Установка для переработки многокомпонентных жидкостных смесей

1 Область техники Изобретение относится к оборудованию для переработки многокомпонентных жидкостных смесей с использованием процесса риформинга, преимущественно для вакуумной перегонки органических смесей, и может найти применение в нефтехимической и химической отраслях промышленности. Предшествующий уровень техники Известна установка переработки углеводородсодержащих жидкостных смесей, например,вакуумной перегонкой сырой нефти, содержащая, по крайней мере, секцию перегонки нефти под избыточным или атмосферным давлением с магистралью подачи в нее нефти, вакуумную колонну и вакуумный гидроциркуляционный агрегат,включающий жидкостно-газовый струйный аппарат, сепаратор и насос подачи рабочей жидкости, при этом жидкостно-газовый струйный аппарат со стороны входа в него жидкости подключен к выходу насоса подачи рабочей жидкости, а со стороны входа в него газа - к магистрали отвода парогазовой среды из вакуумной колонны и выходом из него смеси - к сепаратору, причем установка снабжена дополнительно вторым жидкостно-газовым струйным аппаратом, подключенным со стороны входа в него жидкости к магистрали подачи нефти и со стороны подвода в него газа - к выходу газообразной среды из сепаратора и выходом из него смеси - к магистрали подачи нефти, а насос подачи рабочей жидкости со стороны входа в него этой жидкости подключен к выходу рабочей жидкости из сепаратора (RU 2161059, кл. МПК С 10 G 7/06,16.07.1999 г.). Однако данная установка излишне материалоемка. Наиболее близким к установке для переработки многокомпонентных жидкостных смесей по технической сущности изобретения является установка для вакуумной перегонки многокомпонентных органических смесей, включающая подающий насос, вакуумсоздающее устройство,горизонтальную вакуум-камеру, напорную и сливную магистрали и контролирующие приборы (RU 2166528, кл. МПК С 10 G 7/06,29.06.1999). Недостатком описанного устройства является недостаточно высокая эффективность его работы, связанная с большой материалоемкостью и излишними энергозатратами, а в конструктивном исполнении - со сложностью компоновки. Раскрытие изобретения Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности работы оборудования для переработки многокомпонентных жидкостных смесей с получением готового продукта с более высоким качеством. Решение поставленной задачи в предлагаемом изобретении обеспечивается тем, что установка для переработки многокомпонентных 2 жидкостных смесей путем их вакуумной перегонки включает подающий насос, вакуумсоздающее устройство, горизонтальную вакуумкамеру, напорную и сливную магистрали и контролирующие приборы, где согласно изобретению вакуумсоздающее устройство выполнено в виде подключенного к напорной магистрали жидкостно-газового струйного аппарата, сопло которого вмонтировано в переднюю торцевую стенку вакуум-камеры, длина которой по отношению к диаметру ее полости равнаL=(7-10)D),где L - длина вакуум-камеры,D - диаметр полости вакуум-камеры,а толщина сопла выполнена в соотношении к его диаметру, равном где lс - толщина сопла,dc - диаметр сопла; кроме того, установка дополнительно содержит регулятор противодавления, выполненный с возможностью обеспечения совместно с вакуумсоздающим устройством условий формирования скачка давления в вакуум-камере и подключенный при помощи трубопровода к задней торцевой стенке вакуум-камеры, а также мановакуумметр, сообщенный с полостью вакуумкамеры в ее передней части. Кроме того, в напорную магистраль между подающим насосом и вакуумсоздающим устройством могут быть подключены расходомер,термометр и манометр. Краткое описание чертежей Фигура представляет принципиальную схему установки для переработки многокомпонентных жидкостных смесей. Установка вакуумной перегонки углеводородсодержащей смеси I (см. фигуру) содержит горизонтальную вакуум-камеру (1), подающий насоc (2), напорную и сливную магистрали (3) и(4) соответственно, вакуумсоздающее устройство (5), имеющее сопло (6), вмонтированное