RU2697465C2 - Design of reaction-rectification apparatus of periodic action for performance of thermo-catalytic processes - Google Patents

Design of reaction-rectification apparatus of periodic action for performance of thermo-catalytic processes Download PDF

Info

Publication number
RU2697465C2
RU2697465C2 RU2017137393A RU2017137393A RU2697465C2 RU 2697465 C2 RU2697465 C2 RU 2697465C2 RU 2017137393 A RU2017137393 A RU 2017137393A RU 2017137393 A RU2017137393 A RU 2017137393A RU 2697465 C2 RU2697465 C2 RU 2697465C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
oil
reaction
column
section
Prior art date
Application number
RU2017137393A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017137393A3 (en
RU2017137393A (en
Inventor
Альбина Ивановна Леонтьева
Нина Николаевна Балобаева
Владимир Святославович Орехов
Аль-Фадхли Хамид Кхазаал Кхазаал
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ")
Priority to RU2017137393A priority Critical patent/RU2697465C2/en
Publication of RU2017137393A3 publication Critical patent/RU2017137393A3/ru
Publication of RU2017137393A publication Critical patent/RU2017137393A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2697465C2 publication Critical patent/RU2697465C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/009Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping in combination with chemical reactions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/16Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
    • B01D3/22Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid with horizontal sieve plates or grids; Construction of sieve plates or grids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/32Other features of fractionating columns ; Constructional details of fractionating columns not provided for in groups B01D3/16 - B01D3/30
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/32Packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit or module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C4/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a larger number of carbon atoms
    • C07C4/02Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a larger number of carbon atoms by cracking a single hydrocarbon or a mixture of individually defined hydrocarbons or a normally gaseous hydrocarbon fraction
    • C07C4/06Catalytic processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/22Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by isomerisation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)

Abstract

FIELD: oil industry.SUBSTANCE: invention relates to designs of mass-exchange apparatus of periodic action and can be used in oil refining and petrochemical industry. Reaction-rectification apparatus includes a reaction vat fraction and a reaction-fractionating column with catalyst attachments connected to it by means of detachable connection. Each nozzle section is made of stainless steel, and tubular capacitors are connected to it by means of nozzles for selection of light oil fractions. Heat-sensitive elements are arranged opposite the capacitors to fix thermodynamic parameters in the catalytic section. In the reaction-rectification column the plate contact devices on which the catalyst nozzles are laid are alternated through metal spacers with empty plates for condensation of vapours formed on the surface. Reforming and isomerisation processes are carried out on the surface of the solid-phase catalyst nozzle, and a reforming process takes place in the bottom part in the presence of a solid-phase catalyst.EFFECT: increased degree of conversion of initial hydrocarbons of oil and increased selectivity of target products, as a result of which depth of oil refining is increased.1 cl, 5 dwg, 5 tbl, 3 ex

Description

Использование: изобретение относится к конструкциям аппаратов для переработки нефти и может быть использовано для модернизации установок атмосферной или вакуумной перегонки нефти.Usage: the invention relates to the design of apparatus for oil refining and can be used to upgrade atmospheric or vacuum distillation of oil.

Техническая задача: повышение эффективности переработки нефти.Technical task: improving the efficiency of oil refining.

Сущность изобретения: предложена конструкция реакционно-ректификационного аппарата периодического действия, при использовании которого для переработки нефти совмещаются процессы ее фракционирования и каталитического крекинга в жидкой фазе в присутствии ультрадисперсных металлических катализаторов и каталитического риформинга и изомеризации полученной светлой фракции в газовой фазе, на поверхности катализатора, размещенного в насадочной части ректификационной колонны.The inventive design of a reactive distillation apparatus of periodic action, when used for oil processing, combines the processes of its fractionation and catalytic cracking in the liquid phase in the presence of ultrafine metal catalysts and catalytic reforming and isomerization of the obtained light fraction in the gas phase, on the surface of the catalyst placed in the nozzle of the distillation column.

Изобретение относится к конструкциям массообменных аппаратов периодического действия в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Может использоваться для изучения и моделирования процессов каталитического крекинга нефти и тяжелого углеводородного сырья в жидкой фазе, процессов каталитического риформинга и изомеризации светлых топливных фракций в газовой фазе на поверхности твердого катализатора.The invention relates to the construction of mass-exchangers of periodic action in the oil refining and petrochemical industries. It can be used to study and simulate the processes of catalytic cracking of oil and heavy hydrocarbons in the liquid phase, processes of catalytic reforming and isomerization of light fuel fractions in the gas phase on the surface of a solid catalyst.

Известно по патенту ЕА 201491445 А1 устройство для осуществления химических реакций, в которых одно исходное вещество находится в жидкой фазе и один продукт находится в газовой фазе, содержащее реакционную зону, которая включает в себя две каталитические секции, причем каждая секция имеет питающий канал и переливной карман, который одновременно служит питающим каналом для следующей секции, так что жидкость из каждой секции поступает в переливной карман этой секции и через него попадает в нижнюю часть следующей секции, причем устройство выполнено с возможностью отведения газообразных продуктов каждой секции, минуя остальные секцииKnown for patent EA 201491445 A1 is a device for carrying out chemical reactions in which one starting substance is in the liquid phase and one product is in the gas phase, containing a reaction zone, which includes two catalytic sections, each section having a feed channel and an overflow pocket , which simultaneously serves as a supply channel for the next section, so that fluid from each section enters the overflow pocket of this section and through it enters the lower part of the next section, and the device neno with the ability to divert the gaseous products of each section, bypassing the remaining sections

Недостатком описанного выше устройства является то, что данная конструкция может эффективно использоваться только для получения индивидуальных углеводородов.The disadvantage of the above device is that this design can only be effectively used to produce individual hydrocarbons.

