Спосіб переробки вуглеводневої речовини

1. Спосіб переробки вуглеводневої речовини, при якому одночасно здійснюють очищення вуглеводневої речовини від сірчановмісних сполук та який включає нагрівання вуглеводневої речовини до утворення парогазової суміші, подачу окислювача та вуглеводневої речовини в каталізаторний блок, окислювання сірчановмісних сполук в присутності каталізатора та наступну екстракцію сірчановмісних сполук з вуглеводневої речовини, який відрізняється тим, що здійснюють окислювання сірчановмісних сполук у присутності каталізатора до сульфокислот та ангідридів сульфокислот, при цьому температуру каталізатора підтримують більшою температури парогазової суміші на 10...150 °С, а екстракцію сірчановмісних сполук з вуглеводневої речовини виконують за допомогою лужного U 2 UA 1 3 0,03% масової долі до 6-8%, у рідких випадках досягаючи 14%. У малих кількостях у нафті часто присутні вільна сірка та сірководень. Основна частина сірки в нафті представлена у вигляді її сірчановмісних сполук (меркаптанів (RSH)), сульфідів (RSR'), дисульфідів (RSSR'), циклічних сульфідів (Сn2n), в яких R є вуглеводневий радикал, наприклад, метантіол (CH3SH - метилмаркаптан)). Метою запропонованої корисної моделі є здійснення очищення вуглеводневої речовини від сірчановмісних сполук, якими є меркаптани (RSH). Заявникам відомо багато способів переробки вуглеводневої речовини, серед яких найбільш близькими за сукупністю суттєвих ознак є наступні. Відомо спосіб переробки вуглеводневої речовини, при якому одночасно здійснюють очищення вуглеводневої речовини від сірчановмісних сполук та який включає подачу окислювача та вуглеводневої речовини в каталізаторний блок, окислювання органічних сірчановмісних сполук в присутності каталізатора та наступну екстракцію сірчановмісних сполук з вуглеводневої речовини. Окислення сірчановмісних сполук здійснюють у присутності твердого каталізатора окислення, що містить титановмісний композиційний матеріал, з перетворенням принаймні частин сірчановмісних сполук на сильфони та/або сульфоксиди. Також здійснюють регенерацію каталізатора окислення при його контакті з метанолом в умовах десорбції (патент UA 88346, опублікований 12.10.2009 р. у бюлетені №19, 2009р., МПК: C10G27/00, В01J21/06). Недоліком відомого способу є часткове відновлення каталізатору та високу вартість реагентів для проведення демеркаптанізації. За прототип прийнято спосіб переробки вуглеводневої речовини, при якому одночасно здійснюють очищення вуглеводневої речовини від сірчановмісних сполук та який включає нагрівання вуглеводневої речовини до утворення парогазової суміші, подачу окислювача та вуглеводневої речовини в каталізаторний блок, окислювання сірчановмісних сполук в присутності каталізатора та наступну екстракцію сірчановмісних сполук з вуглеводневої речовини. За прототипом каталізатор нагрівають до температури 70-80 % та здійснюють окислення сірчановмісних сполук до сульфокислот, а екстракцію сірчановмісних сполук, отриманих після окислення, здійснюють за допомогою адсорбції або осадженням у електричному полі (патент UA 47965, опублікований 15.07.2002р. у бюлетені №7, 2002р., МПК: C10G11/16, C10G11/16). Зазначений вище спосіб відносно складний , тому має достатньо великі капітальні, енергетичних витрати, зокрема для підтримання температури каталізатору, та витрати реагентів для очищення вуглеводневої речовини. Також має місце застосування нестандартного обладнання для очищення вуглеводневої речовини, наприклад, генератору електричного поля. В основу корисної моделі поставлено задачу спрощення способів переробки вуглеводневої речовини, при застосуванні стандартного у даній галузі обладнання, створення універсального спо 51254 4 собу переробки вуглеводневої речовини, зменшення капітальних, енергетичних витрат та витрат реагентів для очищення вуглеводневої речовини, від сірчановмісних сполук, а також покращення екологічних параметрів способу переробки вуглеводневої речовини, зокрема