RU224902U1 - Дисковый регенеративный кристаллизатор для парафиносодержащего углеводородного сырья - Google Patents

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для охлаждения и кристаллизации парафиносодержащего углеводородного сырья из нефти и предназначено для производства депарафинированных масел и парафинов в процессах депарафинизации и обезмасливания. Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение производительности. Поставленный технический результат достигается тем, что дисковый регенеративный кристаллизатор состоит из корпуса, патрубков подвода и отвода сырьевого потока, полых дисковых элементов, переточных труб, снабженных патрубками подачи и вывода хладагента, уплотнителей, вала с якорными мешалками и лопастными мешалками, оснащенными скребком, причем лопастные мешалки дополнительно снабжены щетками, контактирующими с внутренней поверхностью корпуса, полыми дисковыми элементами и вращающимся валом.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для охлаждения и кристаллизации парафиносодержащего углеводородного сырья из нефти и предназначено для производства депарафинированных масел и парафинов в процессах депарафинизации и обезмасливания.

Известен промышленный способ депарафинизации и обезмасливания с применением скребковых регенеративных кристаллизаторов, представляющих собой горизонтальные теплообменные аппараты типа «труба в трубе». Внутренняя труба снабжена вращающимся валом с металлическими скребками для удаления парафинового слоя со стенок трубы. Смесь сырья с растворителями прокачивается по внутренним трубкам, а хладагент (холодный фильтрат) - противотоком по межтрубному кольцевому пространству (Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учеб. пособие / С.А. Ахметов. - Уфа :Гилем, 2002. - 671 с., с 311-313).

Недостатком известного способа применения кристаллизатора типа «труба в трубе» является малая производительность и высокие капитальные затраты на ремонт и обслуживание таких кристаллизаторов ввиду того, что требуется периодическая остановка оборудования для горячей промывки, а также для частых и продолжительных ремонтов основных элементов кристаллизатора.

Известно устройство для охлаждения и кристаллизации парафинсодержащего углеводородного сырья, содержащее горизонтальный цилиндрический корпус с патрубками для ввода и вывода, соответственно, сырьевого потока, смешанного с растворителем, и целевого продукта в виде охлажденной суспензии, внутреннее пространство которого разделено на секции вертикальными полыми дисками, через которые противотоком к сырью проходит поток хладагента, размещенными вдоль установленного по оси корпуса вращающегося вала, на котором закреплены мешалки со скребками, предназначенными для перемешивания суспензии и удаления парафинового осадка с поверхности дисков (Патент US №20080312486, МПК: B01D 009/00, B01D 009/002, B01G 019/06, C10G 073/32, опубл. 18.12.2008 г.).

Недостатком известного устройства является образование на его выходе суспензии твердых углеводородов с мелкодисперсным кристаллическим составом. Получение целевого продукта с преобладанием кристаллов парафина мелкой фракции приводит к возникновению негативных последствий в последующей технологической цепочке, в частности, на этапе фильтрования выкристаллизовавшегося парафина, поскольку ведет к быстрому забиванию поверхности фильтров и уменьшению скорости фильтрации, что, в свою очередь, требует проведения более частых промывок фильтров, увеличивает эксплуатационные затраты на процесс в целом и ведет к снижению производительности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой конструкции по совокупности признаков и принятым за прототип является устройство для охлаждения и кристаллизации парафинсодержащего углеводородного сырья, содержащее горизонтальный цилиндрический корпус с трубопроводами ввода сырьевого потока в виде смеси парафинсодержащего углеводородного сырья с растворителем и вывода охлажденной суспензии, установленными соответственно на его передней и задней торцевых поверхностях, с размещенным по его оси с возможностью вращения валом, на концах которого установлены якорные мешалки, а вдоль него последовательно размещены жестко соединенные со стенками корпуса полые дисковые элементы с образованием секций в корпусе для циркуляции и формирования потока сырья и закрепленные на валу лопастные мешалки со скребковыми элементами, установленные с возможностью контактирования последних с боковыми поверхностями дисковых элементов, трубопровод подачи хладагента с системой переточных патрубков, сообщающих полости смежных дисковых элементов между собой, для подачи в них хладагента в направлении, противоточном относительно направления движения сырьевого потока, причем в каждой паре смежных дисковых элементов один установлен с зазором относительно поверхности вала и без зазора относительно внутренней стенки корпуса, а другой соответственно без зазора относительно поверхности вала и с зазором относительно внутренней стенки корпуса, и снабженное трубопроводом подачи антиактиватора нуклеации с отводными патрубками, на которых установлены регуляторы расхода, для ввода указанного антиактиватора в секции корпуса, в которые сырьевой поток поступает через зазоры дисковых элементов относительно внутренней стенки корпуса (Патент РФ№139340, МПК: В01D 9/02, C10G 73/32, опубл. 20.04.2014 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность из-за возможного налипания кристаллов парафина на внутренние стенки корпуса кристаллизатора, в зазорах, прочистка которых требует полного демонтажа составных элементов оборудования. А также необходимость периодической остановки основного цикла работы для очистки и уменьшение скорости и величины сырьевого потока в аппарате.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение производительности.