Известно по патенту US 20150086430 устройство для осуществления химических реакций над неподвижным слоем катализатора, в котором исходное вещество находится в жидкой фазе, продукт находится в газовой фазе, включающей реакционную зону, которая включает в себя две каталитических секции, расположенных одна под другой, каждая секция имеет канал подачи и перепускной карман, который одновременно действует как канал подачи для следующей секции в направлении потока жидкости, таким образом, что жидкость из каждой секции проходит в переливной карман этой секции и через него поступает в нижнюю часть следующей секции.A device for carrying out chemical reactions over a fixed catalyst bed, in which the starting material is in the liquid phase, is known in the patent US 20150086430, the product is in the gas phase, including the reaction zone, which includes two catalytic sections located one below the other, each section has a feed channel and a bypass pocket, which simultaneously acts as a feed channel for the next section in the direction of fluid flow, so that the liquid from each section passes into the overflow pocket th sections and through it enters the bottom of the next section.

Устройство содержит несколько каталитических зон, каждая из которых имеет свои питающие и газоотводные каналы, что усложняет техническое исполнение данной конструкции.The device contains several catalytic zones, each of which has its own supply and gas channels, which complicates the technical design of this design.

Наиболее близким по конструкции к предлагаемому изобретению является ректификационный модуль малой производительности, описанный в патенте РФ №47875. Ректификационный модуль представляет собой набор элементов - кубовая часть, насадочная колонна, дефлегматор, соединяемые посредством быстроразъемных соединений.The closest in design to the proposed invention is a distillation module of low productivity, described in RF patent No. 47875. A distillation module is a set of elements - a still part, a packing column, a reflux condenser connected by quick disconnect connections.

Насадочная колонна выполнена с использованием медных фигурных насадок, на поверхности которых осуществляется конденсация паров легкой фазы, в результате чего испаренная жидкость, конденсируясь, обогащается высококипящими компонентами, газовая фаза, конденсируемая в обратном холодильнике, - легкокипящими. Таким образом, регулируемое число теоретических - ректификационных тарелок достигает довольно высоких значений. При помощи данного ректификационного модуля осуществляется процесс ректификации многокомпонентных смесей. Относится к классу колонн периодического действия.The packing column is made using curly copper nozzles, on the surface of which light vapor vapor is condensed, as a result of which the evaporated liquid is condensed and enriched with high-boiling components, the gas phase condensed in the reflux condenser is low-boiling. Thus, the adjustable number of theoretical - distillation plates reaches rather high values. Using this distillation module, the process of rectification of multicomponent mixtures is carried out. Belongs to a class of columns of periodic action.

Недостатком данной установки, несмотря на простоту и удобство конструкции, является низкий интервал допустимых рабочих температур (до 250°С), что ограничивает область ее применение, отсутствие штуцеров для термопар по высоте насадочной части не позволяет контролировать изменение температурных параметров процесса ректификации.The disadvantage of this installation, despite the simplicity and convenience of the design, is the low range of permissible operating temperatures (up to 250 ° C), which limits its scope, the lack of fittings for thermocouples along the height of the nozzle does not allow you to control the change in temperature parameters of the rectification process.

Целью предлагаемого изобретения является совмещение процессов фракционирования нефти с ее термокаталитической деструкцией в присутствии ультрадисперсных металлических катализаторов, вводимых в жидкую фазу с процессом каталитического риформинга в газовой фазе полученной фракции в присутствии твердофазных катализаторов.The aim of the invention is to combine the processes of oil fractionation with its thermocatalytic destruction in the presence of ultrafine metal catalysts introduced into the liquid phase with the process of catalytic reforming in the gas phase of the obtained fraction in the presence of solid phase catalysts.

Поставленная цель достигается:The goal is achieved:

А) организацией первой реакционной зоны в кубе ректификационной колонны;A) the organization of the first reaction zone in the distillation column cube;

Б) организацией по высоте ректификационной колонны второй реакционной зоны с размещением на перфорированных тарелках твердофазного катализатора. Предлагается следующая конструкция.B) organization of the height of the distillation column of the second reaction zone with the placement of solid-phase catalyst on perforated plates. The following design is proposed.

Устройство содержит корпус, нижняя, кубовая, часть которого выполнена из нержавеющей стали и имеет кованое эллиптическое днище, плоскую крышку, горловину, соединенную с помощью резьбового соединения с ректификационной колонной, выполненной в виде цилиндрической обечайки с размещенными в ней контактными устройствами (тарелки и насадка).The device comprises a housing, the bottom, bottom, part of which is made of stainless steel and has a forged elliptical bottom, a flat cover, a neck connected by a threaded connection to a distillation column made in the form of a cylindrical shell with contact devices (plates and nozzle) placed in it .

К каждой насадочной секции колонны посредством штуцеров присоединяются трубчатые конденсаторы для отбора узких светлых нефтяных фракций и термочувствительные элементы, позволяющие фиксировать изменение температуры по высоте колонны.Tubular capacitors are connected to each packed section of the column by means of fittings for the selection of narrow light oil fractions and heat-sensitive elements, which allow recording the temperature change along the height of the column.

