EA000667B1

EA000667B1 - Способ и устройство для обработки отработанных масел

Info

Publication number: EA000667B1
Application number: EA199800657A
Authority: EA
Inventors: Хешуи Ю
Original assignee: Хешуи Ю
Priority date: 1996-01-26
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 2000-02-28
Also published as: NO983434D0; AU719165B2; IL125496A; EP0879273A1; JP2000503336A; DE69720427D1; KR19990082068A; CA2242742C; NO983434L; CN1214720A; BR9707470A; EA199800657A1; CA2242742A1; ATE236239T1; EP0879273B1; AU1433797A; HK1019616A1; CN1074454C; IL125496A0; WO1997027273A1

Description

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для регенерации отработанных масел из различных источников.

Известный уровень техники

Отработанное масло представляет собой основную проблему в деле охраны окружающей среды. Например, в 1992 г. по приблизительной оценке Агентства по охране окружающей среды США, из 4,9 миллионов кубических метров (1,3 миллиарда галлонов) отработанного масла, ежегодно образующихся в Соединенных Штатах, на повторную очистку поступило всего лишь около 2%, несмотря на существование значительного количества физических и химических способов, разработанных для регенерации либо повторной очистки промышленных и моторных смазочных масел. Остальная часть отработанного масла, по всей видимости, сливается либо различными путями сбрасывается в окружающую среду.

Основу одного из первых основных способов обработки отработанного масла составляла регенерация с помощью серной кислоты и отбеливающей глины. Серная кислота выступала в качестве экстрагирующей среды для удаления ненасыщенных веществ, грязи, присадок и красящих веществ из отработанного масла. Отбеливающая глина использовалась в качества адсорбента для удаления примесей. Недостатком этого способа, к сожалению, являлось образование значительных количеств шлама, представлявшего собой смесь отработанной кислоты и глины, который необходимо было ликвидировать как промышленные отходы.

С целью предотвращения возникновения проблем с ликвидацией отходов при использовании кислотно-глиняных способов, были разработаны способы перегонки различных типов, например, раскрываемые в патенте США № 3625881 и патенте США № 4071438. С помощью этих способов рецикловое смазочное масло получают, как основной продукт и суспензию сажистых веществ в качестве промышленных отходов.

Сравнительно недавно был разработан способ регенерации топлива, пригодного для использования, с получением дизельного топлива из отработанного масла, который раскрывается, например, в патентах США №№ 5271808 и 5286349. В патенте США № 5271808 раскрывается способ регенерации отработанного масла, в котором используется автоклав. В случае применения этого способа происходят нежелательные реакции полимеризации, окисления и дегидрогенизации (поскольку в автоклаве при высокой температуре в течение продолжительного времени пребывания находится значительный объем исходного сырья), следствием чего является образование нестабильного дизельного топлива и значительного объема неорганических остатков в виде коржа. В дополнение к этому, продолжительность процесса весьма незначительна.

В патенте Германии № 3224114 раскрывается способ и устройство для крекирования отработанного моторного масла посредством нагревания с помощью микроволн. Отработанное масло крекируется при нагревании до температуры перегонки. Летучие продукты отводятся в конденсатор.

В патенте Японии № 56-082886 раскрывается способ подавления местного коксообразования и повышения выхода маловязкого масла посредством смешивания катализатора с высоковязким маслом до образования однородной суспензии. Суспензия крекируется в жидкой фазе с применением катализатора.

В Европейском патенте № 0308669 раскрывается способ обработки материалов, в состав которых входят галогенизированные углеводороды, посредством пиролиза в псевдоожиженном слое основного вещества.

В патенте США № 5143597 описан процесс рециркуляции отработанного масла, в котором отработанное масло впрыскивается в коксовальную установку за коксовой печью, благодаря чему из отработанного масла, вследствие термического крекирования, получают углеводородные топлива.

Суть изобретения

Целью настоящего изобретения является преодоление некоторых либо всех недостатков известных способов регенерации отработанного масла посредством предоставления эффективного дешевого способа и устройства для регенерации отработанного масла.

Следующей целью настоящего изобретения, по крайней мере, в его предпочтительных вариантах осуществления, является предоставление способа регенерации отработанного масла, следствием применения которого является получение приемлемо стабильного и ценного дизельного топлива № 2 либо бензина.

Еще одной целью настоящего изобретения является предоставление способа регенерации отработанного масла, следствием применения которого является образование меньших объемов остатков, по сравнению с любым из предшествующих способов, с одновременным обеспечением более продолжительного времени работы между отключениями.

Дополнительной целью настоящего изобретения является предоставление установки для пиролиза и цилиндрического реактора для использования в способе, соответствующем настоящему изобретению.

