RU41306U1

RU41306U1 - DEVICE FOR SEPARATION OF OIL AND OTHER HYDROCARBON MEDIA

Info

Publication number: RU41306U1
Application number: RU2003131807/22U
Authority: RU
Inventors: В.А. Золотухин; М.К. Виноградов; С.А. Грачев; В.В. Иванов
Original assignee: Золотухин Владимир Андреевич
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2004-10-20

Abstract

Изобретение относится к области переработки углеводородного сырья и может быть использовано в производстве углеводородного топлива. Изобретение позволяет увеличить выход светлых продуктов, снизить затраты энергии на единицу продукции и уменьшить количество и стоимость сложного технологического оборудования. Поставленная цель достигается тем, что в аппарате разделения осуществляют прямой контакт высокотемпературного теплоносителя и углеводородной среды. Это позволяет значительно интенсифицировать теплообменные процессы, происходящие в аппарате разделения, увеличить температуру проведения процесса разделения, уменьшить потери энергии, возникающие при передаче тепла через стенку теплообменника, что, в свою очередь, приводит к снижению затрат энергии на единицу продукции и уменьшению металлоемкости применяемого оборудования.The invention relates to the field of hydrocarbon processing and can be used in the production of hydrocarbon fuels. The invention allows to increase the yield of light products, reduce energy costs per unit of production and reduce the amount and cost of complex processing equipment. This goal is achieved by the fact that in the separation apparatus, direct contact of the high temperature coolant and the hydrocarbon medium is carried out. This allows you to significantly intensify the heat transfer processes occurring in the separation apparatus, increase the temperature of the separation process, reduce the energy loss that occurs when heat is transferred through the wall of the heat exchanger, which, in turn, leads to lower energy costs per unit of production and a decrease in the metal consumption of the equipment used.

Description

Полезная модель относится к области переработки нефти и может быть использована в производстве углеводородного топлива.The utility model relates to the field of oil refining and can be used in the production of hydrocarbon fuels.

Технологические схемы переработки нефти имеют несколько вариантов. Существует полный технологический цикл, включающий в себя следующие основные производства: производство топлив, производство нефтехимической продукции, производство смазочных и специальных масел, производство присадок. Возможны специализированные варианты технологических схем: только топливная или только топливно-масляная (Дехтерман А.Ш. Переработка нефти по топливному варианту. М., "Химия", 1988, с.13). Во всех вариантах в начале технологического процесса используются аппараты для предварительного испарения нефти. Предварительное испарение газа и основной массы бензина позволяет снизить давление на входе сырьевого насоса, разгрузить печь от нагрева легких фракций, снизить скорость паров и уменьшить диаметр основной ректификационной колонны. На крупных нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) для этой цели используют ректификационные колонные аппараты.Technological schemes for oil refining have several options. There is a full technological cycle, which includes the following main industries: production of fuels, production of petrochemical products, production of lubricants and special oils, production of additives. Specialized variants of technological schemes are possible: only fuel or only fuel-oil (Dekhterman A.Sh. Oil refining according to the fuel option. M., "Chemistry", 1988, p.13). In all cases, devices for preliminary evaporation of oil are used at the beginning of the technological process. The preliminary evaporation of gas and the bulk of gasoline allows you to reduce the pressure at the inlet of the feed pump, relieve the furnace from heating light fractions, reduce the vapor velocity and reduce the diameter of the main distillation column. At large oil refineries (refineries), distillation column apparatuses are used for this purpose.

