PL196460B1 - Sposób i urządzenie do granulowania osadów z procesów przeróbki ropy naftowej oraz granule osadów z procesów przeróbki ropy naftowej - Google Patents

Abstract

1. Sposób granulowania osadów z procesów przeróbki ropy naftowej, znamienny tym, ze osad podgrzewa si e do temperatury, w której wyst epuje w stanie ciek lym i nieprzerwanie dostarcza gor acy osad do wlotu od srodkowej g lowicy granulacyjnej posiadaj a- cej wiele promieni scie u lozonych otworów wylotowych; przy czym glowica granulacyjna jest obracana w celu uwolnienia gor acego osadu z otworów w woln a przestrze n na wy zszym ko ncu komory granulacyjnej maj acego wi eksz a srednic e ni z srednica wyrzucania wydalanego osadu; po czym rozdziela si e i formuje z wydalonego osadu kuliste granule w strefie wysokiej temperatury komory granu- lacyjnej, w którym osad w stanie p lynnym opada w dó l do k apieli w p lynnym ch lodz acym o srodku utrzymywanym w temperaturze wystarczaj acej do skrzepni ecia granul w niemal ze kulist a form e; a nast epnie wyci aga si e zawiesin e skrzepni etych granul i srodka ch lodz acego z komory granulacyjnej i oddziela granule od srodka ch lodz acego. 21. Granule osadu, znamienne tym, ze s a kuliste, kompozy- cyjnie jednorodne i stanowia materia l palny, posiadaj a rozmiar rz edu mi edzy 0.1 do 10 mm, penetracj e zasadniczo równ a 0, temperatur e mi eknienia od oko lo 93.4°C (200°F) do oko lo 204.5°C (400°F), i szcz atkow a zawartosc wody od 0.1 do 10% wag. oraz zawartosc siarki mniejsz a ni z 10% wag. 23. Urz adzenie do granulowania osadów z procesów przeróbki ropy naftowej z zasadniczo litego materia lu zasilaj acego, który mo ze zosta c doprowadzony do stanu stopionego przy podwy zszo- nej temperaturze, znamienne tym, ze zawiera pionow a komor e granulacyjn a (36) posiadaj ac a górn a stref e granuluj ac a stref e formuj ac a kuliste granule znajduj ac a si e poni zej strefy granuluj a- cej, stref e ch lodzenia poni zej formuj acej kule strefy, i doln a ch lodz ac a k apiel (52) poni zej strefy ch lodzenia; oraz centralnie wysuni et a g lowic e granulacyjn a (46) w strefie ………………………. PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 196460 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 344118 ^{(51) Int.Cl.}

B01J 2/06 (2006.01) C10C 3/16 (2006.01) C10L 5/00 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 23.11.2000

Sposób i urządzenie do granulowania osadów z procesów przeróbki ropy naftowej oraz granule osadów z procesów przeróbki ropy naftowej

(30) Pierwszeństwo: 23.11.1999,US,447,408	(73) Uprawniony z patentu: KELLOGG BROWN & ROOT INC.,Houston,US
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 04.06.2001 BUP 12/01	(72) Twórca(y) wynalazku: Jon C. Moretta,Houston,US Murugesan Subramanian,Houston,US
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.01.2008 WUP 01/08	(74) Pełnomocnik: Łukaszyk Szymon, Kancelaria Patentowa Łukaszyk

₍₅₇₎ 1. Sposób granulowania osadów z procesów przeróbki ropy naftowej, znamienny tym, że osad podgrzewa się do temperatury, w której występuje w stanie ciekłym i nieprzerwanie dostarcza gorący osad do wlotu odśrodkowej głowicy granulacyjnej posiadającej wiele promieniście ułożonych otworów wylotowych; przy czym głowica granulacyjna jest obracana w celu uwolnienia gorącego osadu z otworów w wolną przestrzeń na wyższym końcu komory granulacyjnej mającego większą średnicę niż średnica wyrzucania wydalanego osadu; po czym rozdziela się i formuje z wydalonego osadu kuliste granule w strefie wysokiej temperatury komory granulacyjnej, w którym osad w stanie płynnym opada w dół do kąpieli w pł ynnym chłodzącym ośrodku utrzymywanym w temperaturze wystarczającej do skrzepnięcia granul w niemalże kulistą formę; a następnie wyciąga się zawiesinę skrzepniętych granul i środka chłodzącego z komory granulacyjnej i oddziela granule od środka chłodzącego.

21. Granule osadu, znamienne tym, że są kuliste, kompozycyjnie jednorodne i stanowią materiał palny, posiadają rozmiar rzędu między 0.1 do 10 mm, penetrację zasadniczo równą 0, temperaturę mięknienia od około 93.4°C (200°F) do około 204.5°C (400°F), i szczątkową zawartość wody od 0.1 do 10% wag. oraz zawartość siarki mniejszą niż 10% wag.

23. Urządzenie do granulowania osadów z procesów przeróbki ropy naftowej z zasadniczo litego materiału zasilającego, który może zostać doprowadzony do stanu stopionego przy podwyższonej temperaturze, znamienne tym, że zawiera pionową komorę granulacyjną (36) posiadającą górną strefę granulującą strefę formującą kuliste granule znajdującą się poniżej strefy granulującej, strefę chłodzenia poniżej formującej kule strefy, i dolną chłodzącą kąpiel (52) poniżej strefy chłodzenia; oraz centralnie wysuniętą głowicę granulacyjną (46) w strefie............................

PL 196 460 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do granulowania osadów z procesów przeróbki ropy naftowej, w którym osad ten jest granulowany w stanie roztopionym za pomocą obrotowej głowicy granulacyjnej tak, że ciekłe cząstki osadu wyprodukowane przez tę głowicę granulacyjną są formowane w kule zanim dojdzie do procesu krzepnięcia, a następnie hartowane i zestalane w kształt zasadniczo kulisty. Wynalazek dotyczy również granul osadów z procesów przeróbki ropy naftowej, które mogą być magazynowane i/lub transportowane w temperaturze otoczenia. Wynalazek ten jest również przeznaczony do utwardzania stosunkowo miękkiego osadu z procesów przeróbki ropy naftowej poprzez kontrolowane utlenianie powietrzem przy podwyższonych temperaturach do formowania twardych produktów ubocznych ropy naftowej, które mogą być granulowane i magazynowane lub transportowane w temperaturze otoczenia.

Pozostałości z procesu destylacji ropy naftowej mają szeroką gamę zastosowań, włączając w to asfalt drogowy i paliwo. Drogowy gatunek asfaltu używanego w budownictwie drogowym musi spełniać wiele wymogów technicznych, włączając w to również najnowsze parametry SHRP, współczynnik lepkości dynamicznej (zwykle od 200 do 5000 P przy 15.55°C (60°F), penetracja (zazwyczaj większa niż 30 do 200 dmm), wskaźnik penetracji przy -9.45/3.89°C (15/25°F) (zazwyczaj powyżej 0.3), plastyczność/ciągliwość, wrażliwość na temperaturę i inne.

Styczność osadów z procesów przeróbki ropy naftowej z powietrzem przy podwyższonej temperaturze, zwana również „utlenianiem powietrzem”, jest konwencjonalnym sposobem polepszenia cech niektórych gatunków osadów dla przystosowania ich do użycia jako asfalt drogowy. Jednakże nie są znane praktyczne zastosowania utleniania powietrzem stosunkowo miękkiego osadu w celu uzyskania osadu relatywnie twardego, który może być granulowany w celu magazynowania bądź transportowania. Nazwy, które zostały użyte w opisie i zastrzeżeniach, takie jak „miękki osad”, „niska temperatura mięknięcia” odnoszą się do osadu z procesów przeróbki ropy naftowej mających wskaźnik penetracji powyżej 0 i mających temperaturę mięknięcia poniżej 93.33°C (200°F) wyznaczaną metodą pierścienia i kuli. Terminy „twarde osady” lub „wysoka temperatura mięknięcia” odnoszą się do osadów z procesów przeróbki ropy naftowej mających wskaźnik penetracji zasadniczo 0 i temperaturę mięknięcia powyżej 93.33°C (200°F) według metody pierścienia i kuli.

Z ameryka ń skich opisów patentowych US 2,616,837 (Roediger); US 2,627,498 (Fink i in.); US 2,861,939 (Biribauer i in.); US 2,889,296 (Morris i in.); US 3,462,359 (Fauber); US 3,598,716 (Fauber); US 3,751,278 (Alexander); US 3,779,892 (Forste i in.); US 3,868,315 (Forste i in.); US 3,935,093 (Senolt i in.); US 3,989,616 (Pagen i in.); US 4,052,290 (Cushman i in.); US 4,207,117 (Espenscheid i in.); US 4,283,230 (Clementoni i in.); US 4,332,671 (Boyer); US 4,933,067 (Rankel); US 4,975,176 (Begliardi i in.); US 5,228,977 (Moran i in.); US 5,320,739 (Moran i in.); US 5,932,186 (Romine i in.); i US 5,939,47 (Gooswilligen) znane są urządzenia i sposoby utleniania powietrzem asfaltenów i żywic. Technologia utleniania powietrzem jest również znana pod handlowym oznaczeniem BITUROX.

