ITMI20002095A1

ITMI20002095A1 - Processo e apparecchiatura per la distillazione frazionata di petrolio grezzo.

Info

Publication number: ITMI20002095A1
Application number: IT2000MI002095A
Authority: IT
Inventors: Giuseppina Cerea
Original assignee: Vomm Chemipharma Srl
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2002-03-27
Also published as: EP1326945A1; US7204928B2; EP1326945B1; WO2002026915A1; ATE324420T1; ES2263670T3; AU2002213951A1; IT1318933B1; DE60119146T2; US20040011707A1; DE60119146D1; ITMI20002095A0

Description

Domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"Processo e apparecchiatura per la distillazione frazionata di petrolio grezzo"

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione riguarda, in generale, il settore tecnico deH’industria petrolchimica.

In particolare, l’invenzione riguarda un processo ed un'apparecchiatura per la distillazione del petrolio grezzo.

Arte nota

E' noto che per ottenere dal petrolio grezzo prodotti adatti ad essere usati come combustibili, materie prime per l'industria chimica, lubrificanti ecc., è necessario procedere a diverse fasi di lavorazione, delle quali la prima è obbligatoriamente la distillazione frazionata del petrolio grezzo. Ad essa potranno poi seguire altre fasi che conducono ad un'ulteriore purificazione dei vari prodotti ottenuti dalla distillazione, ad un loro miglioramento qualitativo o comunque ad una loro modifica; fra tali fasi si possono ricordare il reforming e il cracking.

La distillazione frazionata del petrolio grezzo viene effettuata all'interno di colonne di grandi dimensioni, munite di piatti forati o a campanelle, alimentando su un piatto situato ad altezza intermedia il petrolio grezzo previamente desalinizzato e riscaldato in un forno ad una temperatura di 310-400°C. A tale temperatura il petrolio grezzo é una miscela di vapore e di liquido. I componenti bassobollenti in fase vapore risalgono attraverso i piatti superiori della colonna mentre quelli altobollenti scendono attraverso i piatti inferiori verso il fondo della colonna.

Non essendo necessario spiegare in dettaglio il funzionamento della colonna di frazionamento, in quanto ben noto a tutti i tecnici del settore, si concentrerà l'attenzione su ciò che avviene in corrispondenza del fondo della colonna.

Come è noto, dal fondo della colonna viene insufflato vapore per realizzare uno strippaggio dei componenti leggeri ancora presenti nel liquido in discesa verso il fondo colonna, allo scopo di aumentare la resa in componenti bassobollenti della distillazione frazionata.

Tuttavia il liquido che si raccoglie in fondo alla colonna diviene, con il procedere della distillazione, sempre più denso e viscoso fino a diventare una vera e propria pece. Per tale motivo il processo di distillazione deve essere periodicamente arrestato per consentire la rimozione del residuo accumulatosi sul fondo e la pulitura del fondo colonna.

L'arresto del processo di raffinazione determina ovviamente un considerevole calo di produttività.

Inoltre il residuo viscoso accumulato contiene intrappolati al suo interno considerevoli quantitativi di componenti bassobollenti pregiati, che non possono essere strippati mediante la consueta insufflazione di vapore.

II problema alla base della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un processo ed un'apparecchiatura che consentano di superare gli inconvenienti messi in evidenza con riferimento ai processi di raffinazione del petrolio grezzo della tecnica nota.

Sommario dell'invenzione

L'idea di soluzione per il problema sopra delineato è stata quella di realizzare il contatto più intimo possibile fra il grezzo da distillare ed il vapore acqueo di strippaggio al fine di aumentare la resa in componenti leggeri e ridurre al minimo la necessità di arrestare periodicamente il processo di distillazione per effettuare la rimozione dei residui dal fondo colonna.

