Оригинальным аппаратным оформлением крекинг-процесса отличается изобретение Джозефа Адамса (Joseph H. Adams) более известное, как процесс Холмса-Мэнлея, занимавший четвертое место по количеству промышленных установок в США в конце 1920-х годов.
Заявка на авторство для нового процесса было подано Адамсом 11.04.1919 года, а 06.01.1920 года ему был выдан патент 1327263 "PROCESS FOR THE CONVERSION OF LIQUIDS, FLUIDS, AND OILS" (Способ переработки жидкостей, текучих сред и масел).
Целью изобретения являлась разработка метода термического преобразования высокомолекулярных углеводородных жидких фракций в более низкомолекулярные продукты, характеризующиеся меньшим удельным весом и большей коммерческой стоимостью.
Отличительной особенностью процесса является возможность переработки смолистоасфальтеновых углеводородных фракций во фракции с меньшим удельным весом в объёме превышающем продукты переработки аналогичного сырья методами фракционирования и дистилляции.
Одной из задач изобретения Адамса была разработка коммерчески практичного способа для осуществления преобразования отличного от простой дистилляции, заключающегося во внешнем приложении высокой степени нагрева к камере, состоящей из термостойкого материала, при поддержании давления в указанной камере заполненной обрабатываемой нефтяной фракцией. При нагревании стенок реакционной камеры до температуры накаливания, достаточной для локального крекинга и превращения исходного сырья в низкокипящие фракции, существенно отличающиеся по природе от исходной высококипящей фракции нефти, давление поддерживается, пока происходит конденсация паров крекинга.
Сущность процесса Адамса заключается в следующем:
- на одной из стадий процесса исходная высококипящая фракция нефти нагревается в реакционной камере до температуры приблизительно 1000 °F (537 °С) для более или менее полного расщепления высокоуглеродистых молекул;
- давление поддерживается на уровне 2,4 МПа на протяжении всего процесса, включая конденсацию полученных низкокипящих фракций нефти.
Принцип работы устройства Адамса заключается в следующем:
1. Сырьевой резервуар устройства подачи А приподнят относительно соседнего преобразователя В, за счёт чего обеспечивается подача нефтяного сырья за счёт гравитационных сил от веса жидкости в резервуаре.
2. Жидкая нефтяная фракция может подаваться в емкость или резервуар 1 с помощью одного или нескольких подходящих подводящих трубопроводов, обозначенных цифрой 3.
3. Вытесненный воздух может выходить через трубу 3 из верхней части резервуара 1, или труба 3 может быть соединена с подходящим воздушным компрессором.
3. На поверхности нефтяной фракции, содержащейся в резервуаре 1, может создаваться давление для увеличения расхода потока из резервуара в преобразователь В.
4. Резервуар 1 также может быть снабжен подходящими стеклянными смотровыми приборами 7 и 8, если это желательно, и аналогичным образом датчики 7' и 8' могут быть установлены на соседнем конвертере В.
5. Труба 9 соединяет сырьевой резервуар 1 с нагревателем H любым желаемым способом, затем из нагревателя нагретое сырьё подается по трубопроводу 11 в преобразователь В.
6. Лучше всего нагревать нефтяную фракцию перед её подачей в конвертер В, чтобы тепло от печи конвертера могло быть сохранено для более важной функции крекинга, расщепления молекул и быстрого испарения сырья.
7. Для предварительного нагрева сырья предусмотрен масляный нагреватель Н, в котором нефтяная фракция может быть нагрета до любой желаемой температуры внутри контейнера 5 с помощью продувки газом из форсунок 6 или посредством других экономичных средств нагрева.
8. Нагреватель Н размещается в системе трубопроводов между сырьевым резервуаром А и преобразователем В.
9. Изображения на чертеже показывают одну из многих разнообразных форм, которые преобразователь может принимать в рамках данного изобретения, и такой преобразователь, показанный здесь, содержит камеру 12 из термостойкого материала и закрытый сосуд, содержащий жидкость или паровой купол 13, закрытый сверху с помощью колпачка 21.
10. Патрубки 9 и 11 подводят нефтяную фракцию к патрубкам 16 и 57, управляемым ручными клапанами 15 и 14, через любой из которых поток поступает в камеру 12 и нижнюю часть купола 13.
11. Секции могут быть соединены с измерительной колонной 41, на которой расположены стеклянные смотровые приборы 8' таким образом, чтобы состояние и расположение содержимого конвертера всегда были известными и поддавались своевременной корректировке путем управления ручным клапаном 10 для регулирования расхода сырья по подводящему трубопроводу 9.
12. Паровой купол 13 также может быть снабжен измерительным стеклом 7' для сравнительного наблюдения.
13. В нижней части конвертера В соединенного с камерой 12, расположена камера 30 с толстым дном для сбора осажденного углерода и посторонних веществ, осаждающихся в результате этого процесса преобразования, а вблизи нижнего конца может быть предусмотрена выпускная труба 18, управляемая клапаном 19.