W porównaniu do asfaltu drogowego, parametry dla osadów z procesów przeróbki ropy naftowej nadających się jako paliwo, są znacznie bardziej surowe. Osad ma zasadniczo wyższą wartość opałową i lepsze właściwości spalania w porównaniu do węgla i koksu ponaftowego. Dlatego też osad jest dodawany do węgla i koksu naftowego jako dodatek paliwowy aby wspomóc spalanie. Jednakże ciężki osad z niską temperaturą mięknięcia jest trudny do magazynowania i/lub przewożenia gdyż nie spełnia wysokich wymagań dotyczących pakowania i środków ostrożności. Po jakimś czasie, nawet wtedy kiedy początkowo materiały te mogą się wydawać stałe w temperaturze otoczenia, ponieważ posiadają niską temperaturę mięknięcia wykazują one właściwości plastyczne w podwyższonych temperaturach. Są one zazwyczaj transportowane jako produkty półpłynne, jako czyste produkty płynne, lub jako rozcieńczony produkt płynny. Postać półpłynna musi być transportowana w zamkniętym pojemniku ażeby zapobiec przeciekaniu i rozlewaniu i jest dodatkowo podgrzewana przed użyciem, a wysoki koszt pakowania i obchodzenia się z materiał em podanymi wyż ej sposobami zazwyczaj ogranicza jego zastosowanie.

Jako czysty płynny produkt, ciężki osad jest utrzymywany w podwyższonej temperaturze wystarczającej do podtrzymania materiału w płynnej postaci. Ta metoda jest również kosztowna i ma ograniczone zastosowanie praktyczne.

PL 196 460 B1

Jako rozcieńczony płynny produkt, ciężki osad jest mieszany z lekkimi węglowodorami ażeby utrzymać mieszankę w stanie płynnym przy niskiej temperaturze. W rezultacie lżejsze węglowodory, z którymi osad jest mieszany, znaczą co tracą na wartoś ci.

Granulowany osad, który pozostaje stały, nie miałby właściwości płynnych i mógłby być łatwo magazynowany, pakowany, transportowany. Poprzednie wysiłki w kierunku granulowania osadu przy niskiej temperaturze mięknięcia polegały na hermetyzacji osadu za pomocą stałej powłoki. Pokrywanie osadu powłoką prowadzi do kompozycyjnie niejednorodnego produktu, zwiększając koszt co jest związane z generalnie rzecz biorąc drogim materiałem pokrywającym, i nie zawsze jest skuteczne w zwią zku z pę knię ciem lub rozerwaniem powł oki lub jej rozpuszczaniem przez wodę (jeż eli jest ona rozpuszczalna). Powłoka może również niekorzystnie wpłynąć na właściwości spalania osadu. Do reprezentatywnych prac na temat różnorakich urządzeniach hermetyzujących i metodologii z tym związanej można zaliczyć amerykańskie patenty US 3,015,128 i US 3,310,612 (Somervill); US 4,123,206 i US 4,128,409 (Danelly); US 4,386,895 (Sodickson) oraz US 5,637,350 (Ross).

Z amerykań skiego opisu patentowego US 4,931,231 (Teppo i in.) znana jest metoda produkowania ziarnistych granulek tworzywa asfaltowego, która polega na przepływie asfaltowego materiału w formie stopionej jako wydłużonego strumienia pierścieniowego bezpośrednio do schłodzonej wody w celu jego zestalenia i rozbijaniu tegoż wydłużonego strumienia na stałe ziarniste cząstki. Cząstki utworzone w wyniku rozbijania nie mają jednak kulistego kształtu oraz pożądanych cech plastycznych i korzystnej charakterystyki. Przykładowo mogą być one wolne od pył u zaraz po utworzeniu, ale mogą się później pylić z powodu postrzępionych krawędzi w wyniku późniejszego manipulowania.

W kolejnym amerykań skim opisie patentowym US 3,877,918 (Cerbo) przedstawiono aparaturę do produkowania kulistych szklanych cząstek poprzez odśrodkowe wyrzucanie zmiażdżonych szklanych cząsteczek o stałej konsystencji, do rury ssącej pieca przy użyciu obrotowego odbieralnika. Obrotowy odbieralnik tworzy chmurę równo rozproszonych stałych szklanych cząstek, które są kierowane do góry do komory pieca w celu podgrzania i uformowania szklanych cząstek w kule w wyniku napięcia powierzchniowego.

Wcześniejsze badania nie opisują metod ani przyrządów do wytwarzania kulistych granulek osadu z procesów przeróbki ropy naftowej poprzez dostarczanie osadu w stanie ciekłym do obrotowej granulacyjnej głowicy, pozwalając osadowi uwolnić się z głowicy granulacyjnej w celu rozbicia się na cząstki i uformowania w kule w wyniku napięcia powierzchniowego osadu ciekłego, w wyniku grawitacyjnego przejścia cząstek przez strefę wysokiej temperatury, a później schładzania ciekłego tworzywa w środowisku chł odzą cym dla zespolenia czą stek w formę jak najbardziej kulistą . Nie ujawniono zatem wcześniej kulistych, kompozycyjnie jednorodnych (bez powłoki), ropopochodnych granulek posiadających wysoką temperaturę mięknięcia, ani też sposobów i urządzeń do wytwarzania granulek z osadów pochodzących z procesów przeróbki ropy naftowej, przystosowanych do przechowywania i transportowania w temperaturze otoczenia i użycia w procesach spalania jako paliwo lub dodatek paliwowy.

Według wynalazku możliwa jest produkcja kulistych granulek z tworzywa takiego jak osad z procesów przeróbki ropy naftowej, który jest zazwyczaj lity w temperaturze otoczenia, ale może być płynny w temperaturze podwyższonej. Wynalazek przedstawia produkcję kompozycyjnie jednorodnego, granulowanego osadu z procesów przeróbki ropy naftowej odpowiedniego do magazynowania i transportowania w temperaturze otoczenia przed jego końcowym uż yciem. Granule są relatywnie twarde, a ich temperatura mięknięcia jest większa niż 93.33°C (200°F), dlatego też nie sklejają się ze sobą w temperaturach otoczenia typowych dla magazynowania i transportowania. Jeżeli osad - materiał podawany do urządzenia przetwórczego nie jest wystarczająco twardy, może być utwardzony przez utlenianie powietrzem w podwyższonej temperaturze. Osad jest granulowany w temperaturach topnienia przy zastosowaniu obrotowej gł owicy granulacyjnej, która kieruje roztopiony osad do przestrzeni z parą o wysokiej temperaturze. Ponieważ osad jest wyrzucany z głowicy granulacyjnej i opada grawitacyjnie, rozpada się on na małe kawałki, które będąc jeszcze w stanie ciekłym są formowane w kule. Po uformowaniu kul w stanie ciekłym, granule są schładzane i poddawane krzepnięciu, na przykład poprzez przechodzenie kul przez mgiełkę wody i zbieranie ich w kąpieli wodnej.

W szczególności wynalazek dotyczy sposobu granulowania osadów z procesów przeróbki ropy naftowej. Sposób ten składa się z: (1) podgrzania osadu do takiej temperatury, przy której jest ciekły, (2) stałego dostarczania stopionego osadu do wlotu głowicy granulacyjnej, składającej się z dużej liczby promieniście ułożonych otworów wylotowych będących w płynnej łączności z otworem wlotowym, (3) obracania głowicy granulacyjnej w celu wypuszczenia osadu z otworów wylotowych w wolną

PL 196 460 B1 przestrzeń blisko górnego końca komory granulacyjnej, którego średnica jest większa niż średnica wyrzucania uwolnionego osadu, (4) umożliwienia uwolnionemu osadowi na rozbicie się na części i formowanie w kuliste granule w strefie wysokiej temperatury komory granulacyjnej, w którym osad z procesów przeróbki ropy naftowej jest w stanie płynnym, i opadnięcie w dół w celu zetknięcia się z środkiem chłodzącym, w którym to osad jest nierozpuszczalny i który jest utrzymywany w temperaturze pozwalającej na schłodzenie/skrzepnięcie granulek, (5) wyciąganie mieszaniny skrzepniętych granulek i środka chłodzącego z komory granulacyjnej, i (6) oddzielenia granulek od środka chłodzącego.