Секции колонны разделяются стальными тарелками, расположенными на стальных проставках, выполненных в виде тонкостенных цилиндров малой высоты. Тарелки имеют продольные отверстия аналогично конструкции массообменных тарелок провального типа, обеспечивающих требуемое живое сечение колонны для прохождения газовой фазы.The column sections are separated by steel plates located on steel spacers made in the form of thin-walled cylinders of small height. The plates have longitudinal openings similar to the design of a failure-type mass transfer plates, providing the required live section of the column for the passage of the gas phase.

На тарелки укладывается катализатор, формирующий насадку определенной высоты. Насадочные секции чередуются с пустыми тарелками, выполненными по типу тарелок провального типа, что обеспечивает конденсацию восходящих паров и их возврат на насадку-катализатор, что способствует увеличению степени конверсии исходного вещества за счет его многократного контакта с катализатором и, как следствие, повышает селективность целевых продуктов.The catalyst is placed on the plates, forming a nozzle of a certain height. The packed sections alternate with empty plates made of the type of plates of a failure type, which ensures condensation of the ascending vapors and their return to the catalyst nozzle, which increases the degree of conversion of the starting material due to its multiple contact with the catalyst and, as a result, increases the selectivity of the target products .

Верхняя часть колонны соединяется при помощи резьбового отвода с трубчатым конденсатором, посредством которого в начальный период процесса возгонки отводятся газы с низким содержанием углерода - С1-С3, что стабилизирует химический и фракционной составы продукта.The upper part of the column is connected by means of a threaded outlet to a tubular condenser, through which at the initial stage of the sublimation process gases with a low carbon content - C1-C3 are vented, which stabilizes the chemical and fractional composition of the product.

Таким образом, на контактных устройствах организуется массообмен, совмещенный с каталитическим процессом преобразования химического состава светлых нефтяных фракций на поверхности катализатора. Секционирование насадки и возможность измерения температуры в каждой насадочной секции дает возможность зафиксировать термодинамические параметры процесса риформинга светлых нефтяных фракций при исследовании различных катализаторов.Thus, mass transfer is organized on the contact devices, combined with the catalytic process of converting the chemical composition of light oil fractions on the catalyst surface. Sectioning the nozzle and the ability to measure the temperature in each nozzle section makes it possible to fix the thermodynamic parameters of the reforming process of light oil fractions in the study of various catalysts.

Разъемные соединения конструктивных элементов ректификационной установки позволяют без особых затруднений производить замену катализаторов.The detachable connections of the structural elements of the distillation unit allow replacement of the catalysts without any particular difficulties.

Представлено устройство (фиг. 1), содержащее выполненную из нержавеющей стали кубовую часть 1, в которой имеются штуцеры для термометра 2 и для манометра 3, ректификационную колонну 5, представляющую собой цилиндрическую обечайку, выполненную из нержавеющей стали, с размещенными в ней контактными устройствами, соединенную посредством резьбового соединения с кубовой частью накидной гайкой 4.A device is shown (Fig. 1), containing a cube part 1 made of stainless steel, in which there are fittings for a thermometer 2 and for a manometer 3, a distillation column 5, which is a cylindrical shell made of stainless steel, with contact devices placed in it, connected by a threaded connection to the bottom part with a union nut 4.

На цилиндрической обечайке расположены три конденсатора 6 типа «труба в трубе», установленные относительно друг друга под углом 120° в горизонтальной плоскости (разрез секции - см. фиг. 3), предназначенные для отбора и конденсации светлых углеводородных фракций в насадочных секциях ректификационной колонны.On the cylindrical shell there are three “pipe in pipe” type condensers 6, mounted relative to each other at an angle of 120 ° in the horizontal plane (section section - see Fig. 3), designed for selection and condensation of light hydrocarbon fractions in packed sections of the distillation column.

Штуцеры 7 используется для ввода охлаждающей жидкости, штуцеры 8 - для ее отвода из рубашки конденсатора.Fittings 7 are used to enter the coolant, fittings 8 are used to drain it from the condenser jacket.

Верхняя часть ректификационной колонны посредством крутоизогнутого отвода 9, содержащего штуцер 10 для установки термометра, соединяются с конденсатором 11, выполненным по типу «труба в трубе».The upper part of the distillation column by means of a steeply curved outlet 9 containing a fitting 10 for installing a thermometer is connected to a capacitor 11 made in the form of a “pipe in pipe”.

Ректификационная установка работает следующим образом.Distillation installation works as follows.

Определенное количество нефти заливается через горловину в кубовую часть. В штуцерах 2 и 3, расположенных на крышке куба, размещаются датчики измерения температуры и давления. Кубовая часть помещается в колбонагреватель, нагревательных элементы которого выполнены в виде трубок, закрученных в спираль, повторяющую конфигурацию днища кубовой части. Горловина кубовой части при помощи резьбового соединения и накидной гайки 4 соединяется с ректификационной колонной.A certain amount of oil is poured through the neck into the bottom part. In the fittings 2 and 3, located on the lid of the cube, are sensors for measuring temperature and pressure. The bottom part is placed in the mantle, the heating elements of which are made in the form of tubes twisted into a spiral, repeating the configuration of the bottom of the bottom part. The neck of the bottoms by means of a threaded connection and a union nut 4 is connected to the distillation column.

Насадочные секции организуются следующим образом.Packed sections are organized as follows.

