установка подготовки топлива для котельной установки

Формула изобретения

Установка подготовки топлива для котельной установки, содержащая нагреватель-испаритель, теплообменник подогрева исходного сырья, сырьевой насос и емкости исходного сырья и сбора легких фракций, отличающаяся тем, что установка снабжена вторым сырьевым насосом и тремя последовательно соединенными между собой теплообменниками конденсации легких фракций, первый и второй сырьевые насосы входом подключены к емкости исходного сырья, выход первого сырьевого насоса подключен через теплообменник подогрева исходного сырья к нагревателю-испарителю, который выходом паров подключен к первому из трех последовательно соединенных между собой теплообменников, последний из которых подключен к своей емкости сбора конденсата легких фракций, выход второго сырьевого насоса подключен параллельно к теплообменникам конденсации легких фракций и через последние к нагревателю-испарителю, каждый из последовательно соединенных между собой теплообменников снабжен для поддержания в нем постоянной температуры конденсации паров легких фракций терморегулятором, первый и второй из последовательно соединенных теплообменников подключены через размещенные в емкости исходного сырья змеевики, каждый к своей емкости сбора легких фракций, а нагреватель-испаритель через теплообменник подогрева исходного сырья подключен к емкости для сбора топлива.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение предназначено для подготовки топлива, в частности нефти, используемого в котельных, являющихся источником теплоснабжения отдаленных населенных пунктов.

Технологические схемы существующих малотоннажных установок по переработке углеводородного сырья как отечественных, так и разработанных за рубежом, практически повторяют принципиальные решения крупнотоннажного производства моторного топлива на нефтеперерабатывающих заводах.

Указанные установки включают ректификационные колонны, печи и большое количество другого оборудования, сложного в эксплуатации. Применение на установке трубчатых печей для нагрева сырья делает ее крайне пожароопасной, особенно при низкой технологической обеспеченности, сопутствующей малотоннажному производству (см., Павлова С.П. и др. Промысловая переработка газовых конденсатов и получение моторных топлив. Обзорная серия: Подготовка и переработка газовых конденсатов. Выпуск 3, 1982 г., стр.28).

Данные установки с применением ректификационных колонн усложняют аппаратурное оформление установки, повышают энергоемкость процесса, металлоемкость и стоимость оборудования и в значительной мере усложняют эксплуатацию.

Известна малотоннажная установка для перегонки нефтяного сырья постепенным испарением без применения ректификационных колонн и огневого нагрева (см., патент RU №2110560, кл. C 01 L 1/02, 10.05.1998).

Недостатком данного изобретения являются применение в качестве источника нагрева сырья промысловых парогенераторов ППУ высокого давления насыщенного водяного пара, 11-16 МПа, и громоздкость разделителей фракций периодического действия, отличающихся многоступенчатостью последовательных технологических операций.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является установка подготовки углеводородного сырья для сжигания в котлах, содержащая нагреватель-испаритель, теплообменники подогрева исходного сырья, сырьевой насос и емкости исходного сырья и сбора легких фракций (см., патент RU №2217478, кл. C 10 L 1/04, 27.11.2003).

Однако данная установка не позволяет в ходе подготовки топлива получать одновременно несколько легких фракций в процессе их отгонки, что сужает возможности данной установки. Кроме того, в данной установке отсутствуют средства поддержания постоянной требуемой температуры в теплообменнике конденсации легкой фракции, что не дает возможности разделить легкие фракции между собой в процессе отгонки исходного сырья.

Техническим результатом от использования данного изобретения будет повышение качества подготовки топлива для котельной установки при одновременном раздельном получении нескольких легких фракций исходного сырья, преимущественно нефти.

Указанный технический результат достигается за счет того, что установка подготовки топлива для котельной установки содержит нагреватель-испаритель, теплообменник подогрева исходного сырья, сырьевой насос и емкости исходного сырья и сбора легких фракций, при этом установка снабжена вторым сырьевым насосом и тремя последовательно соединенными между собой теплообменниками конденсации легких фракций, первый и второй сырьевые насосы входом подключены к емкости исходного сырья, выход первого сырьевого насоса подключен через теплообменник подогрева исходного сырья к нагревателю-испарителю, который выходом паров подключен к первому из трех последовательно соединенных между собой теплообменников, последний из которых подключен к своей емкости сбора конденсата легких фракций, выход второго сырьевого насоса подключен параллельно к теплообменникам конденсации легких фракций и через последние к нагревателю-испарителю, каждый из последовательно соединенных между собой теплообменников снабжен для поддержания в нем постоянной температуры конденсации паров легких фракций терморегулятором, первый и второй из последовательно соединенных теплообменников подключены через размещенные в емкости исходного сырья змеевики, каждый к своей емкости сбора легких фракций, а нагреватель-испаритель через теплообменник подогрева исходного сырья подключен к емкости для сбора топлива.

