PL189190B1

PL189190B1 - Sposób i urządzenie do otrzymywania parafin lub frakcji parafin

Info

Publication number: PL189190B1
Application number: PL98327536A
Authority: PL
Inventors: Norbert Matzat; Günther Hildebrand; Ferdinand Richter; Manfred Stepanski; Florian Lippuner; Herbert Engstler; Bernhard J. Jans
Original assignee: Schuemann Sasol Gmbh & Co Kg; Sulzer Chemtech Ag
Priority date: 1997-07-16
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2005-07-29
Also published as: SG65773A1; AR014620A1; CA2242051A1; BR9802456B1; BR9802456A; KR19990013867A; HUP9801515A3; US6074548A; EA199800572A1; HU9801515D0; EA000488B1; CN1085242C; HUP9801515A2; EP0892033A1; PL327536A1; JP4071365B2; ZA985909B; CN1211609A; EG21593A; SA98190551B1

Abstract

1 Sposób otrzymywania parafin lub frakcji parafin ze sto- pionego materialu zawierajacego parafine, a zwlaszcza z gaczu parafinowego lub mieszaniny zawierajacej rózne frakcje parafiny, zgodnie z którym stopiony m aterial chlodzi sie w zbiorniku wyposazonym w wymienniki ciepla do temperatury nizszej od temperatury topnienia otrzymywanych frakcji parafiny, a ciekle niskotopliwe frakcje i oleje oddziela sie od frakcji parafiny o wyzszej temperaturze topnienia, zestalonych w wyniku chlo- dzenia, 1 usuwa sie je, znam ienny tym , ze podczas chlodzenia wyjsciowego, ciagle jeszcze cieklego stopionego materialu, temperature powierzchni wymiennika ciepla dobiera sie tak, aby byla ona wyzsza od temperatury topnienia zasadniczej c z e s c i niskotopliwych frakcji 1 olejów, które m aja byc usuniete, a po powstaniu stalego osadu materialu frakcji o wyzszej temperaturze topnienia na powierzchniach wym iennika ciepla pozostale ciekle, niskotopliwe frakcje oraz oleje odprowadza sie ze zbiornika. 16. Urzadzenie do otrzymywania parafin lub frakcji parafin ze stopionego materialu zawierajacego parafiny, obejmujace zbiornik wyposazony w wymienniki ciepla, które maja zasadni- czo pionowe powierzchnie wym iany ciepla, do oddzielania frakcji parafiny o wyzszej tem peraturze topnienia, osadzajacych sie w wyniku chlodzenia jako osad stalego materialu na po- wierzchniach wymienników ciepla, od niskotopliwych frakcji i olejów, które mozna wydzielic z osadzonego stalego materialu poprzez ogrzewanie, znam ienne tym, ze miedzy powierzchniami (39) wymiennika ciepla znajduje sie struktura (29) przepuszczalna dla skladników cieklych, zapobiegajaca zeslizgiwaniu sie osadzonego stalego materialu podczas ogrzewania. Fig.2 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do otrzymywania parafin lub frakcji parafin ze stopionego materiału zawierającego parafiny, a zwłaszcza z gaczu parafinowego lub mieszaniny zawierającej różne frakcje parafiny, zgodnie z którym stopiony materiał chłodzi się w zbiorniku wyposażonym w wymienniki ciepła do temperatury niższej od temperatury topnienia otrzymywanych frakcji parafiny, a ciekłe niskotopliwe frakcje i oleje oddziela się od frakcji parafiny o wyższej temperaturze topnienia, zestalonych w wyniku chłodzenia, i usuwa się je.

Parafiny stanowią węglowodory stałe w temperaturze pokojowej, zawierające związki o nasyconych prostych, rozgałęzionych i/lub cyklicznych łańcuchach węglowodorowych. Parafiny oparte na oleju mineralnym zawierają około 20-50 atomów węgla, podczas gdy inne, a zwłaszcza syntetyczne parafiny, zawierają do 100 atomów węgla w cząsteczce. Z uwagi na pochodzenie, np. z różnych pokładów oleju mineralnego, liczba atomów węgla w cząsteczce oraz stopień rozgałęzienia zmieniają się w szerokim zakresie. Parafiny z grubsza klasyfikuje się, w zależności od ich temperatury krzepnięcia, jako niskotopliwe parafiny miękkie o temperaturze krzepnięcia (Tk) od około 30 do 48°C, oraz wyżej topliwe parafiny twarde o temperaturze krzepnięcia od około 50 do 65°C. Parafiny obejmują również parafiny mikrokrystaliczne

189 190 (mikrowoski) z pozostałości podestylacyjnych lub ciężkich destylatów surowych olejów opartych na parafinie.

Wartość gatunków parafiny jest proporcjonalna do ich temperatury topnienia. W zależności od czystości i temperatury krzepnięcia, parafiny mają różne zastosowania, szczególnie w produkcji świec oraz w przemyśle papierniczym, gumowym, opakowaniowym, włókienniczym i spożywczym. Stosuje się je również do wytwarzania środków czystości i środków polerujących, wyrobów kosmetycznych i farmaceutycznych oraz jako materiał magazynujący ciepło utajone.

