Применение волновых технологий

Сейчас большое внимание уделяется интенсификации целевых процессов, в том числе висбрекинга, путем применения физических методов, в частности обработка сырья волновым воздействием путем формирования широкого спектра частот. Использование упругих механических колебаний, особенно в химической технологии, является весьма перспективным: во многих случаях оно обеспечивает исключительно высокую интенсивность технологического процесса, не достижимую с помощью таких широко распространенных методов, как механическое перемешивание, применение высоких температур, давлений и т.д.

В общем случае волны определяются как - изменения состояния среды (возмущения), распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию.

По виду волновых излучений, применяемых в промышленности, их можно разделить на две группы:

  • 1) акустические волны. Условно акустические колебания с частотой до 15 Гц называются инфразвуковыми, от 15 Гц до 20 кГц -звуковыми и выше 20 кГц - ультразвуковыми.
  • 2) электромагнитные волны. Электромагнитное излучения можно подразделить на:

радиоволновое излучение частотой 103-109 ГГц микроволновое излучение частотой 109-1012 ГГц инфракрасное излучение частотой 1012-1015 ГГц ультрафиолетовое излучение частотой 1015-1018ГГц рентгеновское излучение частотой 1О18-1О21 ГГц гамма-излучения излучение частотой 1021-1023 ГГц

Волны несут с собой определенную дозу энергии, мощность которой колеблется в очень широких пределах и зависит от способа получения этих волн. Интенсивность и скорость их также может колебаться в очень широких пределах, причем эти волны могут распространяться с различной скоростью, вплоть до скорости распространения света в вакууме.

С учетом свойств вещества подбирается такая частота колебания, которая находилась бы в резонансном состоянии с характерной частотой вещества. Появление резонансного явления в молекулах может привести к изменению физико-химических свойств вещества, к ускорению его химических превращений. В результате такого вмешательства изменяется радиус ядра и толщина адсорбционно-сольватной оболочки сложной структурной единицы, которая является элементом нефтяной дисперсной системы.

Звуковые колебания, или волновые процессы, как отмечают ряд авторов [83-87], воздействуют на химико-технологические процессы через так называемые эффекты первого порядка (частота, интенсивность и скорость акустических колебаний) и эффекты второго порядка, т.е. нелинейные эффекты, развивающиеся в жидкости при распространении мощных акустических волн. К эффектам второго порядка относятся кавитация (разрыв сплошности жидкости), волновые течения (звуковой ветер), пульсация газовых пузырьков и др. Для нефтяного сырья наиболее изученным является процесс с применением акустического воздействия.

В НПЦ «Термокат» (г. Уфа) создана технология кардинального углубления переработки нефти до 87-92 % за счет глубокой переработки тяжелого нефтяного сырья в светлые дистиллятные топлива с получением неокисленных битумов, пеков либо низкозастывающих топлив. В основе разработанной технологии, получившей название «Висбрекинг-Термокат®», лежит мягкий термический крекинг, интенсифицированный кавитационноакустическим воздействием на реакционные среды [87].

Суть технологии заключается в использовании кавитационноакустического воздействия, позволяющего осуществлять селективное воздействие на отдельные группы углеводородов в стадии термолиза, подводя к реакционной массе дополнительную энергию в высокопотенциальном виде. Подвод энергии осуществляется методом кавитационно-акустического воздействия, вносящего изменения в гидродинамику и дисперсионную стабильность жидких сред, что поразному влияет на разные стадии процесса - заметно интенсифицирует одни (деструкцию) и резко замедляет другие (коксообразование). Эффективность воздействия такова, что процессы деструкции осуществляются при значительно меньшей температуре, на 60-80 °C ниже, чем при обычном термическом процессе.

Кавитационно-акустическое воздействие на реакционную среду, применяемое в новой технологии, сохраняет агрегативную устойчивость реакционной среды даже при высокой концентрации асфальтенов.

Цепочка химических превращений:

парафины —> нафтены —? ароматические углеводороды —?

смолы —> асфальтены —> карбены —> карбоиды (кокс)

прерывается на стадии образования оптимального количества асфальтенов. Это позволяет достичь, с одной стороны, большой глубины превращения углеводородов тяжелого нефтяного сырья в светлые нефтепродукты.

А с другой стороны, получить в качестве остаточного продукта концентрированный коллоидный раствор смол и асфальтенов - идеальную основу для производства неокисленных битумов различных марок.

Технология экспериментально подтверждена кавитационно -акустическим термолизом различных видов нефтяного сырья. Наибольшая глубина отбора светлых дистиллятов достигается при переработке первичных мазутов.

Переработка по новой технологии вакуумных остатков (гудронов) не позволяет достичь максимально возможной глубины переработки - в силу повышенной концентрации асфальтенов, процессы термополиконденсации превалируют над деструктивными.

Принципиальная постадийная поточная схема процесса «Висбрекинг-Термокат®» приведена на рисунке 5.6.