в переднюю торцевую стенку (7) вакуум-камеры(1), и регулятор противодавления (8), который при помощи трубопровода (9) подключен к задней торцевой стенке (10) вакуум-камеры (1). Мановакуумметр (11) сообщен с полостью вакуум-камеры (1) в ее передней части. Контролирующие приборы установки расходомер (12), термометр (13) и манометр(14) - целесообразно подключить в напорную магистраль (3) между подающим насосом (2) и вакуумсоздающим устройством (5). Перед подающим насосом (2) установлен фильтр (15), а напорная и сливная магистрали имеют задвижки (16), (17), (18). В трубопровод(9) между регулятором противодавления (8) и задней торцевой стенкой (10) вакуум-камеры (1) подключен манометр (19). 3 Работа установки осуществляется следующим образом. Углеводородсодержащая смесь, предназначенная для риформинга, через задвижку (16) и фильтр (15) поступает на насос (2). После насоса давление нефтепродукта поддерживают в пределах 2,0-12,0 МПа. Манометром (14), термометром (13) и расходомером (12) измеряют соответственно давление, температуру и расход исходного нефтепродукта на рабочем участке от подающего насоса (2) до горизонтальной вакуум-камеры (1). При пуске установки задвижки(16), (17), (18) находятся в открытом положении. Необходимую величину разрежения в вакуумкамере контролируют мановакуумметром(11), сообщенным с полостью передней части вакуум-камеры (1). Эта величина разрежения в вакуум-камере определяется давлением насыщения легкокипящей компоненты смеси. Для бензина, например, это давление составляет 0,005-0,07 МПа при температуре 4-80 С. Регулятором противодавления (8) создают максимально возможное противодавление, а именно давление, при котором вакуум по мановакуумметру не изменяется. Это давление, как правило, составляет 0,4-0,7 от величины давления, создаваемого насосом (2). Лучший вариант осуществления изобретения Предложенное изобретение иллюстрируется далее примером, которым, естественно, не ограничивается круг реальных установок, которые могут быть воспроизведены с использованием предлагаемого изобретения. В примере 1 проиллюстрирована предлагаемая установка для переработки нефтепродуктов в оптимальном варианте и продемонстрирована ее работа при переработке многокомпонентных жидкостных смесей,например бензина-сырца, мазута и дизельного топлива. Пример 1. Предлагаемая установка содержит подающий насос (2), горизонтальную вакуум-камеру(1), длина которой L в 7-10 раз больше диаметра ее полости D, и вакуумсоздающее устройство(5), выполненное в виде жидкостно-газового струйного аппарата с соплом (6), вмонтированным в переднюю торцевую стенку (7) вакуумкамеры (1), при этом толщина сопла lс выполнена в соотношении к его диаметру dc, равном Предлагаемая установка, кроме того, содержит напорную и сливную магистрали (3) и(4) с задвижками (16), (17), (18) и регулятор противодавления (8), который при помощи трубопровода (9) подключен к задней торцевой стенке (10) вакуум-камеры (1). Установка имеет контролирующие приборы: мановакуумметр (11), сообщенный с полостью вакуум-камеры в ее передней части, расходомер (12), термометр (13) и манометр (14), 004321 4 подключенные в напорную магистраль (3) между подающим насосом (2) и вакуумсоздающим устройством (5), и манометр (19), подключенный в трубопровод (9) между регулятором противодавления (8) и задней торцевой стенкой (10) вакуум-камеры (1). Перед подающим насосом (2), кроме того,установлен фильтр (15). Работа установки осуществляется следующим образом. Исходную многокомпонентную углеводородсодержащую смесь, представляющую собой однофазную жидкую рабочую среду, подают в вакуумсоздающее устройство под давлением. При этом при переработке бензина-сырца это давление равно 1-12 МПа; при переработке мазута - 10-12 МПа, при переработке дизельного топлива - 5-8 МПа, при переработке сырой нефти - 4-12 МПа. Вследствие пережатия струи за выходной кромкой сопла 6 создают вакуум, равный давлению насыщения легкокипящей компоненты исходной смеси при данной температуре. Средняя интегральная величина