W procesie wytwarzania parafin jako materiał wyjściowy stosuje się gacz parafinowy, będący produktem ubocznym przy wytwarzaniu olejów smarowych w rafineriach ropy naftowej i zawierający w różnych ilościach składniki ciekłe, a także stałe frakcje parafinowe uzyskane w wyniku rozkładu termicznego tworzyw sztucznych. Zawartość oleju oznacza całkowitą zawartość składników parafiny lub gaczu parafinowego, które są ciekłe w temperaturze pokojowej. W parafinie stanowiącej produkt końcowy zawartość oleju, w zależności od wymagań jakościowych, może wynosić co najwyżej 0,5-1,5% wagowych. W przypadku produktu gotowego zawierającego nie więcej niż 0,5% wagowych oleju temperatura krzepnięcia oraz wartość penetracji igły stanowią dodatkowe wskaźniki jakościowe.

W dużej skali przemysłowej, w celu otrzymania parafin o wysokiej jakości z zawierających parafinę frakcji pochodzących z rafinerii, stosuje się dwa różne rodzaje odolejania. Odolejanie przez wypacanie jest sposobem wcześniejszym, natomiast odolejanie rozpuszczalnikami jest sposobem nowszym i bardziej wydajnym.

W 1959 r. F. Asinger w „Chemie und Technologie der Paraffnkohlenwasserstoffe”, 1 wyd., Berlin, na str. 46, w następujący sposób skomentował odolejanie przez wypacanie:

„Proces wypacania jest trudny do kontrolowania w praktyce i w przyszłości zostanie prawdopodobnie zastąpiony przez odolejanie rozpuszczalnikami”.

Odolejanie przez wypacanie stało się w rzeczywistości przestarzałe ze względu na poważne wady, toteż obecnie stosuje się głównie procesy rozpuszczalnikowe. Według „Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie”, tom 24, str. 26, w Stanach Zjednoczonych Ameryki ponad 90% istniejących instalacji pracuje w oparciu o odolejanie rozpuszczalnikami. Od szeregu lat nie wybudowano ani jednej nowej instalacji do odolejania przez wypacanie.

Sposoby odolejania rozpuszczalnikami, określane również jako odolejanie rozpuszczalnikowe lub odolejanie selektywne, są procesami ciągłymi, w których parafiny można otrzymywać ze wszystkich stopionych materiałów zawierających parafiny, oraz rozdzielać je na frakcje.

Do rozdzielania parafin i składników olejowych stosuje się rozpuszczalniki, a wydajność parafin jest większa niż przy odolejaniu przez wypacanie. Procesy odolejania rozpuszczalnikami są wysoce uniwersalne i umożliwiają zastosowanie różnych gatunków gaczy parafinowych, gdyż skład rozpuszczalników oraz stosunek gaczu parafinowego do rozpuszczalnika można zmieniać stosownie do różnych gatunków gaczy parafinowych. Stosuje się następujące sposoby odolejania rozpuszczalnikami:

1. Sposób z wytworzeniem papki, w którym mieszaninę gaczu parafinowego i rozpuszczalnika, bezpośrednio po usunięciu parafiny, przeprowadza się w papkę z użyciem dodatkowego rozpuszczalnika, po czym poddaje filtracji.

2. Sposób strąceniowy lub sposób z krystalizacją, w którym ciekły gacz parafinowy rozpuszcza się w rozpuszczalniku, po czym stałą parafinę wytrąca się poprzez ochłodzenie.

3. Sposób z rozpylaniem, w którym stopiony gacz parafinowy rozpyla się na proszek w przeciwprądzie z zimnym powietrzem, po czym miesza się z rozpuszczalnikiem.

Wszystkie sposoby rozpuszczalnikowe stwarzają problemy związane ze stosowaniem w dużych ilościach (3-10 części rozpuszczalnika na część gaczu parafinowego) rozpuszczalników zagrażających środowisku i zdrowiu, powodujących korozję i odznaczających się łatwą zapalnością. Ponadto potrzeba znacznej ilości energii w celu odzyskania rozpuszczalników i przyspieszenia procesu przez chłodzenie. Pomimo tych problemów i wysokich kosztów odolejanie rozpuszczalnikami znajduje obecnie większe zastosowanie niż odolejanie przez wypacanie, gdyż umożliwia otrzymanie parafiny z większą wydajnością oraz osiągnięcie większej zdolności produkcyjnej instalacji, przy czym można również przeprowadzać odolejanie stopionych materiałów zawierających parafiny, o większej zawartości mikrokrystalicznych parafin.

189 190

Odolejanie przez wypacanie było dotychczas jedynym znanym sposobem stosowanym w dużej skali przemysłowej do zasadniczo bezrozpuszczalnikowego odolejania parafin. Takie odolejanie przez wypacanie jest bardzo korzystne ze względów ekologicznych, a także ze względu na koszty instalacji, konserwacji i eksploatacji. Proces prowadzi się w komorach wyposażonych w poziome spiralne wymienniki ciepła lub w pionowych bateriach rurowych wymienników ciepła z poziomymi perforowanymi półkami. Określoną ilość wody wlewa się do komór lub zbiorników, tak aby nie zatkać wylotów, po czym wlewa się do tych komór stopioną surową parafinę. Surowa parafina pływa na powierzchni wody. Następnie surową parafinę chłodzi się i uzyskuje się stały blok, po czym można odprowadzić wodę spod tego bloku spoczywającego na przewodach wymienników ciepła i/lub na sito-podobnych półkach pośrednich. Blok następnie powoli ogrzewa się, wskutek czego olej i niskotopliwe miękkie parafiny wypacają się z bloku parafiny. Spływającą ciekłą fazę określa się jako olej odciekowy. Z uwagi na równowagę w roztworze może on również zawierać znaczne ilości składników parafinowych o wyższej temperaturze topnienia, stanowiących otrzymywaną substancję.