Процесс позволяет перерабатывать любые виды тяжелого нефтяного сырья: прямогонные мазуты, полугудроны, вакуумные газойли, тяжелые и битуминозные нефти, а также остатки легких сырых нефтей и газовых конденсатов и даже отработанные масла и нефтешламы и вырабатывать в зависимости от сезонных потребностей, различные дистиллятные и остаточные товарные нефтепродукты.

Бензиновые фракции имеют октановое число до 80 (ММ), дизельные фракции соответствуют низкозастывающим сортам дизельных топлив. Относительно низкая окислительная стабильность дистиллятных фракций, характерная для продуктов термического происхождения из-за повышенного содержания в них непредельных соединений, может быть доведена до требований нормативов как в условиях НПЗ - за счет вторичной переработки фракций в смеси имеющихся дистиллятных потоков, так и на малотоннажных установках - путем компаундирования с антиокислительными присадками, а также с родственными продуктами первичного происхождения.

Качество неокисленных остаточных продуктов весьма высоко, соответствует нормативно-техническим документам и, зачастую превосходит их требования.

Так, неокисленные дорожные битумы, вырабатываемые из высокосернистого сырья, характеризуются уникальным комплексом термомеханических свойств - высокой дуктильностью в сочетании с повышенной температурой размягчения и низкой температурой хрупкости.

Материальный баланс процесса «Висбрекинг-Термокат®»приведен в таблице 5.6.

Технологическое новшество в процессе - это применение кавитационно-акустического воздействия, что позволяет подавить процессы коксообразования и интенсифицировать процессы деструкции за счет, прежде всего воздействия на микрогидродинамику жидких реакционных сред.

В качестве генератора кавитации используются специальные кавитационно-акустические насосы с регулируемой энергетикой кавитационного воздействия.

Использование этого технологического приема и ряда других новшеств позволило значительно снизить температуру крекинга - до 410°С и ниже, избежать закоксовывания аппаратуры, а также снизить давление с 2,5 до 0,5 -0,2 МПа и вдвое уменьшить металлоемкость оборудования.

Бензиновые фракции

Дизельные фракции

Вторичное котельное топливо

либо

Битум

Обозначения: | |- основные процессы; CZ — основные потоки,

----? — товарные потоки, *- — про межуточные потоки.

Рисунок 5.6 - Схема потоков процесса «Висбрекинг-Термокат®»

Таблица 5. Q - Материальный баланс процесса «Висбрекинг - Термокат®» на мазуте с различных НПЗ

Мазут /

Показатели

Сургутский зек

Шим-кентский НОС

Атырауский

НПЗ

Астраханский гпз

Томский нгп

Туапсинский НПЗ

Кыргыз Петролеум Компани

Салавате кий

НОС

Павлодарский НХЗ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Плотность при 15°С, г/см!

0,889

0,908

0,924

0,930

0,933

0,938

0,957

0,970

0,980

Содержание серы, % масс.

0,45

0,42

0,88

2,37

1,04

1,02

0,68

3,5

1,61

Содержание асфальтенов, %масс

0,1

2

1,5

2,2

2,5

-

Следы

5

5

Фракционный состав. НК. °C

118

202

98

260

148

295

230

282

252

Выкипает, % об. при 180 °C

7,5

-

3,5

-

1,2

-

-

-

-

240 °C

16,5

-

5

-

3,0

-

0,5

-

-

300 °C

27

4

7

3,5

6.1

0,5

2,4

2,0

10

360 °C

41,5

7,3

16

33

8,5

7,0

8,5

7,0

21,3

Окончание табл. 5.6

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Переработка до остаточного котельного топлива

Газ

3

3

4

4

4

4

2

3

6

ФрБК-180°С

20

5

6

14

И

17

8

6

5

Фр. 180-360 °C

62

36

30

39

35

49

33

26

24

Фр. >360 °C

15

56

60

33

30

30

57

65

65

Пе

зеработка до недоокисленного битума, % масс

Газ

3

5

5

4

7

4

-

3

6

Фр.НК-180 ‘С

20

20

15

И

13

15

-

8

12

Фр. 180-360 °C

62

60

40

61

45

61

-

54

51

Фр. 360-420 °C

7

-

-

-

16

-

-

-

-

Битумы

8

15

40

24

19

20

-

35

31

Принципиальная схема процесса «Висбрекинг - Термокат®» приведена на рисунке 5.7.

Принципиальная схема процесса «Висбрекинг - Термокат®»

Рисунок 5.7 - Принципиальная схема процесса «Висбрекинг - Термокат®»

В процессе можно выделить четыре модуля: МТ термический, КАМ - кавитационно-акустический, БМ - битумный, РМ - ректификационный модули.

Сопоставление с некоторыми, наиболее известными процессами термической переработки нефтяных остатков, близкими по технологии и задачами переработки, показывает, что процесс «Висбрекинг-Термокат ®» обеспечивает существенно более высокие технико-экономические показатели [87].

Глава 6

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >