Способ извлечения углеводородов из нефтесодержащего сырья и устройство для его осуществления

Известен способ извлечения углеводородов из неорганических веществ,вь 1 браннь 1 й в качестве прототипа, (ПатентСША Не 4285773,кл.С 10 В 1/10,С 10 В 7/00,198 1)включающИй загрузку сырья во вращающийся горизонтальный реактор, последовательное нагревание теплоносителем продвигающегося сырья до температуры крекинга углеводородов с рециркуляцией в него горячей обожженной минеральной части,деструкцию органической части сырья, испарение и отвод образовавшейся парогазовой смеси на конденсацию, перевод закоксованной минеральной части в зону горения И ее сжигание с образованием твердого И газообразного теплоносителя и получением необходимого для процесса тепла.Устройство,вь 1 бранное в качестве прототипа, (Патент США 1 Г 24285773,кл.С 10 В 1/10,С 10 В 7/00,1981),содержит реактор в виде вращающегося горизонтального барабана, состоящего из двух концентрически расположенных и жестко соединенных между собой центральной и наружной труб с системой лопаток для встречного передвижения сырья И отожженой минеральной части, дополнительную трубу, входящую внутрь центральной трубы для отвода образовавшихся нефтяных паров и газов, передней и задней стенок, ограничивающих барабан, конвейер с лотком для загрузки сырья в реактор, разгрузочное щелевое устройство со стержневыми толкателями для перевода закоксованной минеральной части из зоны реакции в зону горения реактора, системы очистки и конденсации паров синтетической нефти и газа, спиральный закрытый снаружи канал на внешней поверхности центральной трубы, Имеющий направление навивки,совпадающее с направлением вращения реактора, и радиальные каналы для рециркуляции отожженой минеральной части, а также камеру сгорания.Недостатки известного способа И устройства заключаются в том, что они не обеспечивают высокую эффективность процесса деструкции сырья и регулирование фазового состава получаемых продуктов, не устраняют налипания разогреваемого сырья в зоне загрузки, нерационально используют полученное при горении тепло, отсутствует возможность отвода на деметаллизацию закоксованной минеральной части в случае наличия в ней промышленных кондиций металлов (ванадия, никеля И др.), высокие потери полученных углеводородов внутри реактора. Деструкция сырья при крекинге практически происходит лишь под влиянием термического процесса,т.е. недостаточно полно и эффективно. Регулирование соотношения фазового состава, т.е. жидкой(синтетическая нефть), газовой и твердой (полукокс) фаз в данном способе И устройстве не предусматривается И не позволяет получать оптимальные количества полезных для конкретного сырья углеводородных продуктов при обеспечении установки собственным топливом, т.е. полукоксом и(или) газом. Кроме того, дымовые газы от сжиганиязакоксованной минеральной части и газа обогревают верх наружного барабана, горячая обожженая минеральная часть преимущественно обогревает его низ, а центральную трубу реактора в меньшей степени. К тому же загрузка в реактор с применением конвейера с лотком сырья, склонного к слипанию при начальной стадии нагрева приводит к образованию больших слипшихся комков, резко снижая производительность установки.Изобретением решается задача создания способа и устройства термокаталитического крекинга нефтесодержащего сырья с высокой эффективностью деструкции сырья, возможностью регулирования фазового состава получаемых углеводородов И извлечения имеющихся в сырье металлов с одновременным достижением максимально возможного КПД всего процесса. Для этого в способе извлечения углеводородов из нефтесодержащего сырья,включающем загрузку сырья во вращающийся горизонтальный реактор, последовательное нагревание теплоносителем продвигающегося сырья до температуры крекинга с рециркуляцией в него горячей отожженной минеральной части, деструкцию органической части сырья, Испарение, отвод и конденсацию выделившейся парогазовой смеси с разделением на жидкую и газовую фазы, перевод закоксованной минеральной части на сжигание с образованием твердого И газообразного теплоносителей, в реактор загружают до 10 мас. отожженной минеральной части с температурой 200350 С, далее вводят с интенсивным перемешиванием сырье с содержанием органической части не менее 3 мас. И 10-20 от массы сырья закоксованной минеральной части с температурой 200-400 С, затем после достижения температуры деструкции вводят до 20 от массы сырья свежерегенерированного алюмосиликатного катализатора с температурой 500700 С, при этом нагрев сырья ведут одновременно твердым и газообразным теплоносителями.