В нижней части обечайки ректификационной колонны 1 (фиг. 2) с внутренней стороны приварено стальное опорное кольцо 2, на которое укладывается стальной диск 3 с продольными отверстиями, внешний вид диска изображен на фиг. 3. Далее в ректификационную колонну помещается стальное кольцо 4, опирающееся на аналогичный диск 3 и стальная проставка.In the lower part of the shell of the distillation column 1 (Fig. 2), a steel support ring 2 is welded from the inside, onto which a steel disk 3 with longitudinal holes is laid, the appearance of the disk is shown in FIG. 3. Next, a steel ring 4 is placed in the distillation column, resting on a similar disk 3 and a steel spacer.

В полость, образованную кольцом 4 и проставкой, внавал или регулярно загружается катализатор, который накрывается следующим стальным диском, опирающимся на проставку. Аналогично через стальные проставки в колонне размещается пустая массообменная тарелка 5, представляющая собой стальной диск с отверстиями, образующими живое сечение ректификационной колонны. Аналогичным образом собираются остальные насадочные секции колонны.In the cavity formed by the ring 4 and the spacer, the catalyst is pushed in or regularly loaded, which is covered with the next steel disk, supported by the spacer. Similarly, through the steel spacers in the column is placed an empty mass transfer plate 5, which is a steel disk with holes that form a living section of a distillation column. Similarly, the remaining packed sections of the column are assembled.

В штуцерах секций ректификационной колонны размещаются входные трубки конденсаторов и термопар. Штуцеры на рубашках конденсаторов соединяются с жидкостной системой охлаждения. В качестве холодильного агента может использоваться проточная водопроводная вода, либо хладоагенты проточных лабораторных систем охлаждения (тосол, ДЭГ и т.п.).In the fittings of the sections of the distillation column are the input tubes of capacitors and thermocouples. The fittings on the condenser shirts are connected to the liquid cooling system. As a cooling agent can be used running tap water, or refrigerants flowing laboratory cooling systems (antifreeze, deg, etc.).

При помощи резьбового соединения с верхней частью колонны соединяется отвод, где размещается термочувствительный элемент. Отвод при помощи резьбового соединения соединяется с конденсатором, штуцеры на рубашке которого соединяются с системой охлаждения.Using a threaded connection to the upper part of the column, a branch is connected where the thermally sensitive element is located. The outlet is threadedly connected to the condenser, the fittings on the jacket of which are connected to the cooling system.

Патрубки конденсаторов соединяются эластичными трубками с емкостями-приемниками нефтяных фракций - продуктами ступенчатого каталитического облагораживания бензиновой фракции с различной степенью конверсии исходного вещества.Condenser pipes are connected by elastic tubes to reservoirs of receivers of oil fractions — products of a stepwise catalytic refinement of a gasoline fraction with varying degrees of conversion of the starting material.

Разделение смеси углеводородов и их химическое преобразование в присутствии катализатора происходит в цилиндрической обечайке на смонтированных в ней контактных устройствах, представляющих собой в общем виде тарелки провального типа (фиг. 5).The separation of the hydrocarbon mixture and their chemical conversion in the presence of a catalyst takes place in a cylindrical shell on the contact devices mounted in it, which are in general a plate of a failure type (Fig. 5).

Конденсирующаяся на контактных устройствах жидкость, стекая вниз, контактирует с поднимающимися вверх парами углеводородов, образующихся в процессе кипения нефти, либо узких нефтяных фракций в кубовой части. Часть полученной светлой фракции, конденсируясь, стекает вниз, смешиваясь с кипящей исходной фракцией, и снова участвуют в химическом преобразовании на поверхности катализатора, что повышает степень конверсии сырья и обеспечивает стабилизацию химического и фракционного составов продукта.Condensing liquid on the contact devices, flowing down, is in contact with rising upward pairs of hydrocarbons formed during the boiling of oil, or of narrow oil fractions in the bottom part. A part of the obtained light fraction, condensing, flows downward, mixing with the boiling starting fraction, and again participates in the chemical conversion on the catalyst surface, which increases the degree of conversion of the feedstock and ensures stabilization of the chemical and fractional compositions of the product.

Устройство каталитической насадки и процесс прохождения газовой фазы через слой насадки представлены на фиг. 3.The catalytic packing device and the process of passing the gas phase through the packing layer are shown in FIG. 3.

На контактных устройствах образуется паро-жидкостный слой, интенсивного массообменна. В слое насадки, уложенной внавал происходит каталитическое взаимодействие компонентов парожидкостной смеси на поверхности твердого катализатора.A vapor-liquid layer of intense mass transfer is formed on the contact devices. A catalytic interaction of the components of the vapor-liquid mixture on the surface of the solid catalyst occurs in the packed bed.

Вмонтированные в цилиндрическую обечайку ректификационной колонны конденсаторы, используются в качестве устройства отбора проб фракций, являющихся продуктами каталитического преобразования газообразного продукта в каждой отдельно взятой секции. Получение узких фракций позволяет изучить изменение химического состава фракции и кинетические характеристики процесса в трех циклах ее взаимодействия с катализатором, размещенным в насадочной секции. Измерение температуры в насадочной секции позволяет определить термодинамические параметры реакции (фиг. 4).Capacitors mounted in a cylindrical shell of a distillation column are used as a device for sampling fractions that are products of the catalytic conversion of a gaseous product in each individual section. Obtaining narrow fractions allows us to study the change in the chemical composition of the fraction and the kinetic characteristics of the process in three cycles of its interaction with the catalyst located in the packed section. The temperature measurement in the packed section allows you to determine the thermodynamic parameters of the reaction (Fig. 4).