14. Дно камеры 30 закрыто пластиной 31 и пластиной 31' с ручным управлением, с помощью которых камера может быть опорожнена от твердого содержимого и очищена от любого осадка, который может в ней скапливаться.
15. Закрытый резервуар для хранения или паровой купол 13 крепится к термостойкой камере 12 или камере крекинга 25 с помощью подходящего промежуточного фланцевого элемента 20, который надежно прикреплен болтами к каждой из этих соответствующих секций.
16. Поскольку пары, поднимающиеся в верхнюю часть парового купола 13 и заполняющие его, могут в любой момент выделяться настолько быстро, что возникнет чрезмерное давление, установлен компрессионный резервуар 48 и поплавковый клапан 48' относительно верхней части цилиндра или парового купола 13 с помощью трубы 49 таким образом, что при превышении заданное заданного давления произойдёт подъем пружины в седле поплавкового клапана 48' и избыточное давление будет сброшено.
17. Фланцевые соединения установки уплотнены при помощи прокладок из асбеста или иного нефте- и термостойкого материала.
18. Особенностью изобретения, имеющей первостепенное значение, является устройство для внешнего подвода высокой температуры к нефтяному сырью, находящемуся в термостойкой камере 12, при сжатии выше атмосферного с целью обеспечения конверсии.
19. Предпочтительно, чтобы это устройство работало за счет продувки газом и воздухом под давлением и содержало одну или более форсунок 12', через которые подается надлежащая газовоздушная смесь и воспламеняется для образования необходимого горения.
20. Сопла форсунок выходят через отверстия в закрытую реторту 22, которая:
- имеет облицовку 67 из огнеупорного кирпича или плавленного кварца , скрепленную воедино внутри прочным металлическим каркасом 67', как показано на Fig. 3;
- снабжена вытяжной трубой 66 для отвода отработанного газ и продуктов сгорания.
21. Закрытая реторта 22 предназначена для удержания большей части интенсивного тепла от нескольких газовых струй 12' с целью поддержания температуры стенок камеры 12 для поддержания нагрева достаточного для разложения нефтяных фракций с различными характеристиками, которые могут содержаться внутри камеры.
22. В показанном виде эта реторта 22 с её впускными трубами 26 и 27 и выпускной или выхлопной трубой 66 выполнена круглой формы, чтобы закрывать большую часть цилиндрической термостойкой камеры 12 (форма реторты может отличаться от представленной на чертеже).
23. Эта реторта или печь 22 и термостойкая камера 12 специально приспособлены для экономичного использования смеси газа и воздуха под давлением в качестве топлива для интенсивного нагрева, и хотя этот блок является лишь одним из возможных вариантов, ряд таких последовательных блоков обладал бы коммерческими преимуществами.
24. Газ и воздух, подаваемые раздельно по трубам 26 и 27, смешиваются внутри трубы, ведущей к форсункам 12', а когда эта горючая смесь воспламеняется, через смотровые отверстия 56, расположенные в стенках, можно наблюдать тепловое воздействие внутри реторты 22 и цвет стенок термостойкой камеры 12.
25. Нагрев реторты можно также определять посредством пирометра 59, расположенного по центру аппарата, где измерительный элемент может проходить внутрь корпуса.
26. Для сохранения теплостойкости камеры 12 и распределения тепла, выделяемого внутри стенок реторты 22, форсунки 12' расположены так, чтобы входить в отверстия в стенках реторты по касательной, посредством чего циркулирующее тепло может распределяться по наружным стенкам , как указано на Fig. 3, вместо того, чтобы струи направлялись непосредственно на локальные участки камеры 12 крекинга с вероятностью возможного разрушения.
27. Для осуществления процесса требуется предотвратить распространение тепла с меньшей степенью интенсивности, чем у стенок реакционной камеры, по всей массе, чтобы исключить испарение нефтяных фракций на расстоянии от сильно нагретых стенок камеры крекинга, без их конверсии.
28. Чтобы это обеспечить предусмотрен цилиндрический сердечник или оболочка 68 такого размера, чтобы заполнить большую часть центрального пространства внутри камеры крекинга 12 и вытеснить значительного количества масла, оставив незначительный слой нефтяной фракции, непосредственно контактирующей с сильно нагретыми стенками.
29. Этот сердечник 68 поддерживается стержнями 23 и 23', все вместе образуя вал, который посредством подшипника в крышке 31 на дне камеры 30 с толстым дном и уплотненного подшипника или сальника в крышке 21 парового купола может приводиться во вращение, когда шестерни 35 и 36, расположенные над верхней частью парового купола 13, приводятся в действие с помощью источника питания.
30. Спиральный буртик или червяк 69 из металла или другого подходящего материала прикреплен к периферии сердечника 68, но таким образом, чтобы не соприкасаться непосредственно внутренней частью с поверхностями камеры 12 крекинга.
31. Этот сердечник-цилиндр и червяк при вращении перемешивают среду, находящуюся в камере крекинга 12 перемещая её близко к сильно нагретым стенкам камеры с целью крекинга.