Решение задачи достигается также тем, что устройство для извлечения углеводородов из нефтесодержащего сырья, включающее реактор в виде вращающегося горизонтального барабана, состоящего из двух концентрически расположенных и жестко соединенных между собой центральной и наружной труб с системой лопаток для встречного передвижения сырья и отожженной минеральной части, передней и задней стенок, ограничивающих барабан,со спиральным закрытым снаружи каналом на внешней поверхности центральной трубы, Имеющим направление навивки,совпадающее с направлением вращения реактора,систему загрузки сырья, отвода И конденсации образовавшейся парогазовой смеси И удаленияк КОТОРЫХ первый спиральный канал С ОТНОШСНИСМ 5 2 Ц0,03, где Зк- площадь сечения канала И 5 - площадь5 сечения центральной трубы, имеет регулируемое входное отверстие в зону деструкции, выходное отверстие в конец зоны загрузки И дополнительное Перекрываемое отверстие Наружу канала в начало реактора, двадругих канала каждый длиной не менее 1,5регулируемые отверстия в зоне горения и продольных секторах, а выходные отверстия внутрь центральной трубы, соответственно, в зоне деструкции сырья и начале зоны загрузки загрузочное устройство снабжено синхронным шнеком одинаковой с реактором производительности с возрастающим переменным шагом навивки и возможностью совместного вращения с центральной трубой реактора узел перевода закоксованной минеральной части в зону горения в конце центральной трубы выполнен в виде спирального канала длиной не менее 1,5 витков с направлением навивки обратным вращению, и снабжен кольцевыми конусными колосниками и направляющим козырьком в кольцевом межтрубном пространстве между наружной и центральной трубами установлено не менее двух продольных ребер с размещенными на них с обеих сторон наклонными лопатками для перемещения отожженной минеральной части.Имеется несколько вариантов исполнения отдельныхузлов реактора. Например, устройство для извлечения углеводородов,отличающееся тем, что разгрузочный узел для перевода закоксованной минеральной части в зону горения снабжен Шарнирно закрепленным рычажным автоматическим клапаном с регулируемым противовесом, перекрывающим отверстие в невращающемся днище центральной трубы.Устройство для извлечения углеводородов, отличающееся тем, что узел перевода закоксованной минеральной части в зону горения выполнен с радиальным каналом в виде архимедовой спирали длиной не менее 1,5 витков.Устройство для извлечения углеводородов, отличающееся тем, что два канала, связывающие продольные сектора межтрубного пространства с зоной деструкции и началом зоны загрузки выполнены каждый в виде спиральной улитки длиной не менее 1,5 витков сотверстиями. В качестве загрузочного устройства, кроме описанного могут применяться различные транспортеры,питатели, склизы и т.п., выбор которых определяется свойствами конкретного вида сырья. Изобретение позволяет достичь следующего технического результата. Именно заявленные размеры и размещение спиральных каналов для перемещения закоксованной и отожженной минеральной части сырья и катализатора в совокупности с регулируемыми6 входными отверстиями обеспечивают, согласно способе, устранение налипания сырья, его прогревание в нужных пределах по всей длине реактора, доставку в зону реакции наиболее эффективно работающего катализатора, т.е. регулирование фазового состава конечного продукта и максимальную эффективность деструкции сырья, чему способствует также многосекторный прогрев сырья внутри центральной трубы за счет совокупного воздействия твердого и газообразного теплоносителей в продольных секторах кольцевого межтрубного пространства. Это позволяет утверждать, что заявляемые изобретения связаны между собой по единому замыслу,Примеры осуществления способа. Пример 1. Во вращающемся реакторе опь 1 тнопромышленной установки производительностью до 100 кг/ч была переработана нефтебитуминозная порода месторождения Иман-Кара с содержанием огранической частив сырье 14 мас. . Общее количество переработанного сырья составило в опыте 65 кг. Реактор предварительно прогревают с