Il problema tecnico più sopra esposto è stato risolto mediante un processo che comprende le fasi di:

mettere a disposizione un turbomiscelatore comprendente un corpo tubolare cilindrico munito di una camicia riscaldante, di almeno un'apertura di ingresso e almeno un'apertura di uscita e di un rotore munito di pale con orientamento elicoidale girevolmente supportato al suo interno,

alimentare un flusso continuo di petrolio grezzo previamente desalinizzato e riscaldato a 310-400°C in detto turbomiscelatore, la cui parete è riscaldata ad una temperatura pari a quella del petrolio grezzo in ingresso,

alimentare in equicorrente a detto flusso di petrolio grezzo un flusso continuo di vapor acqueo,

- sottoporre detti flussi all'azione meccanica di detto rotore palettate) posto in rotazione ad una velocità periferica di almeno 15 m/s, con conseguente miscelazione intima dei due flussi, loro centrifugazione contro detta parete riscaldata in modo da formare uno strato tubolare sottile turbolento, e loro trasporto verso detta almeno un'apertura di uscita,

scaricare in continuo detti flussi intimamente miscelati ed alimentarli ad una colonna per distillazione frazionata, in corrispondenza di una prefissata altezza, con formazione di un flusso ascendente di vapore ed un flusso discendente di liquido.

Vantaggiosamente, il flusso discendente di liquido viene scaricato in continuo dal fondo di detta colonna ed alimentato in continuo al turbomiscelatore in equicorrente al flusso di petrolio grezzo.

La velocità di rotazione del rotore palettato è preferibilmente compresa fra 15 e 40 m/s.

Secondo una modalità di attuazione alternativa della presente invenzione, il turbomiscelatore può essere utilizzato esclusivamente per ottenere una miscelazione intima fra vapore acqueo e flusso discendente di liquido in uscita dal fondo della colonna di distillazione, alimentando il petrolio grezzo direttamente alla colonna di distillazione.

In questo caso il metodo secondo la presente invenzione comprende le fasi di:

mettere a disposizione una colonna per distillazione frazionata,

alimentare un flusso continuo di petrolio grezzo previamente desalinizzato e riscaldato a 310-400°C ad una prefissata altezza di detta colonna, con formazione di un flusso ascendente di vapore ed un flusso discendente di liquido,

- scaricare in continuo detto flusso discendente di liquido dal fondo di detta colonna ed alimentarlo in continuo a detto turbomiscelatore, la cui parete interna è riscaldata a 310-400°C, in equicorrente ad un flusso continuo di vapore acqueo,

sottoporre detti flussi all'azione meccanica di detto rotore palettato posto in rotazione ad una velocità periferica di almeno 15 m/s, con conseguente miscelazione intima dei due flussi, loro centrifugazione contro detta parete riscaldata in modo da formare uno strato tubolare sottile turbolento dinamico, e loro trasporto verso detta almeno un'apertura di uscita,

scaricare in continuo detti flussi intimamente miscelati ed alimentarli in continuo a detta colonna per distillazione frazionata, in corrispondenza di detta prefissata altezza.

Si è riscontrato sperimentalmente che tramite la miscelazione intima fra petrolio grezzo e vapor acqueo realizzata nel turbomiscelatore del metodo secondo l'invenzione si ottiene una maggior efficacia di distillazione con abbassamento della temperatura di gestione. Tale abbassamento della temperatura consente inoltre di minimizzare le indesiderate reazioni di cracking.

L'immediato intimo contatto fra petrolio e vapor acqueo consente di separare più efficacemente e più velocemente i componenti volatili, migliorando la resa della distillazione e diminuendo l'entità del riciclo richiesto per ottenere un appropriato frazionamento.

Inoltre la fase di riciclare nel turbomiscelatore la fase liquida che si raccoglie nel fondo colonna permette di liberare al massimo grado i componenti bassobollenti che nei processi convenzionali di distillazione rimangono imprigionati nei residui di fondo colonna.

Un importante vantaggio del processo secondo la presente invenzione è costituito dal fatto che esso consente di evitare o, nel peggiore dei casi, minimizzare la formazione di residui viscosi e densi in fondo alla colonna, mediante il continuo riciclo del liquido di fondo colonna al turbomiscelatore.

Quest'ultima apparecchiatura è di per sé praticamente autopulente, grazie all'energica azione meccanica delle pale del rotore che sfiorano a velocità elevata la parete interna del corpo cilindrico del turbomiscelatore e così facendo la mantengono costantemente pulita.

In tal modo viene eliminata o quanto meno fortemente ridotta la necessità di procedere alla pulizia periodica del fondo colonna, che, come si è visto, provoca un considerevole calo di produttività dell'impianto complessivo di raffinazione.

Ulteriori vantaggi del processo secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di una sua modalità di attuazione, fornita qui di seguito a titolo illustrativo e non limitativo, con riferimento al disegno qui allegato, che illustra in maniera schematica un'apparecchiatura per l'esecuzione del presente processo.