32. Другой специфической функцией спирального кольца 69 при вращении является снятие и сбрасывайте скопившиеся окалины и частиц углерода и кокса, которые могут прилипнуть к внутренним поверхностям камеры крекинга 12.
33. Из этого следует, что всякий раз, когда жидкость, подлежащая преобразованию, поступает в камеру 12 и содержащий ее сосуд 13 и доводится до надлежащего и безопасного уровня, как указано пунктирной линией X в куполе 13, а также указано на датчиках - 7' и 8', он может работать за счет подаваемого извне интенсивного тепла, которое будет поддерживаться внутри реторты и в тесном контакте с исходным сырьём через стенки камеры крекинга.
34. Испаряемые прошедшие конверсию фракции, будут постоянно и равномерно заменяться новыми количествами свежего сырья.
35. Фракция, находящаяся в канале между сердечником 68 и камерой 12, будет удерживаться на месте за счет избыточного веса среды, содержащейся в нижней части парового купола 13, таким образом предотвращая быстрое испарение небольшого количества продукта в этот канал и отвод его от сильно нагретого пространства камеры, прежде чем на его место может быть подано свежее сырьё.
36. Непереработанное сырьё, содержащееся в нижней части испарительного купола 13, не нагревается до такой степени, чтобы вызвать чрезмерное испарение, но позволяет более легким и летучим фракциям проходить через него и выходить в верхнюю часть купола в виде паров, из которого они выходят по трубе 43, в то время как более тяжелые фракции отводятся по трубе 47 в ловушку 42 для жидкости.
37. Для предотвращения чрезмерного перемешивания и предотвращения того, чтобы частицы сырья не поднимались над массой жидкости в паровом куполе 13 и не позволяли им снова падать обратно в нагретую массу и тем самым вызывать ухудшающуюся реакцию, перфорированные перегородки 70 и 70' расположены на стержне или валу 23 и закреплены так, чтобы они занимали положение внутри масляной массы, как показано на Fig. 2.
38. Пары, проходящие в купол 13, будут состоять не только из крекированной фракции и частиц углерода в результате высокой температуры преобразования, но также будут содержать определенную часть неизмененного исходного сырья в виде пара.
39. Смешанные пары проходят из купола 13 в выпускную трубу 43, а оттуда по трубе 44 в конденсатоотводчик 45, в котором перегородка 65 расположена таким образом, чтобы легкие пары опускались почти до дна ловушки с одной стороны пластины и снова поднимались с другой, прежде чем они смогут выйти через горловину 58 в конденсаторное устройство D.
40. Пары, недостаточно легкие, чтобы подниматься по трубе 44, конденсируются. Затем по трубе 54 направляются в ловушку 42 для жидкости, и аналогичным образом пары, недостаточно легкие, чтобы подниматься в ловушку 45 для пара после спуска вдоль перегородки 65, падают на дно ловушки 45, и конденсат выводится подается по трубе 17 в приемный резервуар 60 устройства С, который снабжен стеклянными смотровыми датчиками 7" и 8", и из которого он может быть извлечен и возвращен в сырьевой резервуар 1 посредством насоса 61 устройства G и трубы 64.
41. С помощью механизма управления насосом 53 нефтяная фракция подается по обратным трубам 4' и 4, в которых расположен обратный клапан 62 для сброса обратного давления в насосе, и, наконец, поток поступает через верхнюю часть бака А, поскольку исходное сырьё поступало через трубу 2.
42. Более легкие смешанные пары проходят из ловушки 45 через горловину 58 в подходящий конденсационный змеевик из трубы 46, погруженный в резервуар 71 для воды, образующий часть конденсационного устройства D на Fig. 1.
43. Устройство D снабжено трубой 28 для подачи холодной воды и переливной трубой 29, посредством чего в резервуаре 71 может поддерживаться непрерывный поток холодной воды с целью обеспечения полной конденсации паров, проходящих через змеевики трубы.
44. Поскольку часть испаренного исходного неконвертированного сырья может конденсироваться до того, как достигнет конденсатоотводчика D, нижняя часть трубы 54 соединяется с улавливателем жидкости 42 таким образом, чтобы конденсат мог отводиться по трубе 63 в трубу 17, верхний конец которой, в свою очередь, соединен с нижней частью конденсатоотводчика 45, так что весь конденсат, не скопившийся в конденсационном устройстве D, может быть возвращен в резервуар 1 после того, как он собран в приемном резервуаре 60 устройства C.
45. После прохождения через змеевиковый конденсатор и охлаждающий резервуар устройства D дистиллят проходит по трубе 50 в устройство E, резервуар 32 которого, снабженный стеклянными датчиками 7''' и 8''' является емкостью и из которой он может быть извлечен с помощью крана 40, показанного на Fig. 1.
Если статья была вам интересной и полезной, ставьте лайк, а если хотите ежедневно получать новые статьи и узнавать больше о нефтепереработке, то подписывайтесь на канал.