Otwory wylotowe w głowicy granulacyjnej korzystnie ułożone są na obwodzie głowicy granulacyjnej, w taki sposób że tworzą pionowo rozmieszczone liczne górne i dolne szeregi. Korzystne jest aby dolny rząd lub rzędy były rozdysponowane w taki sposób, aby ich średnica, której środkiem jest oś obrotu głowicy granulacyjnej, była mniejsza od średnicy górnego rzędu lub rzędów. Najlepszym obwodem głowicy granulacyjnej jest taki, który jest zwężony w kierunku od najwyższego do najniższego rzędu otworów wylotowych. Głowica granulacyjna może być obracana z prędkością od około 10 do około 5000 obrotów na minutę. Najlepszą średnicą głowicy granulacyjnej jest średnica o długości od 5 do około 155 cm (około 2 cali do około 5 stóp), a dla otworów wlotowych średnica długości od około 0.07 do około 2.54 cm (1/32 do około 1 cala). Natomiast wydajność produkcji liczona na jeden otwór wylotowy jest rzędu od około 0.454 kg (1 funta) do około 453.592 kg (1000 funtów) na godzinę. Oś wyrzucania wynosi od około 30 do około 450 cm (od 1 do około 15 stóp), a zakres wielkości granulek waha się od 0.1 do około 10 mm.

Najlepiej, aby środkiem chłodzącym była woda, a kąpiel wodna miała utrzymywaną temperaturę od około 4.44 do około 87.78°C (od 40 do około 190°F). Zalecane jest, aby woda wprowadzana była do komory granulacyjnej, jako wewnętrznie kierowana struga rozpylonej cieczy, na przykład pod postacią delikatnej mgiełki, do strefy chłodzenia powyżej kąpieli, ażeby chociaż częściowo ochłodzić kuliste granule zanim dostaną się do kąpieli. Zawiesina wyciągnięta z komory granulacyjnej powinna być nie więcej jak 10°C (50°F) cieplejsza niż woda wprowadzona do strefy chłodzenia. Sposób według wynalazku może również obejmować zbieranie wody w czasie oddzielania, a także filtrowanie, chłodzenie i ponowne wprowadzanie do obiegu schłodzonej wody do użycia w strefie chłodzącej.

Sposób według wynalazku może również obejmować odsysanie pary blisko górnego końca komory granulacyjnej i/lub podgrzewanie górnego końca komory granulacyjnej dla utrzymania w dużym stopniu strefy stałej temperatury w pobliżu głowicy granulacyjnej. Powyższy sposób może dalej się składać z transportowania w temperaturze otoczenia odzyskanych granulek do miejsca odległego od komory granulacyjnej, gdzie granule są używane do spalania, jako dodatek uszlachetniający spalanie lub jako dodatek do koksu i/lub węgla, w domieszce dla paliwa, lub tym podobnymi.

Osad z procesów przeróbki ropy naftowej, który został poddany czynności podgrzewania, powinien mieć współczynnik penetracji niemalże równy 0, a temperaturę mięknięcia od około 93.3 do około 204.4°C (200 do około 400°F), a korzystnie temperaturę mięknięcia od około 110 do około 176.7°C (230 do około 350°F). Najlepiej żeby osad był otrzymywany z rozpuszczalnikowego procesu deasfaltyzacji jako frakcja bogata w asfalteny. Osad jest podgrzewany do temperatury od około 176.7 do około 371.1°C (od około 350 do około 700°F), natomiast granule, odzyskane w procesie oddzielania, mogą zawierać szczątkowe ilości wody od około 0.1 do około 10% wagowych. Granulki osadu otrzymane sposobem według wynalazku mogą służyć na przykład jako paliwo do spalania, lub jako dodatek w spalaniu węgla i/lub koksu naftowego, lub jako składnik mieszanki w oleju paliwowym.

Sposób według wynalazku polega także na zetknięciu się miękkiego osadu z powietrzem o temperaturze od około 176.7 do około 371.1°C (350 do około 700°F) na czas wystarczający do zmniejszenia współczynnika penetracji osadu do niemalże 0 i zwiększenia temperatury mięknięcia do powyżej 93.3°C (200°F) w celu utworzenia twardego osadu odpowiedniego do użycia jako osad gotowy do granulowania. Miękki osad może być otrzymany z kolumny atmosferycznej, lub jako frakcja bogata w asfalteny z rozpuszczalnikowej deasfaltyzacji naftowych pozostałości. Czynność ta winna trwać od około 2 do około 5 godzin.

W innym aspekcie wynalazku przewidziany jest proces wytwarzania granulek osadu z miękkich osadów z procesów przeróbki ropy naftowej. Ten proces polega na zetknięciu się miękkiego osadu o penetracji większej od 0 i temperaturze mięknięcia poniż ej około 93.3°C (około 200°F) z powietrzem o temperaturze od okoł o 176.7 do około 371.1°C (350 do około 700°F) w cią gu okresu czasu wystarczającego na uformowanie się twardego osadu o penetracji zasadniczo równej 0 i temperaturze

PL 196 460 B1 mięknięcia powyżej 93.3°C (200°F) i formowanie twardego osadu w granule. Granule są używane do spalania na przykład jako paliwo lub dodatek paliwowy.

Wynalazek obejmuje także urządzenie granulujące do wytwarzania kulistych granulek z tworzywa takiego jak osad z procesów przeróbki ropy naftowej, który zazwyczaj wykazuje właściwości ciała stałego, lecz może jednak zostać doprowadzony do stanu płynnego przy podwyższonej temperaturze. Urządzenie granulujące zwiera: pionową komorę granulacyjną posiadającą górną strefę granulującą, gorącą strefę formującą kule znajdującą się poniżej strefy granulującej, strefę chłodzenia poniżej formującej kule strefy, i dolną kąpiel chłodzącą poniżej strefy chłodzenia. Głowica granulacyjna, która jest centralnie wysuniętą w strefie granulującej, może się obracać wzdłuż pionowej osi. Głowica granulacyjna ma wiele otworów wylotowych do rozrzucania roztopionego materiału zasilającego promieniście na zewnątrz. Średnica wyrzucania głowicy granulacyjnej jest mniejsza niż wewnętrzna średnica komory granulacyjnej. W sposobie według wynalazku, linia technologiczna zapewnia zaopatrywanie głowicy granulacyjnej w materiał do granulowania. Pionowa wysokość formującej kule strefy jest wystarczająca na to, aby pozwolić na wypuszczanie płynnego materiału z głowicy granulacyjnej w celu uformowania się w kuliste granule kiedy są jeszcze w stanie płynnym. Dysze przewidziane są w celu rozpylania płynnego środka chłodzącego, najlepiej wody w postaci mgiełki, wewnętrznie do strefy chłodzenia, ażeby schłodzić i spowodować skrzepnięcie przynajmniej zewnętrznej powłoki granulek, ażeby mogły być zebrane w kąpieli wodnej. Inna linia jest wprowadzona dla dostarczania wody do dysz i kąpieli wodnej w celu utrzymania relatywnie niskiej temperatury kąpieli w komorze granulacyjnej. Kolejna linia jest wprowadzona do wyciągania zawiesiny granulek w kąpieli wodnej. Oddzielacz w ukł adzie ciecz - ciał o stał e jest przewidziany do odwadniania granulek z zawiesiny.

Urządzenie granulujące może również zawierać naczynie utleniające do kontaktowania miękkiego osadu, o penetracji większej niż 0 i mniej niż 100 dmm, z powietrzem o temperaturze od około 176.7 do około 371.1°C (od około 350 do około 700°F) na czas wystarczający na obniżenie penetracji osadu do poziomu prawie równemu 0 i zwiększenia temperatury mięknięcia do powyżej 93.3°C (200°F), ażeby utworzyć twardy osad nadający się do wprowadzania do głowicy granulacyjnej. Korzystne jest, aby urządzenie granulujące dodatkowo zawierało jednostkowy układ deasfaltujący do otrzymywania miękkiego osadu jako asfaltenową frakcję z rozpuszczalnikowego deasfaltowania osadu procesów przeróbki ropy naftowej.

Otwory wlotowe głowicy granulacyjnej powinny być ustawione przy obwodzie głowicy granulacyjnej w wiele pionowo umiejscowionych górnych i dolnych szeregów, gdzie dolny rząd lub rzędy są rozstawione według mniejszej średnicy od osi rotacji głowicy granulacyjnej niż wyższe szeregi lub szereg. Głowica granulacyjna może mieć obwód zwężony, albo w sposób ciągły, albo stopniowo: od najwyżej umieszczonego szeregu o relatywnie dużej średnicy do najniżej położonego o relatywnie małej średnicy. W jednej z możliwych wersji, głowica granulacyjna składa się z wielu pierścieni o różnej średnicy z otworami utworzonymi w wewnętrznym obwodzie każdego pierścienia, gdzie pierścienie są zamocowane do głowicy granulacyjnej w wyprowadzającym wykończeniu, a każdy sukcesywnie niższy pierścień posiada mniejszą średnicę niż pierścień go poprzedzający. Urządzenie granulujące zawiera napęd do obracania głowicy granulacyjnej z prędkością od około 10 do około 5000 obrotów na minutę, gdzie głowica granulacyjna ma średnicę od około 5 do około 150 cm (około 2 cali do około 5 stóp), i gdzie kryzy mają średnicę od około 0.07 do około 2.54 cm (1/32 do około 1 cala), a wydajność produkcji wynosi od około 0.454 do około 453.592 kg/h (1-1000 funtów/h) stopionego materiału na otwór.