кількості забруднень, що виділяються, шляхом створення умов для отримання певних сполук при окисленні сірчановмісних сполук вуглеводневої речовини, у каталізаторному блоці, з наступним їх видаленням при екстракції. Поставлена задача вирішується таким чином, що у способі переробки вуглеводневої речовини, при якому одночасно здійснюють очищення вуглеводневої речовини, від сірчановмісних сполук та який включає нагрівання вуглеводневої речовини, до утворення парогазової суміші, подачу окислювача та вуглеводневої речовини, в каталізаторний блок, окислювання сірчановмісних сполук в присутності каталізатора та наступну екстракцію сірчановмісних сполук з вуглеводневої речовини, згідно з корисної моделі, здійснюють окислювання сірчановмісних сполук у присутності каталізатора до сульфокислот та ангідридів сульфокислот, при цьому температуру каталізатора підтримують більше температури парогазової суміші на 10...150°С, а екстракцію сірчановмісних сполук з вуглеводневої речовини, виконують за допомогою лужного розчину мінімум в одному блоці екстракції, з подальшим розділенням лужного розчину та сірчановмісних сполук. В якості вуглеводневої речовини можуть використовувати нафту, її сполуки або газ. Після окислювання сірчановмісних сполук у каталізаторному блоці можуть здійснювати розділення вуглеводневої речовини на фракції. Як лужний розчин можуть використовувати 1% лужний розчин NaOH або КОН. Після розділення лужного розчину та сірчановмісних сполук здійснюють подачу лужного розчину назад на екстракцію. Між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі та технічним результатом, що заявляється, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Винахідниками шляхом проведення серії дослідів з очищення вуглеводневої речовини встановлено, що здійснення прямого м'якого окислення сірчановмісних сполук (меркаптанів), які містяться у вуглеводневій речовині, безпосередньо у газорідневих або газових потоках у процесі первинної перегонки вуглеводневої речовини, при контакті з поверхнею каталізатора дозволяє отримати вже на стадії перегонки такі сірчановмісні сполуки, як сульфокислоти та ангідриди сульфокислот. Завдяки підтриманню температури каталізатора більше температури парогазової суміші на 10...150°С процес окислення сірчановмісних сполук (меркаптанів) протікає за більш низькою температурою у м'якому режимі, що призводить до утворення дисульфідів на відміну від відомих способів очищення вуглеводневих речовин від сірчановмісних сполук. У подальшому отримання сульфокислот та ангідридів сульфокислот вже на етапі перегонки 5 вуглеводневих речовин спрощує наступне видалення сірчановмісних сполук з продуктів, отриманих після перегонки вуглеводної речовини. Наступне за каталітичним окисленням сірчановмісних сполук з вуглеводної речовини шляхом вибіркової екстракції за допомогою спеціально підібраного розчинника (екстрагента), що не змішується з вуглеводнями, в якості якого, наприклад, використовують 1% лужний розчин NaOH або КОН, дозволяє отримати вуглеводневу речовину, очищену від сірчановмісних сполук. При цьому досягається зменшення використання реагентів, які приймають участь у способі переробки вуглеводневої речовини. Так, використання води зменшується у 3-4 рази. Використання лужного розчину для здійснення екстракції зменшується у 20 разів, що дозволяє отримати суттєве зменшення витрат на проведення очищення вуглеводної сировини. Спрощення існуючих способів переробки вуглеводневої речовини при застосуванні стандартного у даній галузі обладнання у запропонованій корисній моделі досягається зниженням вмісту сірки у вуглеводневій сировині шляхом прямої конверсії меркаптанів при контакті з поверхнею каталізатора, який має збільшену адсорбційну активність та більш розгорнуту поверхню за рахунок збільшення частини мезопор у порівнянні з іншими каталізаторами, наприклад, нікелевим або комплексним молібденовим каталізаторами. Таким чином, спрощення способу переробки вуглеводневої речовини при