W „Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie”, tom 24, str. 26, wady odolejania z wymacaniem opisano w sposób następujący:

„Nie buduje się nowych instalacji dla tego znanego procesu odolejania z uwagi na niską selektywność (małą wydajność twardej parafiny), czasochłonne ogrzewanie, nieciągłą pracę oraz nieprzydatność w przypadku silnie wiążącej olej surowej parafiny z destylatów ciężkiego oleju maszynowego. Usiłuje się poprawić wydajność twardej parafiny w istniejących instalacjach przez częściowe zawracanie oleju odciekowego”.

Znany krystalizator pokazano na rysunku pos. I.

Jak to przedstawiono na rysunku pos. I krystalizator 11 do krystalizacji statycznej obejmuje zbiornik 13, do którego wprowadza się stopiony materiał lub gacz parafinowy. W zbiorniku 13 znajduje się pewna liczba chłodzonych i ogrzewanych ścianek 15 wymiennika ciepła, rozstawionych w przestrzeni zbiornika 13, które mogą być otoczone gaczem parafinowym. Ścianki 15 wymiennika ciepła mają przewody wewnętrzne 17, przez które może przepływać nośnik ciepła i które są połączone z rozdzielczym przewodem zasilającym 19. Strefy w postaci warstw o stałej grubości są utworzone przez powierzchnie wymiany ciepła wymiennika ciepła.

Stopiony materiał lub gacz parafinowy wprowadza się przez wloty 21 do zbiornika 13, w którym krystalizuje on warstwowo, we frakcjach na chłodzonych ściankach 15 wymiennika ciepła. Fazę ciekłą pozostającą po zestaleniu się uzyskiwanych frakcji odprowadza się wylotami 25, po czym ścianki wymiennika ciepła ogrzewa się, w wyniku czego frakcje i pozostałości niepożądanych substancji w kryształach wypacają się i są również odprowadzane; po czym tak oczyszczone kryształy osobno topi się i zbiera.

Celem wynalazku było dostarczenie opłacalnego sposobu, pozwalającego otrzymać z dużą wydajnością parafinę o wysokiej jakości, zwłaszcza z gaczu parafinowego, bez stosowania rozpuszczalników.

W tym celu, zgodnie ze sposobem według wynalazku, podczas chłodzenia wyjściowego, ciągle jeszcze ciekłego stopionego materiału, temperaturę powierzchni wymiennika ciepła dobiera się tak, aby była ona wyższa od temperatury topnienia zasadniczej części niskotopliwych frakcji i olejów, które mają być usunięte, a po powstaniu stałego osadu materiału frakcji o wyższej temperaturze topnienia na powierzchniach wymiennika ciepła pozostałe ciekłe, niskotopliwe frakcje oraz oleje odprowadza się ze zbiornika.

Sposób według wynalazku, realizowany bez stosowania rozpuszczalników, ma również następujące zalety odolejania przez wypacanie w porównaniu z odolejaniem rozpuszczalnikami: brak zagrożeń dla środowiska lub zdrowia, nie występowanie korozji instalacji oraz o wiele niższe koszty eksploatacji i konserwacji.

Dla chłodzenia ciekłego stopionego materiału, a w wyniku tego zestalania frakcji w kolejności od frakcji o wyższej temperaturze topnienia do frakcji niskotopliwych, zawierających we wszystkich przypadkach oleje, dobiera się temperaturę wyższą od temperatury topnienia zasadniczej części niskotopliwych frakcji i olejów, które mają zostać usunięte, tak więc zasadniczo tylko te frakcje uzyskane ze stopionego materiału ulegną zestaleniu. Niskotopliwe frakcje i oleje pozostaną w stanie ciekłym. Wskutek tego zużycie energii w etapie chłodzenia oraz w następnym etapie wypacania jest mniejsze niż przy odolejaniu przez wypacanie, w którym

189 190 wszystkie frakcje i oleje najpierw zestala się, po czym uzyskany blok ponownie ogrzewa się do temperatury wypacania.

Korzystnie, zestalające się frakcje osadza się ze stopionego materiału w warstwach na zasadniczo pionowych lub nachylonych powierzchniach wymiennika ciepła. Dzięki temu ciekłe frakcje i olej mogą ściekać pod wpływem siły ciężkości nie powodując w znaczącym stopniu blokowania powierzchni wymienników ciepła lub osadzonego stałego materiału.

Korzystnie, warstwy osadza się na zasadniczo płaskich powierzchniach wymiennika ciepła. Powierzchnie wymienników ciepła mogą być umieszczone obok siebie tak, że wlany pomiędzy nie stopiony materiał będzie znajdować się w niewielkiej maksymalnej odległości od powierzchni wymienników ciepła, przy czym w całym zbiorniku znajdują się strefy w określonych maksymalnych odległościach, co zapewnia korzystny stosunek powierzchni wymienników ciepła do objętości stopionego materiału. Na dodatek płaskie strefy pomiędzy wymiennikami ciepła można dzielić prostymi środkami.

