RU2751890C1

RU2751890C1 - Method for obtaining distillate fractions

Info

Publication number: RU2751890C1
Application number: RU2020128005A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Даровских; Юрий Геннадьевич Ярышев
Priority date: 2020-08-20
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2021-07-19

Abstract

FIELD: oil refining industry.SUBSTANCE: invention relates to the oil refining industry, in particular, to the distillation of liquid hydrocarbons to obtain distillate fractions using activating additives and evaporating agents. The invention relates to a method for producing distillate fractions by distillation of liquid hydrocarbons, including mixing a hydrocarbon feed stream with an activating additive, heating the mixture and supplying the heated mixture to the feed part of the distillation column. Distilled water is used as an activating additive with a flow rate of 0.2-10 vol.% of the hydrocarbon feed stream, while the hydrocarbon feed stream is mixed with the activating additive until a stable inverse emulsion - "water in oil" is obtained.EFFECT: increase in the selection of distillate fractions, an intensification of the distillation process of liquid hydrocarbons, a decrease in energy costs for distillation.1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности, в частности, к перегонке жидких углеводородов для получения дистиллятных фракций с использованием активирующих добавок и испаряющих агентов.The invention relates to the oil refining industry, in particular, to the distillation of liquid hydrocarbons to obtain distillate fractions using activating additives and evaporating agents.

Известны способы переработки нефти на установках первичной перегонки с использованием испаряющих агентов и активирующих добавок [Справочник нефтепереработчика. Справочник под редакцией Г.А. Ласточкина, Е.Д. Радченко, М.Г. Рудина Л. Химия 1986 г. 648 с.].Known methods of processing oil in primary distillation units using evaporating agents and activating additives [Handbook of oil refiners. Handbook edited by G.A. Lastochkina, E.D. Radchenko, M.G. Rudina L. Chemistry 1986 648 p.].

Общепринятым методом увеличения отбора дистиллятов в процессе перегонки нефти является применение испаряющего агента, в качестве которого используется водяной пар. Водяной пар вводится в низ ректификационной колонки под давлением 2-3 атм. в виде паровой струи с расходом 1,2-7% об. на подаваемый сырьевой поток. В результате происходит увеличение поверхности контакта между паровой и жидкой фазами, снижение парциального давления, что приводит к снижению температуры кипения и увеличению глубины отбора дистиллятных фракций.The generally accepted method of increasing the selection of distillates in the process of distillation of oil is the use of an evaporating agent, which is used as water vapor. Water vapor is introduced into the bottom of the rectification column under a pressure of 2-3 atm. in the form of a steam jet with a flow rate of 1.2-7% vol. on the supplied raw material stream. As a result, there is an increase in the contact surface between the vapor and liquid phases, a decrease in the partial pressure, which leads to a decrease in the boiling point and an increase in the depth of selection of distillate fractions.