В последнее время, в связи с тенденцией переработки нефти в месте ее добычи, возрастает спрос на НПЗ сравнительно малой производительности - 5-100 тыс. тонн по нефти в год. Используемые на крупных НПЗ колонные ректификационные аппараты достаточно дороги в изготовлении и эксплуатации. Поэтому, на стадии предварительного разделения нефти, целесообразно использовать более простые аппараты, например испарители (Дехтерман А.Ш. Переработка нефти по топливному варианту. М., "Химия", 1988, с.23). Испаритель представляет собой цилиндрический емкостной аппарат. В нижней части его корпуса расположен встроенный трубчатый теплообменник. Во внутрь трубок теплообменника подают теплоноситель для нагрева продукта (нефти). Обычно в качестве теплоносителя используют водяной пар. Легкая часть нефти (бензиновая фракция) испаряется и отводится через верхний штуцер. Остаток нефти переливается через сливную пластину и выводится через соответствующий штуцер. Количество испарившейся части нефти зависит от температуры в аппарате, то есть от поверхности теплообменника и температуры теплоносителя. Поверхность теплообменника во время работы покрывается отложениями из нефти и условия теплообмена значительно ухудшаются. Этот процесс значительно ускоряется при повышении температуры теплоносителя. Поэтому аппараты такого типа имеют ограничения с точки зрения интенсификации процесса испарения фракций нефти. Температура проведения процесса составляет 200-230°С. Этой температуре соответствует определенная испаряемая часть нефти.Recently, due to the trend of oil refining at the place of its production, the demand for oil refineries of relatively low productivity is growing - 5-100 thousand tons of oil per year. Column distillation apparatuses used at large refineries are quite expensive to manufacture and operate. Therefore, at the stage of preliminary oil separation, it is advisable to use simpler devices, such as evaporators (A. Dekhterman, Oil refining according to the fuel version. M., "Chemistry", 1988, p.23). The evaporator is a cylindrical tank. At the bottom of its housing is an integrated tubular heat exchanger. A coolant is supplied inside the tubes of the heat exchanger to heat the product (oil). Typically, water vapor is used as a heat transfer medium. The light part of the oil (gasoline fraction) evaporates and is discharged through the upper fitting. The remaining oil is poured through the drain plate and is discharged through the corresponding fitting. The amount of evaporated part of the oil depends on the temperature in the apparatus, that is, on the surface of the heat exchanger and the temperature of the coolant. The surface of the heat exchanger during operation is covered by deposits of oil and the heat transfer conditions are significantly worsened. This process is significantly accelerated with increasing temperature of the coolant. Therefore, devices of this type have limitations in terms of intensifying the process of evaporation of oil fractions. The temperature of the process is 200-230 ° C. This temperature corresponds to a certain evaporated part of the oil.

В процессе кипения нефти и испарения фракций в удаляемой паровой фазе присутствуют капли жидкости. Для отделения их от газовой фаза предназначены сепараторы различной конструкции. Сепаратор располагают рядом с аппаратом испарения, или для упрощения конструкции и эксплуатации его не используют.During the boiling process of oil and evaporation of fractions, droplets of liquid are present in the removed vapor phase. Separators of various designs are designed to separate them from the gas phase. The separator is located next to the evaporation apparatus, or is not used to simplify the design and operation.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении интенсификации процесса испарения фракций нефти с сохранением простоты конструкции в изготовлении и в эксплуатации. Под интенсификацией понимается увеличение производительности аппарата по нефти. Кроме того, в зависимости от дальнейшей технологической схемы переработки сырья в топливо, может появиться необходимость увеличить количественно испаряемую часть нефти, то есть увеличить температуру процесса. Увеличение температуры проведения процесса так же возможно с помощью заявляемой полезной модели.The technical result, which is achieved by the claimed utility model, is to increase the intensification of the process of evaporation of oil fractions while maintaining the simplicity of the design in manufacture and operation. By intensification is meant an increase in the apparatus’s productivity in oil. In addition, depending on the further technological scheme of processing raw materials into fuel, it may be necessary to increase the quantitatively evaporated part of the oil, that is, to increase the temperature of the process. An increase in the temperature of the process is also possible using the claimed utility model.