Для отдаленных районов, в частности отдаленных районов Сибири, жизненно важной является сложность доставки топлива в условиях бездорожья. Кроме того, топочные мазуты марки 40 и 100 застывают при положительных температурах, малопарафинистые - при температуре 10°С и 25°С соответственно, высокопарафинистые - при температуре 25°С и 45°С, резко усложняет их транспортировку, при этом необходимо специальное предназначенное для разгрузки оборудование.

Учитывая наличие больших запасов нефти в труднодоступных районах страны Сибири и Дальнего Востока, имеются значительные ресурсы нефти, последняя может быть использована в качестве топлива для котельных установок, поскольку нефть имеет температуру застывания в интервале от -25°С до -35°С. Но нефть имеет низкую температуру вспышки, что может привести к возникновению пожаров по указанной причине и разрушению системы теплоснабжения с необходимостью эвакуации населения.

В процессе нагрева нефти в теплообменниках при конденсации и охлаждении легких фракций и охлаждении топлива температура нефти может быть повышена до температуры выше 200°С. Дальнейший нагрев нефти может быть осуществлен в нагревателе-испарителе, что снижает затраты энергии на нагрев нефти. В результате использование мазута, который не надо транспортировать к месту его использования в качестве топлива, повышается пожаробезопасность котельной установки, а полученные бензиновая, керосиновая и дизельная фракции могут быть использованы по их прямому назначению.

На чертеже представлена установка подготовки топлива для котельной установки.

Установка подготовки топлива для котельной установки содержит нагреватель-испаритель 1, теплообменник 2 подогрева исходного сырья, сырьевой насос 3 и емкости исходного сырья 4 и сбора легких фракций 5, 6, 7, 8. Установка снабжена вторым сырьевым насосом 9 и тремя последовательно соединенными между собой теплообменниками 10, 11, 12 конденсации легких фракций. Первый и второй сырьевые насосы 3 и 9 входом подключены к емкости 4 исходного сырья. Выход первого сырьевого насоса 3 подключен через теплообменник 2 подогрева исходного сырья к нагревателю-испарителю 1, который выходом паров подключен к первому 10 из трех последовательно соединенных между собой теплообменников 10, 11, 12, последний из которых подключен к своей емкости 5 сбора конденсата легких фракций.

Выход второго сырьевого насоса 9 подключен параллельно к теплообменникам 10, 11, 12 конденсации легких фракций и через последние к нагревателю-испарителю 1. Каждый из последовательно соединенных между собой теплообменников 10, 11, 12 снабжен для поддержания в нем постоянной температуры конденсации паров легких фракций терморегулятором, соответственно 13, 14, 15. Нагреватель-испаритель 1 через теплообменник 2 подогрева исходного сырья подключен к емкости 8 сбора топлива. Первый 10 и второй 11 из последовательно соединенных теплообменников подключены через размещенные в емкости исходного сырья змеевики, соответственно 16 и 17, каждый к своей емкости, соответственно 7 и 6 сбора легких фракций.

При запуске устройства в работу, осуществляемого в ручном режиме, открывают терморегуляторы 13, 14, и 15. Включают сырьевые насосы 3, 9 и нефть из емкости 4 исходного сырья с температурой окружающей среды, например 20°С, через теплообменник 2 подогрева исходного сырья и теплообменники 10, 11, 12 конденсации легких фракций подают в нагреватель-испаритель 1. При достижении заданного уровня сырьевые насосы 3 и 9 отключают, а терморегуляторы 13, 14 и 15 закрывают.