Пример 1. На представленной установке осуществляли разгонку нефти Харьягинского месторождения, физико-химические характеристики которой представлены в таблице 1.Example 1. At the presented facility, the Kharyaginskoye field oil was distilled, the physicochemical characteristics of which are presented in Table 1.

Таблица 1. Физико-химические характеристики нефти Харьягинского месторождения (скважина 7, устье 2)Table 1. Physico-chemical characteristics of the oil Kharyaga field (well 7, wellhead 2)

Figure 00000001
Figure 00000001

При разгонке в нефть вводились: измельченный цеолит и катализаторы в наноструктурированной форме в виде суспензии в прямогонной нафте. В качестве катализатора использовалась смесь наноструктурированных частиц Ni размером 15-50 нм, Cr 15-50 нм, Mn 15-50 нм в количестве 0,1% от массы взятого сырья.During distillation, the following were introduced into the oil: ground zeolite and catalysts in nanostructured form in the form of a suspension in straight-run naphtha. As a catalyst, a mixture of nanostructured Ni particles with a size of 15-50 nm, Cr 15-50 nm, Mn 15-50 nm in an amount of 0.1% by weight of the taken raw material was used.

Разгонку с целью извлечения бензиновой фракции, выкипающей в интервале температур от 32 до 195°С, проводили следующим образом:The acceleration in order to extract the gasoline fraction boiling in the temperature range from 32 to 195 ° C was carried out as follows:

Для разгонки брали 250 мл нефти. Смесь частиц металлов прокаливали в муфельной печи и добавляли к 50 мл прямогонного бензина. Полученная суспензия вводилась в нефть.250 ml of oil was taken for distillation. The mixture of metal particles was calcined in a muffle furnace and added to 50 ml of straight-run gasoline. The resulting suspension was introduced into the oil.

После введения суспензии нефть перемешивали лопастной мешалкой. Полученная смесь заливалась в куб ректификационной установки.After the suspension was introduced, the oil was mixed with a paddle mixer. The resulting mixture was poured into a cube distillation unit.

К горловине кубовой части установки посредством резьбового соединения и накидной гайки присоединяется ректификационная колонна.A distillation column is connected to the neck of the bottom part of the installation by means of a threaded connection and a union nut.

Через свободный конец колонки в трубку вставляется стальная проставка, представляющая собой цилиндр, на торцевой поверхности которого укладывается массообменная тарелка, на плоскость которой устанавливается проставка большей высоты. На тарелку внавал засыпается 5 грамм цеолита в виде цилиндров, полученных методом экструзии, модифицированного наноструктурированной платиной с размером частиц 15-50 нм.Through the free end of the column, a steel spacer is inserted into the tube, which is a cylinder, on the end surface of which a mass transfer plate is laid, on the plane of which a larger spacer is installed. 5 grams of zeolite in the form of cylinders obtained by extrusion modified with nanostructured platinum with a particle size of 15-50 nm is poured onto a plate.

Средняя длина цилиндров, составляет 10 мм, диаметр - 1,8 мм. Высота полученного в насадке слоя цеолита составляет 13 мм. Далее по высоте колонны размещается следующая массообменная тарелка, за которой через проставку малой высоты устанавливается пустая массообменная тарелка.The average length of the cylinders is 10 mm, the diameter is 1.8 mm. The height of the zeolite layer obtained in the nozzle is 13 mm. Further along the height of the column is the next mass transfer plate, behind which an empty mass transfer plate is installed through a spacer of low height.

По периметру пустой массообменной тарелки укладывается следующая проставка малой высоты и массообменная тарелка, на которой также размещается 5 грамм цеолита. Коэффициент прочности катализатора составляет ориентировочно 1 кг/мм, что допускает его многократное применение. Насыпная плотность 0,8 грамм/см3. Далее последовательность сборки повторяется, в результате чего получается три насадочных секции в промежутках между которыми имеются массообменные тарелки, за счет конденсации поднимающихся вверх паров легкокипящих углеводородов на них осуществляется рецикл конденсируемой паровой фазы.Along the perimeter of the empty mass transfer plate, the next spacer of low height and the mass transfer plate, on which 5 grams of zeolite, are also placed. The strength coefficient of the catalyst is approximately 1 kg / mm, which allows its multiple use. The bulk density of 0.8 grams / cm 3 . Next, the assembly sequence is repeated, resulting in three packed sections in between which there are mass transfer plates, due to the condensation of the vapors of low boiling hydrocarbons rising upwards, the condensed vapor phase is recycled to them.

По высоте ректификационной колонны имеются парные отверстия, снабженные штуцерами для подсоединения конденсаторов по типу «труба в трубе», посредством которых осуществляется отвод продуктов фракционирования нефти и штуцеры для термометров, обеспечивающих контроль температуры по высоте колонны.Along the height of the distillation column there are paired openings equipped with fittings for connecting capacitors of the “pipe in pipe” type, by means of which the products of oil fractionation are removed and the fittings for thermometers providing temperature control over the height of the column.

Свободный конец каждого конденсатора с помощью эластичной трубки соединяется с колбой-приемником продукта. Во внешнюю трубку конденсатора осуществляется ввод хладоагента, отвод которого также обеспечивается с помощью штуцера, размещенного на внешней трубке.The free end of each capacitor is connected with an elastic tube to the product receiver flask. The refrigerant is introduced into the external tube of the condenser, the discharge of which is also provided by means of a fitting located on the external tube.

Таким образом осуществляется непрерывная циркуляция хладоагента в рубашке конденсатора, что позволяет поддерживать оптимальные температурные параметры процесса конденсации.Thus, continuous circulation of the refrigerant in the jacket of the condenser is carried out, which allows you to maintain optimal temperature parameters of the condensation process.

В качестве хладоагента используется тосол марки A-40D, содержащий этиленгликоль, воду и комплекс антикоррозионных присадок. Температура подаваемого в рубашку конденсатора тосола регулируется при помощи криостата марки LT-300. Требуемая температура задается с помощью панели управления, расположенной на Корпусе криостата.An A-40D brand antifreeze containing ethylene glycol, water and a complex of anti-corrosion additives is used as a refrigerant. The temperature of the antifreeze condenser supplied to the jacket is regulated by an LT-300 cryostat. The required temperature is set using the control panel located on the cryostat housing.

Криостат снабжен насосом, обеспечивающим непрерывную циркуляцию хладоагента в теплообменном контуре, а также прибором измерения его температуры. Верхняя часть ректификационной колонны с помощью резьбового соединения и накидной гайки соединяется со штуцером для установки термометра. Свободный конец отвода с помощью резьбового соединения и накидной гайки соединяется с конденсатором, типа «труба в трубе». Патрубок каждого конденсатора с помощью эластичной трубки соединяется с колбой-приемником легких фракций. Конструкция при помощи металлических держателей устанавливается на штатив, на основании которого размещается колбонагреватель, навивка нагревательной спирали которого повторяет конфигурацию днища кубовой части ректификационной установки, что позволяет осуществлять равномерный нагрев среды в кубе ректификационной установки.The cryostat is equipped with a pump that provides continuous circulation of the refrigerant in the heat exchange circuit, as well as a device for measuring its temperature. The upper part of the distillation column using a threaded connection and a union nut is connected to the fitting for installing the thermometer. The free end of the outlet with a threaded connection and a union nut is connected to a capacitor, such as "pipe in pipe". The pipe of each capacitor is connected with an elastic tube to the receiver-receiver of light fractions. The design using metal holders is mounted on a tripod, on the basis of which a heating mantle is placed, the winding of the heating spiral of which repeats the configuration of the bottom of the distillation unit distillation unit, which allows for uniform heating of the medium in the unit of the distillation unit.

По окончании сборки и размещения ректификационной установки все сопутствующие электроприборы включают в электросеть в следующей последовательности: колбонагреватель, криостат и постепенно начинают нагрев содержимого куба. Температуру колбонагревателя увеличивают со скоростью 4 градуса в минуту до достижения температуры паров 195°С и истечения последней капли конденсирующейся паровой фазы.At the end of the assembly and placement of the distillation unit, all associated electrical appliances are included in the electrical network in the following sequence: mantle heater, cryostat and gradually begin to heat the contents of the cube. The temperature of the mantle is increased at a rate of 4 degrees per minute until the vapor temperature reaches 195 ° C and the last drop of condensing vapor phase expires.

Парообразование в процессе дистилляции нефти начинается при достижении температуры 34°С. В это время вместе с парами жидких легкокипящих углеводородов начинают улетучиваться попутные газы, адсорбированные на более тяжелых молекулах углеводородов при разрушении газовых ассоциатов за счет уменьшения плотности нефти при повышении ее температуры.Vaporization in the process of oil distillation begins when the temperature reaches 34 ° C. At this time, together with the vapors of liquid low-boiling hydrocarbons, associated gases adsorbed on heavier hydrocarbon molecules begin to escape during the destruction of gas associates due to a decrease in the density of oil with an increase in its temperature.

При проведении процесса разгонки ведется регистрация температуры и давления в кубовой части установки и по высоте колонны.During the process of distillation, temperature and pressure are recorded in the cubic part of the installation and along the height of the column.

В точках расположения частиц наноструктурированного катализатора в жидкой фазе в кубе колонны образуются центры кипения, обусловленные их перегревом.At the points of location of the particles of the nanostructured catalyst in the liquid phase, boiling centers are formed in the cube of the column due to their overheating.

Отбор целевой фракции, выкипающей в интервале температур от 34 до 195°С, для конкретного сырья осуществляется из верхней секции ректификационной колонны. Температура в кубовой части колонны изменяется в интервале от 20 до 250°С.The selection of the target fraction boiling in the temperature range from 34 to 195 ° C for a specific raw material is carried out from the upper section of the distillation column. The temperature in the bottom of the column varies in the range from 20 to 250 ° C.

Парообразная фаза углеводородов поднимается в верхнюю часть ректификационной колонны, где взаимодействует с насадкой, представляющей собой слой уложенного внавал цеолита. Часть паров конденсируется и стекает на нижележащие массообменные тарелки, где происходит обогащение паров низкокипящими углеводородами, а жидкости - высококипящими.The vaporous phase of hydrocarbons rises to the top of the distillation column, where it interacts with a nozzle, which is a layer of zeolite laid in bulk. Some of the vapors condense and drain onto the underlying mass transfer plates, where the vapors are enriched with low boiling hydrocarbons, and liquids with high boiling ones.

При устойчивых параметрах каталитических зон и стабильности характеристик сырья наблюдается устойчивая воспроизводимость результатов.With stable parameters of the catalytic zones and stability of the characteristics of the raw materials, a stable reproducibility of the results is observed.