Технический результат достигается тем, что в аппарате, содержащим корпус, теплообменные устройства для испарения нефти и штуцеры ввода-вывода рабочих и продуктовых сред, теплообменные устройства сконструированы таким образом, что передача тепла от теплоносителя осуществляется не через разделительную стенку, а при непосредственном контакте теплоносителя и нефти. Это позволяет повысить эффективность теплообмена и, соответственно, скорость испарения низкокипящих фракций нефти. То есть повысить производительность аппарата. Кроме того, непосредственный контакт сред обуславливает интенсивный теплообмен. Результатом этого является: значительное увеличение скорости испарения и переход в паровую фазу углеводородов с температурой кипения выше, чем средняя температура общего потока обеих сред. Непосредственный контакт теплоносителя и нефти исключает образование отложений на поверхности теплообменника при повышенной температуре проведения процесса. Соответственно, температура проведения процесса испарения может быть повышена, при необходимости, с 200-230°С до 400-420°С и более, что позволяет проводить термический и термомеханический крекинг одновременно с разделением нефти или другого углеводородного сырья. Это, в свою очередь, позволяет увеличить глубину переработки сырья и выход светлых (топливных) фракций. При использовании высокотемпературного теплоносителя становится целесообразным организовать контур его циркуляции. Теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру: аппарат разделения - печь нагрева теплоносителя - аппарат разделения. То есть теплоноситель выводят из аппарата через соответствующие штуцеры, догревают в печи до необходимой температуры и через штуцер ввода подают опять в теплообменные устройства. В качестве теплоносителя возможно использование сред, несмешивающихся с нефтью, например, жидких металлов.The technical result is achieved by the fact that in the apparatus containing the housing, heat exchange devices for oil evaporation and fittings for input-output of working and product media, heat exchange devices are designed in such a way that heat is transferred from the coolant not through the dividing wall, but with direct contact of the coolant and oil. This allows you to increase the efficiency of heat transfer and, accordingly, the evaporation rate of low-boiling oil fractions. That is, to increase the performance of the device. In addition, direct contact of the media leads to intense heat transfer. The result of this is: a significant increase in the rate of evaporation and the transition to the vapor phase of hydrocarbons with a boiling point higher than the average temperature of the total flow of both media. Direct contact of the heat carrier and oil eliminates the formation of deposits on the surface of the heat exchanger at an elevated temperature of the process. Accordingly, the temperature of the evaporation process can be increased, if necessary, from 200-230 ° C to 400-420 ° C or more, which allows thermal and thermomechanical cracking simultaneously with the separation of oil or other hydrocarbon feedstocks. This, in turn, allows increasing the depth of processing of raw materials and the yield of light (fuel) fractions. When using a high-temperature coolant, it becomes advisable to organize a circuit for its circulation. The coolant circulates in a closed circuit: separation apparatus - heating medium heating furnace - separation apparatus. That is, the heat carrier is removed from the apparatus through the corresponding fittings, heated in the furnace to the required temperature and fed through the input fitting again to the heat exchange devices. As a heat carrier, it is possible to use media immiscible with oil, for example, liquid metals.

Обедненную легкокипящими фракциями нефть (остаток разделения) выводят через соответствующий штуцер внизу аппарата разделения.The oil depleted in low boiling fractions (separation residue) is discharged through the corresponding fitting at the bottom of the separation apparatus.

Для улучшения каплеотделения из паровой фазы при ее отводе из корпуса аппарата сепаратор жидкости размещен в объеме корпуса аппарата. Уловленные капли коагулируют и жидкость стекает в нижнюю часть аппарата, а из аппарата отводят только паровую фазу. Кроме того, размещение сепаратора в объеме аппарата разделения приводит к значительному уменьшению потерь тепла.To improve droplet separation from the vapor phase during its removal from the apparatus body, a liquid separator is placed in the apparatus body volume. The trapped drops coagulate and the liquid flows into the lower part of the apparatus, and only the vapor phase is removed from the apparatus. In addition, the placement of the separator in the volume of the separation apparatus leads to a significant reduction in heat loss.

Таким образом, конструкция аппарата разделения позволяет организовать его работу в длительном непрерывном режиме с увеличенной производительностью по нефти при температуре проведения процесса в диапазоне до 400-420°С и выше.Thus, the design of the separation apparatus allows you to organize its operation in a continuous continuous mode with increased oil productivity at a temperature of the process in the range up to 400-420 ° C and above.

Сущность работы аппарата разделения поясняется на рисунке.The essence of the separation apparatus is illustrated in the figure.

На этом рисунке приведена схема аппарата разделения, В аппарат через соответствующие штуцеры в теплообменные устройства - турбулентные динамические испарители - непрерывно подают нефть и теплоноситель. Из аппарата так же через соответствующие штуцеры выводят: легкокипящие фракции нефти в виде парогазовой фазы, остаток разделения нефти (высококипящие фракции) и теплоноситель. Из сепаратора уловленная жидкость сливается в нижнюю часть аппарата. Теплоноситель из аппарата может быть подан на печь нагрева и затем опять направлен в теплообменные устройства. Разделитель - отстойник внизу аппарата разделения служит для отделения жидкой фазы разделения нефти от теплоносителя.This figure shows a diagram of the separation apparatus. Through the appropriate fittings, heat and oil exchangers — turbulent dynamic evaporators — continuously supply oil and coolant to the apparatus. From the apparatus, through the appropriate fittings, they also withdraw: low-boiling oil fractions in the form of a gas-vapor phase, the remainder of the oil separation (high-boiling fractions) and the coolant. From the separator, the trapped liquid is drained into the lower part of the apparatus. The coolant from the apparatus can be fed to a heating furnace and then again sent to heat exchangers. The separator - sump at the bottom of the separation apparatus serves to separate the liquid phase of the separation of oil from the coolant.