Korzystnie, w przypadku usuwania niskotopliwych frakcji i olejów z osadzonego stałego materiału drogą ogrzewania frakcji zestalonych w wyniku chłodzenia, pozostały osadzony stały materiał podczas ogrzewania kieruje się na powierzchnię wymiennika ciepła pod wpływem jego własnego ciężaru. W rezultacie stały osadzony materiał pozostaje w kontakcie cieplnym z powierzchnią wymienników ciepła, tak więc można dokładniej regulować temperaturę osadzonego stałego materiału. Korzystnie, w przypadku usuwania niskotopliwych frakcji i olejów z osadzonego stałego materiału drogą ogrzewania frakcji zestalonych w wyniku chłodzenia, pozostały osadzony stały materiał rozdziela się podczas ogrzewania na odrębne pasma, przez co zwiększa się powierzchnię osadzonego stałego materiału, toteż wypacanie będzie mogło przebiegać ze zwiększonej powierzchni.

Korzystnie, jak to stwierdzono w praktyce, pozostały osadzony stały materiał co najmniej częściowo oddziela się od powierzchni wymiennika ciepła na elementach prowadzących nachylonych względem powierzchni wymiennika ciepła. Zwiększa to powierzchnię osadzonego stałego materiału, który przemieszcza się do powierzchni wymienników ciepła ześlizgując się po powierzchni prowadnicy. Korzystnie, warstwy oddziela się od powierzchni wymiennika ciepła poprzez ogrzewanie tych powierzchni oraz rozdziela się za pomocą elementów prowadzących na odrębne pasma.

Korzystnie, składniki usunięte w wyniku ogrzewania osadzonego stałego materiału częściowo odprowadza się w dół przez specjalne przepusty kierujące w elemencie prowadzącym. W tym celu stosuje się element prowadzący perforowany lub zawierający kanały, przez które mogą wyciekać ciekłe frakcje lub oleje. Korzystnie, warstwy rozdziela się za pomocą elementów prowadzących na pasma.

Gdy zawartość oleju w stopionym materiale jest niewielka, to korzystnie, w przypadku usuwania niskotopliwych frakcji i olejów z osadzonego stałego materiału drogą ogrzewania frakcji zestalonych w wyniku chłodzenia, osadza się warstwy o takiej grubości, że ich przyczepność do powierzchni wymiennika ciepła jest wystarczająca dla ich utrzymania podczas ogrzewania. Gdy jest to możliwe, krystalizacja frakcjonowana bez elementów prowadzących będzie przebiegać skuteczniej, niż w obecności takich elementów. Zatem w przypadku bardzo zaolejonych stopionych materiałów, najpierw przeprowadza się odolejanie stopionego materiału, a pozostały osadzony stały materiał co najmniej częściowo oddziela się od powierzchni wymiennika ciepła na elementy prowadzące nachylone względem powierzchni wymiennika ciepła, po czym uzyskane frakcje dodatkowo oczyszcza się lub frakcjonuje, przy czym oddziela się warstwy o takiej grubości, że ich przyczepność do powierzchni wymiennika ciepła jest wystarczająca dla ich utrzymania podczas ogrzewania. Korzystnie, usunięte niskotopliwe frakcje i/lub oleje zawraca się do procesu prowadzonego zgodnie z wynalazkiem, opisanym powyżej. Przeprowadzenie takich etapów zapewnia uzyskanie z wyższą wydajnością produktu o większej czystości. Korzystnie, osadzony stały materiał poddaje się topieniu frakcjonowanemu.

Korzystnie, stopiony materiał wlewa się do pustego zbiornika, w którym znajdują się wymienniki ciepła. Pozwala to wyeliminować dwa etapy procesu otrzymywania parafin, to znaczy wlewanie określonej ilości wody oraz jej odprowadzanie, a także zapobiec wzajemnemu zanieczyszczaniu się parafiny i wody wskutek ich kontaktowania się.

189 190

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do otrzymywania parafin lub frakcji parafin ze stopionego materiału zawierającego parafiny, obejmujące zbiornik wyposażony w wymienniki ciepła, które mają zasadniczo pionowe powierzchnie wymiany ciepła, do oddzielania frakcji parafiny o wyższej temperaturze topnienia, osadzających się w wyniku chłodzenia jako stały osad na powierzchniach wymienników ciepła, od niskotopliwych frakcji i olejów, które można wydzielić z osadzonego stałego materiału poprzez ogrzewanie. W krystalizatorze czyli urządzeniu według wynalazku między powierzchniami wymiennika ciepła znajduje się struktura przepuszczalna dla składników ciekłych, zapobiegająca ześlizgiwaniu się osadzonego stałego materiału podczas ogrzewania, tak więc nawet śliskie osadzone stałe materiały mogą się wypacać. Korzystnie, powierzchnie wymiennika ciepła są zasadniczo płaskie, toteż powstałe strefy pomiędzy powierzchniami wymienników ciepła można łatwo podzielić strukturami przepuszczalnymi. W związku z tym, że warstwy parafiny są nachylone lub, korzystnie, są pionowe, istnieje miejsce i możliwość spływania wypoconych frakcji i olejów po powierzchni warstwy, np. na granicy faz pomiędzy warstwą parafiny i powierzchnią wymiennika ciepła, oraz pomiędzy każdą parą warstw parafiny. Nie tworzą się jeziorka olejowe, gdyż nie ma możliwości tworzenia się poziomych warstw. Dzięki temu znacznie skraca się czas tego etapu. Struktury przepuszczalne mogą mieć postać sit, szczotek, siatek lub siatek przestrzennych. Struktury przepuszczalne umożliwiają przepływanie olejów lub ciekłych składników, ale zatrzymują i utrzymują stałą parafinę. Umożliwia to krystalizowanie w statycznych krystalizatorach płytowych nawet gaczy parafinowych zawierających ponad 15% wagowych oleju.