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, предоставляется способ обработки отработанного масла, в состав которого входят тяжелые углеводороды и загрязняющие вещества. Способ включает повышение температуры (измеряемой на выходе из нагревательной установки) сырьевой смеси, в состав которой входит свежее отработанное масло и рецикловый нелетучий осадок, в пределах 400-490°С, в течение периода времени, достаточного для пиролиза тяжелых углеводородов, входящих в состав сырьевой смеси, но недостаточного для того, чтобы в сырьевой смеси могли произойти нежелательные реакции полимеризации, окисления и дегидрогенизации в сколько-нибудь существенных объемах. Образовавшаяся смесь отработанного масла, подвергшаяся пиролизу, в последующем охлаждается до температуры в пределах 300-455°С, в предпочтительном варианте 300-425°С и в наиболее предпочтительном варианте 300-375°С, с выдерживанием при указанной температуре и с одновременным обеспечением возможности испарения летучих компонентов из упомянутой смеси отработанного масла, подвергшейся пиролизу, с образованием нелетучего осадка, в состав которого входят загрязняющие вещества. Упомянутые испаренные летучие компоненты конденсируются с образованием регенерированного масла, в то время как нелетучий осадок смешивается со свежим отработанным маслом для образования дополнительного объема сырьевой смеси. В последующем, этапы повышения температуры, охлаждения, испарения и смешивания непрерывно повторяются, в то время как летучие компоненты, испаренные из смеси отработанного масла, подвергшейся пиролизу, продолжают конденсироваться.

Температура прохождения процесса, до которой отработанное масло нагревается для пиролиза, зависит от планируемой степени химического превращения. Это значит, что для получения более высокого процентного выхода бензина будут применяться более высокие температуры, в то время как для более высокого процентного выхода дизельного топлива будут применяться более низкие температуры.

В предпочтительном варианте осуществления упомянутого способа, в случае падения выхода регенерированного масла ниже предопределенного уровня, температура сырьевой смеси повышается выше температурного диапазона 400-490°С для осуществления глубокого крекирования тяжелых углеводородов, после чего полученная смесь отработанного масла, подвергшаяся пиролизу, подвергается дополнительным этапам охлаждения, испарения и смешивания.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления упомянутого способа, в случае повышения содержания загрязняющих веществ в смеси отработанного масла, подвергшейся пиролизу, до предопределенного уровня, нелетучий остаток, в состав которого входят загрязняющие вещества, нагревается до температуры в пределах 470-590°С в течение непродолжительного периода времени, после чего его температура понижается до 440-570°С, и он выдерживается при упомянутой температуре при давлении 21-172 кПа (при избыточном давлении от 3 до 25 фунтов/дюйм²) для осуществления дополнительного пиролиза и реакции коксообразования, следствием которых является дополнительное образование летучих компонентов и твердого кокса, после чего дополнительные летучие компоненты удаляются и конденсируются, а твердый кокс собирается и удаляется.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления упомянутого способа сырьевой материал перед повышением его температуры смешивается с паром.

В соответствии со следующим вариантом осуществления настоящего изобретения, предоставляется устройство для обработки отработанного масла, в состав которого входят тяжелые углеводороды и загрязняющие вещества. Упомянутое устройство включает нагревательную установку для повышения температуры сырьевой смеси, в состав которой входит свежее отработанное масло и рецикловый нелетучий остаток, до уровня 400-490°С, в течение периода времени, достаточного для осуществления пиролиза тяжелых углеводородов, входящих в состав сырьевой смеси, в зависимости от предполагаемого химического превращения в цилиндрическом реакторе, но недостаточного для того, чтобы в сырьевой смеси могли произойти нежелательные реакции полимеризации, окисления и дегидрогенизации в сколько-нибудь существенных объемах; резервуар для сбора образовавшейся смеси отработанного масла, подвергшейся пиролизу, и для хранения и поддержания смеси отработанного масла, подвергшейся пиролизу, при температуре в пределах 300-455°С, в предпочтительном варианте 300-425°С, в наиболее предпочтительном варианте 300-375°С, с одновременным обеспечением возможности испарения летучих компонентов из упомянутой смеси отработанного масла, подвергшейся пиролизу, с образованием нелетучего осадка, в состав которого входят загрязняющие вещества; конденсатор для конденсирования испаренных летучих компонентов для образования регенерированного масла; а также насосного оборудования и трубопроводов для смешивания нелетучего остатка из упомянутого резервуара со свежим отработанным маслом для образования дополнительного объема упомянутой сырьевой смеси, для непрерывного рециркулирования упомянутой сырьевой смеси через упомянутую нагревательную установку в упомянутый резервуар и для перемещения упомянутых летучих компонентов из упомянутого резервуара в упомянутый конденсатор.

Нагревание сырьевого материала в предпочтительном варианте осуществляется в трубчатой нагревательной установке, способной работать при высокой скорости жидкости (например, при скорости в пределах приблизительно от 0,6 до 4,5 м/с (от 2 до 15 футов/с), в более предпочтительном варианте от 1,2 до 3,0 м/с (от до 10 футов/с), и смесь, подвергшаяся пиролизу, в предпочтительном варианте охлаждается, и летучие компоненты испаряются в предпочтительно цилиндрическом реакторе, действующем в роли упомянутого выше резервуара. Температура цилиндрического реактора контролируется посредством регулирования объема предварительно нагретого исходного сырья, поступающего в цилиндрический реактор. Вследствие непродолжительного времени пребывания исходного сырья в трубчатой нагревательной установке (например, от 1 до 30 с, в предпочтительном варианте от 1 до 15 сив наиболее предпочтительном варианте от 3 до 1 0 с) и сравнительно низких температур в цилиндрическом реакторе, объем нежелательных побочных реакций сводится до минимального уровня.