Korzystnie jest aby środkiem chłodzącym była woda, a urządzenie granulujące zawierało ochładzacz potrzebny do utrzymania kąpieli w komorze granulacyjnej w temperaturze od około 4.44°C (40°F) do około 87.8°C (190°F). Wodna kąpiel zawiera małe ilości nie pieniącego się środka powierzchniowo czynnego. Korzystnie jest aby komora miała stożkowe dno zawierające kąpiel i wypływ w niższym końcu stożkowego dna, który służy doprowadzaniu zawiesiny do linii odwodzącej. Filtr jest wprowadzony w celu filtrowania wody odzyskanej z separatora w układzie ciecz - ciało stałe, natomiast ochładzacz w celu chłodzenia przefiltrowanej wody, a linia ponownego obiegu do wprowadzania w obieg schł odzonej wody do linii zaopatrzeniowej.

Korzystnie, część wentylacyjna jest wprowadzona do odciągania pary blisko górnego końca komory granulacyjnej. Może być tu również wprowadzony ogrzewacz do podgrzewania górnej części komory w celu utrzymania w strefie stałej temperatury przyległej do głowicy granulacyjnej, co jest szczególnie istotne podczas czynności początkowych w sposobie według wynalazku. W jednej z korzystnych wersji zastosowana jest linia wprowadzająca parę do strefy formującej kule.

PL 196 460 B1

Separator w układzie ciecz - ciało stałe składa się z przesiewacza wibracyjnego. Urządzenie granulujące może być także wyposażone w taśmę przenośnika do transportowania granulek z przesiewacza wibracyjnego w celu magazynowania, pakowania i transportowania w temperaturze otoczenia.

Sposób i urządzenie według wynalazku pozwala na osiągnięcie niemalże kulistych, jednorodnych granul odpowiednich do spalania, i posiadających rozmiar rzędu od 0.1 do 10 mm, a penetrację prawie równą 0, temperaturę mięknięcia od 93.3°C (200°F) do około 204.5°C (400°F), a korzystnie od około 110°C (230°F) do około 176.7°C (350°F), szczątkowe ilości wody od 0.1 do 10% wagowych, i zawartość siarki mniejszą niż 10% wagowych. Na granule osadu może się składać twardy osad produkowany w wyniku procesu zetknięcia się miękkiego osadu z powietrzem o podwyższonej temperaturze w czasie wystarczającym na przemianę miękkiego osadu w twardy, co trwa zazwyczaj od 2 do 5 godzin.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest bliżej w przykładzie wykonania na rysunku na którym fig. 1 przedstawia uproszczony schemat technologiczny przebiegu procesu metody granulowania twardego osadu z procesów przeróbki ropy naftowej według wynalazku, fig. 2 przedstawia uproszczony schemat technologiczny przebiegu procesu alternatywnego do metody przedstawionej na rysunku fig. 1, polegający na utlenianiu miękkiego osadu z procesów przeróbki ropy naftowej w celu jego przemiany w osad twardy przed granulowaniem, fig. 3 przedstawia uproszczony schemat technologiczny urządzenia granulującego według wynalazku, fig. 4 przedstawia uproszczony schemat głowicy granulacyjnej według wynalazku, a fig. 5 przedstawia uproszczony schemat głowicy granulacyjnej jednego z rozwiązań alternatywnych do tego wynalazku.

Osady z procesów przeróbki ropy naftowej, które są odpowiednie do granulowania według wynalazku, zawierają materiał bogaty w asfalteny, a w szczególności asfaltenowe cząstki pochodzące z rozpuszczalnikowego deasfaltowania propanem albo innym rozpuszczalnikiem, zgodnie ze stosowanymi technologiami, dostępnymi na rynku pod handlowymi oznaczeniami: ROSE, DEMEX, SOLVAHL, i inne. Termin „osad” (ang. resid), użyty w opisie i zastrzeżeniach, odnosi się także do produktów pochodzących z przeróbki ropy naftowej, takich jak na przykład osady z dna wież ciśnieniowych, osady z dna wież próżniowych, pozostałość krakowania wstępnego, pozostałość krakowania termicznego, pozostałości z pieca wgłębnego, pozostałości z uwodorniania destrukcyjnego, i inne. Osad może mieć temperaturę mięknięcia od -17.8°C (0°F) do 204.5°C (400°F), penetrację od 0 do 100 dmm oraz zawartość siarki od 0 do 10 procent wagowych. Osad z propanowego deasfaltowania i z dna wieży ciśnień zazwyczaj ma temperaturę mięknięcia poniż ej 93.3°C (200°F).

Przykładowe osady z procesów przeróbki ropy naftowej i ich właściwości przedstawiono w Tabeli nr 1.

T a b e l a nr 1

OSADY Asfaltenowe	ŹRÓDŁO LUB SPOSÓB	TEMP. MIĘKNIĘCIA °C (°F)	PENETRACJA (dmm)	ZAWARTOŚĆ SlARKI (% wag.)
rozpuszczalnikowe deasfaltowanie	-17.8-204.5°C (0-400°F)	0-100	0-10
propanowe deasfaltowanie	-17.8-105.6°C (0-222°F)	0-100	0-10
proces ROSE	-17.8-204.5°C (0-400°F)	0-100	0-10
proces DEMIX	-17.8-204.5°C (0-400°F)	0-100	0-10
proces SOLVAHL	-17.8-204.5°C (0-400°F)	0-100	0-10
Atmosferyczny	wieża atmosferyczna	-17.8-93.3°C (0-200°F)	0-100	0-10
Krakowanie wstępne	krakowanie wstępne	-17.8-204.5°C (0-400°F)	0-100	0-10
Próżniowy	wieża ciśnieniowa	-17.8-204.5°C (0-400°F)	0-100	0-10
Termiczny/ /katalityczny	krakowanie termiczne	-17.8-204.5°C (0-400°F)	0-100	0-10
piec wgłębny	-17.8-204.5°C (0-400°F)	0-100	0-10
hydrotreater	-17.8-204.5°C (0-400°F)	0-100	0-10

PL 196 460 B1

Osady z procesów przeróbki ropy naftowej można podzielić na dwie grupy: miękkie i twarde osady, które są rozróżniane za pomocą swoich temperatur mięknięcia, (mierzonych za pomocą metody pierścienia i kuli), według obliczeń ASTM (American Society for Testing and Materials) nr D3461-85, oraz za pomocą ich współczynnika penetracji według ASTM nr D5. Temperatura mięknięcia obliczana metodą pierścienia i kuli dla osadów miękkich wynosi zazwyczaj poniżej 93.3°C (200°F), a penetracja jest większa niż 0. Natomiast twarde osady mają temperaturę mięknięcia obliczaną metodą pierścienia i kuli (PiK) w przybliżeniu równą 93.3°C (200°F) lub wyższą, a penetrację prawie równą 0. Temperatura mięknięcia obliczana metodą pierścienia i kuli dla osadów z procesów przeróbki ropy naftowej jest zdefiniowana jako temperatura, przy której lepkość osadu jest w przybliż eniu równa 1,000,000 cSt, i przy której wystę puje przemiana fazowa od stał ej do pół stał ej. Granule produkowane z miękkiego osadu mogą się sklejać i mogą wykazywać właściwości niewystarczające do efektywnego przechowywania w temperaturze otoczenia. Dlatego też granulowanie, do którego się używa miękkiego osadu, jest handlowo nieużyteczne, chyba że osad jest przedtem poddany chemicznej modyfikacji, (poprzez utlenianie powietrzem lub innym nadającym się do tego procesem), lub jeżeli granule zostaną poddane nie przepuszczającemu wilgoci powlekaniu. W przeciwieństwie do nich, granule produkowane z twardego osadu pierwotnie, bez uprzedniej przeróbki, wykazują odpowiednie właściwości nadające się do przechowywania lub transportowania.