помощью горелки и сжигаемого в ней мазута до температуры в зоне реакции 45 0 С. Затем шнековым питателем в зону реактора беспрерывно подают подготовленное сырье . В начале зоны загрузки на конусное ложе равномерно высыпают из спирального канала горячую отожженную минеральную часть в количестве 6,5 кг за опыт. Сверху насыпают сырье, которое получая тепло от нее, быстро прогревается И перемешивается. В этот момент из другого спирального канала на смесь высыпают закоксованную минеральную часть в количестве 13 кг за опыт, завершая предварительный прогрев сырья и его окомкование. Из нагретого до 10012 ОС сырья в этой зоне выпаривается вода и небольшая часть легколетучих газов.Двигаясь далее с помощью лопаток внутрь центральной трубы, сь 1 рье поглощает тепло через стенку трубы от встречного потока горячей отожженной части и дымовых газов, при этом происходит выпаривание легкокипящих фракций углеводородов. Далее при достижении сырьем температуры выше 320 С из дополнительного спирального канала вводят свежерегенерированный горячий алюмосиликатный катализатор в количестве 10 кг за опыт, температура смеси поднимается до 400-420 С, начинается интенсивный процесс деструкции сырья с образованием парогазовой смеси. Общее время прохождения сырья по центральной трубе реактора составило около 8 мин.,в т.ч. в зоне деструкции 2-3 мин. Образовавшуюся парогазовую смесь отсасывают через циклон и систему конденсации, получают жидкую синтетическую нефть и смесь неконденсируемых газов. Газы направляют в форсунку реактора и сжигают с образованием тепла.Оставшаяся после деструкции сырья минеральная часть покрывается пленкой невыкипевшего нефтяного остатка с образованием полукокса. Закоксованную минеральную часть в конце центральной трубы с помощью спирального устройства пересыпают в кольцевую межтрубную зону горения с доступом кислорода7 воздуха, где она сгорает при перемещении лопатками по продольным секторным каналам этого пространства в обратном направлении, обогревая центральную трубу реактора.Обгоревшую чистую минеральную часть в начале реактора высыпают и удаляют за пределы реактора. Цикл продвижения обгорающего песка составляет 8 мин.Из полученных синтетической нефти и смеси газов производят отбор проб и определяют фракционный и групповой состав продукта, его физико-химические параметры. Из общего количества органических веществ в сырье получено 8,2 л синтетической нефти, что составило 78, атакже 9,5 полукоксаи 11 газов.Пример 2.Во вращающемся реакторе опь 1 тнопромышленной установки производительностью до 100 кг/ч был переработан нефтешлам с месторождения Жеть 1 бай с содержанием органической части в сырье 24,3 мас. и влаги 4,4. Общее количество переработанного сырья составило в опыте 86 кг. Реактор предварительно прогревают с помощью горелки и сжигаемого в ней мазута до температуры в зоне реакции 45 ОС. Затем конвейером беспрерывно подают в зону загрузки разогретый до 60 С нефтешламНа конусное ложе в начале зоны загрузки из спирального канала высыпают горячую отожженную минеральную часть в количестве в два раза меньшем,чем в примере 1. Сверху насыпают нефтешлам, который получая тепло от песка, быстро прогревается и перемешивается. В этот момент на смесь высыпают закоксованную горячую минеральную часть в количестве 6,5 кг за опыт из другого спирального канала,завершая предварительный прогрев сырья и его окомкование. Из нагретого до 100-120 С сырья в этой зоне выпаривается водаи небольшая часть легколетучих газов.Двигаясь далее с помощью лопаток внутрь центральной трубы, сырье поглощает тепло через стенку трубы от встречного потока горячей отожженной минеральной части и дымовых газов, при этом происходит выпаривание легкокипящих фракций углеводородов. Далее при достижении сырьем температуры выше 320 С из дополнительного спирального канала вводят свежерегенерированный горячий алюмосиликатный катализатор в количестве 10 кг за опыт. Температура смеси поднимается до 400-420 С, начинается интенсивный процесс деструкции сырья с образованием парогазовой смеси. Общее время прохождения сырья по центральной трубе реактора составило около 8 мин.,в т.ч. в зоне реакции 2-3 мин. Образовавщуюся парогазовую смесь отсасывают через циклон и систему конденсации, получают жидкую синтетическую нефть и смесь неконденсируемых газов. Газы направляют в форсунку реактора и сжигают с образованием тепла.