Facendo riferimento a tale disegno, l'apparecchiatura utilizzata per il processo secondo l'invenzione è del tipo comunemente denominato "turbomiscelatore" (prodotto ad esempio dalla ditta VOMM Impianti e Processi di Rozzano (MI) e comprende essenzialmente un corpo 1 tubolare cilindrico chiuso alle contrapposte estremità da fondi 2, 3 e munito di una camicia 4 riscaldante coassiale destinata ad essere percorsa da un fluido, ad es. olio diatermico.

II corpo 1 tubolare presenta un'apertura 5 di ingresso per il petrolio grezzo e per il vapor acqueo e un'apertura 6 di uscita per il flusso di miscela petrolio grezzo /vapore, che comunica attraverso un condotto 7 con una colonna 8 per distillazione frazionata.

All'intemo del corpo 1 tubolare è girevolmente supportato un rotore 9 palettato. Le pale 10 di questo rotore sono disposte elicoidalmente ed orientate in modo tale da centrifugare e simultaneamente trasportare verso l'uscita i flussi sottoposti a trattamento. Un motore 13 provvede a far ruotare il rotore 9 a velocità periferica compresa fra 15 e 40 m/s, preferibilmente 20-30 m/s.

Per motivi tecnici contingenti il turbomiscelatore può ovviamente presentare più di un'apertura di ingresso.

La colonna 8 è rappresentata in maniera assolutamente schematica, essendo una colonna di tipo convenzionale. Questa colonna comunica, come si è visto, con il turbomiscelatore 1 tramite il condotto 7, che si estende a partire dall'apertura 6 di uscita del turbomiscelatore fino ad un'apertura (11) situata ad una predeterminata altezza nella colonna 8. La colonna 8 comunica inoltre con il turbomiscelatore 1 anche tramite un condotto (12) che parte da un'apertura (13) situata sul fondo della colonna 8 per giungere al turbomiscelatore 1 attraverso l'apertura 5 di ingresso.

Mediante l'utilizzo di tale apparecchiatura il processo secondo la presente invenzione viene condotto come segue.

Un flusso di petrolio grezzo, che è stato preventivamente desalinizzato e riscaldato in forno a circa 310-400°C, viene alimentato in continuo nel turbomiscelatore 1 attraverso l’apertura 5 di ingresso. Contemporaneamente ed in equicorrente con tale flusso di petrolio grezzo viene alimentato nel turbomiscelatore 1, attraverso l'apertura 5 di ingresso, un flusso continuo di vapor acqueo. Sia la fase liquida sia la fase vapore che costituiscono il flusso di petrolio grezzo riscaldato vengono centrifugate dalle pale 10 del rotore 9, sin dal loro ingresso nel turbomiscelatore, contro la parete interna riscaldata, assieme al vapore acqueo introdotto in equicorrente. L'orientamento elicoidale delle pale 10 del rotore 9 fa' si inoltre che i flussi intimamente miscelati di petrolio e vapor acqueo siano convogliati verso l'apertura 6 di scarico.

Durante tutto il percorso attraverso il turbomiscelatore 1, i due flussi miscelati si presentano in forma di uno strato dinamico tubolare sottile e turbolento che avanza a contatto con la parete interna del turbomiscelatore 1 verso l'apertura 6 di scarico.

In questa condizione avviene un intensissimo scambio di materia e di energia fra il petrolio grezzo ed il vapore e si attua una sorta di "predistillazione" che porta all'incipiente separazione dei componenti bassobollenti e soprattutto dà luogo alla formazione di una miscela di fasi liquide e vapore che risulta distillabile nelle convenzionali colonne di distillazione frazionata in condizioni più blande di quelle abitualmente utilizzate.

Questo flusso di miscela petrolio grezzo/ vapore in uscita dall'apertura 6 del turbomiscelatore dopo un tempo di permanenza nel turbomiscelatore variabile da 15 a 60 secondi 1 viene convogliato attraverso il condotto 7 alla colonna 8 di distillazione frazionata, dove viene alimentato ad una predeterminata altezza della colonna, attraverso l'apertura 11.