Według wynalazku, miękkie osady są najpierw utleniane przez powietrze w utleniającym reaktorze, w którym jest umiarkowane ciśnienie (mniejsze niż 345 kPa (50 psig = funt na cal kwadratowy)) i umiarkowana temperatura od 176.7 do 371.1°C (od 350 do 700°F). Osad twardnieje w wyniku utleniania w stałej temperaturze i stałym przepływie powietrza na jednostkę wagi osadu przez okres od 2 do 5 godzin. Podwyższając temperaturę i/lub przepływ powietrza na jednostkę wagi osadu czas utleniania może być zredukowany. Niektóre z żywic, obecnych w miękkim osadzie są utleniane i przemieniane w asfalteny. Niektóre z ż ywic i asfaltenów są przemieniane w lekkie w ę glowodory, lekkie ciecze węglowodorowe i gazy odlotowe, (zawierające tlenek węgla, dwutlenek węgla, gazowe węglowodory i H2). Proces utleniania ogólnie zmniejsza właściwości grzewcze osadu, ale zwiększa temperaturę mięknięcia (PiK) i zawartość tlenu w osadzie. Utleniony osad o temperaturze mięknięcia powyżej 93.3°C (200°F) jest odpowiedni do procesu granulowania.

Wynalazek obejmuje proces produkowania granulek lub granul zarówno z miękkiego jak i twardego osadu. Zgodnie z jedną z postaci tego wynalazku twardy osad 10, mający początkową temperaturę mięknięcia powyżej 93.3°C (200°F), może być granulowany bezpośrednio, to jest bez uprzedniego przygotowania (zob. fig. 1). Miękki osad 12 jest poddawany utlenianiu powietrzem lub dmuchaniu 14 w podwyższonej temperaturze i umiarkowanym ciśnieniu w celu przemienienia go w utwardzony osad o temperaturze mięknię cia 93.3°C (200°F) lub wyż szej, w celu dostosowania go do granulowania (fig. 2). Granulowanie, zarówno twardego jak i utwardzonego miękkiego osadu, jest przeprowadzone podczas czynności granulowania 16 przy użyciu obrotowego urządzenia granulującego. Urządzenie to ma wysokie właściwości granulujące, elastyczność produkowania granulek o różnych rozmiarach i różnych osadów, łatwość użycia, ma zdolność samo czyszczenia oraz łatwość uruchamiania i zatrzymywania.

W wyniku procesu granulowania 16 powstają granule, które mają niemalż e kulisty kształ t i dobre właściwości paliwowe oraz cechy, które pozwalają na ich łatwe przechowywanie i transportowanie. Granule pochodzące z procesu granulowania 16 mogą być wysłane do magazynu (fig. 1) na palecie lub w silosie, zbiorniku lub beczce, lub magazynowanie może polegać na pakowaniu w torby, pojemniki, beczki i tym podobne.

Granule mogą być potem przewożone samochodami, pociągiem, transportowane statkiem lub barką i tym podobnymi. Granule mogą być również magazynowane po przetransportowaniu (zob. fig. 2). Zalecane jest, aby zostały następnie spalone w tradycyjnym sprzęcie spalającym 22 zaprojektowanym do spalania osadu w celu otrzymania gazów spalinowych 24, z których zazwyczaj jest pozyskiwane ciepło. Wynalazek nie jest jedynie ograniczony do spalania granulek, może mieć również inne zastosowania.

Zgodnie z fig. 3, twardy osad 10, (lub utwardzony miękki osad z urządzenia utleniającego lub innych, które mogą produkować utwardzony miękki osad) jest doprowadzany do bębna zbiornika wyrównawczego 30. Przeznaczeniem zbiornika wyrównawczego 30 jest usunięcie resztek rozpuszczalnika zawartego w osadzie, (np. z asfaltenów odzyskanych z procesu rozpuszczalnikowego deasfaltowania), który jest odsysany górą linią 32, a także dostarczenie dodatniej wysokości ssania dla pompy

PL 196 460 B1 wyporowej 34. Pompa wyporowa 34 dostarcza osad do komory granulacyjnej 36 z odpowiednią szybkością przepływu. Urządzenie rozlewające, zawierające zawór regulacji ciśnienia 38 i linię powrotu 40, utrzymuje poziomy osadu w zbiorniku wyrównawczym 30 a także dostosowuje się do fluktuacji w produkcji granulek. Osad z pompy wyporowej przepływa przez piec skrawający 42 gdzie jest podgrzewany do pożądanej temperatury wymaganej do procesu granulowania. Typowa temperatura wyjściowa z pieca skrawają cego 42 wynosi od okoł o 176.7°C (350°F) do okoł o 315.6°C (600°F) lub 371.1°C (700°F) i zależy od lepkości i temperatury mięknięcia osadu.

Gorący osad płynie przez linię 44 do szczytu komory granulacyjnej 36 gdzie przechodzi do obrotowej głowicy granulacyjnej 46. Obrotowa głowica granulacyjna 46 jest umocowana bezpośrednio na wierzchołku komory granulacyjnej 36 i jest obracana przy użyciu silnika elektrycznego 48 lub innego tradycyjnego urządzenia napędzającego. Prędkość obracającej się głowicy granulacyjnej 46 jest ustawiona w granicach od 10 do 5000 obrotów na minutę.

Obrotowa głowica granulacyjna 46 może posiadać różne kształty do których mogą należeć, ale nie muszą, kształty stożkowego kosza 46a lub wielo-średnicowej głowicy 46b, pokazanych odpowiednio na fig. 4 i 5. Otwory wylotowe 50 są równo rozmieszczone na średnicy głowic 46a, 46b w jednym lub wielu szeregach w trójkątnej lub kwadratowej podziałce lub innym układzie co jest bardziej szczegółowo omówione poniżej.

Średnica otworu wylotowego 50 może się wahać od około 0.8 do 25 mm (około 0.03 do około 1 cala), aby umożliwić odpowiedni rozdział i rozmiar granulek w czasie produkcji. Kombinacja średnicy głowicy obrotowej 46, prędkość w obrotach na minutę, rozmiar otworu wylotowego 50 i lepkość wpływa na rozmiar granulek i wielkość dystrybucji, ilość osadu na otwór i średnicę wyrzucania granulek. W momencie kiedy osad dostaje się do obracającej się głowicy 46, z powodu siły odśrodkowej, długie, wąskie walce osadu kierowane są do wolnej przestrzeni u góry komory granulacyjnej 36. Kiedy osad przemieszcza się w kierunku na zewnątrz i/lub w dół przez komorę granulacyjna 36, osad rozdziela się na kuliste granule, jako że siły napięcia powierzchniowego przezwyciężają połączone siły bezwładności i lepkości. Granule opadają spiralnie do chłodzącej kąpieli wodnej 52 (zob. fig. 3), która powinna być utrzymywana w stożkowym dnie komory granulacyjnej 36. Pozioma odległość między osią obrotu wirującej głowicy 46, a punktem gdzie granule przestają się przemieszczać od głowicy w kierunku poziomym, a zaczynają spadać w dół jest nazwany promieniem odrzucania. Średnica odrzucania, która jest dwa razy większa od promienia odrzucania, powinna być mniejsza niż wewnętrzna średnica komory granulacyjnej 36, ażeby zapobiec uderzaniu granulek o ścianę komory granulacyjnej 36 i skupiania się na niej.

Para, elektryczna cewka ogrzewająca lub inne elementy służące ogrzewaniu 56 mogą być wprowadzone do wnętrza górnej części komory urządzenia granulującego w celu utrzymania przestrzeni blisko głowicy 46 w stanie gorącym podczas gdy osad wypływa z obracającej się głowicy 46. Ogrzewanie przestrzeni w obrębie górnej części komory granulacyjnej 36, następuje w pierwszym rzędzie podczas uruchamiania, ale może być również użyte do podtrzymania stałej temperatury pary w obrę bie komory granulacyjnej 36 podczas normalnej pracy. Jeż eli jest to pożądane, para wodna może być wprowadzona przez linię 57 do ocieplenia komory granulacyjnej 36 na czas uruchomiania zamiast lub jako dodatek do elementów grzewczych 56. Wprowadzenie pary wodnej w czasie uruchamiania może również pomóc usunąć powietrze z komory granulacyjnej 36, które mogłoby spowodować niepożądane utlenienie granulek osadu. Utrzymanie stałej temperatury pary, bliskiej temperaturze wprowadzanego osadu, pomaga w przezwyciężaniu sił lepkości i może pomóc w zmniejszeniu średnicy wyrzucania i ciągnięciu się osadu. Gazy, wytwarzane przez gorący osad i parę wodną pochodzącą z odparowanej wody chłodzącej, opuszczają górną część komory granulacyjnej 36 przez linię otworu wentylacyjnego 58 i są pozyskiwane lub spalane wedle potrzeby.