В качестве теплоносителя могут быть использованы различные высокотемпературные теплоносители, в том числе и органические, например тяжелые остатки разделения нефтехимических производств. Особенно эффективно использование тяжелого остатка разделения, получаемого непосредственно в предлагаемом аппарате.As a coolant, various high-temperature coolants can be used, including organic ones, for example, heavy residues of separation of petrochemical plants. Especially effective is the use of a heavy separation residue obtained directly in the apparatus of the invention.

Перед началом процесса разделения нефти или другой смеси углеводородов готовят теплоноситель. Теплоноситель, который по существу является тяжелым остатком разделения, можно приготовить разными способами, например с помощью простого процесса однократного испарения смеси углеводородов. Наиболее простой способ, который и используется при работе аппарата разделения, заключается в следующем. Необходимое количество смеси углеводородов заливают в аппарат разделения (емкость - сепаратор). Из аппарата разделения смесь подают на нагреватель (печь) и возвращают обратно. При этом непрерывно отводят легкие фракции, накапливая тяжелый остаток разделения. При непрерывной циркуляции и определенной температуре тяжелый остаток через определенное время (параметры процесса зависят от состава исходной смеси углеводородов) приобретает все свойства высокотемпературного теплоносителя. Контроль окончания процесса подготовки теплоносителя осуществляют путем определения физико-химических свойств и состава тяжелого остатка разделения.Before starting the process of separating oil or another mixture of hydrocarbons, a coolant is prepared. The heat transfer medium, which is essentially a heavy separation residue, can be prepared in various ways, for example, using a simple process of single evaporation of a mixture of hydrocarbons. The simplest method, which is used during the operation of the separation apparatus, is as follows. The required amount of a mixture of hydrocarbons is poured into the separation apparatus (capacity - separator). From the separation apparatus, the mixture is fed to the heater (furnace) and returned back. In this case, light fractions are continuously removed, accumulating a heavy separation residue. With continuous circulation and a certain temperature, a heavy residue after a certain time (process parameters depend on the composition of the initial mixture of hydrocarbons) acquires all the properties of a high-temperature coolant. Control of the end of the process of preparation of the coolant is carried out by determining the physico-chemical properties and composition of the heavy separation residue.

Затем нефть (или смесь углеводородов) и теплоноситель подают в турбулентный динамический испаритель. На выходе испарителя возникает парожидкостная смесь. Парогазовую фазу, содержащую в основном светлые (топливные) фракции разделения нефти или другого углеводородного сырья, выводят из верхней части аппарата разделения на дальнейшую переработку, например по топливному варианту, или для другого использования. Часть жидкой фазы - остаток разделения выводят из штуцера внизу аппарата и направляют также для дальнейшей переработки, например для получения товарного битума, или для другого использования. Оставшуюся часть жидкой фазы - высокотемпературный органический теплоноситель - выводят из аппарата разделения и подают в печь на подогрев до нужной температуры, затем возвращают в начало процесса - в турбулентный динамический испаритель. Турбулентных динамических испарителей может быть несколько. Сущность работы аппарата разделения поясняется также на рисунке. В случае использования в качестве теплоносителя высокотемпературных органических жидкостей, в частности тяжелого остатка разделения, разделитель - отстойник внизу аппарата разделения используется для очистки теплоносителя от коксообразных частиц, которые могут возникать в процессе разделения нефти при высоких температурах, и других механических примесей.Then the oil (or mixture of hydrocarbons) and the coolant are fed into a turbulent dynamic evaporator. A vapor-liquid mixture arises at the outlet of the evaporator. The vapor-gas phase, which contains mainly light (fuel) fractions of the separation of oil or other hydrocarbon feeds, is removed from the upper part of the separation apparatus for further processing, for example according to the fuel version, or for other use. Part of the liquid phase - the separation residue is removed from the nozzle at the bottom of the apparatus and sent also for further processing, for example, to obtain marketable bitumen, or for other use. The remainder of the liquid phase — a high-temperature organic coolant — is removed from the separation apparatus and fed to the furnace to be heated to the desired temperature, then returned to the beginning of the process — to a turbulent dynamic evaporator. There can be several turbulent dynamic evaporators. The essence of the separation apparatus is also illustrated in the figure. In the case of using high-temperature organic liquids as a coolant, in particular, a heavy separation residue, a separator-settler at the bottom of the separation apparatus is used to clean the coolant from coke-like particles that may occur during the separation of oil at high temperatures, and other mechanical impurities.

С целью значительного увеличение межфазной поверхности для интенсификации процесса испарения общий поток углеводородов и высокотемпературного теплоносителя направляют на диспергирование жидкой фазы в аппарат разделения.In order to significantly increase the interfacial surface to intensify the evaporation process, the total flow of hydrocarbons and a high-temperature coolant is directed to disperse the liquid phase into the separation apparatus.

Claims

1. Apparatus for the continuous separation of oil and other hydrocarbon media, comprising a housing, heat exchangers for oil evaporation, a gas-vapor mixture separator and fittings for input-output of working and product media, characterized in that for supplying the necessary heat to the evaporation zone of low-boiling oil fractions heat exchangers in which the coolant is in direct contact with oil, and the heavy separation residue obtained directly in the apparatus p is used as the coolant Thousands separator.

2. The separation apparatus according to claim 1, characterized in that a separator-settler is integrated at the bottom of the separation apparatus to separate the liquid separation phase from the coolant.

3. The separation apparatus according to claim 1, characterized in that a separator-settler is integrated in the separation apparatus body for cleaning the heat carrier from coke-like particles and other mechanical impurities.

4. The separation apparatus according to claim 1, characterized in that the gas-vapor mixture separator is integrated directly into the housing of the separation apparatus.

5. Apparatus for the continuous separation of oil and other hydrocarbon media, comprising a housing, heat exchangers for oil evaporation, a gas-vapor mixture separator and fittings for input-output of working and product media, characterized in that for supplying the necessary heat to the evaporation zone of low boiling oil fractions such heat exchangers in which the coolant is in direct contact with the oil, and a medium that is not miscible with oil and does not dissolve in it is used as the coolant.

6. The separation apparatus according to claim 5, characterized in that a separator-settler is integrated at the bottom of the separation apparatus to separate the liquid separation phase from the coolant.

7. The separation apparatus according to claim 5, characterized in that a separator-settler is integrated in the separation apparatus body for cleaning the heat carrier from coke-like particles and other mechanical impurities.

8. The separation apparatus according to claim 5, characterized in that the gas-vapor mixture separator is integrated directly into the housing of the separation apparatus.

9. Apparatus for the continuous separation of oil and other hydrocarbon media, comprising a housing, heat exchangers for oil evaporation, a gas-vapor mixture separator and fittings for input-output of working and product media, characterized in that for supplying the necessary heat to the evaporation zone of low boiling oil fractions such heat exchanging devices in which the coolant is in direct contact with oil, and a high-temperature gaseous or inorganic coolant is used as the coolant.

10. The separation apparatus according to claim 9, characterized in that a separator-settler is integrated at the bottom of the separation apparatus to separate the liquid phase of separation from the coolant.

11. The separation apparatus according to claim 9, characterized in that a separator-settler is integrated in the separation apparatus body for cleaning the heat carrier from coke-like particles and other mechanical impurities.

12. The separation apparatus according to claim 9, characterized in that the gas-vapor mixture separator is integrated directly into the housing of the separation apparatus.

13. An apparatus for the continuous separation of oil and other hydrocarbon media, comprising a housing, heat exchangers for oil evaporation, a gas-vapor mixture separator and fittings for input-output of working and product media, characterized in that for supplying the necessary heat to the evaporation zone of low-boiling oil fractions such heat exchanging devices in which the coolant is in direct contact with oil, and a high-temperature organic coolant is used as the coolant.

14. The separation apparatus according to claim 13, characterized in that a separator-settler is integrated at the bottom of the separation apparatus to separate the liquid separation phase from the coolant.

15. The separation apparatus according to claim 13, characterized in that a separator-settler is integrated in the separation apparatus body for cleaning the heat carrier from coke-like particles and other mechanical impurities.

16. The separation apparatus according to item 13, wherein the vapor-gas mixture separator is integrated directly into the housing of the separation apparatus.