Поставленный технический результат достигается тем, что дисковый регенеративный кристаллизатор состоит из корпуса, патрубков подвода и отвода сырьевого потока, полых дисковых элементов, переточных труб, снабженных патрубками подачи и вывода хладагента, уплотнителей, вала с якорными мешалками и лопастными мешалками, оснащенными скребком, причем лопастные мешалки дополнительно снабжены щетками, контактирующими с внутренней поверхностью корпуса, полыми дисковыми элементами и вращающимся валом.

Установка щеток на концах каждой лопастной мешалки позволяет при вращении лопастных мешалок удалять налипшие кристаллы парафина. Поскольку щетки контактируют с внутренней поверхностью корпуса, полыми дисковыми элементами и валом, они позволяют удалят налипшие кристаллы парафина непосредственно в зазорах между элементами устройства, что обеспечивает беспрепятственное протекание сырьевого потока и сохраняет его расход.

При этом также отпадает необходимость в остановке работы кристаллизатора для очистки зазоров от парафинов, а значит, увеличивается основное время работы, отпадает необходимость полного демонтажа всех элементов кристаллизатора (зазоры между элементами устройства невелички и для их прочистки потребуется полный демонтаж кристаллизатора) для прочистки, поскольку очистка зазоров происходит непосредственно в процессе работы кристаллизатора. За счет установки щеток на лопастных мешалках, которые вращаются вместе с валом, происходит непрерывное удаление кристаллов парафина в зазорах в процессе работы устройства, а также полная очистка всей поверхности, с которой контактируют щетки, благодаря чему непрерывно удаляются кристаллы парафина в зазорах, через которые проходит сырьевой поток, сохраняя, таким образом, постоянную величину этих зазоров и расход сырьевого потока. Все это приводит к увеличению основного времени цикла работы и увеличивает производительность кристаллизатора в целом.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемой конструкции в разрезе, на фиг. 2 увеличено показан полый дисковый элемент, вал, лопастная мешалка с щетками.

Предлагаемая конструкция дискового регенеративного кристаллизатора для парафинсодержащего углеводородного сырья содержит горизонтальный цилиндрический корпус 1 с патрубками ввода сырьевого потока 2 смеси парафинсодержащего углеводородного сырья с растворителем и вывода охлажденной суспензии 3. В корпусе 1 осесимметрично установлен вал 4, на концах которого установлены якорные мешалки 5. Вдоль вала 4 (с зазором относительно вала 4) последовательно размещены жестко соединенные со стенками корпуса 1 полые дисковые элементы 6 (выполненные в виде полого цилиндра с внутренним цилиндрическим отверстием), образующие секции 7 в корпусе 1 для циркуляции и формирования потока сырья.

На валу 4 закреплены лопастные мешалки 8 со скребком 9, установленным с возможностью контактирования с торцевыми поверхностями полых дисковых элементов 6. На концах каждой лопастной мешалки 8 установлены щетки 10, контактирующие с внутренней поверхностью корпуса 1 и полыми дисковыми элементами 6.