Granule poruszają się spiralnie w dół do chłodzącej kąpieli wodnej 52 utrzymanej w dolnej części komory granulacyjnej 36. Mgiełka wodna wytworzona przez dyszę wodną 60, zapewnia natychmiastowe chłodzenie i twardnienie powierzchni granulek, które mogą mieć w tej fazie jeszcze stopiony rdzeń. Schłodzone powierzchniowo granule wpadają do kąpieli wodnej 52. Tam też woda dostaje się do dolnej części komory granulacyjnej 36 zapewniając ruch turbulencyjny, pomocny w usuwaniu granulek z komory granulacyjnej 36 a także dalsze chłodzenie granulek. Niskie poziomy (mniej niż 20 ppm [części na milion]) jednego lub większej ilości nie pieniących się środków powierzchniowo czynnych pochodzących od różnych producentów, zawierające ale nie ograniczone do wymienionych, dostępnych pod handlowym oznaczeniem firmy TERGITOL i TRITON, mogą być użyte w wodzie chłodzącej dla ułatwienia miękkiego lądowania granulek co zapobiega spłaszczaniu kulistych granulek.

PL 196 460 B1

Wskaźnik przepływu wody chłodzącej jest utrzymany na takim poziomie, aby zapewnić wzrost temperatury rzędu od około -12.2°C (10°F) do około 10°C (50°F), albo bardziej korzystny - od około -9.5°C (15°F) do około -3.9°C (25°F), pomiędzy wlotem dostawy wody przez linie 62 i 64, a linią wylotową 66.

Granule i woda chłodząca wypływają jako zawiesina z komory granulacyjnej 36 do urządzenia oddzielającego takiego jak przesiewacz wibracyjny 68 gdzie granule są odwadniane. Granule mogą posiadać szczątkową zawartość wody do około 10% wagowych, korzystnie 1 lub 0.1% wagowych lub jeszcze niższą. Granule mogą zostać przetransportowane do regularnego silosu, otwartego szybu, urządzenia pakującego lub do miejsca załadowania (nie pokazane na rysunku) za pomocą taśmy przenośnika 70. Woda z odwadniającego przesiewacza 68 wpływa do wodnego zbiornika ściekowego 72. Wodny zbiornik ściekowy 72 zapewnia dodatnią wysokość ssania do pompy wody chłodzącej 74. Woda może być alternatywnie odciągana bezpośrednio do pompy ssącej z odwadniającego przesiewacza (nie pokazane na rysunku). Chłodząca woda jest pompowana z powrotem do urządzenia granulującego przez element usuwający ciała stałe 76, na przykład filtr, który usuwa produkt podsitowy i ciała stałe. Woda chłodząca jest schładzana do poziomu temperatury otoczenia przez chłodnice powietrzną 78, poprzez zamianę ciepła za pomocą rafineryjnego systemu chłodzenia wody (nie pokazane), albo przez inne tradycyjne środki chłodzące. Następnie taka woda jest ponownie wprowadzana do obiegu, do komory granulacyjnej 36 przez linię 80.

Typowe warunki operacyjne dla urządzenia granulującego z rysunku fig. 3 przedstawiono poniżej w Tabeli nr 2.

T a b e l a nr 2 Typowe warunki operacyjne

WARUNEK	PRZEDZIAŁ	ZALECANY PRZEDZIAŁ
Temp. wprowadzanego osadu	176.7-371.1°C (350-700°F)	204.5-315.6°C (400-600°F)
Ciśnienie	1-13 atm (200 psig)	mniej niż 3.4 atm (50 psig)
Średnica głowicy	5-150 cm (2-60 cali)	5-90 cm (2-36 cali)
Szybkość obrotu głowicy	10-5000 obr/min	200-3000 obr/min
Rozmiar otworu	0.075-2.5 cm (0.03-1 cala)	mniej niż 1.25 cm (mniej niż 0.5 cala)
Przekrój otworu	trójkąt lub kwadrat
Nośność otworu	0.454-453.592 kg/h na otwór (1-1000 funt/h na otwór)	do 181.4 kg/h na otwór (do 400 funt/h na otwór)
Średnica rzucania	30.5-457.5 cm (1-15 stóp)	61-305 cm (2-10 stóp)
Temp. wchodzącej wody chłodzącej	4.5-73.9°C (40-165°F)	15.6-60°C (60-140°F)
Temp. wychodzącej wody chłodzącej	21.1-87.8°C (70-190°F)	23.9-73.9°C (75-165°F)
Różnica temp. wody chłodzącej	-12.2-10°C (10-50°F)	-9.5- -3.9°C (15-25°F)
Wielkość granulek (mm)	0.1-10 mm	0.5-5 mm

Wynalazek ujawnia użycie odśrodkowej głowicy granulacyjnej 46 do granulowania osadu Wirująca głowica 46 jest niekosztownym, wysoko przepustowym, elastycznym i samo czyszczącym się przyrządem do granulowania osadu. Otwory wylotowe 50 są ułożone na obwodzie wirującej głowicy 46. Ilość otworów 50 wymagana do osiągnięcia pożądanej produkcji jest zwiększana przez zwiększanie średnicy głowicy 46 i/lub zmniejszanie odległości między otworami 50 w tym samym szeregu oraz osiowe rozmieszczanie otworów wylotowych 50 w wielokrotnych poziomach. Otwory wylotowe 50 mogą być umieszczone kątowo w układzie trójkątnym lub kwadratowym, lub innej konfiguracji.

Obrotowa głowica granulacyjna 46 może posiadać różne kształty, do których może należeć, ale nie musi, kształt stożkowego kosza 46a lub wielo-średnicowej głowicy 46b, pokazane odpowiednio na fig. 4 i 5. Średnica głowicy 46 w połączeniu z szybkością obrotu określają siłę odśrodkową, przy której osad jest wyciskany z wirującej głowicy 46. Przez umieszczanie otworów wylotowych 50 na różnych

PL 196 460 B1 obwodach głowicy 46b, na przykład uważa się, że jakakolwiek tendencja do zderzenia stopionych/lepkich granulek jest zminimalizowana z racji tego, że w tej sytuacji są różne średnice wyrzucania, a też występuje wstrzymywanie zbrylania granulek osadu zanim będą oziębione i skrzepnięte. Jeżeli zajdzie tak potrzeba, różne pierścienie 47a-c w głowicy 46b mogą być obracane z różną prędkością, na przykład do otrzymania mniej więcej tej samej siły odśrodkowej odpowiednio do obwodów.

Oprócz prędkości z jaką obraca się głowica 46, jej średnicy, dodatkowym czynnikiem operacyjnym jest wielkość otworu wylotowego 50, temperatura osadu, temperatura otoczenia, wielkość kanałów przez które wpływa osad wewnątrz głowicy 46 (nie pokazane), lepkość i napięcie powierzchniowe osadu. Te zmienne i ich stosunek do rozmiaru granul, wielkość produkcji przypadającą na otwór, średnica wyrzucania i długość załamania się strumienia, są wyjaśnione poniżej.

Wielkość otworów wylotowych 50 wpływa na rozmiar granul. Przy danym współczynniku lepkości, prędkości obrotowej, średnicy głowicy 46 oraz wydajności, mniejszy otwór 50 produkuje mniejsze granule a większy otwór produkuje większe granule. Dla tych samych warunków, średnica wyrzucania zwiększa się przy zmniejszeniu wielkości otworów 50. Różny rozmiar produkowanych granulek zależy od ustawienia prędkości obrotu i średnicy głowicy 46 oraz zadanej wydajności. W zależności od zadanej wydajności można ustalić liczbę otworów 50, która może się wahać od 10 do 700 lub więcej.

Siła odśrodkowa, przy której jest możliwe wyciskanie osadu, jest zależna od średnicy głowicy 46 obrotowej. Zwiększając współczynnik ilości obrotów na minutę zmniejsza się rozmiar granul i zwiększa się średnicę wyrzucania, zakładając że inne czynniki są stałe. Zwiększenie średnicy głowicy 46 zwiększa siłę odśrodkową, i aby utrzymać stałą siłę odśrodkową współczynnik ilości obrotów na minutę może być zmniejszony proporcjonalnie do pierwiastka kwadratowego proporcji średnic głowicy 46. Dla większego współczynnika wydajności na otwór wylotowy 50 potrzebna jest z reguły większa prędkość obrotowa. Typowa wielkość współczynnika ilości obrotów na minutę waha się od 10 do 5000, natomiast wielkość średnicy głowicy 46 obrotowej może mieć wielkość od 5 cm do 150 cm (od 2 cali do 5 stóp).

Współczynnik lepkości osadu z reguły zwiększa się wykładniczo ze zmniejszeniem temperatury. Ten współczynnik przy różnych temperaturach może być obliczony metodą interpolacji zgodną z technikami ASTM, które nie są obce obeznanym w tym temacie, zakładając, że lepkość jest znana dla dwóch temperatur. Współczynnik lepkości wpływa na wielkość produkowanych granulek. Zakładając, że inne czynniki są stałe, większa lepkość osadu skutkuje zwiększeniem rozmiarów granul.