Korzystnie, struktura przepuszczalna ma elementy prowadzące nachylone względem powierzchni wymiennika ciepła, przy czym korzystnie kąt nachylenia elementów prowadzących jest dobrany tak, że podczas ogrzewania osadzony stały materiał jest samorzutnie przenoszony na powierzchnię wymiennika ciepła pod wpływem własnego ciężaru. Dzięki temu osadzony stały materiał pozostaje w kontakcie cieplnym z powierzchnią wymiennika ciepła. Korzystnie taka struktura przepuszczalna pozostaje w kontakcie cieplnym z powierzchniami wymienników ciepła, tak więc, zwłaszcza w fazie topienia, przenoszenie ciepła z powierzchni wymienników ciepła do osadzonego stałego materiału, oddzielonego od tych powierzchni i spoczywającego na przepuszczalnej strukturze, jest optymalne.

Korzystnie, elementy prowadzące mają nachylone powierzchnie dzielące w przybliżeniu poziomo przestrzeń pomiędzy powierzchniami wymiennika ciepła, przy czym korzystnie zachodzące na siebie nachylone powierzchnie elementu prowadzącego są nachylone w przeciwnych kierunkach. Takie elementy, łatwe do wykonania i montażu, dzielą warstwę osadzonego stałego materiału na poziome pasma wzdłuż powierzchni wymienników ciepła, dzięki czemu zwiększa się powierzchnia wypacania; mogą być one wykonane z różnych materiałów różnymi technikami wytłaczania, perforowania lub wykrawania otworów. Powierzchnie takich elementów prowadzących służą jako powierzchnie kierujące. Wskutek nachylenia w przeciwnych kierunkach następuje równomierne kierowanie osadzonego stałego materiału po obydwu stronach w kierunku powierzchni wymienników ciepła.

Korzystnie, przepuszczalne struktury zestawia się w jednostki, które można umieszczać pomiędzy parami powierzchni krystalizatora. Są one łatwe do wykonania i montowania. Korzystnie podobna do sita struktura ma postać metalowego elementu powyginanego tak, że powstaje pewna liczba zygzaków. Metal charakteryzuje się niezbędnym przewodnictwem cieplnym i jest korzystnie łatwy w obróbce. Poprzez wyginanie można łatwo uzyskać element o kształcie zygzakowatym, mający korzystne właściwości opisane powyżej. Element metalowy może stanowić wygięta perforowana blacha, kratka z prętów, siatka itp. W handlu dostępnych jest wiele perforowanych blach o różnych perforacjach. Korzystnie, otwory są wykonane w układzie labiryntowym, tak że w każdej możliwej pozycji linii zagięcia linia ta przechodzi przez otwory w przepuszczalnej strukturze.

Korzystne może być rozwiązanie, w którym struktura przepuszczalna dla ciekłych frakcji i olejów jest utworzona przez same powierzchnie wymienników ciepła. Zapewnia to lepszy przepływ ciepła pomiędzy nośnikiem ciepła i przepuszczalną strukturą, a zatem i stopionym lub osadzonym stałym materiałem, niż w przypadku, gdy powierzchnie wymiennika ciepła i przepuszczalna struktura stanowią dwie niezależne części.

189 190

Korzystnie, ścianki wymiennika ciepła dzielą zbiornik na strefy przestrzenne o takich wymiarach, że stopiony materiał w zbiorniku znajduje się w niewielkiej odległości od najbliższej powierzchni wymiennika ciepła. Dzięki temu nie ma potrzeby dodawania określonej ilości wody, gdyż wszystkie miejsca wewnątrz zbiornika są w bliskim zasięgu oddziaływania powierzchni wymienników ciepła. Ponadto uzyskuje się taki stosunek powierzchni wymienników ciepła do objętości stopionego materiału, który zapewnia dokładne i szybkie chłodzenie i ogrzewanie.

Niezbędny czas trwania szarży lub czas przebywania w urządzeniu takiego typu można znacznie skrócić w porównaniu z dotychczasowymi 30-40 godzinami. Dzięki temu można zwiększyć wydajność urządzenia oraz znacząco zwiększyć selektywność, co z kolei pozwala otrzymać z większą wydajnością parafiny o wysokiej jakości.

Sposób według wynalazku wykazuje również następujące zalety w porównaniu z wypacaniem: można przetwarzać gacze parafinowe o stosunkowo dużej zawartości oleju, a więc olej odciekowy można wydajniej przetwarzać tak, aby częściowo odzyskać z niego składniki parafinowe, co pozwala znacząco zwiększyć ogólną wydajność.

Dzięki wynalazkowi osiąga się również znaczący wzrost wydajności parafin o wymaganej jakości w porównaniu z odolejaniem rozpuszczalnikami.

Korzystnie, sposób według wynalazku stosuje się do otrzymywania i oczyszczania parafin i frakcji parafin z gaczy parafinowych z oleju mineralnego, z zawierających parafiny stopionych materiałów pochodzenia syntetycznego (z syntezy Fischera-Tropscha), albo ze stopionych materiałów uzyskanych w wyniku termicznego rozkładu tworzyw sztucznych (parafin regenerowanych). Sposób ten można także stosować w przypadku odpowiednich mieszanin.