Недостатком этого способа является неравномерность распределения испаряющего агента-водяного пара по объему углеводородов, что приводит к снижению возможностей по увеличению площади соприкосновения (контакта) паровой и жидкой фаз, снижает эффективность процессов испарения и, как следствие, приводит к уменьшению потенциально возможных отборов дистиллятных фракций.The disadvantage of this method is the uneven distribution of the evaporating agent-water vapor over the volume of hydrocarbons, which leads to a decrease in the possibility of increasing the contact area (contact) of the vapor and liquid phases, reduces the efficiency of the evaporation processes and, as a consequence, leads to a decrease in potential withdrawals of distillate fractions.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения дистиллятных фракций [Патент РФ 2024574, опубликован 15.12.1994], суть которого состоит в том, что для увеличения отбора дистиллятных фракций и снижения температурного интервала кипения нефти при перегонке нефти в качестве активирующей добавки предлагается использовать продукт не полного окисления углеводородных газов в количестве 0,1-0,5% об., полученный при его контакте с кислородом воздуха при температуре от 350°С до 450°С в соотношении газ - воздух от 217 до 1:10 и имеет следующую характеристику: ρ_н ²⁰ - 0,755; фракционный состав: н.к. - 67°С; 10% - 69°С; 50% - 71°С; 80% - 95°С; к.к. - 98°С. Описанный продукт вводится в сырьевой поток углеводородов, который нагревается и подается в питательную часть (адиабатический сепаратор) ректификационной колонны, где происходит разделение парожидкостной среды и осуществляется дистилляция.The closest to the invention in technical essence is a method of obtaining distillate fractions [RF Patent 2024574, published on 15.12.1994], the essence of which is that to increase the selection of distillate fractions and reduce the temperature range of boiling of oil during oil distillation, it is proposed to use the product of incomplete oxidation of hydrocarbon gases in an amount of 0.1-0.5% by volume, obtained by contacting it with atmospheric oxygen at a temperature from 350 ° C to 450 ° C in a gas-air ratio from 217 to 1:10 and has the following characteristic: ρ _n ²⁰ - 0.755; fractional composition: n.c. - 67 ° C; 10% - 69 ° C; 50% - 71 ° C; 80% - 95 ° C; k.k. - 98 ° C. The described product is introduced into the hydrocarbon feed stream, which is heated and fed to the feed part (adiabatic separator) of the distillation column, where the vapor-liquid medium is separated and distillation is carried out.

Недостатком описанного способа является сложность, высокая энергоемкость изготовления активирующей добавки, а также низкий (3-5%) прирост отбора дистиллятов.The disadvantage of the described method is the complexity, high energy consumption of the production of the activating additive, as well as a low (3-5%) increase in the selection of distillates.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение отбора дистиллятных фракций, интенсификация процесса перегонки жидких углеводородов, снижение энергетических затрат на перегонку.The technical result of the proposed invention is an increase in the selection of distillate fractions, an intensification of the distillation process of liquid hydrocarbons, and a decrease in energy costs for distillation.

Технический результат достигается тем, что в известном способе получения дистиллятных фракций путем перегонки жидких углеводородов, предусматривающем использование активирующей добавки смешиваемой с углеводородным потоком, нагрев, подачу в питательную часть (адиабатический сепаратор) ректификационной колонны и осуществление процесса дистилляции, в качестве активирующей добавки предлагается использовать воду с расходом 0,5-10% об. на подаваемый поток углеводородов. Смешение сырьевого потока углеводородов с активирующей добавкой производится до получения стойкой эмульсии обратного типа - «вода в масле». Нагрев и подача изготовленной эмульсии в питательную часть (адиабатический сепаратор) ректификационной колонны осуществляется обычным способом.The technical result is achieved by the fact that in the known method of obtaining distillate fractions by distillation of liquid hydrocarbons, involving the use of an activating additive miscible with a hydrocarbon stream, heating, feeding into the feed part (adiabatic separator) of the distillation column and carrying out the distillation process, it is proposed to use water as an activating additive with a flow rate of 0.5-10% vol. per feed stream of hydrocarbons. Mixing of a hydrocarbon feed stream with an activating additive is carried out to obtain a stable inverse emulsion - "water in oil". Heating and supply of the produced emulsion to the feed part (adiabatic separator) of the rectification column is carried out in the usual way.

Использование воды в качестве активирующей добавки обусловлено ее способностью к образованию с жидкими углеводородами устойчивых обратных эмульсий типа - «вода в масле», а также различиями теплофизических характеристик элементов образованной эмульсии - дисперсионной средой, дисперсной фазой и «бронирующими» оболочками дисперсной фазы. Так, разница температур кипения воды и «бронирующей» ее оболочки составляет 150-250°С. Кроме того, при образовании эмульсии распределение водной фазы по объему углеводородов, не смотря на различия в размерах эмульсионных глобул, происходит практически равномерно.The use of water as an activating additive is due to its ability to form stable inverse emulsions of the "water in oil" type with liquid hydrocarbons, as well as differences in the thermophysical characteristics of the elements of the formed emulsion - a dispersion medium, a dispersed phase and "armor" shells of a dispersed phase. So, the difference between the boiling points of water and its "armor" shell is 150-250 ° C. In addition, during the formation of an emulsion, the distribution of the aqueous phase over the volume of hydrocarbons, despite the differences in the sizes of the emulsion globules, occurs almost uniformly.