В условиях высоких температур в трубчатой нагревательной установке, все металлические компоненты и прочие загрязняющие вещества отработанного масла разлагаются до металлов, углеводородов и высоковязких остатков. Пары легкоиспаряющегося топлива с любым сопровождающим паром, поступающим из цилиндрического реактора, в предпочтительном варианте, вводятся в теплообменник для предварительного нагревания свежего исходного сырья (отработанного масла) (например, до температуры в пределах 110-150°С). Оставшаяся в цилиндрическом реакторе часть масла более высокой вязкости со свежим исходным сырьем (отработанным маслом) вновь перекачивается в трубчатую нагревательную установку для вторичного нагревания и прохождения реакции пиролиза, и эта процедура повторяется непрерывно. В случае повышения объема масла с высокой температурой кипения в цилиндрическом реакторе до такого уровня, при котором снижается производительность процесса, температура трубчатой нагревательной установки повышается для осуществления глубокого крекирования. После этого упомянутая температура вновь возвращается к нормальному уровню.

В качестве факультативного варианта может применяться инжекция пара в трубчатую нагревательную установку для осуществления парового крекирования. Это повышает стабильность масла и снижает объемы образования кокса. Пар может образовываться в упомянутой трубчатой нагревательной установке.

Предварительно нагретое исходное сырье, в нормальных условиях, подается в верхнюю часть цилиндрического реактора и разбрызгивается вниз в центральной части последнего. Нагретая и подвергшаяся пиролизу смесь из обогревающих труб трубчатой нагревательной установки подается в придонную часть цилиндрического реактора. Исходное сырье из нагревающих труб по трубопроводу, ведущему от донной части цилиндрического реактора, с помощью насоса может подаваться в трубчатую нагревательную установку. Исходное сырье из цилиндрического реактора в трубчатую нагревательную установку может подаваться как сверху, так и снизу. В случае необходимости, предварительно нагретое исходное сырье может закачиваться непосредственно в трубчатую нагревательную установку без прохождения либо лишь с частичным прохождением через цилиндрический реактор, в зависимости от температуры жидкости в цилиндрическом реакторе.

К числу продуктов, образовавшихся из регенерированного отработанного масла с помощью способа и устройства, соответствующих настоящему изобретению, относится дизельное топливо № 2, бензин и кокс. Способ и устройство могут использоваться, не вызывая существенных проблем, связанных с ликвидацией отходов.

В качестве исходного сырья может использоваться отработанное масло любого типа, например, моторное масло, промышленные смазочные вещества, растительные масла, рыбий жир, осадок технических масел и пролитая сырая нефть.

Краткое описание рисунков

Фиг. 1 - схематическое изображение примера устройства, которое может использоваться для осуществления способа, соответствующего настоящему изобретению;

фиг. 2 - схематическое изображение предпочтительной трубчатой нагревательной установки, используемой в устройстве, изображенном на фиг. 1 ;

фиг. 3 - схематическое изображение предпочтительного цилиндрического реактора, используемого в устройстве, изображенном на фиг. 1 ;

фиг. 4 - схематическое изображение примера устройства, имеющего два цилиндрических реактора;

фиг. 5 - схематическое изображение примера альтернативного варианта устройства, соответствующего настоящему изобретению;

фиг. 6 - схематическое изображение альтернативного цилиндрического реактора.

Наилучшие варианты осуществления настоящего изобретения

На фиг. 1 представлен пример общего способа, соответствующего настоящему изобретению, и типичное устройство, используемое при осуществлении упомянутого способа. В изображенном способе свежее отработанное масло, исходное сырье упомянутого способа с помощью соответствующего насосного оборудования (не показано) перекачивается из резервуара 1 0 для хранения исходного сырья по трубопроводу 1 2 в верхнюю часть теплообменной колонны 1 4 (в случае необходимости, может использоваться более одной подобной теплообменной колонны), в которой исходное сырье стекает вниз и подвергается предварительному нагреванию (как правило, до температуры в пределах 110-150°С) посредством теплообмена с парами продукта (полученными способом, описание которого будет приведено далее). После этого предварительно нагретое исходное сырье перекачивается из нижней части теплообменной колонны 14 по трубопроводу 16 в цилиндрический реактор 18, представляющий собой резервуар для приема и хранения подвергшейся пиролизу смеси отработанного масла из трубчатой нагревательной установки 20. Подвергшаяся пиролизу смесь хранится в упомянутом реакторе 1 8 при предопределенной температуре, находящейся в пределах 300-455°С, в предпочтительном варианте 300-425°С, и в наиболее предпочтительном варианте 300-375°С, в то время как летучие компоненты испаряются из нее, как будет подробнее описано далее. Предварительно подогретое отработанное масло из трубопровода 1 6 разбрызгивается вниз в подвергшуюся пиролизу смесь отработанного масла, находящуюся на дне цилиндрического реактора 18, для образования смеси свежего предварительно подогретого отработанного масла и подвергшейся пиролизу смеси отработанного масла для дальнейшей обработки. Разбрызгивание свежего отработанного масла, кроме того, обеспечивает охлаждение подвергшейся пиролизу смеси отработанного масла до необходимой температуры в пределах от 300 до 455°С. Маловязкое масло и вода из свежего предварительно подогретого отработанного масла и из подвергшейся пиролизу смеси отработанного масла испаряются и отгоняются, оставляя нелетучий остаток; образовавшийся пар удаляется из цилиндрического реактора 1 8 по трубопроводу 22, ведущему к теплообменной колонне 14.