Уплотнители 11 и щетки 12 установлены в чередующейся последовательности на валу 4. При этом в местах установки щеток 12 уплотнители 11 размещены между внутренней поверхностью корпуса 1 и полыми дисковыми элементами 6 (в зазоре между корпусом 1 и полым дисковым элементом 6).

Щетки 10 и 12 представляют собой металлические основания (в виде трубок), вдоль которых по обе стороны насажены пучки тонких проволок (щетин), выполненных из того же материала, что и скребки 9 на лопастных мешалках 8 (материал - бронза).

Полости полых дисковых элементов 6 сообщаются между собой посредством переточных труб 13, снабженных патрубками подачи хладагента 14 и вывода хладагента 15.

Секции 7 снабжены трубопроводом подачи антиактиваторануклеации 16, оснащенным регуляторами расхода 17.

Пример работы кристаллизатора.

Сырьевой поток в виде смеси парафинсодержащего углеводородного сырья с растворителем поступает в кристаллизатор через патрубок ввода сырьевого потока 2. Подача антиактиваторануклеации осуществляется по трубопроводу 16, для разбавления сырья. Расход антиактиватора в секции 7 корпуса 1, изменяется при помощи регуляторов расхода 17.

Одновременно в полости дисковых элементов 6 по патрубку 14 подается хладагент, который медленно проходя через переточные трубы 13, сначала полностью заполняет полость одного дискового элемента 6, а затем по переточным трубам 13 переходит к полости следующего дискового элемента 6. Таким образом, одна за другой заполняются полости дисковых элементов 6. При этом хладагент подается в направлении противоположном движению сырьевого потока, в качестве хладагента используют раствор депарафинированного масла после фильтрации охлажденной суспензии. Таким образом, хладагент медленно движется в противоточном направлении, относительно направления движения сырьевого потока, что увеличивает эффективность охлаждения сырьевого потока в процессе работы кристаллизатора.

Сырьевой поток выводится из корпуса 1 кристаллизатора в виде охлажденной суспензии через патрубок вывода 3.

Сырьевой поток прокачивается по корпусу 1 насосом и постоянно перемешивается в зоне ввода и вывода якорными мешалками 5, а между секциями 7 - лопастными мешалками 8, закрепленными на вращающемся валу 4.

Лопастные мешалки 8 оборудованы скребками 9, которые, при их вращении соскребают парафиновый осадок с торцевых поверхностей полых дисковых элементов 6.

Щетки 10 и 12 производят непрерывную очистку от кристаллов парафина, образовавшихся в процессе работы устройства на поверхностях дисковых элементов 6 (при вращении вала 4 лопастные мешалки 8 вращаются вместе с установленными на них щетками 10 и 12, что позволяет щеткам 10 и 12 очищать поверхности дисковых элементов 6).

Сырьевой поток поступает из одной секции 7 в другую, поочередно проходя через зазоры. Так как уплотнители 11 установлены в чередующейся последовательности на валу 4, то при прохождении внутри корпуса 1 сырьевой поток (когда уплотнитель 11 установлен на валу 4) проходит через зазор между внутренней поверхностью корпуса 1 и полым дисковым элементом 6, а при переходе в следующую секцию 7, где уплотнители 11 отсутствуют на валу 4, но размещены в зазоре между внутренней поверхностью корпуса 1 и полым дисковым элементом 6, сырьевой поток проходит через зазор между валом 4 и дисковым элементом 6. Таким образом, проходя вдоль корпуса 1 кристаллизатора, сырьевой поток постоянно меняет траекторию своего движения (показаны на фиг. 1 пунктирными линиями и стрелками).

Работа щеток 10 и 12 позволяет сохранять постоянной величину зазоров между внутренней поверхностью корпуса 1, полыми дисковыми элементами 6 и вращающимся валом 4, что обеспечивает беспрепятственное протекание сырьевого потока и сохранение его расхода в течение всего цикла работы устройства, за счет непрерывной очистки зазоров от налипших кристаллов парафина.

Предлагаемая конструкция дискового регенеративного кристаллизатора для парафиносодержащего углеводородного сырья с установкой щеток позволяет предотвращать налипание кристаллов парафина на поверхностях элементов устройства, сохранять высокую пропускную способность перерабатываемой среды в зазорах, при этом исключает необходимость частой остановки работы кристаллизатора для очистки от налипших кристаллов, что увеличивает основное время работы устройства, а значит и производительность в целом.

Кольцевые зазоры из-за своей малой величины являются высоким местным сопротивлением для протекающего через них потока. На поверхностях элементов кристаллизатора постоянно происходит постепенное налипание кристаллов парафина, что затрудняет протекание суспензии и повышает гидродинамическое сопротивление во время работы устройства. Если не очищать такие поверхности, то при налипании кристаллов в зазорах расход сырья, проходящего через них, будет снижаться, что приведет к постепенному снижению производительности.

Предположим, что средняя скорость потока в трубе:

где - потеря давления одного зазора, Па,

- коэффициент местного сопротивления, безразмерный,

- плотность жидкости, кг/м³.

Тогда, например, коэффициент сопротивления для каждого зазора в начале работы кристаллизатора = 0,154, кг/м³, а общее гидравлическое сопротивление всех восьми зазоров , тогда

То скорость в каждом из восьми кольцевых зазоров-колен (например, четыре зазора между валом 4 и дисковыми элементами 6, а также четыре зазора между внутренней поверхностью корпуса 1 и полыми дисковыми элементами 6), составит

При отсутствии щеток 10 и 12 в зазорах постепенно налипают кристаллы парафина, уменьшающие проходное сечение примерно в 2 раза к моменту ежегодной остановки работы кристаллизатора на очистку этих зазоров.

Тогда при сохранении допускаемых потерь давления в каждом зазоре , , то скорость потока в каждом зазоре перед остановкой работы кристаллизатора будет

Следовательно, расход жидкости к моменту остановки работы кристаллизатора согласно уравнению неразрывности, составит

где - скорость потока в каждом зазоре, м/с,

- площадь сечения зазора (после налипания парафина в зазоре м²).

Получаем, что в течение года работы кристаллизатора к моменту его остановки происходит постепенное уменьшение расхода жидкости с известного м³/ч до м³/ч, тогда среднее значение расхода жидкости равно

Тогда снижение расхода жидкости будет

Установка щеток 10 и 12 позволяет при вращении лопастных мешалок 8 удалять налипшие кристаллы парафина в зазорах, тем самым сохраняя постоянной величину зазоров для беспрепятственного протекания сырьевого потока, что позволит сохранить его расход, а также уменьшить гидродинамическое сопротивление и исключить время на остановку оборудования для очистки. Все это приводит к росту производительности приблизительно на 26,1%. Следовательно, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить производительность кристаллизатора, за счет отсутствия необходимости остановки работы устройства для очистки.

Таким образом, использование дискового регенеративного кристаллизатора, состоящего из корпуса, патрубков подвода и отвода сырьевого потока, полых дисковых элементов, переточных труб, снабженных патрубками подачи и вывода хладагента, уплотнителей, вала с якорными мешалками и лопастными мешалками, оснащенными скребком и щетками, контактирующими с внутренней поверхностью корпуса, полыми дисковыми элементами и вращающимся валом, позволяет увеличить производительность устройства.

Claims (1)

1. Дисковый регенеративный кристаллизатор, состоящий из корпуса, патрубков подвода и отвода сырьевого потока, полых дисковых элементов, переточных труб, снабженных патрубками подачи и вывода хладагента, уплотнителей, вала с якорными мешалками и лопастными мешалками, оснащёнными скребком, отличающийся тем, что лопастные мешалки дополнительно снабжены щетками, контактирующими с внутренней поверхностью корпуса, полыми дисковыми элементами и вращающимся валом.