P r z y k ł a d 1 i 2

Badania były prowadzone z dwoma rodzajami osadu produkowanymi w procesie rozpuszczalnikowego deasfaltowania, których temperatura mięknięcia mierzona metoda pierścienia i kuli wynosi 129.5°C (265°F) i 144.5°C (292°F). Przyrząd eksperymentalny składał się z zasilającego pieca zbiornikowego, pompy 34, ogrzanej linii zasilającej 44, uszczelniaczy potrzebnych do transferu osadu do głowicy obrotowej, wielootworowej głowicy obrotowej 46 silnika 48 i pasa służących do wprowadzania w ruch głowicy i korytka gromadzenia się granulek. Osad by ł podgrzany do pożądanej temperatury w piecu bębnowym i przepompowany do obracającej się głowicy 46 przy pomocy pomp 44 urządzenia granulującego. Zastosowana pompa była zębatą pompą mogącą pompować do 5 gpm (galonów na minutę). Wysoka temperatura, umiarkowane ciśnienie uszczelniaczy zapewniały bezprzeciekowe połączenie pomiędzy linią zasilającą 44 a głowicą obrotową w czasie podawania osadu.

Pompa była kalibrowana przed każdym eksperymentem. W momencie kiedy osad dostawał się do głowicy wirującej 46, siła odśrodkowa powodowała odłączanie długich cienkich wałeczków osadu w pustą przestrzeń górnej części komory granulacyjnej 36. Kiedy osad opadał w przestrzeń gazową, rozpadał się na kuliste granule, gdyż siła napięcia powierzchniowego pokonała połączone siły lepkości i bezwładności. Następnie granule opadły spiralnie do naczynia zbierającego z chłodzącą kąpielą wodną 52.

Głowica 46 użyta w badaniu umieszczona była w metalowej komorze, gaz wewnątrz komory był utrzymywany w temperaturze przybliżonej do temperatury wprowadzanego osadu, za pomocą zapalanych naftą ogrzewaczy powietrza 56. Głowica obrotowa 46 utrzymywana była w temperaturze przybliżonej do temperatury wprowadzanego osadu, za pomocą indukcyjnego elementu grzejnego. Metalowa komora 36 podgrzewana była w celu przezwyciężenia sił lepkości pozwalającego na formowanie kulistych granulek. To również zmniejszyło średnicę wyrzucania i zahamowało ciągnienie się osadu. Badanie prowadzone było z pojedynczymi otworami jak i wielokrotnymi i granule były wytwarzane z wysoką wydajnością. Podczas pracy przy użyciu wielokrotnych otworów granule nie zbrylały się ani w przestrzeni gazowej, ani w czasie opadania do zbiornika zbierającego.

PL 196 460 B1

Przykłady 1 i 2 pokazują działanie urządzenia granulującego zaopatrzonego w urządzenie do odśrodkowego wyrzucania co jest zgodne z istotą wynalazku i demonstruje zdolność tej aparatury do produkowania granulek.

Właściwości osadu i parametry operacyjne są przedstawiono poniżej w tabeli nr 3:

T a b e l a nr 3

WŁAŚCIWOŚCI/PARAMETR	PRZYKŁAD 1	PRZYKŁAD 2
Właściwości osadu
temp. mięknięcia °C (°F)	129.5°C (265°F)	144.5°C (292°F)
siarka (% wag.)	1.7	4.1
test przechowywania w temp. do 83°C (150°F) przy obciążeniu osiowym	zdany	zdany
test kruchości, materiał podsitowy (% wag.)	<2% wag.	<2% wag.
ciepło spalania netto (kJ/kg), (Btu/funt)	39303 kJ/kg (16900 Btu/funt)	38907 kJ/kg (16730 Btu/funt)
wielkość granulek (mm)	0.5 do 3	0.5 do 3
Parametry operacyjne
średnica głowicy odśrodkowej w cm (calach)	6 cm (2.4 cale)	6 cm (2.4 cale)
całkowita liczba otworów	32	32
liczba użytych otworów	1	1 i 4
układ otworu	trójkątny	trójkątny
średnica otworu, w cm (calach)	0.07812 cm (0.03125 cali)	0.07812 cm (0.031 25 cali)
temp. wprowadzanego osadu (°C, °F)	260°C (500°F)	279.5°C (535°F)
ilość obrotów na minutę	900-1500	900-1500
przepustowość na otwór w kg/h (funt/h)	88.5 kg/h (195 funt/h)	45.5 kg/h (100 funt/h)

Zastrzeżenia patentowe

Claims (39)

1. Sposób granulowania osadów z procesów przeróbki ropy naftowej, znamienny tym, że osad podgrzewa się do temperatury, w której występuje w stanie ciekłym i nieprzerwanie dostarcza gorący osad do wlotu odśrodkowej głowicy granulacyjnej posiadającej wiele promieniście ułożonych otworów wylotowych; przy czym głowica granulacyjna jest obracana w celu uwolnienia gorącego osadu z otworów w wolną przestrzeń na wyższym końcu komory granulacyjnej mającego większą średnicę niż średnica wyrzucania wydalanego osadu; po czym rozdziela się i formuje z wydalonego osadu kuliste granule w strefie wysokiej temperatury komory granulacyjnej, w którym osad w stanie płynnym opada w dół do kąpieli w płynnym chłodzącym ośrodku utrzymywanym w temperaturze wystarczającej do skrzepnięcia granul w niemalże kulistą formę; a następnie wyciąga się zawiesinę skrzepniętych granul i środka chłodzącego z komory granulacyjnej i oddziela granule od środka chłodzącego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że osad ma penetrację zasadniczo 0, temperaturę mięknienia od 93.4°C (200°F) do 204.5°C (400°F), i jest podgrzany do temperatury od około 176.7°C (350°F) do około 371.1°C (700°F).

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że miękki osad mający penetrację większą niż 0 i temperaturę mięknienia poniżej około 93.4°C (200°F) styka się z powietrzem o temperaturze od około 176.7°C (350°F) do około 371.1°C (700°F) na czas potrzebny do zredukowania penetracji osadu zasadniczo do 0 i zwiększenia temperatury mięknienia do powyżej 93.4°C (200°F) aby utworzyć utwardzony osad odpowiedni do użycia przy spalaniu.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że czas zetknięcia z powietrzem wynosi od około 2 do okoł o 5 godzin.

PL 196 460 B1

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że otwory wlotowe są nałożone na obwodzie głowicy granulacyjnej w wielu pionowo usytuowanych górnych i dolnych szeregach, przy czym dolny rząd lub rzędy są rozłożone według mniejszej średnicy od osi rotacji głowicy granulacyjnej niż dolny rząd lub rzędy.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że głowica granulacyjna ma obwód zwężający się od najwyżej położonego rzędu otworów wylotowych do rzędu położonego najniżej.

7. Sposób wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e gł owica granulacyjna jest obracana z prę dkością od około 10 do około 5000 obrotów na minutę, głowica granulacyjna ma średnicę od około 5 cm (2 cale) do około 152 cm (5 stóp), otwory mają średnicę od około 0.08 cm (1/32 cala) do około 2.5 cm (1 cal) i wydajność produkcji od około 0.454 do około 453.592 kg/h (od około 1 do około 1000 funtów/h) stopionego materiału na otwór, średnica wyrzucania ma długość od około 30.5 cm (1 stopa) do około 457 cm (15 stóp), a granule mają rozmiar rzędu od około 1 mm do około 10 mm.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e środek chłodzący zawiera wodę.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, ż e kąpiel jest podtrzymywana w komorze granulacyjnej w temperaturze od około 4.4°C (40°F) do około 87.8°C (190°F).

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że woda jest wprowadzona do komory granulacyjnej jako wewnętrznie skierowana struga rozpylonej cieczy w strefie chłodzenia powyżej kąpieli na przynajmniej częściowo schłodzone kuliste granule zanim poddane zostaną kąpieli.

11. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że zawiesina wychodząca z komory granulacyjnej jest nie więcej niż około 10°C (50°F) cieplejsza niż woda wprowadzona do strefy chłodzenia.

12. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że obejmuje odzyskiwanie wody z separowania, filtrowanie wody regenerowanej, chłodzenie wody regenerowanej i ponowne rozprowadzenie wody regenerowanej do strefy chłodzenia.

13. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że wprowadzany materiał zawiera osad, o temperaturze mię knię cia od okoł o 110°C (230°F) do okoł o 176.7°C (350°F) a granule uzyskane z separacji mają szczątkową zawartość wody od 0.1 do 10% wag.