Смесь свежего отработанного масла и нелетучего остатка подвергшейся пиролизу смеси отработанного масла, образовавшаяся в цилиндрическом реакторе 1 8 упомянутым способом, перекачивается насосом 24, как сырьевая смесь, по трубопроводу 25 на ряд обогревающих труб 26 (на фиг. 1 показана только одна обогревающая труба, см., однако, фиг. 2), находящихся в трубчатой нагревательной установке 20. Установка 20 действует как устройство для быстрого повышения температуры сырьевой смеси до необходимого уровня 400-490°С в течение непродолжительного периода времени (обычно, в течение от 1 до 30 с, в предпочтительном варианте в течение от 1 до 1 5 с и в наиболее предпочтительном варианте в течение от 3 до 1 0 с). Тепло в установке 20 образуется с помощью горелок 28, превращающих внутреннюю часть установки в камеру сгорания. На горелках может сжигаться традиционное топливо либо горючее или газ, полученные посредством самого упомянутого способа регенерации.

Сырьевая смесь, проходящая по трубам 26, быстро нагревается благодаря большой площади поверхности упомянутых труб и относительно небольшому объему сырьевой смеси, находящейся в упомянутых трубах. Упомянутые трубы 26 в предпочтительном варианте прямые; их длина в предпочтительном варианте составляет от 1,8 до 6,0 м (от 6 до 20 футов), хотя количество и длина обогревающих труб зависит от суточного объема исходного сырья, подлежащего переработке, и скорости прохождения сырьевой смеси по трубам (в предпочтительном варианте от 0,6 до 4,5 м/с (от 2 до 15 футов/с), в идеальном случае от 1,2 до 3,0 м/с (от 4 до 10 футов/с)). Обогревающие трубы 26 могут выполняться в виде змеевиков. Поскольку перепад температур между содержимым трубчатой нагревательной установки 20 и содержимым цилиндрического реактора 1 8 составляет всего лишь около 100°С, расход тепла в трубчатой нагревательной установке, как правило, весьма низок, что позволяет свести до минимума размеры трубчатой нагревательной установки 20. Диаметр обогревающих труб 26 в наиболее предпочтительном варианте находится в пределах 1,25-12,5 см (0,5-5 дюймов) для эффективного нагревания сырьевой смеси в обогревающих трубах.

Как отмечалось ранее, сырьевую смесь нагревают до необходимой температуры в пределах от 400 до 490°С в трубах 26 в течение периода времени, достаточного для осуществления пиролиза тяжелых углеводородов в сырьевой смеси, но недостаточного для того, чтобы в сырьевой смеси могли произойти нежелательные реакции полимеризации, окисления и дегидрогенизации в сколько-нибудь существенных объемах. Продолжительность этого периода времени, в определенной мере, зависит от типа сырьевой смеси, однако, как правило, составляет от 1 до 30 с, в предпочтительном варианте от 1 до 1 5 с и в наиболее предпочтительном варианте от 3 до 1 0 с.

Образовавшиеся горячие потоки подвергшейся пиролизу смеси отработанного масла из труб 26 проходят по трубопроводу 30 в нижнюю часть цилиндрического реактора 18. Температура жидкости в цилиндрическом реакторе 1 8 падает снизу вверх вследствие эндотермической реакции пиролиза, которая продолжает происходить в реакторе 18, и вследствие охлаждения, вызываемого разбрызгиванием свежего исходного сырья (отработанного масла) из трубопровода 16. Летучие компоненты масла и вода из реактора 18, будучи удаленными из упомянутого реактора по трубопроводу 22, вначале проходят вверх через теплообменную колонну 1 4 для предварительного нагревания свежего исходного сырья (отработанного масла), как описывалось ранее, после чего подаются на ректификационную колонну 32 по трубопроводу 34 для образования фракций регенерированного масла, представляющего собой необходимый продукт, и воды, которая может быть повторно использована, как будет описано далее.

В устройстве, изображенном на фиг. 1, из ректификационной колонны 32 получают три фракции, которые отводятся в резервуары 36, 38 и 40. Оставшийся газ и легкие фракции отводятся по трубопроводу 42 и конденсируются в сборнике 44 жидкости. Самый необходимый продукт, дизельное топливо № 2 (которое, как правило, конденсируется при температуре 110360°С), собирают, обычно, в резервуар 38, легкоиспаряющееся топливо (которое, обычно, конденсируется при температуре 75-150°С) и воду собирают в резервуар 40, а печное топливо (топливо коммунального назначения) (конденсирующееся при температурах свыше 360°С) собирают в резервуар 36.