Оставшаяся после деструкции сырья минеральная часть покрывается пленкой невыкипевщего нефтяного остатка с образованием полукокса. Закоксованную минеральную часть в конце центральной трубы с помощьюспирального устройства пересыпают в кольцевую межтрубную зону горения с доступом кислорода воздуха, где она сгорает при перемещении лопатками по продольным секторным каналам этого пространства в обратном направлении, обогревая центральную трубу реактора.Обгоревшую чистую минеральную часть в начале реактора высыпают и удаляют за пределы реактора. Цикл продвижения обгорающего песка составляет 8 мин.Из полученных синтетической нефти и смеси газов производят отбор проб и определяют фракционный и групповой состав продукта, его физико-химические параметры. Из общего количества органического вещества в сырье получено 16,8 л синтетической нефти,что составило 80 от массы органической части в нефтешламе, а также 8,7 полукокса и 10 газов.Заявляемый реактор схематически изображен на представленныхчертежах. На фиг. 1 представлен общий вид устройства с реактором в продольном разрезе на фиг. 2 изображен поперечный разрез реактора по линии 1-1 фиг. 1 на фиг.3 изображен разрез по линии 1 1-1 1 фиг. 1 на фиг. 4 изображен узел удаления закоксованной минеральной части фиг. 1 на фиг. 5 изображен вариант исполнения узла удаления фиг.4 на фиг.6 изображен поперечный разрез по линии 1/-1/ фиг. 5 на фиг. 7 изображен вариант исполнения узла удаления фиг. 4 на фиг. 8 изображен вариант исполнения узла рециркуляции отожженной минеральной части в центральную трубу.Устройство состоит из реактора 1, включающего барабан с центральной (внутренней) трубой 2 и наружной трубой 3, жестко скрепленных между собой ребрами 4. На наружной трубе 3 закреплены два бандажа 5, которыми она опирается нароликовые тележки 6.Для вращения реактора 1 вокруг горизонтальной оси имеется привод 7. К реактору 1 слева примыкает неподвижная передняя стенка 8 а справа - задняя стенка 9,которые зафутерованы огнеупорным материалом и в местах контакта с барабаном уплотнены термостойкими прокладками. В переднюю стенку 8 вмонтировано загрузочное устройство, содержащее синхронный Шнек 10, который выполнен с переменным шагом. Шнек 10 одним концом установлен в переднюю стенку 8, а вторым концом входит внутрь центральной трубы 2, коаксиально последней, причем в начале щнека 10 щаг его спирали выполнен равным Шагу спирали лопаток 1 1 центральной трубы 2 с постепенным увеличением щага спирали.В задней стенке 9 коаксиально центральной трубе 2 установлена неподвижно дополнительная труба 12,которая входит в зону деструкции 13 центральной трубы 2, а другой конец через заднюю стенку 9 выходит наружу(за пределы реактора 1) и соединен с системой очистки и охлаждения углеводородных составляющих (синтетическая нефть и газ).Система очистки и охлаждения состоит из циклона 14,охладителя-отстойника 15, измерительной системы 16,емкостей для готовой продукции И других узлов,агрегатов и приборов (на чертеже не показаны). На задней стенке 9 к нижней части межтрубногопространства реактора 1 подведена вспомогательная горелка 17 с воздухопроводом 18, которая служит как для первоначального разогрева реактора 1, так И для сжигания газа.Внизу передней части реактора 1 установлено разгрузочное устройство, состоящее из конвейера 19 и автоматически действующего рычажного с грузовым регулируемым затвором запорного конического клапана 20, установленного на шарнире, жестко закрепленном на нижней части передней стенки 8.Запорный конический клапан 20 установлен жестко на одном конце рычага и входит конусной частью в ответное отверстие разгрузочной горловины, посредине рычага установлен шарнир, а на противоположной стороне рычагаустановлен груз, имеющий возможность перемещения вправо или влево, при этом уменьшая или увеличивая усилие на запорный конический клапан 20.В конце центральной трубы 2 вмонтировано устройство 21 для удаления закоксованной минеральной части в зону горения 22 (фиг. 1,4), которое имеет один спиральный канал 23 или более протяженностью свыше 1,5 витков каждый. Один конец каждого спирального канала 23 сообщен с зоной деструкции 13 и снабжен направляющим козырьком 24, другой конец соединен с зоной горения 22 межтрубного пространства посредством окна 25. Под окном 25 установлены жестко скрепленные с центральной трубой 2 колосники 26 в виде усеченных конусов, входящих друг в друга с образованием окон в виде колец, причем меньшие диаметры конусов направлены в сторону задней стенки 9 реактора 1, а большие диаметры в сторону передней стенки 8.