застосуванні стандартного у даній галузі обладнання досягається отриманням у каталізаторному блоці, температура каталізатора в якому більше температури парогазової суміші на 10...150°С, таких сірчановмісних сполук, як сульфокислоти та ангідриди сульфокислот, видалення яких з продуктів, отриманих після перегонки вуглеводної речовини, є досить легким. Зменшення капітальних, енергетичних витрат та витрат реагентів для очищення вуглеводневої речовини досягається застосуванням екстракції сірчановмісних сполук за допомогою лужного розчину, в якості якого використовують 1% лужний розчин NaOH або КОН, тобто використанням реагенту у дуже малій концентрації, а також можливістю регенерації (відновлення) цього реагенту та здійснення подачі лужного розчину назад на екстракцію після його відділення від сірчановмісних сполук. Також спрощення способу переробки вуглеводневої речовини дозволяє зменшити кількість необхідного обладнання та його монтування, що знижує об'єм капітальних та експлуатаційних витрат у 2-3 рази. У випадку, коли заявлений спосіб переробки вуглеводневої речовини використовують у складі діючої технологічної ланки переробки вуглеводневої речовини, наприклад, для первинної атмосферної перегонки нафти тощо, додаткові енергетичні витрати, які йдуть на заявлений спосіб, є відносно невеликими. 51254 6 Покращення екологічних параметрів способу переробки вуглеводневої речовини, зокрема кількості забруднень, що виділяються, досягають відсутністю у запропонованому способі утворення, наприклад, сірчано-лужних стоків, сірководню та аміаку, що не вимагає обов'язкового у таких випадках застосування додаткової утилізації, капітальних та експлуатаційних витрат, пов'язаних з шкідливими викидами у атмосферу, стоками та втратами води. При цьому створення універсальності способу переробки вуглеводневої речовини при застосуванні стандартного у даній галузі обладнання досягається можливістю застосування заявленого способу при здійсненні первинної перегонки нафти, а також застосування заявленого способу як базового способу очищення вуглеводневої речовини від сірковмісних сполук, так і для доочистки вуглеводневої речовини при здійсненні її очистки будь-яким з відомих способів десульфурізації. Для пояснення суті корисної моделі нижче наведено приклад конкретного здійснення способу переробки вуглеводневої речовини (Фіг.1). В основі прикладу лежить здійснення атмосферної перегонки нафти (Фіг.2). Приклад ілюструється кресленнями, на яких схематично показано наступне: На Фіг.1 - технологічна схема установки, в якій використано спосіб переробки вуглеводневої речовини. На Фіг.2 - принципова схема технологічного процесу, в якому використано спосіб переробки вуглеводневої речовини. Таблиця 1 містить орієнтовні дані стосовно демеркаптанізації газового конденсату. Таблиця 2 містить орієнтовні дані стосовно демеркаптанізації фракції бензинової газової стабільної (ФБГС). Таблиця 3 містить орієнтовні дані стосовно демеркаптанізації фракції 200-360 °С. Креслення, що пояснюють корисну модель, а також наведений приклад конкретного виконання способу переробки вуглеводневої речовини ніяким чином не обмежують обсяг домагань, викладений у формулі, а тільки пояснюють суть корисної моделі. Спосіб переробки вуглеводневої речовини здійснюють наступним чином. Спочатку здійснюють подачу вуглеводневої речовини (нафти, її сполук або газу) до системи переробки вуглеводневого палива (Фіг.1) за допомогою засобу подачі 1, наприклад насосу. Далі здійснюють нагрівання вуглеводневої речовини до утворення парогазової суміші за допомогою нагрівача парів 2. Потім здійснюють подачу окислювача у каталізаторний блок 3. В якості окислювача можуть використовувати кисень, який міститься у повітрі. Одночасно здійснюють подання вуглеводневої речовини у вигляді аерозолю після нагрівання в каталізаторний блок 3. При цьому температура каталізатора підтримується на 10...150°С більше температури парогазової суміші. Таким чином, у каталізаторному