A questo punto avvengono i noti fenomeni di scambio di energia ai vari piatti della colonna, con le ripetute fasi di evaporazione e condensazione che danno luogo al frazionamento dei componenti. I componenti più volatili che raggiungono la testa della colonna sono condensati e in parte rinviati alla colonna come riflusso come nelle consuete operazioni di distillazione frazionata del petrolio grezzo. Allo stesso modo potranno essere estratte a diversi livelli della colonna le varie frazioni di interesse (benzina, gasolio, kerosene ecc.).

I componenti liquidi altobollenti raggiungono invece il fondo della colonna e qui sono raccolti, scaricati attraverso l'apertura 13 e rialimentati al turbomiscelatore mediante il condotto 12, assieme al petrolio grezzo.

In questo modo viene evitata la formazione del residuo denso e viscoso che si accumula tipicamente sul fondo delle colonne di distillazione frazionata funzionanti secondo la tecnica nota e che tende ad inglobare componenti bassobollenti pregiati non più liberabili dal semplice strippaggio con il vapore insufflato dal fondo della colonna, con i conseguenti cali di rendimento del processo di distillazione.

All'interno del turbomiscelatore la densità del liquido sottoposto al trattamento con vapore diventa progressivamente più alta e causa un aumento dell'assorbimento di energia del motore che aziona il rotore palettate. Raggiunto un determinato valore soglia dell'amperaggio del motore, il materiale che si trova all'interno del turbomiscelatore viene automaticamente scaricato ed inviato, tramite un apposito condotto 14 ad un'eventuale colonna di distillazione sottovuoto, anch'essa dotata di un rispettivo turbomiscelatore.

Nel turbomiscelatore, grazie all'intimo contatto realizzato nell'ambito dello strato sottile tubolare turbolento fra il vapore ed i componenti organici, sia quelli del petrolio di nuova immissione nell'apparecchiatura, sia quelli contenuti nel flusso riciclato dal fondo della colonna di distillazione, si ha l'immediata ed efficace liberazione dei componenti bassobollenti anche quando il flusso riciclato dal fondo della colonna diventa molto denso e viscoso.

II processo secondo la presente invenzione sarà ulteriormente illustrato facendo riferimento ad un esempio di distillazione frazionata di petrolio grezzo condotta con una colonna convenzionale per distillazione a pressione atmosferica. Tuttavia, il processo secondo l'invenzione è suscettibile di essere condotto sotto vuoto, utilizzando colonne di frazionamento adatte ad operare con basse pressioni ed aggiustando i parametri sperimentali secondo modalità note ai tecnici del settore.

ESEMPIO

Utilizzando l’apparecchiatura descritta schematicamente più sopra e seguendo il processo secondo l'invenzione, petrolio greggio proveniente da un forno di preriscaldamento con una temperatura di 350°C fu alimentato in continuo nel turbomiscelatore 1, con una portata di 1000 1/h, contemporaneamente ed in equicorrente ad un flusso di vapore.

La temperatura della parete era mantenuta a circa 350°C mentre la velocità di rotazione del rotore 9 palettato era mantenuta costante a 30 m/s.

Dopo un tempo medio di permanenza nel turbomiscelatore di 50 secondi, si scaricò in continuo un flusso di vapore acqueo e di componenti vapore e liquide del petrolio, che fu alimentato in continuo in corrispondenza di un piatto intermedio di una colonna 8 di distillazione frazionata a pressione atmosferica.

Raggiunte le condizioni di equilibrio della distillazione, dalla colonna venivano prelevate in continuo, in corrispondenza di determinati livelli, le usuali frazioni (benzina, gasolio, kerosene ecc.), provvedendo anche a regolare la portata del riflusso, secondo le condizioni stabilite nel metodo ASTM D 2892, che comprende una colonna da 14 a 17 piatti teorici con un rapporto di riflusso pari a 5. A regime dal fondo della colonna veniva scaricato in continuo, attraverso un'apertura 13, un flusso di liquido che veniva reimmesso in continuo nel turbomiscelatore tramite il condotto 12, riducendo nel contempo la portata del flusso di petrolio grezzo fresco in ingresso nel turbomiscelatore, così da mantenere la portata complessiva dei due flussi pari a 1000 1/h.

Dopo un funzionamento ininterrotto per 4 settimane, si arrestò il processo, per verificare le condizioni del turbomiscelatore. Il turbomiscelatore risultò del tutto esente da residui viscosi e peciosi.