В качестве альтернативного варианта вышеприведенного способа, в том случае, например, когда подвергшаяся пиролизу смесь отработанного масла в цилиндрическом реакторе 1 8 не требует дополнительного охлаждения, предварительно нагретое свежее исходное сырье (отработанное масло), выходящее из теплообменной колонны 1 4, можно полностью или частично отводить от цилиндрического реактора 1 8 на входное отверстие трубчатой нагревательной установки 20 по трубопроводу 46. В подобном случае свежее исходное сырье (отработанное масло) смешивается непосредственно с нелетучим остатком подвергшейся пиролизу смеси отработанного масла из реактора 1 8 в насосе 24 перед тем, как образовавшаяся сырьевая смесь поступает в трубы 26.

В качестве дополнительного альтернативного варианта сырьевая смесь, поступающая на нагревательную установку 20 из цилиндрического реактора 18, предварительно смешивается с паром из парового подогревателя 48 в количествах, составляющих от 3 до 50 мол.%, в предпочтительном варианте от 10 до 50 мол.% пара, перед поступлением сырьевой смеси в обогревающие трубы 26. Паровой подогреватель 48 представляет собой змеевик либо паровой котел, который может размещаться в верхней части трубчатой нагревательной установки 20. Смешанный поток нагревается в обогревающих трубах 26 и поступает в цилиндрический реактор 18, как ранее. Дополнительное количество пара в сочетании с парами легкоиспаряющегося топлива проходит через теплообменник 1 4 по трубопроводу 22, после чего отделяется на ректификационной колонне 32 в резервуар 40 для хранения. Горячая вода, находящаяся в резервуаре 40, может после этого перекачиваться на паровой подогреватель 48 для повторного использования.

В процессе осуществления способа, соответствующего настоящему изобретению, в обогревающих трубах обычно поддерживается давление в пределах от 276 до 1034 кПа (избыточное давление в пределах от 40 до 150 фунтов/дюйм²). Давление может регулироваться посредством соответствующего регулирования клапана (не показан) на выходном трубопроводе 30 трубчатой нагревательной установки.

Количество свежего отработанного масла, добавляемое из резервуара 1 0, может соотноситься с количеством продукта, полученным с помощью упомянутой системы, благодаря чему способ может осуществляться непрерывно в течение неопределенного периода времени. Однако по истечении определенного периода работы, оказывается обычно, что выход необходимого регенерированного масла снижается, поскольку в рециркулирующей подвергшейся пиролизу смеси увеличивается содержание загрязняющих веществ. Например, выход может снизиться до 75% от необходимого. В подобном случае было установлено, что температура жидкости в трубчатой нагревательной установке 20 может быть повышена в пределах от 460 до 520°С для осуществления глубокого пиролиза тяжелых углеводородов, находящихся в составе жидкости, т. е. для более интенсивного крекирования углеводорода по сравнению с достигаемым при обычных условиях. Несмотря на то, что при этом также возрастает опасность нежелательных реакций полимеризации и т.п., это значительно повышает количество летучих компонентов, поступающих на перегонку из реактора 18, благодаря чему повышается выход необходимого продукта. Поток жидкости, проходящей по трубам 26 на этом этапе, поддерживается, в целом, в тех же объемах, что и в процессе обычного осуществления данного способа, поэтому время пребывания жидкости в трубах при указанной высокой температуре составляет, приблизительно, от 1 до 1 5 с. Время, необходимое для осуществления этапа глубокого пиролиза, и обеспечиваемое подобным образом повышение выхода, в весьма значительной степени зависят от природы исходного сырья, например, от содержания осадка и других загрязняющих веществ.

В соответствии с важной отличительной особенностью настоящего изобретения, после длительного непрерывного осуществления настоящего способа (например, в течение 1-6 месяцев, в зависимости от природы отработанного масла), высоковязкий остаток и осадок в цилиндрическом реакторе, в котором находятся металлы, присадок отработанного масла и грязь, скапливаются в неприемлемо высоких объемах и возникает необходимость в осуществлении процесса коксования. Для осуществления процесса коксования, упомянутый остаток нагревается в трубах 26 либо в отдельном комплекте коксовальных труб (не показан) до температуры в пределах от 470 до 590°С, измеряемой на выходе из труб. Нагретый поток вновь подается в цилиндрический реактор, где подвергается реакции пиролиза с помощью захваченного с собой тепла при давлении от 21 до 172 кПа (при избыточном давлении от 3 до 25 фунтов/дюйм²) и при температуре от 440 до 570°С, причем давление регулируется с помощью регулировочного клапана 50. Образующиеся при этом пары масла отгоняются обычным способом для образования необходимого продукта, а кокс, в состав которого входят металлы и т.п., осаждается в цилиндрическом реакторе. После образования кокса система отключается для очистки от кокса. Таким образом, последним остатком при осуществлении способа, соответствующего настоящему изобретению, является кокс в сравнительно небольших количествах, который может удаляться с помощью обычных способов во избежание загрязнения окружающей среды либо может использоваться в качестве промышленного топлива.