давления насыщения возникшей легкокипящей компоненты смеси, например переработанного бензина, колеблется в пределах 0,005-0,07 МПа при температуре, равной 4-80 С. Величина давления насыщения легкокипящей компоненты смеси внутри указанного интервала зависит от температуры процесса,например, при температуре среды, равной 4 С,давление равно 0,005 МПа, при температуре 80 С давление равно 0,07 МПа. Жидкость после прохождения сопла 6 вскипает, в зоне отрыва струи образуется газовая фаза. Одновременно с этим величина скорости потока становится больше локальной скорости звука в смеси. При этом величину остаточного давления в вакуум-камере контролируют мановакуумметром, находящимся на входе в вакуум-камеру. В результате образуется эмульсия с газовыми пузырями размером 0,5-7 мкм, образующими, по существу, вторую фазу рабочей среды. Вследствие непрерывного массообмена по всему сечению вакуум-камеры образуется двухфазный газожидкостный поток, имеющий одинаковую концентрацию газовой фазы по всему объему потока. После стабилизации остаточного давления в вакуум-камере, контролируемого мановакуумметром, с помощью регулятора (8) создают максимально возможное противодавление, при котором вакуум по мановакуумметру не изменяется. Величина противодавления, как правило, меньше в 0,4-0,7 раза величины давления,создаваемого подающим насосом (2). Величину противодавления измеряют манометром, находящимся на выходе из вакуумкамеры. 5 При дальнейшем движении потока по каналу вакуум-камеры скорость потока снижается,а давление возрастает. Итоговый контроль работы установки осуществляют через показания мановакуумметра и манометра. При этом для формирования скачка давления в вакуум-камере целесообразно создать соотношение величин давлений, равное где Р 1 - давление до скачка (показания остаточного давления мановакууметра); Р 2 - давление после скачка (показания давления манометра). Установлено, что такой скачок давления возможен при соотношении площади поперечного сечения сопла на уровне выходной кромки к площади поперечного сечения вакуум-камеры,равном где- площадь сопла,F - площадь вакуум-камеры. Вакуум-камера и сопло вакуум-камеры могут быть выполнены из различных диэлектрических материалов, например из термостойкого оргстекла. В результате использования предлагаемого изобретения получают конечные продукты с улучшенным качеством. Например, октановое число бензина увеличивается в среднем на 2-4 единицы. Октановое число (далее по тексту - ОЧ) это условный показатель детонационной стойкости топлива при эксплуатации автомобиля в условиях повышенного теплового форсированного режима. Показатели ОЧ, представленные далее в табл. 1 и 2, определяют по моторному методу в соответствии с ASTM D 2699, D 2700 или ГОСТ 511-82, 8226-82. Плотность нефтепродуктов определяют при температуре 15 С в соответствии с ASTM D 4052 или ГОСТ 3900-85, ГОСТ Р 51069-97. Таблица 1 Сравнительные показатели октанового числа исходного и прямогонного бензина,переработанного в соответствии с изобретением ОЧ ОЧ 15,Т,Q,P1,исходного кг/м 3 переработан 3 С м /ч МПа бензина ного бензина 17 2,4 1,05 78,4 735 80,0 17 2,4 1,05 78,4 735 80,0 15 2,4 1,05 78,4 734 81,0 17 2,4 1,05 78,4 734 81,4 15 2,4 1,05 78,4 734 80,6 14 2,4 1,05 78,4 735 82,5 14 2,4 1,05 78,4 734 82,5 14 2,4 1,05 78,4 734 83,5 13 2,4 1,05 78,4 734 84,0 6 Таблица 2 Сравнительные показатели октанового числа исходного и газового бензина, переработанного в соответствии с изобретениемQ,ОЧ исходно- ОЧ переработан- 15,Т, С м 3/ч го бензина ного бензина кг/м 3 15,7 0,290 65,7 15,7 0,290 65,7 15,9 2,400 65,7 68,3 715,1 15,0 1,714 65,7 715,0 15,4 1,714 65,7 15,4 2,400 65,7 67,3 715,5 15,4 2,483 65,7 где 15, кг/м 3 - плотность исходного бензина, измеренная при температуре 15 С;P1, МПа - давление исходного бензина при подаче его в установку;Q, м 3/ч - расход исходного бензина через установку. Кроме того, наблюдается изменение физико-химических показателей отдельных фракций. Так, в прямогонных фракциях продуктов переработки нефти Западно-Сибирского и Колгуевского месторождений, как проиллюстрировано далее в табл. 3 и 4, наблюдаются изменения следующих показателей: в бензиновой фракции происходит снижение содержания серы на 9-27% и повышение октанового числа на 0,5-0,7 единиц; в керосиновой фракции снижается содержание серы на 6-7% и при этом температура застывания повышается на 2 С; в дизельных фракциях легкого и тяжелого дизельного топлива снижение содержания серы составляет на 5-19%, при этом температура помутнения повышается на 2-3 С. Таблица 3 Сравнительные данные прямогонных фракций исходной нефти Западно-Сибирского месторождения(а) и этих же фракций переработанной нефти (б) Показатели Бензиновая Керосиновая Дизельная Дизельная фракция фракция фракция фракция Таблица 4 Сравнительные данные прямогонных фракций исходной нефти Колгуевского месторождения (а) и этих же фракций переработанной нефти (б) Бензиновая Керосиновая Дизельная Дизельная фракция фракция фракция фракция Показатели где, кг/м - плотность дизельной фракции, измеренная при температуре 20 С, определяемая в соответствии с ASTM D 4294 или ГОСТ Р 50442. Содержание массовой доли серы (%) определяют в соответствии с ASTMD 1266-91,ASTMD 2622-94, ASTMD 4294-90, ИСО 8754-92. Температуру помутнения (начала кристаллизации) и температуру застывания определяют в соответствии с ГОСТ 50066-91. Сущность методов состоит в охлаждении пробы топлива, помещенной в охлаждающую смесь в пробирке с двойными стенками и термометром с дальнейшим определением температуры помутнения до видимого образования кристаллов. Далее при образовании кристаллов определяют температуру застывания пробы топлива. Кроме того, в результате использования предлагаемого изобретения улучшаются состав и структура исходного вещества, например уменьшается молекулярная масса "тяжелой" фракции нефти, что приводит к увеличению выхода светлых нефтепродуктов, например выход дизельных фракций (180-360 С) увеличивается на 3-15%, что проиллюстрировано далее в табл. 5. Таблица 5 Таблица фракционной разгонки нефти Фракционный состав нефти определяют в соответствии с ASTM D 86 (ISO 3405) или ГОСТ 2177-99. 8 Промышленная применимость Изобретение промышленно применимо,так как предусматривает использование стандартного серийно выпускаемого промышленного оборудования и производственных многокомпонентных смесей, вырабатываемых при переработке нефтепродуктов в нефтехимических и химических производствах. Список литературы 1. Патент RU2161059, кл. МПК С 10 G 7/06, 16.07.1999 г. 2. Патент RU2166528, кл. МПК С 10 G 7/06, 29.06.1999 г. 3. Е.Я. Соколов, Н.М. Зингер, Струйные аппараты, Москва, Энергоатомиздат, 1989, 3-е издание переработанное, 352 стр., глава Пароводяные инжекторы, стр. 278-308. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Установка для переработки многокомпонентных жидкостных смесей путем их вакуумной перегонки, включающая подающий насос, вакуумсоздающее устройство, горизонтальную вакуум-камеру, напорную и сливную магистрали и контролирующие приборы, отличающаяся тем, что вакуумсоздающее устройство выполнено в виде подключенного к напорной магистрали жидкостно-газового струйного аппарата, сопло которого вмонтировано в переднюю торцевую стенку вакуум-камеры, длина которой по отношению к диаметру ее полости равнаL=(7-10)D,где L - длина вакуум-камеры,D - диаметр полости вакуум-камеры,а толщина сопла выполнена к его диаметру в соотношении, равном где lс -толщина сопла,dc - диаметр сопла,кроме того, установка дополнительно содержит регулятор противодавления, выполненный с возможностью обеспечения совместно с вакуумсоздающим устройством условий для формирования скачка давления в вакуум-камере и подключенный при помощи трубопровода к задней торцевой стенке вакуум-камеры, а также мановакуумметр, сообщенный с полостью вакуум-камеры в ее передней части. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем,что в напорную магистраль между подающим насосом и вакуумсоздающим устройством дополнительно подключены расходомер, термометр и манометр.