Между устройством 21 и дополнительной трубой 12 установлено огнеупорное уплотнение 27 (фиг.4). Наружная поверхность 28 центральной трубы 2 на длине зоны деструкции 13 защищена от зоны горения 22 огнеупорным материалом.Вверху на передней стенке 8 установлена вытяжная труба 29 с вентилятором 30 и заслонкой 31, которая сообщена с межтрубным пространством, а также с загрузочной частью центральной трубы 2 каналом вь 1 ходаводяных паров 32.На фиг. 2,3 и 4 показано техническое решение устройства для продвижения отожженной минеральной части вдоль межтрубного пространства на выгрузку. Здесь установлены и закреплены к центральной и наружной трубам 2 и 3 ребра 4, которые делят межтрубное пространство на несколько секторов 3 3. На ребрах 4 закреплены под углом к продольной оси реактора 1 лопатки 34. Ребра 4 предназначены для обеспечения максимально возможного контакта наружной поверхности центральной трубы 2 с горячей отожженной минеральной частью при перемещении ее на выгрузку. Угол установки лопаток 34 может быть переменным для разных зон реактора 1 . В свою очередь лопатки 11, противоположно направленные,установлены на внутренней поверхности центральной трубы 2 и служат для продвижения и перемешивания сырья от загрузки до конца зоны деструкции 13.На наружной поверхности 28 центральной трубы 2 расположены три вида спиральных каналов каждыи количеством не менее одного с направлением навивки,совпадающим с направлением вращения. Первый из этих каналов 3 5 протяженностью от конца зоны загрузки 36 до конца зоны деструк-Ции 13 имеет разгрузочное окно 37 и загрузочное окно 38 внутрь центральной трубы 2, причем загрузочное окно 3 8 в зоне деструкции 13 имеет регулирующую задвижку 39. Канал в зоне загрузки имеет также окно с крышкой 40, направленное наружу. Второй из этих каналов 41 (фиг. 1,3) с началом в зоне горения 22 имеет заборную часть 42 с регулирующей задвижкой теплоносителя 43 и выходное отверстие 44 внутрь центральной трубы 2 в начале зоны деструкции 13.Третий из этих спиральных каналов 45 похож на второй тип, имеет заборную часть 46 с регулирующей задвижкой 47 и выходное отверстие 48 внутрь зоны загрузки 36.На фиг. 8 изображен вариант перепускного устройства, предназначенного для рециркуляции отожженной минеральной части и доставки последней из сектора 33 внутрь центральной трубы 2, Оно состоит из трубчатого улиткообразного канала 49, один конец которого сообщен с каждым из секторов 33, а другой с зоной деструкции 13 или с зоной загрузки 36 центральной трубы 2 (фиг. 1). Причем расширенная часть улиткообразного канала 49 установлена на внутренней поверхности наружной трубы 3 реактора 1, снабжена регулирующей заслонкой 50 и направлена навстречу продвижению отожженной минеральной части, а суженная часть улиткообразного канала 49 выведена герметично через стенку центральной трубы 2 в ее внутреннюю полость.Да фиг, 5 и 6 изображен вариант технического решения устройства 21 для удаления закоксованной минеральной части в зону горения 22.Вариант устройства состоит из торцовой 51 и внутренней 52 щек, между которыми размещен радиальный канал 53 в виде архимедовой спирали, один конец которого сообщен с зоной деструкции 13 центральной трубы 2, а другой - с зоной горения 22. В начале радиального канала 53 в зоне деструкции 13 установлен направляющий козырек 24, а в конце радиального канала 53 выполнено выпускное окно 54.На фиг. 7 изображен вариант технического решения устройства 21 для удаления закоксованной минеральной части в зону горения 22. Данный вариант устройства включает невращающееся днище 55, перекрывающее центральную трубу 2 в конце зоны деструкции 13. Невращающееся днище 5 5 прижимается к вращающейся центральной трубе 2 грузом 56, закрепленным шарнирно на рычаге 57. В нижней части невращающегося днища 5 5 имеется канал для пропуска минеральной части 58, который перекрывается автоматически действующим рычажным коническим клапаном 59 с регулируемым противовесом 60.Задний конец центральной трубы 2 на длине зоны деструкции 13, поверхность наружной трубы 3, передняя 3 и задняя 9 стенки зафутерованы огнеупорным матери