CC BY
69
УДК 665.637.048.5
Р. Н. Хамидуллин, М. Ю. Величко, Д. Н. Ковальчук
СУШКА НЕФТЕПРОДУКТОВ ДИСТИЛЛЯЦИЕЙ В СРЕДЕ ИНЕРТНОГО ГАЗА
Ключевые слова: Дистилляция, инертный газ, нефтепродукты, обезвоживание.
В статье рассматривается технология сушки нефтепродуктов дистилляцией в среде инертного газа. Приводятся результаты экспериментальных исследований и математического моделирования.
Keywords: Distilling, distillation, inertgas, oilproducts, petroleum, dehydration, drying.
The article discusses distillation in a stream of inert gas as a technology for drying petroleum and oil products. The results of experimental studies and mathematical modeling.
Считается, что вода очень мало растворяется в углеводородах. Это положение справедливо лишь для отдельных углеводородов определенного состава. Например, растворимость воды в ароматических неполярных углеводородах типа бензол или толуол составляет около0,06% [1], в бензинах до 0,025% [2]. Напротив тяжелые углеводороды нефти - мазут, дизельное топливо, и собственно нефть могут удерживать значительное количество воды, не расслаиваясь на две раздельные фазы. Это связано с наличием в смеси ряда полярных компонентов, например, асфальтенов, которые могут образовывать устойчивые гидраты. Так остаточное содержание воды в мазуте после прогревания его острым паром составляет 1%-3%. Тяжелые фракции нефти, тяжелая пиролизная смола может образовывать устойчивые системы с содержанием влаги до 35%. Наличие влаги сильно ухудшает реологические свойства продуктов, осложняют их использование в технологических процессах и в качестве топлива. От качества процесса сушки зависят потребительские свойства конечных нефтепродуктов [3].
Удаление влаги из нефтепродуктов является технологически сложной операцией. Высокая вязкость исходной смеси, образование локальных перегревов и взрывное вскипание, пенообразование — это лишь основные проблемы, возникающие при сушке нефтепродуктов. Поэтому использование
традиционных вакуумных испарителей осложнено и не обеспечивает требуемых параметров влагосодержания. Как следствие обезвоживание мазута, тяжелых нефтепродуктов и нефтешлама, так и не производится из-за экономической нецелесообразности процесса. По этой причине обводненный мазут и нефтяной шлам накапливаются и остаются без должной утилизации [4].
Перспективным процессом сушки
представляется процесс дистилляцией в среде инертного газа. Решение, по мнению авторов, необоснованно забытое, но имеющим высокий технологический потенциал для промышленного применения. Этот процесс широко прорабатывалсяв нашей стране в 70-80-е годы прошлого столетия, однако препятствием для промышленного внедрения подобного решения стало отсутствие технологии очистки инертного газа от паров компонентов для возврата инертного газа на рециркуляцию, без которой технология становится
нецелесообразной [5]. Для очистки инертного газа от паров выделяемого компонента было предложено использовать контактное охлаждение газа собственным конденсатом [6, 7]. Данное решение позволяетзначительно упростить аппаратурное оформление процесса перегонки в среде инертного газа и создает предпосылки для его промышленного внедрения. В некоторых случаях это является единственно возможным техническим решением, даже при высоких экономических затратах.
Преимуществами данного технического решения являются:
- Технологическая безопасность за счет использования инертной среды и отсутствия вакуума. Дистилляция происходит при атмосферном давлении.
- Снижение температуры процесса разделения, сокращение энергозатрат.
- Снижение экологической нагрузки за счет исключения образования продуктов конденсации водяного пара и отсутствия выбросов газа с удаляемыми компонентами, повышение технологической безопасности за счет рециклинга газовой инертной среды.
- Упрощение процесса модернизации существующих производств разделения жидких смесей, ранее осуществляемых под вакуумом, за счет сохранения существующего основного аппаратурного оформления.
- Высокая эффективность тепломассообмена за счет возможности турбулизации потоков с помощью инертного газа. Возможность работы с вязкими продуктами. Отсутствие локальных зон перегрева. Увеличение площади взаимодействия и кратности ее обновления по всему объему исходной смеси [5].
Для оценки эффективности проведен физический эксперимент по сушке различных нефтепродуктов в среде инертного газа (азот) [5].Схема и общий вид экспериментальной установки представлены на рисунках 1 и 2.
Экспериментальная установка работает в периодическом режиме. Изначально в куб загружается весь объем продукции, а в сепараторе собирается вода и легкие фракции нефтепродуктов. С целью упрощения конструкции
экспериментальной установки, рециркуляция инертного газа не производилась. Давление в установке атмосферное. Полученные результаты сведены в таблицу 1.