В случае незначительного отклонения фракционного состава (изменение температуры конца кипения вследствие повышения либо понижения давления, изменения температуры окружающей среды) регулирование процесса осуществляется изменением количества тепла, подаваемого на обогрев кубовой части колонны и увеличением толщины тепловой изоляции ректификационной колонны. Параметры процесса, расходы сырья и катализатора приведены в таблице 2.In the case of a slight deviation of the fractional composition (a change in the temperature of the end of boiling due to an increase or decrease in pressure, a change in the ambient temperature), the process is controlled by changing the amount of heat supplied to the heating of the bottom part of the column and increasing the thickness of the thermal insulation of the distillation column. The process parameters, the consumption of raw materials and catalyst are shown in table 2.

Таблица 2. Параметры процесса перегонки нефти и характеристики катализатораTable 2. Parameters of the process of oil distillation and characteristics of the catalyst

Figure 00000002
Figure 00000002

Полученная прямогонная бензиновая фракция подвергалась хроматографическому анализу при помощи газового хроматографа Кристалл 5000.2.The obtained straight-run gasoline fraction was subjected to chromatographic analysis using a Crystal 5000.2 gas chromatograph.

Пример 2. Процесс разгонки проводили аналогично примеру 1 с той разницей, что в качестве катализаторов, введенных в жидкую фазу использовали частицы наноструктурированного W с добавлением порошка оксида вольфрама (III) - W2O3, а в каталитической насадке размещалась стальные спирально-призматические кольца (далее по тексту - СПК) с нанесенным Re в наноструктурированной форме.Example 2. The distillation process was carried out analogously to example 1 with the difference that nanostructured W particles with the addition of tungsten (III) oxide powder - W 2 O 3 were used as catalysts introduced into the liquid phase, and steel spiral prismatic rings were placed in the catalytic nozzle (hereinafter referred to as SEC) with deposited Re in nanostructured form.

Пропорция введенных масс нефти и прямогонной нафты для приготовления суспензии катализатора оставалась прежней.The proportion of the introduced masses of oil and straight-run naphtha for the preparation of the catalyst suspension remained the same.

Параметры процесса, расходы сырья и катализатора приведены в таблице 3.The process parameters, the consumption of raw materials and catalyst are shown in table 3.

Таблица 3. Параметры процесса перегонки нефти и характеристики катализатораTable 3. Parameters of the oil distillation process and catalyst characteristics

Figure 00000003
Figure 00000003

Пример 3. Процесс разгонки проводили аналогично примеру 1 на представленной ректификационной установке с той разницей, что в качестве катализаторов, введенных в жидкую фазу использовали частицы наноструктурированного Ti с добавлением частиц оксида титана (III) - TiO2, а в каталитической насадке размещался пенометалл кубической формы на основе меди, имеющий открытую пористую структуру.Example 3. The distillation process was carried out analogously to example 1 in the presented distillation plant with the difference that nanostructured Ti particles with the addition of titanium oxide particles (Ti) 2 and TiO 2 were used as catalysts introduced into the liquid phase, and a cubic shape foam metal was placed in the catalytic nozzle based on copper, having an open porous structure.

Пропорция введенных масс нефти и прямогонной нафты для приготовления суспензии катализатора оставалась прежней.The proportion of the introduced masses of oil and straight-run naphtha for the preparation of the catalyst suspension remained the same.

Параметры процесса, расходы сырья и катализатора приведены в таблице 4.The process parameters, the consumption of raw materials and catalyst are shown in table 4.

Таблица 4. Параметры процесса перегонки нефти и характеристики катализатораTable 4. Parameters of the process of oil distillation and characteristics of the catalyst

Figure 00000004
Figure 00000004

Перегонка нефти при введении в жидкую фазу суспензии тонкодисперсных частиц оксидов металлов и металлов в наноструктурированной форме позволяет повысить выход бензиновой фракции. Организация контакта полученной бензиновой фракции в газовой фазе на поверхности агрегированных катализаторов, модифицированных металлами в наноструктурированной форме, позволяет повысить ее октановое число в результате процессов изомеризации и риформинга.The distillation of oil upon introduction into the liquid phase of a suspension of finely dispersed particles of metal and metal oxides in a nanostructured form makes it possible to increase the yield of the gasoline fraction. The organization of the contact of the obtained gasoline fraction in the gas phase on the surface of aggregated catalysts modified with metals in nanostructured form makes it possible to increase its octane number as a result of isomerization and reforming processes.

Качественные характеристики полученной бензиновой фракции приведены в таблице 5.Qualitative characteristics of the obtained gasoline fraction are shown in table 5.

Таблица 5. Данные по массовому выходу и качественным характеристикам бензиновой фракцииTable 5. Data on the mass yield and quality characteristics of the gasoline fraction

Figure 00000005
Figure 00000005

Claims (1)