14. Sposób według zastrz 1, znamienny tym, że obejmuje odpowietrzanie pary z pobliża górnego końca komory granulacyjnej.

15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje podgrzewanie górnego końca komory granulacyjnej tak aby w znacznym stopniu utrzymać strefę stałej temperatury w strefie sąsiadującej z głowicą granulacyjną w czasie uruchamiania.

16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje wprowadzanie pary do komory granulacyjnej między głowicą granulacyjną a miejscem kąpieli.

17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje transportowanie uzyskanych granulek w temperaturze otoczenia do położenia odległego od komory granulacyjnej.

18. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że obejmuje spalanie przetransportowanych grudek jako paliwo lub dodatek paliwowy.

19. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje zetknięcie miękkiego osadu o penetracji większej od 0 i temperaturze mięknienia poniżej około 93.4°C (200°F) z powietrzem o temperaturze od około 176.7°C (350°F) do około 371.1°C (700°F) w ciągu okresu czasu wystarczającego na uformowanie się twardego osadu o penetracji zasadniczo równej 0 i temperaturze mięknienia powyżej 93.4°C (200°F); po czy następuje formowanie twardego osadu w kuliste granule.

20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że obejmuje spalanie granulek jako paliwa lub dodatku paliwowego.

21. Granule osadu, znamienne tym, że są kuliste, kompozycyjnie jednorodne i stanowią materiał palny, posiadają rozmiar rzędu między 0.1 do 10 mm, penetrację zasadniczo równą 0, temperaturę mięknienia od około 93.4°C (200°F) do około 204.5°C (400°F), i szczątkową zawartość wody od 0.1 do 10% wag. oraz zawartość siarki mniejszą niż 10% wag.

22. Granule osadu według zastrz. 21, znamienne tym, że zawierają twardy osad wytworzony w wyniku stykania się mię kkiego osadu, mają cego temperaturę mię knienia poniż ej 93.4°C (200°F) i penetrację większą niż 0, z powietrzem o temperaturze otoczenia w cią gu okresu czasu wystarczającego na przemianę miękkiego osadu w twardy osad.

23. Urządzenie do granulowania osadów z procesów przeróbki ropy naftowej z zasadniczo litego materiału zasilającego, który może zostać doprowadzony do stanu stopionego przy podwyższonej temperaturze, znamienne tym, że zawiera pionową komorę granulacyjną (36) posiadającą górną strefę granulującą, strefę formującą kuliste granule znajdującą się poniżej strefy granulującej, strefę

PL 196 460 B1 chłodzenia poniżej formującej kule strefy, i dolną chłodzącą kąpiel (52) poniżej strefy chłodzenia; oraz centralnie wysuniętą głowicę granulacyjną (46) w strefie granulującej, która obraca się wzdłuż pionowej osi i posiada wiele otworów wylotowych (50) do rozrzucania materiału zasilającego promieniście na zewnątrz, przy czym średnica wyrzucania głowicy granulacyjnej (46) jest mniejsza niż wewnętrzna średnica komory granulacyjnej (36); a ponadto posiada linię (44) do dostarczania stopionego materiału zasilającego do głowicy granulacyjnej (46); zaś pionowa wysokość formującej kule strefy pozwala na wypuszczanie materiału z głowicy granulacyjnej (46) w celu uformowania kulistych płynnych grudek; oraz posiada dysze (60) rozpylające płynny środek chłodzący wewnętrznie do strefy chłodzenia w celu chłodzenia i częściowego skrzepnięcia płynnych granulek, które zbiera się w kąpieli (52), a ponadto posiada linię (80) do dostarczania środka chłodzącego do dysz (60) i kąpieli (52) dla utrzymania głębokości kąpieli w komorze granulacyjnej (36) i linię (66) do wyciągania zawiesiny granulek z ośrodka chłodzącego oraz oddzielacz (68) w układzie ciecz - ciało stałe dla odzyskiwania granulek z zawiesiny.

24. Urządzenie granulujące według zastrz. 23, znamienne tym, że zawiera naczynie utleniające do kontaktowania miękkiego osadu, o penetracji większej niż 0 i temperaturze mięknienia poniżej 93.4°C (200°F), z powietrzem o temperaturze od około 176.7°C (350°F) do około 371.1°C (700°F) na czas wystarczający na obniżenie penetracji osadu do poziomu prawie równemu 0 i zwiększenia temperatury mięknienia do powyżej 93.4°C (200°F), aby utworzyć twardy osad nadający się jako materiał zasilający do głowicy granulacyjnej (46) oraz linię technologiczną (10) do dostarczania twardego osadu dla linii dostarczającej stopiony materiał zasilający.

25. Urządzenie granulujące według zastrz. 24, znamienne tym, że zawiera rozpuszczalnikową jednostkę deasfaltującą (30) do otrzymywania miękkiego osadu jako asfaltenową część z rozpuszczalnikowego deasfaltowania pozostałości z przeróbki ropy naftowej.

26. Urządzenie granulujące według zastrz. 23, znamienne tym, że zawiera podgrzewacz (42) do ogrzewania materiału dostarczanego do głowicy granulacyjnej (46).

27. Urządzenie granulujące według zastrz. 23, znamienne tym, że otwory wylotowe (50) ustawione są przy obwodzie głowicy granulacyjnej (46) w wiele pionowo umiejscowionych górnych i dolnych szeregów, gdzie dolny rząd lub rzędy są ustawione według mniejszego promienia od osi rotacji głowicy granulacyjnej (46) niż wyższe szeregi lub szereg.

28. Urządzenie granulujące według zastrz. 27, znamienne tym, że głowica granulacyjna (46) ma obwód zwężony od najwyżej umieszczonego szeregu do najniżej położonego.

29. Urządzenie granulujące według zastrz. 27, znamienne tym, że głowica granulacyjna (46) zawiera wiele pierścieni o różnej średnicy z otworami (50) uformowanymi w wewnętrznym obwodzie każdego pierścienia, gdzie pierścienie są zamocowane do głowicy granulacyjnej (46) w wyprowadzającym wykończeniu, w którym każdy sukcesywnie niższy pierścień ma mniejszą średnicę niż pierścień go poprzedzający.

30. Urządzenie granulujące według zastrz. 23, znamienne tym, że zawiera napęd (48) do obracania głowicy granulacyjnej (46) z prędkością od około 10 do około 5000 obrotów na minutę, gdzie głowica granulacyjna (46) ma średnicę od około 5 cm (2 cali) i do około 152 cm (5 stóp), i gdzie otwory (50) mają średnicę od około 0.07 cm (1/32 cala) do około 2.5 cm (1 cala) a wydajność produkcji wynosi od około 0.454 do około 453.592 kg/h (od około 1 do około 1000 funtów/h) materiału zasilającego na otwór.

31. Urządzenie granulujące według zastrz. 23, znamienne tym, że środek chłodzący zawiera wodę i także zawiera ochładzacz (78) dla utrzymywania kąpieli w komorze granulacyjnej przy temperaturze od około 4.5°C (40°F) do około 87.8°C(190°F).

32. Urządzenie granulujące według zastrz. 31, znamienne tym, że kąpiel (52) zawiera małą ilość nie pieniącego się środka powierzchniowo czynnego.

33. Urządzenie granulujące według zastrz. 23, znamienne tym, że komora (36) składa się ze stożkowego dna (54) zawierającego kąpiel (52) i wypływ w niższym końcu stożkowego dna (54), który służy doprowadzaniu zawiesiny do linii wyprowadzającej (66).

34. Urządzenie granulujące według zastrz. 33, znamienne tym, że zawiera filtr (76) do filtrowania chłodzącego środka odzyskanego z separatora w układzie ciecz - ciało stałe, ochładzacza (78) do chłodzenia odzyskanego środka chłodzącego i linii (80) ponownego obiegu do krążenia schłodzonego środka chłodzącego dla linii zasilającej (64).

35. Urządzenie granulujące według zastrz. 23, znamienne tym, że zawiera odpowietrznik (58) odsysający parę blisko górnego końca komory granulacyjnej (36).

PL 196 460 B1

36. Urządzenie granulujące według zastrz. 23, znamienne tym, że zawiera ogrzewacz (56) do podgrzewania górnego końca komory (36) w celu utrzymania strefy stałej temperatury, przyległej do głowicy granulacyjnej (46).

37. Urządzenie granulujące według zastrz. 23, znamienne tym, że separator w układzie ciecz - ciało stałe składa się z przesiewacza wibracyjnego (68).

38. Urządzenie granulujące według zastrz. 23, znamienne tym, że zawiera taśmę przenośnika (70) do transportowania granulek z przesiewacza wibracyjnego (68) do magazynowania w temperaturze otoczenia.

39. Urządzenie granulujące według zastrz. 22, znamienne tym, że zawiera linię (57) wprowadzającą parę do formującej kuliste granule strefy.