На фиг. 2 подробно показан предпочтительный вариант трубчатой нагревательной установки 20. Как показано на упомянутом чертеже, обогревающие трубы 26 прямые и не имеют змеевиков. В случае использования пара, в качестве альтернативного варианта, могут предусматриваться змеевики для увеличения времени пребывания более высоковязкого исходного сырья. Трубы могут размещаться вертикально, под углом либо в горизонтальной плоскости. Горячее исходное сырье и пар (в случае использования пара) поступают в обогревающие трубы 26 через клапаны 52, после чего выходят в сторону цилиндрического реактора 18 через клапаны 54. Заглушки 56 в нижней части каждой реакционной трубы используются для удаления кокса и очистки.

Температура подвергшейся пиролизу смеси, покидающей трубчатую нагревательную установку 20, может измеряться с помощью устройств 57 для измерения температуры, например, с помощью дистанционно управляемых термопар.

Каждая из реакционных труб может быть изолирована с помощью упомянутых клапанов, благодаря чему выход из строя одной из труб не оказывает влияния на работу системы в целом, и эта труба может быть заменена, в то время как система в целом продолжает работать. Как упоминалось ранее, в случае необходимости, для осуществления реакции коксования во избежание образования ненужного осадка в обогревающих трубах 26 может быть предусмотрен отдельный комплект коксовальных труб (не показан). Упомянутые трубы будут в значительной мере напоминать трубы 26, однако их диаметр будет находиться в пределах от 5 до 12,5 см (от 2 до 5 дюймов), они будут располагаться в нагревательной установке 20 параллельно трубам 26 и жидкость на них будет подаваться лишь в том случае, когда возникнет необходимость в проведении реакции коксования, посредством задействования соответствующих клапанов (не показаны). Реакционные трубы 26, однако, могут и сами быть использованы для осуществления реакции коксования, при условии обеспечения минимальной скорости отложения кокса посредством использования высоких скоростей жидкости (например, от 0,6 до 4,5 м/с (от 2 до 15 футов/с), прямых обогревающих труб и, факультативно, инжекции пара, как уже упоминалось ранее.

На фиг. 3 подробнее показан предпочтительный вариант осуществления цилиндрического реактора 18. На фиг. 6 показан альтернативный вариант осуществления цилиндрического реактора. В каждом из них предварительно подогретое исходное сырье поступает в цилиндрический реактор 18 по трубопроводу 16, в то время как трубопровод 25 предназначен для подачи смеси на трубчатую нагревательную установку 20. В действительности, на месте трубопровода 25 может быть целый ряд трубопроводов с входными отверстиями, расположенными в цилиндрическом реакторе на различных уровнях. Нагретая жидкость из обогревающих труб 26 повторно подается в цилиндрический реактор 18 по трубопроводу 30, который может быть выполнен в виде одной трубы либо целого ряда труб, в зависимости от размера трубчатой нагревательной установки 20. Пары масла и водяной пар поступают на теплообменную колонну по трубопроводу 22, который размещается в верхней части цилиндрического реактора 18. Фланец 58 предусмотрен для удаления кокса, а трубопровод 60 предназначен для отбора проб. Реактору придается цилиндрическая форма из экономических соображений и для лучшего поддержания обычного давления в реакторе, однако ему, в случае необходимости, может придаваться и другая форма. Верхняя и нижняя часть цилиндрического реактора может быть плоской либо конусообразной, в зависимости от необходимости.

В процессе нормальной эксплуатации, образование кокса в цилиндрическом реакторе 18 ограничивается высокой турбулентностью жидкости в пределах реактора, обусловленной высокой скоростью потоков масла и пара, поступающих из трубчатой нагревательной установки 20, а также низкой температурой осуществления реакции в пределах цилиндрического реактора, которая находится ниже 455°С. Благодаря этому, данный способ может осуществляться в течение продолжительных периодов времени. Потребность в удалении кокса возникает, обычно, после осуществления процесса коксования. Кокс может удаляться с помощью пара, воды, механическими либо иными способами.

Для непрерывной работы без отключения системы для очистки от кокса может предусматриваться еще один цилиндрический реактор, который позволяет продолжать осуществление реакции в то время, как из первого реактора удаляется кокс и он подвергается очистке. Два цилиндрических реактора будут иметь, по сути, одинаковую конструкцию. На фиг. 4 подробнее показан предпочтительный вариант осуществления устройства, имеющего два цилиндрических реактора 18а и 18b. В то время как цилиндрический реактор 18а очищается от кокса, исходное сырье из теплообменной колонны 14 и нагретый вытекающий поток из трубчатой нагревательной установки 20 могут с помощью клапанов 62 и 64 направляться на другой цилиндрический реактор 18b. Во всех иных отношениях устройство, изображенное на фиг. 4, является точно таким же, как и изображенное на фиг. 1.