Таблица 1 - Результаты эксперимента
-220В
Рис. 1 - Схема экспериментальной установки: 1 -барботер, 2 - маточник, 3 - термометр сопротивления, 4 - подогреватель, 5 - сборник конденсата, 6 - холодильник, 7 - водоструйный насос
Рис. 2 - Общий вид экспериментальной установки
В ходе эксперимента исследовалась дистилляция обводненного мазута ТЭЦ, нефтяного шлама НПЗ, тяжелой пиролизной смолы.
В результате дистилляции всех продуктов (табл. 1) удалось полностью обезводить исходный продукт иполучить дистиллят, который легко расслаивается на воду и легкие углеводороды. Свойства полученной воды позволяют сбрасывать ее в заводские очистные сооружения (ХПК составляет менее 250 мг/л).
Визуальное наблюдение физического
эксперимента выявило отсутствие пенообразования и взрывного парообразования (так называемый выброс продукта). Данный процесс был смоделирован в ПО "Нузуз"при разных условиях проведения процесса и на разных продуктах (рис. 3).
В результате моделирования была выявлена сопоставимость объемных расходов газовой фазы при низком давлении и при вводе инертного газа в систему при высоком давлении при всех одинаковых условиях проведения процесса.
№ продукта 1 2
Наименование Мазут (3% Мазут (35%
продукта воды) воды)
Температура 105 110
процесса °С
Продукты Легкие УВ 1% Легкие УВ 1%
разделения, Вода 3% Вода 35%
Выход Мазут (вода отс.) Мазут (вода
продуктов 96% отс.) 64%
№ продукта 3 4
Наименование Нефтешлам Тяжелая
продукта пиролизная
смола
Температура 110 110
процесса °С
Продукты Легкие УВ 7% Легкие УВ 8%
разделения, Вода 42% Вода 24%
Выход Песок 5% Тяжелые УВ
продуктов Тяжелые УВ (вода отс.) 68%
(вода отс.) 46%
На основе проведенного математического моделирования определена методика по расчету количества инертного газа, необходимого для проведения процесса дистилляции, информация по которой согласуется с экспериментальными данными.
Рис. 3 - Моделирование процесса разделения нефтепродуктов с инертным газом
Для реализации технологии в промышленности может быть использовано различное аппаратурное оформление. Как наиболее простой вариант для дистилляции вязких продуктов, на примере обезвоживания мазута, возможна схема промышленной установкина основе барботажных аппаратов.
Проведенные исследования показывают, что предлагаемая технология позволяет решить многие производственные задачи, связанные с сушкой нефтепродуктов.
Внедрение процесса дистилляции с инертным газом позволит упростить аппаратурное оформление
процесса дистилляции и снизить затраты при переработке нефти, повысить ее глубину и снизить экологическую нагрузку нефтеперерабатывающих производств, решить масштабные экологические проблемы по сушке нефтепродуктов, а также утилизации нефтяного шлама и других сложных отходов нефтепереработки.
Литература
1. Гуреев А.А. Применение автомобильных бензинов. -Л.: Химия, 1972. -368 с., ил.
2. Физико-химические и эксплуатационные свойства реактивных топлив: Справочник/Дубовкин Н.Ф., Маланичева В.Г., Массур Ю.П., Федоров Е.П. - М.: Химия, 1985, - 240 с., ил.
3. Ахметов С.А., Ишмияров М.Х., Кауфман А.А. Технологияпереработки нефти, газа, и твердых горючих ископаемых: Учебное пособие / Под ред.С.А.Ахметова. - СПб.; Недра. 2009. - 832 с.
4. Каминский Э.Ф. В.А.Хавкин. Глубокая переработка нефти: технологический и экологический аспекты. -М.:Техника, 2001.- 384с.
5. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Учебник для вузов, ч.2 М: Химия, 2005 г 400 с.
6. Патент РФ «Способ очистки газов» № 2505341, НПО Пылеочистка, Бюл.№ 3, 2014.
7. Экспериментальные исследования перегонки тяжелых нефтяных остатков в среде инертного газа, Хамидуллин Р.Н., Ковальчук Д.В., Галиуллин Э.А. Вестник технологического университета. 2015. Т. 18. № 20. С. 111-113.
© Р. Н. Хамидуллин, канд. техн. наук, доц. каф. процессов и аппаратов химической технологии КНИТУ, 434@mail.ru; М. Ю. Величко, канд. техн. наук, доц. той же кафедры, maxwell@mail.ru; Д. Н. Ковальчук, аспирант той же кафедры, hit91@list.ru.
© R. N. Khamidullin, Ph.D., Associate Professor of "Processes and devices of chemical technology" department of Kazan national research technological university, 434@mail.ru; M. U. Velichko, Ph.D., Associate Professor of "Processes and devices of chemical technology" department of Kazan national research technological university, maxwell@mail.ru; D. N. Kovalchuk, postgraduate student, of "Processes and devices of chemical technology" department of Kazan national re-search technological university, hit91@list.ru.