Способ осуществляют следующим образом. Сырьевой поток углеводородов (нефть, мазут) смешивают с активирующей добавкой - водой, перемешивают до образования устойчивой эмульсии обратного типа «вода в масле», изготовленную эмульсию нагревают и подают в питательную часть ректификационной колонны (адиабатический сепаратор), где происходит разделение газожидкостной среды и реализуется процесс дистилляции.The method is carried out as follows. The raw hydrocarbon stream (oil, fuel oil) is mixed with an activating additive - water, stirred until a stable emulsion of the reverse type "water in oil" is formed, the produced emulsion is heated and fed to the feed part of the rectification column (adiabatic separator), where the gas-liquid medium is separated and implemented distillation process.

Механизм предложенного способа действует следующим образом. В процессе перемешивания нефти (мазута) с водой, высокомолекулярные соединения углеводородов адсорбируются на поверхности капель воды, создавая структурно-механический барьер. Адсорбционные слои структурируются за счет межмолекулярного взаимодействия и боковой когезии (т.е. притяжения диполей полярных групп соседних молекул с образованием водородных связей и гидрофобного взаимодействия неполярных групп). Сформированные таким образом на поверхности капель воды адсорбционные слои создают вокруг капель воды «бронирующую оболочку», которая по своим структурно-механическим свойствам, теплофизическим характеристикам отличается значительно более высокой вязкостью, прочностью, температурой кипения, низким тепловым сопротивлением и характеризуются высокими силами поверхностного натяжения.The mechanism of the proposed method operates as follows. In the process of mixing oil (fuel oil) with water, high-molecular hydrocarbon compounds are adsorbed on the surface of water droplets, creating a structural-mechanical barrier. The adsorption layers are structured due to intermolecular interaction and lateral cohesion (i.e., attraction of dipoles of polar groups of neighboring molecules with the formation of hydrogen bonds and hydrophobic interaction of non-polar groups). The adsorption layers formed in this way on the surface of water droplets create a "armor shell" around the water droplets, which, in terms of its structural and mechanical properties, thermophysical characteristics, has a significantly higher viscosity, strength, boiling point, low thermal resistance and is characterized by high surface tension forces.

При нагревании изготовленной эмульсии вода гораздо раньше достигает значения температуры кипения, чем ее «бронирующая» оболочка, которая находится в жидком состоянии и препятствует испарению воды. При достижении критического давления внутри «бронирующей» оболочки происходит микровзрыв, который приводит к разрыву «бронирующей» оболочки сопровождающийся разрывами межмолекулярных, молекулярных, химических связей и выбросами перегретых паров воды с образованием множественных поверхностей контакта между паровой и жидкими фазами. В результате происходит дезагрегация высокомолекулярных соединений углеводородов, равномерное распределение водяного пара по всему объему углеводородов, существенное увеличение поверхности контакта между жидкой и паровой фазами, что приводит к снижению температуры кипения, пропорциональному увеличению интенсивности испарения и выхода дистиллятных фракций.When the produced emulsion is heated, the water reaches the boiling point much earlier than its “armor” shell, which is in a liquid state and prevents the evaporation of water. When the critical pressure is reached inside the “armor” shell, a microexplosion occurs, which leads to rupture of the “armor” shell, accompanied by ruptures of intermolecular, molecular, chemical bonds and emissions of superheated water vapors with the formation of multiple contact surfaces between the vapor and liquid phases. As a result, disaggregation of high-molecular hydrocarbon compounds occurs, a uniform distribution of water vapor throughout the entire volume of hydrocarbons, a significant increase in the contact surface between the liquid and vapor phases, which leads to a decrease in the boiling point, a proportional increase in the intensity of evaporation and the yield of distillate fractions.

Лабораторные исследования по подтверждению заявленного технического результата проводились по следующей методике. Углеводородное сырье (нефть, мазут) и дистиллированная вода взятые в определенных пропорциях перемешивались в лабораторной мешалке в течение 1-1.5 мин. Полученная эмульсия подавалась в перегонную емкость аппарата разгонки нефти после чего производилась разгонка методом постепенного испарения. Эффективность базового и предлагаемого способов сравнивалась по следующим показателям: объему отобранного дистиллята Q, %об., интенсивности дистилляции V мл/мин, изменению температурных интервалов начала кипения t_нк°С и конца кипения t_кк°С. Тепловые режимы перегонки были постоянными во всех экспериментах. В процессе экспериментов фиксировались сравнительные показатели эффективности способов.Laboratory studies to confirm the claimed technical result were carried out according to the following method. Hydrocarbon raw materials (oil, fuel oil) and distilled water taken in certain proportions were mixed in a laboratory mixer for 1-1.5 minutes. The resulting emulsion was fed into the distillation tank of the oil distillation apparatus, after which distillation was carried out by the method of gradual evaporation. The effectiveness of the basic and proposed methods was compared according to the following indicators: the volume of the sampled distillate Q,% vol., The distillation rate V ml / min, the change in the temperature ranges of the beginning of boiling t _nk ° C and the end of boiling t _kk ° C. Thermal distillation regimes were constant in all experiments. In the course of the experiments, comparative indicators of the effectiveness of the methods were recorded.

В качестве исходных углеводородов использовались: нефти Юрхаровского, Тазовского и смесь нефтей Западно-Сибирских месторождений, мазут, полученный из нефти Юрхаровского месторождения, мазут, полученный из сборных проб нефти месторождений Западной Сибири.The initial hydrocarbons used were: oils from Yurkharovskoye, Tazovskoye and a mixture of oils from West Siberian fields, fuel oil obtained from oil from the Yurkharovskoye field, fuel oil obtained from collected oil samples from fields in Western Siberia.

В таблице 1 представлены результаты испытаний предлагаемого и базового способа проведенных в соответствии с изложенной методикой.Table 1 shows the test results of the proposed and the basic method carried out in accordance with the described methodology.

Анализ результатов данных табл.1 показывает, что в зависимости от состава исходных углеводородов, процентного содержания активирующей добавки достигаются следующие преимущества предлагаемого способа по отношению к базовому. Объем отобранных дистиллятов увеличивается на 8-84%, интенсивность дистилляции возрастает в 1.36-15 раз, температура начала кипения снижается на 3-147°С, температура конца кипения возрастает на 1-62°С. Таким образом, заявленный технический результат в полном объеме подтвержден результатами проведенных экспериментальных работ.Analysis of the results of the data in Table 1 shows that, depending on the composition of the starting hydrocarbons, the percentage of the activating additive, the following advantages of the proposed method in relation to the basic one are achieved. The volume of selected distillates increases by 8-84%, the distillation rate increases by 1.36-15 times, the boiling point decreases by 3-147 ° C, and the end-boiling point increases by 1-62 ° C. Thus, the claimed technical result is fully confirmed by the results of the experimental work carried out.

Claims

A method of obtaining distillate fractions by distillation of liquid hydrocarbons, including mixing a feed stream of hydrocarbons with an activating additive, heating the mixture and supplying the heated mixture to the feed part of the distillation column, characterized in that distilled water is used as an activating additive at a rate of 0.2-10 vol.% of the hydrocarbon feed stream, while the hydrocarbon feed stream is mixed with the activating additive to obtain a stable inverse emulsion - "water in oil".