Urządzenie według wynalazku uwidoczniono w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie w przekroju pionowym krystalizator według wynalazku; fig. 2 przedstawia fragment urządzenia w miejscu zetknięcia elementu wewnętrznego ze ścianką krystalizatora; fig. 3 przedstawia w widoku z góry fragment pokazany na fig. 2; fig. 4 przedstawia schematycznie w przekroju pionowym krystalizator według wynalazku, obrócony o 90° w stosunku do przekroju na fig. 2; fig. 5 przedstawia możliwą strukturę warstwy parafiny pod koniec procesu krystalizacji; fig. 6 przedstawia warstwę parafiny z fig. 5 podczas wypacania; fig. 7 przedstawia inną strukturę warstwy parafiny pod koniec procesu krystalizacji; a fig. 8 przedstawia warstwę parafiny z fig. 7 podczas wypacania.

Dla uproszczenia odpowiadające sobie części różnych krystalizatorów będą oznaczone poniżej takimi samymi liczbami, nawet jeśli te części mogą różnić się konstrukcją.

Budowę krystalizatora 27 według wynalazku przedstawiono w uproszczeniu na fig. 1 i 4. Wewnątrz zbiornika 13, pomiędzy ściankami 15 wymiennika ciepła, znajdują się przepuszczalne struktury 29. Struktury te są wykonane z perforowanych blach 31 (fig. 2 i 3). Dzięki otworom 33 w blachach 31, struktury 29 są przepuszczalne dla fazy ciekłej. Perforowana blacha 31 jest powyginana w zygzaki tak, że sąsiednie krawędzie 37 dotykają przeciwległych powierzchni 39 wymiennika ciepła. Krawędzie 37 są zasadniczo poziome (fig. 4). Na krawędzi 37 perforowanej blachy znajduje się jeden rząd otworów, toteż nawet w najniżej położonych obszarach trójkątnych stref 41 faza ciekła może wypływać.

Gdy w krystalizatorze 27 przeprowadza się odolejanie stopionego materiału zawierającego parafinę, na chłodzonych powierzchniach 39 wymiennika ciepła tworzy się warstwa 43 parafiny, co pokazano na fig. 6-9. W pewnych przypadkach, w zależności od wyjściowego surowca lub czystości stopionego materiału i ilości ciekłych składników, które mają być z niego wydzielone, pomiędzy dwiema warstwami 43 parafiny pozostaje otwarta przestrzeń, przez którą mogą być odprowadzane ciekłe frakcje o dużej zawartości oleju, albo też dwie warstwy 43 parafiny zlewają się w jedną warstwę 44, a między warstwami mogą powstawać wtrącenia 46 ciekłej frakcji i oleju (fig. 7 i 8). Następnie możliwie jak najdokładniej usuwa się pozostałe składniki ciekłe. W fazie wypacania najpierw wypacają się oleiste i niskotopliwe frakcje z powierzchni 47, 49 i 57 warstw 43 parafiny. Gdy w wyniku ogrzewania warstwy 43, 44 parafiny zostaną zmiękczone, ich przyczepność do powierzchni 39 wymiennika ciepła zmniejsza się. Gdy przylegająca powierzchnia 49 warstw parafiny stanowiących osadzony stały materiał stopi się w wyniku ogrzewania, albo wcześniej, kawałki 53 osadzonego stałego materiału, albo warstwy 43, oddzielą się od powierzchni 39 wymiennika ciepła. Te kawałki 53 pozostaną

189 190 zawieszone na perforowanej blasze 31, która styka się z powierzchnią 39 wymiennika ciepła pod kątem ostrym. W wyniku oddzielenia parafiny od powierzchni 39 wymiennika ciepła i perforowanej blachy 31 zwiększa się powierzchnia wypacania stałego materiału. Faza ciekła 55 może spływać po powierzchniach 47 i 49. Usuwanie fazy ciekłej 55 jest ułatwione również ze względu na ciężar kawałków 53 parafiny. Faza ciekła 55 skapuje pomiędzy kawałkami 53 parafiny. Faza ciekła 55 spływa częściowo wzdłuż powierzchni 39 wymiennika ciepła. W wyniku doprowadzania ciepła powierzchnie 49 kawałków 53 parafiny od strony wymiennika ciepła mogą nadtapiać się tak, że faza ciekła 55 znajduje kanały i swobodnie wytapia się pomiędzy powierzchnią 39 wymiennika ciepła i warstwą 43 parafiny, oraz wypływa przez otwory 35 na krawędziach 37 perforowanych blach 31 stykających się z powierzchniami 39 wymiennika ciepła. Faza ciekła 55 w postaci olejów i frakcji ciekłych, skapująca na kawałki 53 parafiny spływa po nachylonej powierzchni 57 osadzonego stałego materiału lub kawałka 53 parafiny i skapuje przez otwory 33 w perforowanej blasze 31 do następnej niższej trójkątnej strefy 41. Na koniec wypoconą fazę osadzonego stałego materiału topi się we frakcjach.

W poniższych przykładach porównano właściwości parafiny otrzymanej drogą krystalizacji sposobem według wynalazku z właściwościami parafin otrzymanych znanymi sposobami.