После этого включают нагреватель-испаритель 1. Процесс испарения легких фракций начинается при нагреве нефти в нагревателе-испарителе 1 до температуры 40°С, когда из нее начинают выделяться пары бензиновой фракции (начальная температура кипения 40°С, конечная температура кипения 140°С), которые с выхода паров нагревателя-испарителя 1 поступают в теплообменник 10 с температурой 20°С, что приводит к конденсации паров бензиновой фракции и нагреву поданной ранее в теплообменник 10 сырьевым насосом 9 нефти. Дальнейший нагрев нефти в нагревателе-испарителе 1 приводит к росту температуры в теплообменнике 10. Конденсация паров бензиновой фракции нефти в теплообменнике 10 будет продолжаться до тех пор, пока он не прогреется до температуры 140°С.

После этого пары бензиновой фракции начнут поступать из теплообменника 10 в теплообменник 11, где будет происходить процесс, аналогичный процессу, описанному выше в теплообменнике 10. При достижении температуры 140°С в теплообменнике 11 пары бензиновой фракции начнут поступать в теплообменник 12, который они также начинают разогревать, причем теплообменник 12 будет разогрет только до температуры 30°С. В теплообменнике 12 будет происходить окончательная конденсация паров бензиновой фракции со сливом жидкой бензиновой фракции в емкость 5.

По мере нагрева нефти в нагревателе-испарителе 1 свыше 140°С вместе с бензиновой фракцией начинает испаряться керосиновая фракция (начальная температура кипения 140°С, конечная температура кипения 240°С). Смесь бензиновой и керосиновой фракций попадает в теплообменник 10 и начинает в нем разделяться на составляющие. Пары бензиновой фракции через теплообменник 10 и далее через теплообменник 11, разогретый выше 140°С, поступают на конденсацию в теплообменник 12, а керосиновая фракция начнет конденсироваться в теплообменнике 10, пока не разогреет его до температуры выше 240°С, что приведет к поступлению паров керосиновой фракции в теплообменнике 11, в котором температура разогрева не будет превышать 200°С, что приведет к конденсации керосиновой фракции и сливу конденсата из теплообменника 11 в емкость 6. Сливаясь в емкость 6, керосиновая фракция проходит при этом через змеевик 17 и охлаждается в нем нефтью емкости 4 до температуры 30-40°С.

При достижении в нагревателе-испарителе 1 температуры 240°С из нефти начнет выделяться смесь паров, состоящая из бензиновой, керосиновой и дизельной фракций, при поступлении которых в теплообменник 10 пары бензиновой и керосиновой фракций продолжат движение соответственно до теплообменников 12 и 1, а дизельная фракция начнет конденсироваться в теплообменнике 10 и сливаться из последнего в емкость 7. Сливаясь в емкость 7, дизельная фракция проходит при этом через змеевик 16 и охлаждается в нем нефтью емкости 4 также до температуры 30-40°С.

Как только уровень нефти в нагревателе-испарителе 1 упадет ниже заданного, включают сырьевой насос 1 и через теплообменник 2 нефть закачивают в нагреватель-испаритель 1. В теплообменнике 2 нефть нагревается до температуры порядка 200°С за счет сливаемого через теплообменник 2 наработанного в нагревателе-испарителе 1 мазута, который, пройдя теплообменник 2 и охладившись в нем до температуры 80-90°С, сливается в емкость 8.

Для того чтобы устройство работало стабильно, необходимо поддерживать заданную температуру охлаждающей нефти в теплообменниках 10, 11 и 12, которую в них подали сырьевым насосом 9. Для этого терморегуляторы 13, 14 и 15 регулируют на строго определенную температуру срабатывания. В ходе исследования было установлено, что наиболее целесообразно установить температуру в теплообменнике 10-240°С, теплообменнике 11-140°С и теплообменнике 12-30°С.

При превышении температур охлаждающей нефти в теплообменниках 10, 11 и 12 выше заданных величин терморегуляторы, соответственно 13, 14 и 15 приоткрываются, включается сырьевой насос 9 и нефть из емкости 4 поступает в соответствующие теплообменники, замещая излишне нагретую, которая из теплообменников 10, 11 и 12 поступает в нагреватель-испаритель 1 для дальнейшего ее нагрева до температуры порядка 350°С. При снижении температуры в теплообменниках 10, 11 и 12 до заданной величины терморегуляторы 13, 14 и 15 закроются и откроются опять после ее превышения заданной величины. Регулировка режима работы может быть выполнена автоматически путем снабжения устройства соответствующими датчиками, приводами и системой автоматического контроля.