ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Данная разработка является результатом выполнения научно-исследовательских работ.

В Калининградском Государственном Техническом Университете разработан способ вакуумной перегонки (дистилляции) сложных жидкостей, например, нефти, и устройство для его осуществления, причём всё это разработано именно для Калининградской нефти в предположении получить простое техническое решение, альтернативное идее строительства в регионе нефтеперерабатывающего завода (НПЗ).

Самым простым в нефтепереработке решением является одноступенчатое фракционирование нефти на две составляющие - дистиллятную и остаточную, - каждая из которых представляет готовый товарный продукт или может служить базовой основой других нефтепродуктов.

Сущность предлагаемого способа заключается в распыливании нефти в дистилляционной камере при заданных значениях температуры и давления, испарении образовавшихся капелек, эвакуации паров из камеры при помощи вакуумного устройства и их конденсации в теплообменниках; причём, неиспарившиеся крупные капли подвергают гидродинамическому дроблению, что увеличивает глубину отбора заданных дистиллятных фракций и скорость испарения.

Первостепенное значение в любой перегонке имеет процесс испарения. Образование паров происходит на поверхности жидкости, поэтому способы её увеличения могут способствовать ускорению процесса испарения. Известно, что наибольший эффект достигается путём предварительного распыления жидкости при помощи различных диспергаторов - насадок, форсунок и др. В этом случае испарение происходит с поверхности миллионов мельчайших капелек в факеле, образованном при распылении.

В классической перегонке нагрев и испарение жидкости по-прежнему производят в объёме, когда парообразование происходит на весьма ограниченной поверхности и, следовательно, неэффективно.

Закрытый объём и ограниченная поверхность делают процесс испарения неэффективным.

Известен способ комплексной подготовки вязкого топлива к сжиганию на судне по авт. свид. № 878998, в котором обезвоживание топлива (один из главных аспектов его подготовки к сжиганию) производится путём его распыления в вакуумной камере.

Температура в камере поддерживается теплоносителем на уровне точки кипения воды с учётом создаваемого в камере вакуума. Процесс испарения (в данном случае в интересах обезвоживания топлива) протекает с многократно увеличенной поверхности и поэтому весьма эффективен.

Безусловные преимущества описанного способа по глубине перегонки до конца не востребованы и это ограничивает область его применения. В частности, в рассматриваемом случае крупные капли топлива, содержащие в себе микрокапельки воды, не успевают испариться.

Устройство, в котором реализуется данный процесс, невысокая эффективность работы.

Целью предлагаемой разработки является повышение эффективности процесса путём повышения глубины перегонки и расширение области применения способа.

Она достигается тем, что в известный способ перегонки с распылением жидкости в вакууме включаются, как заключительные ступени дистилляции, процессы гидродинамического дробления и поверхностного (плёночного) испарения крупных капель жидкости, неиспарившихся в образованном факеле распыления.

Это возможно благодаря тому, что в состав известного устройства дополнительно включаются перегородка - испаритель и второй диспергатор, причём вакуумная камера устанавливаются горизонтально.

На рисунке приведена схема устройства для реализации этого способа.

Рис.2. Установка для перерабтки нефти

1 - дистилляционная камера; 2 - пластина-испаритель; 3 - нагревательные элементы;

4 - датчики температуры; 5 - подающий насос; 6 - диспергатор; 7 - нагреватель;

8 - конденсатор; 9 - вакуумные насосы; 10 - сборники; 11 - сепараторы.

Устройство состоит из дистилляционной камеры 1 с перегородкой в виде пластины - испарителя 2 со встроенными нагревательными элементами 3 и датчиками температуры 4, подающего насоса 5 и диспергаторов 6, нагревателя 7, конденсатора 8, вакуумных насосов 9, сборников 10, сепараторов 11.

Диспергаторы 6 установлены в горизонтальной плоскости в противоположных концах дистилляционной камеры 1. При работе они дают направленные друг на друга факелы распыливаемой жидкости. Пластина - испаритель 2 располагается в вертикальной плоскости и делит внутреннюю полость дистилляционной камеры 1 на две равные сообщающиеся части. Вертикальное расположение пластины - испарителя 2 имеет принципиальное значение, так как обеспечивает быстрое стекание неиспарившейся части нефти и подготовку поверхности для гидродинамического и теплового воздействия на непрерывно подаваемую нефть. Вакуумные насосы 9 используются для создания в дистилляционной камере 1 заданного вакуума и для эвакуации дистиллята и остатка. Они взаимосвязаны и могут использоваться поочерёдно или совместно. Каждый из сборников 10 также может иметь дублёра (на рисунке не показаны). Это позволяет эвакуировать остаток и дистиллят из сборников 10 без остановки технологического процесса. Конденсатор 8 служит для конденсации паров дистиллятной фракции. Его охлаждающая полость включена в линию подачи нефти, что превращает его в предварительный подогреватель. Нагрев нефти происходит также в нагревателе 7 стекаемым остатком.

В общем виде фракционировании нефти на две составляющие в данном устройстве может быть представлено следующим образом.

Предварительно подогретая нефть насосом 5 через конденсатор 8 и нагреватель 7 подаётся через диспергаторы 6 в дистилляционную камеру 1, происходит её распыливание с образованием двух противоположно направленных факелов.

Мелкие капли нефти испаряются на пути их движения от диспергаторов 6 к центру камеры 1. Крупные капли, достигшие поверхности пластины 2, дробятся на её поверхности, освобождая для быстрого испарения лёгкие фракции. То есть, пластина-испаритель 2 играет роль и гидродинамического диспергатора, обеспечивающего дополнительный дистилляционный эффект. Температура на поверхности пластины 2 и в дистилляционной камере 1 в целом поддерживается нагревательными элементами 3 через датчики 4 в заданных пределах.

Испарившаяся часть нефти (дистиллят) насосом 9 отсасывается из верхней части дистилляционной камеры 1 через сепараторы 11, конденсатор 8 в сборник 10а.

Неиспарившаяся часть нефти (остаток) стекает вниз дистилляционной камеры 1 и в сборник 10б.

Таким образом, в принципе, варьируя температурой и величиной вакуума в дистилляционной камере 1, можно достигнуть любой степени фракционирования нефти или нефтепродукта, в том числе отработанного, оставив, например, в остатке именно то, что менее всего желательно иметь в составе дистиллята, как целевого продукта, или наоборот.

На предлагаемый способ получен патент РФ № 2166528. Данное изобретение признано экспертным отделом ФИПС перспективным и предполагается включить в базу данных перспективных российских разработок с целью содействия по продвижению разработки как на отечественный, так и на мировой рынок (письмо ФИПС № 41-286-12 от 12.03.2001г.).

Произведены лабораторные исследования Калининградской нефти на предмет «отбензинивания». Рассмотрено два варианта, в совокупности представляющих собой концепцию переработки Калининградской нефти, под которую, собственно, и разрабатывались предлагаемые способ и устройство. При использовании изобретения для собственных нужд нефтедобывающими предприятиями экономический эффект составит не менее 1 тысячи рублей с одной тонны нефти.