В качестве альтернативного варианта, в случае использования одного цилиндрического реактора 18а в течение определенного времени при осуществлении способа, соответствующего настоящему изобретению, высоковязкий остаток и осадок из цилиндрического реактора 18а могут перекачиваться в трубчатую нагревательную установку 20 и нагреваться до выходной температуры нагревательной установки, которая составляет от 470 до 590°С. Нагретый вытекающий поток из трубчатой нагревательной установки 20 направляется на другой цилиндрический реактор 18b для осуществления реакции коксования при давлении от 21 до 172 кПа (при избыточном давлении от 3 до 25 фунтов/дюйм²) и температуре от 440 до 570°С. При откачивании высоковязкого остатка и осадка из цилиндрического реактора 18а в трубчатую нагревательную установку 20, в цилиндрический реактор 18а закачивается свежее отработанное масло для того, чтобы подвергнуться обычным этапам охлаждения, испарения, смешивания и повышения температуры. Цилиндрический реактор 18b при этом очищается от кокса. После завершения очистки от кокса нагретый вытекающий поток из трубчатой нагревательной установки 20 направляется на цилиндрический реактор 18b и подача свежего исходного сырья на цилиндрический реактор 18а прекращается. В цилиндрическом реакторе 1 8b осуществляются нормальные этапы охлаждения, испарения, смешивания и повышения температуры. Цилиндрический реактор 18а готов для проведения следующих операций коксообразования и удаления кокса.

В качестве дополнительного альтернативного варианта, способ может осуществляться таким образом, чтобы обеспечивалось наиболее эффективное использование оборудования, а также рециркулирование и использование заключенного тепла для осуществления предварительного нагревания и различных технологических этапов. Альтернативный вариант эксплуатации, например, изображен на фиг. 5.

Исходное сырье (отработанное масло) из резервуара 1 0 перекачивается насосом 65 на теплообменную колонну 1 4 для предварительного нагрева исходного сырья паром до температуры приблизительно 115°С. Предварительно нагретое исходное сырье по трубопроводу 66 поступает на испарительный барабан 67, на котором из исходного сырья вода испаряется и по трубопроводу 86 подается на теплообменную колонну 69 для охлаждения. Выпаренная вода удаляется. Предварительно подогретое исходное сырье из испарительного барабана 67 перекачивается насосом 70 по трубопроводу 71 на ректификационную колонну 32 для дополнительного предварительного нагрева потоком горячего пара из цилиндрических реакторов 18а и 18b. Фракция высоковязкого масла из нижней части ректификационной колонны 32 смешивается с 3-10% пара и перекачивается насосом 72 по трубопроводу 73 на трубчатую нагревательную установку 20, где ее температура повышается до 450-530°С. Нагретый вытекающий поток из трубчатой нагревательной установки 20 проходит по трубопроводу 74 в нижнюю часть одного из цилиндрических реакторов 18а или 18b для дополнительного нагревания реакционной смеси до 375-455°С. Парообразное топливо из цилиндрического реактора 18а либо 18b по трубопроводу 75 поступает в нижнюю часть ректификационной колонны 32 для предварительного нагревания исходного сырья из испарительного барабана 70. Парообразное топливо в ректификационной колонне 32 проходит вверх через упомянутую колонну и разделяется на топливо № 2, которое удаляется через отпарную секцию 76, ведущую к теплообменнику 77, легкоиспаряющееся топливо, которое проходит по трубопроводу 78 через теплообменник 79 для охлаждения и удаления, и некоторую часть топлива № 4, которое проходит по трубопроводу 80 через теплообменник 81 для охлаждения и удаления.

Часть исходного сырья из испарительного барабана 70 может разбрызгиваться вниз по трубопроводу 82 в подвергшуюся пиролизу смесь отработанного масла в нижней части цилиндрического реактора 18а либо 18b для образования смеси свежего предварительно нагретого отработанного масла и подвергшейся пиролизу смеси отработанного масла для дополнительной обработки. Разбрызгивание исходного сырья (отработанного масла) из испарительного барабана 70 обеспечивает охлаждение подвергшейся пиролизу смеси отработанного масла до необходимой температуры в пределах от 375 до 455°С. Остаток, находящийся на дне цилиндрического реактора 18а либо 18b, посредством рециркуляционного трубопровода 83 смешивается с исходным сырьем, находящимся на дне ректификационной колонны 32, в трубчатой нагревательной установке 20. После того, как один из цилиндрических реакторов 18а либо 18b окажется наполненным коксом, нагретый вытекающий поток из трубчатой нагревательной установки 20 направляется на другой реактор для осуществления на нем реакции пиролиза и коксообразования. Первый реактор, тем временем, может очищаться от кокса.

Очистка от кокса может осуществляться с помощью пара, воды либо механическим способом.