Le rese della distillazione risultarono aumentate con riferimento ai componenti leggeri pregiati ed i componenti altobollenti (oltre i 310°C) risultarono di qualità particolarmente buona.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Processo per la distillazione frazionata del petrolio grezzo che comprende le fasi di: - mettere a disposizione un turbomiscelatore comprendente un corpo (1) tubolare cilindrico munito di una camicia (4) riscaldante, di almeno un'apertura (5) di ingresso e almeno un'apertura (6) di uscita e di un rotore (9) munito di pale (10) con orientamento elicoidale girevolmente supportato al suo interno, alimentare un flusso continuo di petrolio grezzo previamente desalinizzato e riscaldato a 310-400°C in detto turbomiscelatore, la cui parete interna è riscaldata ad una temperatura pari a quella di detto flusso di petrolio grezzo, alimentare in equicorrente a detto flusso di petrolio grezzo un flusso continuo di vapor acqueo, - sottoporre detti flussi all'azione meccanica di detto rotore (9) palettato posto in rotazione ad una velocità periferica di almeno 15 m/s, con conseguente miscelazione intima dei due flussi, loro centrifugazione contro detta parete riscaldata in modo da formare uno strato tubolare sottile turbolento dinamico, e loro trasporto verso detta almeno un’apertura (6) di uscita, scaricare in continuo detti flussi intimamente miscelati ed alimentarli in continuo ad una colonna (8) per distillazione frazionata, in corrispondenza di una prefissata altezza, con formazione di un flusso ascendente di vapore ed un flusso discendente di liquido.
2. Processo secondo la rivendicazione 1, comprendente l'ulteriore fase di scaricare in continuo detto flusso discendente di liquido dal fondo di detta colonna (8) ed alimentarlo in continuo a detto turbomiscelatore in equicorrente a detto flusso di petrolio grezzo.
3. Processo per la distillazione frazionata del petrolio grezzo che comprende le fasi di: mettere a disposizione un turbomiscelatore comprendente un corpo (1) tubolare cilindrico munito di una camicia (4) riscaldante, di almeno un'apertura (5) di ingresso e almeno un'apertura (6) di uscita e di un rotore (9) munito di pale (10) con orientamento elicoidale girevolmente supportato al suo interno, mettere a disposizione una colonna (8) per distillazione frazionata, alimentare un flusso continuo di petrolio grezzo previamente desalinizzato e riscaldato a 310-400°C ad una prefissata altezza di detta colonna (8), con formazione di un flusso ascendente di vapore ed un flusso discendente di liquido, - scaricare in continuo detto flusso discendente di liquido dal fondo di detta colonna (8) ed alimentarlo in continuo a detto turbomiscelatore, la cui parete interna è riscaldata a 310-400°C, in equicorrente ad un flusso continuo di vapore acqueo, sottoporre detti flussi all'azione meccanica di detto rotore (9) palettato posto in rotazione ad una velocità periferica di almeno 15 m/s, con conseguente miscelazione intima dei due flussi, loro centrifugazione contro detta parete riscaldata in modo da formare uno strato tubolare sottile turbolento dinamico, e loro trasporto verso detta almeno un'apertura (6) di uscita, - scaricare in continuo detti flussi intimamente miscelati ed alimentarli in continuo a detta colonna (8) per distillazione frazionata, in corrispondenza di detta prefissata altezza.
4. Processo secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui la velocità di rotazione di detto rotore (9) palettato è compresa fra 15 e 40 m/s.
5. Apparecchiatura per la distillazione frazionata di petrolio grezzo comprendente almeno una colonna (8} di rettifica e caratterizzata dal fatto che detta almeno una colonna (8) è in comunicazione di fluido con un turbomiscelatore comprendente un corpo (1) tubolare cilindrico munito di una camicia (4) riscaldante, di almeno un'apertura (5} di ingresso e almeno un'apertura (6) di uscita e di un rotore (9) munito di pale (10) con orientamento elicoidale girevolmente supportato al suo interno.
6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 5, in cui detta almeno un'apertura (6) di uscita di detto turbomiscelatore comunica attraverso un condotto (7) con un'apertura (11) situata ad una predeterminata altezza di detta colonna (8).
7. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, in cui detta almeno un'apertura (5) di ingresso di detto turbomiscelatore comunica attraverso un condotto (12) con un'apertura (13) situata sul fondo di detta colonna (8).