
Вода	220	г/ч
Пиролизная нефть, способная конденсироваться при 23°С	550	г/ч
Содержание пыли	примерно 52	г/ч

ПГС получают посредством пиролиза битуминозного сланца типа I. Массовый расход основных компонентов ПГС приведен в табл. 1. Поток ПГС поступает при 430°С в два последовательных электрофильтра 4.1 и 4.2 трубчатого типа. Размеры трубок обоих электрофильтров составляют 060,3x2,9 мм; материал представляет собой нержавеющую сталь. Обе трубки электрически заземлены. Напряжение, приложенное к электродам 6.1 и 6.2, регулируют между 5 и 20 кВ. Трубки электрофильтров нагревают снаружи с помощью сетевых электронагревателей 5.1 и 5.2, соответственно, а температуру стенки поддерживают равной 430°С. Каждые 15 мин электрофильтры очищают посредством механического постукивания, и отделенную пыль собирают в стеклянную бутылку. Количество собранной в ходе проведения

- 3 027224 испытания пыли составило 52 г/ч. После того, как ПГС была очищена от пыли с помощью двух электрофильтров, ее охлаждали с помощью косвенного охлаждения водой (охладитель 8) до 23 °С, и оставшийся нефтяной туман отделяли от газового потока посредством мокрого электрофильтра (9). Поток пиролизной нефти с расходом 550 г/ч собирали в стеклянную бутылку. Измеряли содержание пыли в нефти, которое составило 30 ч./млн (что эквивалентно 0,003 мас.%).

Пример 2 (на основе фиг. 3).

Таблица 2

Парогазовая смесь

н₂	2,3	г/ч
Метан	16	г/ч
СО	7	г/ч
С0₂	40	г/ч
Этилен + этан	21	г/ч
Пропилен + пропан	19	г/ч
НС4-НС6	21	г/ч
Вода	205	г/ч
Пиролизная нефть, способная конденсироваться при 23°С	440	г/ч
Содержание пыли	примерно 37	г/ч

Парогазовую смесь получают посредством пиролиза битуминозного сланца типа II. Состав ПГС приведен в табл. 2. Поток ПГС поступает в первый электрофильтр 4.1 трубчатого типа при 430°С. Напряжение, приложенное к электродам, регулируют между 5 и 30 кВ. Трубку первого электрофильтра 4.1 нагревают снаружи с помощью сетевого электронагревателя 5.1, а температуру стенки поддерживают равной 430°С. Каждые 15 мин электрофильтр 4.1 очищают посредством механического постукивания, и отделенную пыль собирают в стеклянную бутылку. Количество собранной в ходе проведения испытания пыли составило 37 г/ч.

После первого электрофильтра 4.1 ПГС охлаждают с помощью косвенного воздушного охладителя 11 до температуры 315°С. Затем ПГС поступает во второй электрофильтр 4.2. Трубку второго электрофильтра 4.2 нагревают снаружи сетевым электронагревателем 5.2, а температуру стенки поддерживают равной 315°С. Нефтяной туман и оставшуюся пыль, которая не была собрана первым электрофильтром 4.1, разделяют во втором электрофильтре 4.2. Второй электрофильтр работает как мокрый электрофильтр. Часть нефти вместе с оставшейся пылью стекает вниз по трубке электрофильтра и ее собирают в стеклянную бутылку. Для второго электрофильтра 4.2 не требуется механического постукивания. Из электрофильтра 4.2 отбирали сверхтяжелую фракцию пиролизной нефти в количестве 30 г/ч (7 мас.% от общего количества собранной нефти), с содержанием пыли 100 ч./млн. После второго электрофильтра 4.2 ПГС охлаждают посредством косвенного охлаждения (8) водой до 23°С, и от оставшегося потока газа окончательно отделяют нефтяной туман с помощью мокрого электрофильтра 9, работающего при 23°С. Поток пиролизной нефти с расходом 410 г/ч (93 мас.% от общего количества собранной нефти) собирают в стеклянную бутылку. Измеряли содержание пыли в этом потоке нефти, которое составляет менее 10 ч./млн (менее 0,001 мас.%).

Номера позиций на чертежах:

- электрофильтр;

- средства ректификации;

- вращающаяся печь;

- электрофильтр;

- сетевой электронагреватель;

- электроды;

- линия;

- охладитель;

- мокрый электрофильтр;

- линия;

- охладитель;

- линия;

ЭФ - электрофильтр;

ПГС - парогазовая смесь.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения обеспыленных фракций нефти из парогазовой смеси (ПГС), полученной посредством пиролиза материала, содержащего углеводороды, в частности битуминозного сланца, в котором содержащую пыль ПГС обрабатывают в сухом электрофильтре при температуре от 380 до 480°С, чтобы отделить пыль от ПГС, а после отделения пыли в электрофильтре ПГС охлаждают и направляют по меньшей мере в один дополнительный электрофильтр, в котором ее обрабатывают при температуре, пригодной для отделения требуемой фракции нефти.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ПГС получают посредством пиролиза материала, содержащего от 8 до 80 мас.% углеводородов.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что ПГС содержит 40-90 мас.% углеводородов С₅₊, 4,540 мас.% углеводородов С4., 0,01-30 мас.% неконденсирующихся фракций и 2-30 мас.% воды.
4. Способ по любому из предшествующих пп.1-3, отличающийся тем, что содержание пыли в содержащей пыль ПГС составляет от 3 до 300 г/м³ (н.у.).
5. Способ по любому из предшествующих пп.1-4, отличающийся тем, что обеспечены по меньшей мере два последовательных электрофильтра, в которых ПГС обрабатывают при температуре от 380 до 480°С.
6. Способ по любому из предшествующих пп.1-5, отличающийся тем, что после обработки в электрофильтре ПГС охлаждают до температуры от 310 до 360°С.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что ПГС охлаждают посредством косвенного охлаждения или путем введения дополнительной нефти.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что после стадии охлаждения ПГС обрабатывают в мокром электрофильтре при температуре от 310 до 360°С.
9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что на стадии охлаждения и/или в мокром электрофильтре фракцию тяжелой нефти отделяют от ПГС.
10. Устройство для получения обеспыленных фракций нефти из парогазовой смеси, полученной посредством пиролиза материала, содержащего углеводороды, в частности, для осуществления способа по любому из предшествующих пп.1-9, включающее сухой электрофильтр (1), работающий при температуре от 380 до 480°С, и охладитель (8, 11), обеспеченный после электрофильтра по ходу технологического потока, отличающееся тем, что после электрофильтра (1) по ходу технологического потока обеспечены средства (2) ректификации, причем средства (2) ректификации включают один или более электрофильтров, каждый в сочетании с охладителем для регулирования температуры ПГС, поступающей в соответствующий электрофильтр.
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что после охладителя (11, 8) по ходу технологического потока обеспечен мокрый электрофильтр (4.2, 9).