блоці забезпечують умови для протікання процесу окислювання 7 51254 сірчановмісних сполук в присутності каталізатора до отримання сульфокислот та ангідридів сульфокислот. Отримані після каталізаторного блоку сірчановмісні сполуки у складі вуглеводневої речовини можуть подавати до блоку розділення 4 вуглевмісної речовини на фракції (як варіант застосування заявленого способу). Далі здійснюють подання вуглеводневої речовини у блок лужної екстракції 5 та екстракцію сірчановмісних сполук з вуглеводневої речовини. Екстракцію сірчановмісних сполук виконують за допомогою лужного розчину, наприклад у 1% лужному розчині NaOH або КОН. Після екстракції сірчановмісних сполук здійснюють відведення очищеної вуглеводневої речовини з блоку екстракції на її подальше застосування у блок 6. Сірчановмісні сполуки, які отримані після екстракції, разом з лужним розчином відводять з блоку екстракції 5 до сепаратору 7 для розділення лужного розчину та сірчановмісних сполук. Розділення може виконуватися відстоюванням з отриманням верхнього сірчановмісного шару 8 та шару лужного розчину 9. Таким чином, здійснюють регенерацію реагенту - лужного розчину для проведення екстракції. Лужний розчин з відстояного шару лужного розчину 9 подають назад у блок лужної екстракції 5, наприклад, за допомогою насосу 10, для здійснення наступної екстракції сірчановмісних сполук. У випадку застосування запропонованого способу для атмосферної перегонки нафти (Фіг.2) попереднє нагрівання вуглевмісної речовини до утворення парогазової суміші здійснюють за допомогою, наприклад, трубчатої печі 1 з 8 пароперегрівачем. Окислювання сірчановмісних сполук в присутності каталізатора до отримання сульфокислот та ангідридів сульфокислот у каталізаторному блоці 2 здійснюють на магістралі подання вуглевмісної речовини до блоку розділення 3 вуглевмісної речовини на фракції. Вищезазначеним блоком може бути ректифікаційна колонна, після якої отримують вуглеводневу речовину, розділену на фракції: лігроїн, керосин, газойль. У окремих варіантах застосування запропонованого способу переробки вуглеводневої сировини каталізаторний блок 2 може бути розташовано після блоку розділення вуглевмісної речовини на фракції, тобто після ректифікаційної колони. Таким чином, подання вуглевмісної речовини на екстракцію сірчановмісних сполук після блоку розділення 3 вуглевмісної речовини на фракції здійснюють до декількох блоків лужної екстракції 4 для кожної з отриманих після ректифікації фракцій. Після здійснення лужної екстракції вуглецеву речовину можуть додатково піддавати дегідратації за допомогою деемульгаторів 5 та видаляти її на подальше використання або оброблення. Також на цій стадії видаляють відходи вищевказаних процесів на регенерацію або утилізацію. Ефективність заявленого способу переробки вуглеводневої речовини для очищення від сірчановмісних сполук підтверджено винахідниками серією дослідів (таблиці 1-3). В результаті проведених дослідів винахідниками встановлено, що зниження вмісту загальної сірки у вуглецевій речовині досягається переважно за рахунок видалення меркаптанів. Таблиця 1 Орієнтовні дані стосовно демеркаптанізації газового конденсату Вихідний газовий конденсат Після демеркаптанізації Вміст загальної сірки, мас. % 0,4 0,083 Вміст теофенової сірки, Вміст меркаптанової сірки, мас. % мас. % 0,19 0,21 0,08 0,003 Таблиця 2 Орієнтовні дані стосовно демеркаптанізації фракції бензинової газової стабільної (ФБГС) Вихідна ФБГС Після демеркаптанізації Вміст загальної сірки, мас. % 0,021 0,006 Вміст теофенової сірки, Вміст меркаптанової сірки, мас. % мас. % 0,019 0,002 0,0041 0,0006 Таблиця 3 Орієнтовні дані стосовно демеркаптанізації фракції 200-360°С Вміст загальної сірки, мас. % Вихідна фракція 200-360°С Після демеркаптанізації Вміст теофенової сірки, мас. % Вміст меркаптанової сірки, мас. % 0,14 0,08 0,06 0,041 0,04 0,001 9 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 51254 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601