Несмотря на подробное представленное описание настоящего изобретения, вполне очевидной будет возможность внесения различных модификаций и изменений без отступления от духа и объема настоящего изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ обработки отработанного масла, в состав которого входят тяжелые углеводороды и загрязняющие вещества, включающий

- повышение температуры сырьевой смеси свежего отработанного масла и рециклового нелетучего осадка до 400-490°С при избыточном давлении, приблизительно, от 40 до 150 фунтов/дюйм² в течение периода времени от 1 до 1 5 с, достаточного для пиролиза упомянутых тяжелых углеводородов, находящихся в сырьевой смеси, однако недостаточного для того, чтобы в упомянутой сырьевой смеси могли произойти нежелательные реакции полимеризации, окисления и дегидрогенизации в скольконибудь существенных объемах;

- охлаждение образовавшейся смеси отработанного масла, подвергшейся пиролизу, до температуры в пределах от 300 до 455°С и поддержание упомянутой температуры с обеспечением возможности испарения летучих компонентов из смеси отработанного масла, подвергшейся пиролизу, с образованием нелетучего остатка, в котором находятся упомянутые загрязняющие вещества;

- конденсацию испарившихся летучих компонентов для получения регенерированного масла; и

- смешивание нелетучего остатка со свежим отработанным маслом для получения дополнительного количества упомянутой сырьевой смеси и непрерывное повторение упомянутых этапов повышения температуры, охлаждения, испарения и смешивания с непрерывным конденсированием летучих компонентов, испарившихся из упомянутой смеси отработанного масла, подвергшейся пиролизу.
2. Способ по п.1, в котором при снижении выхода упомянутого регенерированного масла ниже предопределенного уровня, упомянутая температура упомянутой сырьевой смеси повышается для стимулирования глубокого крекирования упомянутых тяжелых углеводородов, после чего полученная смесь отработанного масла, подвергшаяся пиролизу, подвергается дополнительным этапам охлаждения, испарения, смешивания и повышения температуры.
3. Способ по п.1, в котором при повышении объема загрязняющих веществ в упомянутой смеси отработанного масла, подвергшейся пиролизу до предопределенного уровня, упомянутый нелетучий остаток, в состав которого входят упомянутые загрязняющие вещества, нагревается до температуры в пределах 470590°С с последующим снижением температуры до уровня 440-570°С и выдерживанием при указанной температуре при давлении от 21 до 172 кПа для того, чтобы упомянутый остаток подвергся дополнительному пиролизу и реакции коксования с образованием дополнительных летучих компонентов и твердого кокса, после завершения которых указанные дополнительные летучие компоненты отводятся и конденсируются, а упомянутый твердый кокс собирается и удаляется.
4. Способ по п.1, в котором пар вводится в упомянутую сырьевую смесь перед осуществлением упомянутого этапа повышения температуры и в котором вода испаряется из упомянутых летучих компонентов.
5. Способ по п.1, в котором упомянутая сырьевая смесь подвергается воздействию давления в пределах 276-1034 кПа при упомянутом повышении температуры.
6. Способ по п.1, в котором упомянутый период времени составляет от 3 до 1 0 с.
7. Способ по п.1, в котором образовавшаяся смесь отработанного масла, подвергшаяся пиролизу, охлаждается до температуры в пределах от 300 до 425°С.
8. Способ по п.1, в котором образовавшаяся смесь отработанного масла, подвергшаяся пиролизу, охлаждается до температуры в пределах от 300 до 375°С.
9. Устройство для обработки отработанного масла, в состав которого входят тяжелые углеводороды и загрязняющие вещества, для использования в способе по п. 1 , которое включает

- нагревательную установку для повышения температуры сырьевой смеси свежего отработанного масла и рециклового нелетучего остатка в пределах от 400 до 490°С в течение периода времени, достаточного для осуществления пиролиза упомянутых тяжелых углеводородов, входящих в состав сырьевой смеси, однако недостаточного для того, чтобы в упомянутой сырьевой смеси могли произойти нежелательные реакции полимеризации, окисления и дегидрогенизации в сколько-нибудь существенных объемах;

- резервуар для приема образовавшейся смеси отработанного масла, подвергшейся пиролизу, и для хранения и поддержания температуры упомянутой смеси отработанного масла, подвергшейся пиролизу, в пределах от 300 до 455°С с обеспечением возможности испарения летучих компонентов из упомянутой смеси отработанного масла, подвергшейся пиролизу, с образованием нелетучего остатка, в котором находятся упомянутые загрязняющие вещества;

- конденсатор для конденсации испарившихся летучих компонентов для получения регенерированного масла; и

- насосное оборудование и трубопроводы для смешивания нелетучего остатка из упомянутого резервуара со свежим отработанным маслом для получения дополнительного количества упомянутой сырьевой смеси и непрерывной рециркуляции упомянутой сырьевой смеси через упомянутую нагревательную установку на упомянутый резервуар и для перемещения упомянутых летучих компонентов из упомянутого резервуара в упомянутый конденсатор.
10. Устройство для обработки отработанного масла по п.9, в котором в состав упомянутой нагревательной установки входит, как минимум, одна обогревающая труба.
11. Устройство для обработки отработанного масла по п.10, в котором упомянутая, как минимум, одна обогревающая труба прямая.
12. Устройство для обработки отработанного масла по п.10, в котором упомянутая, как минимум, одна обогревающая труба размещена в нагревательной установке в вертикальном или наклонном, или горизонтальном положении.
13. Устройство для обработки отработанного масла по п.9, имеющее два упомянутых резервуара и включающее трубопроводы и клапаны, обеспечивающие возможность попеременного использования упомянутых резервуаров.
14. Устройство для обработки отработанного масла по п.13, в котором два упомянутых резервуара являются, по существу, идентичными.