Конструкция реакционно-ректификационного аппарата периодического действия для осуществления гетерогенных термокаталитических процессов, включающая реакционную кубовую часть и сочлененную с ней разъемным соединением реакционно-ректификационную колонну с катализаторными насадками, отличающаяся тем, что к каждой насадочной секции, выполненной из нержавеющей стали, посредством штуцеров свинчиванием присоединены трубчатые конденсаторы для отбора светлых нефтяных фракций и расположенные напротив них термочувствительные элементы для фиксирования термодинамических параметров в каталитической секции при исследовании различных катализаторов, а катализаторные секции колонны, разделенные тарельчатыми контактными устройствами, на которых уложены насадки катализатора, чередуются методом сочленения через металлические проставки с пустыми тарелками для конденсации образующихся в процессе крекинга нефти в кубовой части в присутствии твердофазного катализатора восходящих паров и возврата их в секцию насадки твердофазного катализатора, на поверхности которого осуществляются процессы риформинга и изомеризации, что обеспечивает увеличение степени конверсии исходных углеводородов нефти и повышение селективности продуктов, в результате чего увеличивается глубина переработки нефти.The design of a batch reactive distillation apparatus for carrying out heterogeneous thermocatalytic processes, including a still bottom part and a reactive distillation column with catalyst nozzles articulated with a detachable connection, characterized in that each tubular section made of stainless steel is made up of tubular fittings by screwing condensers for the selection of light oil fractions and heat-sensitive elements located opposite them for I fix the thermodynamic parameters in the catalytic section during the study of various catalysts, and the catalyst sections of the column, separated by plate contact devices on which the catalyst nozzles are laid, are alternated by joining through metal spacers with empty plates to condense the oil formed during cracking in the bottom part in the presence of solid-phase catalyst for ascending vapors and returning them to the solid-state catalyst packing section, on the surface of which tvlyayutsya reforming and isomerization processes that provides increased degree of conversion of the hydrocarbon oil and increase the selectivity of products, thereby increasing the depth of refining.
RU2017137393A 2017-10-25 2017-10-25 Design of reaction-rectification apparatus of periodic action for performance of thermo-catalytic processes RU2697465C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137393A RU2697465C2 (en) 2017-10-25 2017-10-25 Design of reaction-rectification apparatus of periodic action for performance of thermo-catalytic processes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137393A RU2697465C2 (en) 2017-10-25 2017-10-25 Design of reaction-rectification apparatus of periodic action for performance of thermo-catalytic processes

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017137393A3 RU2017137393A3 (en) 2019-04-25
RU2017137393A RU2017137393A (en) 2019-04-25
RU2697465C2 true RU2697465C2 (en) 2019-08-14

Family

ID=66321749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017137393A RU2697465C2 (en) 2017-10-25 2017-10-25 Design of reaction-rectification apparatus of periodic action for performance of thermo-catalytic processes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2697465C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2066225C1 (en) * 1993-03-11 1996-09-10 Владимир Ильич Смирнов Rectification aggregate
RU2192299C2 (en) * 1996-06-17 2002-11-10 Басф Акциенгезелльшафт Method of catalytic distillation
RU81959U1 (en) * 2008-10-29 2009-04-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке нефти" PLANT FOR PROCESSING HEAVY HYDROCARBON RAW MATERIALS
US7566429B2 (en) * 2005-06-14 2009-07-28 Sandia Corporation Catalytic reactive separation system for energy-efficient production of cumene

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2066225C1 (en) * 1993-03-11 1996-09-10 Владимир Ильич Смирнов Rectification aggregate
RU2192299C2 (en) * 1996-06-17 2002-11-10 Басф Акциенгезелльшафт Method of catalytic distillation
US7566429B2 (en) * 2005-06-14 2009-07-28 Sandia Corporation Catalytic reactive separation system for energy-efficient production of cumene
RU81959U1 (en) * 2008-10-29 2009-04-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке нефти" PLANT FOR PROCESSING HEAVY HYDROCARBON RAW MATERIALS

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017137393A3 (en) 2019-04-25
RU2017137393A (en) 2019-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU156382U1 (en) COLON TYPE DISTRILLATOR WITH CONTROLLED INTERNAL FLEGM FORMATION
CA2476204C (en) A compact rectifying unit for separation of mixed fluids and rectifying process for separation of such mixed fluids
RU2697465C2 (en) Design of reaction-rectification apparatus of periodic action for performance of thermo-catalytic processes
CN109414626B (en) Liquid collection device, mass transfer column and method of manufacturing such a liquid collection device
Iranshahi et al. A novel dynamic membrane reactor concept with radial‐flow pattern for reacting material and axial‐flow pattern for sweeping gas in catalytic naphtha reformers
Banzaraktsaeva et al. Catalytic dehydration of ethanol into ethylene in a tubular reactor of the pilot installation on alumina catalysts with varied grain size
Ling et al. Methanol synthesis in a three‐phase catalytic bed under nonwetted condition
Santana et al. Bio-oil collection system of low fluid adhesion that integrates condensation with the separation of chemical species
CN112638487A (en) Fractionation tray with downcomers oriented at 45 degrees
US4404062A (en) Condenser
JP7114492B2 (en) Method for purifying ethoxyquin
CN105531266A (en) Improved process for manufacture of tetrahydrofuran
Arve et al. Utilisation of a multitubular reactor system for parallel screening of catalysts for ring opening of decalin in continuous mode
RU2667286C1 (en) Distillation column and method for purification of alcohol therewith
RU2681948C1 (en) Method for processing heavy hydrocarbon raw material (oil, heating fuel) for producing gasoline fraction
US3245250A (en) Vaporizer for a process gas analyzer
Li et al. Phase Equilibrium Measurements of the Methacrolein–Methacrylic Acid–Water Ternary System at 101.3 kPa
EP2903708B1 (en) An evaporator and process for use thereof
RU2393010C2 (en) Reactor for gas phase catalytic processes
RU2066225C1 (en) Rectification aggregate
JP2017006871A (en) Separator
US5770154A (en) Device for testing and for analyzing a petrochemical process
EP3363516B1 (en) Device for producing water having reduced heavy molecule content
Valeš et al. Thermodynamic analysis on disproportionation process of cyclohexylamine to dicyclohexylamine
CN105623706B (en) Crude oil continuous still dewatering

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191026