W tabelach 1-3 przedstawiono różne stosowane gacze parafinowe. Wyniki znanego sposobu rozpuszczalnikowego porównano z wynikami odolejania parafin drogą frakcjonowanej krystalizacji sposobem według wynalazku (ostatnia kolumna) i znanego wypacania. Porównywano temperaturę krzepnięcia w °C według normy DIN-ISO 2207, zawartość oleju w procentach wagowych według DIN-ISO 2908, wartość penetracji igły w 25°C dla 0,1 mm, według DIN 51579 oraz wydajność.

Przykłady 1-3

Tabela 1

	Wartość wymagana	Sposób rozpuszczalnikowy	Sposób z wypacaniem	Krystalizacja frakcjonowana
Parametr	Gacz	Parafina	Parafina	Parafina	Parafina
Temperatura krzepnięcia (°C)	47,0	49-52	51,0	50,5	52,0
Zawartość oleju (% wag.)	6,8	0-0,5	0,5	0,5	0,5
Penetracja igły w 25°C (0,1 mm)	60,0	17-23	23,0	23,0	17,0
Wydajność	-	-	Wartość odniesienia	Znacząco niższa	Znacząco wyższa

Tabela 2

	Wartość wymagana	Sposób rozpuszczaln ikowy	Sposób z wypacaniem	Krystalizacja frakcjonowana
Parametr	Gacz	Parafina	Parafina	Parafina	Parafina
Temperatura krzepnięcia (°C)	50,5	57-59	58,5	57,5	58,5
Zawartość oleju (% wag.)	9,4	0-0,5	0,4	0,4	0,4
Penetracja igły w 25°C (0,1 mm)	93,0	18-22	15,0	21,0	15,0
Wydajność	-	-	Wartość odniesienia	Niższa	Znacząco wyższa

189 190

Tabela 3

	Wartość wymagana	Sposób rozpuszczalnikowy	Sposób z wypacaniem	Krystalizacja frakcjonowana
Parametr	Gacz	Parafina	Parafina	Parafina	Parafina
Temperatura krzepnięcia (°C)	51	54-56	55,0	56,0	55,0
Zawartość oleju (% wag.)	8	0-0,5	0,5	0,5	0,5
Penetracja igły w 25°C (0,1 mm)	38	15-17	15,0	16,0	17,0
Wydajność	-	-	Wartość odniesienia	Niższa	Znacząco wyższa

Nieoczekiwanie we wszystkich trzech przykładach w wyniku krystalizacji sposobem według wynalazku uzyskano znacząco wyższą wydajność niż w dwóch sposobach porównawczych. Wartości temperatury krzepnięcia produktu końcowego z procesu krystalizacji prowadzonego sposobem według wynalazku są zbliżone do wartości w przypadku procesu rozpuszczalnikowego (nie zapominając o wyższej wartości w przykładzie 1), zawartość oleju we wszystkich przykładach nie różni się dla poszczególnych sposobów, a wartości penetracji igły różnią się w zależności od gatunku gaczu parafinowego i zastosowanego sposobu. Parafiny oczyszczane sposobem według wynalazku nigdy nie wykazują wartości niższej od wymaganej. W przykładzie 2 wartość penetracji igły, podobnie jak w procesie rozpuszczalnikowym, jest niższa od wymaganej wartości granicznej, a więc lepsza od wymaganej. W podsumowaniu można stwierdzić, że w porównaniu ze znanymi sposobami, sposobem według wynalazku uzyskuje się produkt końcowy o co najmniej porównywalnych właściwościach, ze znacząco zwiększoną wydajnością. Poza tym sposób ten nie wykazuje podstawowych wad odolejania przez wypacanie (długi czas prowadzenia szarży, mała selektywność, ograniczenie przetwórstwa do gaczy parafinowych o stosunkowo małej zawartości oleju, mało wydajne wykorzystanie oleju odciekowego) albo odolejania rozpuszczalnikami (zagrożenie dla środowiska i zdrowia, wysokie koszty konserwacji ze względu na korozję instalacji, wysokie koszty eksploatacji ze względu na odzyskiwanie rozpuszczalników i chłodzenie, mało wydajne wykorzystanie oleju odciekowego).

189 190

Fig.2

Fig.3

Fig.4

189 190

Fig.5

189 190

Fig.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób otrzymywania parafin lub frakcji parafin ze stopionego materiału zawierającego parafinę, a zwłaszcza z gaczu parafinowego lub mieszaniny zawierającej różne frakcje parafiny, zgodnie z którym stopiony materiał chłodzi się w zbiorniku wyposażonym w wymienniki ciepła do temperatury niższej od temperatury topnienia otrzymywanych frakcji parafiny, a ciekłe niskotopliwe frakcje i oleje oddziela się od frakcji parafiny o wyższej temperaturze topnienia, zestalonych w wyniku chłodzenia, i usuwa się je, znamienny tym, że podczas chłodzenia wyjściowego, ciągle jeszcze ciekłego stopionego materiału, temperaturę powierzchni wymiennika ciepła dobiera się tak, aby była ona wyższa od temperatury topnienia zasadniczej części niskotopliwych frakcji i olejów, które mają być usunięte, a po powstaniu stałego osadu materiału frakcji o wyższej temperaturze topnienia na powierzchniach wymiennika ciepła pozostałe ciekłe, niskotopliwe frakcje oraz oleje odprowadza się ze zbiornika.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zestalające się frakcje osadza się ze stopionego materiału w warstwach na zasadniczo pionowych lub nachylonych powierzchniach wymiennika ciepła.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że warstwy osadza się na zasadniczo płaskich powierzchniach wymiennika ciepła.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że w przypadku usuwania niskotopliwych frakcji i olejów z tego osadzonego stałego materiału drogą ogrzewania frakcji zestalonych w wyniku chłodzenia, pozostały osadzony stały materiał podczas ogrzewania kieruje się na powierzchnię wymiennika ciepła pod wpływem jego własnego ciężaru.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że w przypadku usuwania niskotopliwych frakcji i olejów z osadzonego stałego materiału drogą ogrzewania frakcji zestalonych w wyniku chłodzenia, pozostały osadzony stały materiał rozdziela się podczas ogrzewania na odrębne pasma.
6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że pozostały osadzony stały materiał co najmniej częściowo oddziela się od powierzchni wymiennika ciepła na elementach prowadzących nachylonych względem powierzchni wymiennika ciepła.
7. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że pozostały osadzony stały materiał co najmniej częściowo oddziela się od powierzchni wymiennika ciepła na elementy prowadzące nachylone względem powierzchni wymiennika ciepła.
8. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że warstwy oddziela się od powierzchni wymiennika ciepła poprzez ogrzewanie tych powierzchni oraz rozdziela się za pomocą elementów prowadzących na odrębne pasma.
9. Sposób według zastrz. 6 albo 7, albo 8, znamienny tym, że składniki usunięte w wyniku ogrzewania osadzonego stałego materiału częściowo odprowadza się w dół przez specjalne przepusty kierujące w elemencie prowadzącym.
10. Sposób według zastrz. 6 albo 7, albo 8, znamienny tym, że warstwy rozdziela się za pomocą elementów prowadzących na pasma.
11. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że w przypadku usuwania niskotopliwych frakcji i olejów z osadzonego stałego materiału drogą ogrzewania frakcji zestalonych w wyniku chłodzenia, osadza się warstwy o takiej grubości, że ich przyczepność do powierzchni wymiennika ciepła jest wystarczająca dla ich utrzymania podczas ogrzewania.
12. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że najpierw przeprowadza się odolejanie stopionego materiału, a pozostały osadzony stały materiał co najmniej częściowo oddziela się od powierzchni wymiennika ciepła na elementy prowadzące nachylone względem powierzchni wymiennika ciepła, po czym uzyskane frakcje dodatkowo oczyszcza się lub frakcjonuje, przy czym oddziela się warstwy o takiej grubości, że ich przyczepność do powierzchni wymiennika ciepła jest wystarczającą dla ich utrzymania podczas ogrzewania.

189 190
13. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że usunięte niskotopliwe frakcje i/lub oleje zawraca się do procesu prowadzonego zgodnie z wynalazkiem.
14. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że osadzony stały materiał poddaje się topieniu frakcjonowanemu.
15. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że stopiony materiał wlewa się do pustego zbiornika.
16. Urządzenie do otrzymywania parafin lub frakcji parafin ze stopionego materiału zawierającego parafiny, obejmujące zbiornik wyposażony w wymienniki ciepła, które mają zasadniczo pionowe powierzchnie wymiany ciepła, do oddzielania frakcji parafiny o wyższej temperaturze topnienia, osadzających się w wyniku chłodzenia jako osad stałego materiału na powierzchniach wymienników ciepła, od niskotopliwych frakcji i olejów, które można wydzielić z osadzonego stałego materiału poprzez ogrzewanie, znamienne tym, że między powierzchniami (39) wymiennika ciepła znajduje się struktura (29) przepuszczalna dla składników ciekłych, zapobiegająca ześlizgiwaniu się osadzonego stałego materiału podczas ogrzewania.
17. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że powierzchnie (39) wymiennika ciepła są zasadniczo płaskie.
18. Urządzenie według zastrz. 16 albo 17, znamienne tym, że struktura (29) przepuszczalna ma elementy prowadzące (30) nachylone względem powierzchni (39) wymiennika ciepła.
19. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że kąt nachylenia elementów prowadzących (30) jest dobrany tak, że podczas ogrzewania osadzony stały materiał jest samorzutnie przenoszony na powierzchnię (39) wymiennika ciepła pod wpływem własnego ciężaru.
20. Urządzenie według zastrz. 16 albo 17, albo 19, znamienne tym, że elementy prowadzące (30) mają nachylone powierzchnie dzielące w przybliżeniu poziomo przestrzeń pomiędzy powierzchniami (39) wymiennika ciepła.
21. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że elementy prowadzące (30) mają nachylone powierzchnie dzielące w przybliżeniu poziomo przestrzeń pomiędzy powierzchniami (39) wymiennika ciepła.
22. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że zachodzące na siebie nachylone powierzchnie elementu prowadzącego (30) są nachylone w przeciwnych kierunkach.
23. Urządzenie według zastrz. 21, znamienne tym, że zachodzące na siebie nachylone powierzchnie elementu prowadzącego (30) są nachylone w przeciwnych kierunkach.
24. Urządzenie według zastrz. 16 albo 17, znamienne tym, że ścianki (15) wymiennika ciepła dzielą zbiornik (13) na strefy przestrzenne o takich wymiarach, że stopiony materiał w zbiorniku (13) znajduje się w niewielkiej odległości od najbliższej powierzchni (39) wymiennika ciepła.