способ получения диспергированного мазутного топлива и диспергированное мазутное топливо

Формула изобретения

1. Способ получения диспергированного мазутного топлива, включающий смешивание в камерах смешения предварительно подогретого до температуры 50-60°С мазута М 40 и/или М 100, взятого в количестве 35-60 мас.%, с керосиногазойлевой фракции, имеющей температуру кипения 180-350°С, в количестве 1-40 мас.%, с последующей подачей полученной смеси с температурой 50-60°С в эмульгирующее ультразвуковое устройство с получением тонкодисперсной смеси и вводом в полученную смесь 25-50 мас.% нефтегазоконденсатной смеси, содержащей смесь стабилизированного газового конденсата с содержанием в нем фракции C₁-C₄ в количестве не более 0,3-1,0 мас.%, с 5-95 мас.% нефти или нефтешлама, и перемешивание их до выравнивания температуры в смесителе с последующей подачей полученной смеси в эмульгирующее ультразвуковое устройство с получением готового продукта.

2. Диспергированное мазутное топливо, полученное способом по п.1.

Описание изобретения к патенту

Заявленная группа изобретений, способ получения диспергированного мазутного топлива и диспергированное мазутное топливо относятся к области совершенствования нефтепереработки и предназначено в качестве технологического топлива на промышленных предприятиях, на предприятиях электро- и теплоснабжения, на судах речного и морского флота, в том числе, как судовое топливо.

Известен способ получения диспергированного мазутного топлива в виде топлива мазутного суперлегкого, включающий смешение подогретого мазута марки М 40 и/или M100 и стабилизированного газового конденсата в определенной пропорции, где мазут топочный с температурой мазута 50°С и стабилизированный газовый конденсат с температурой 20°С под давлением до 3 атм в заданной пропорции подают в камеру смешения компонентов, затем полученная смесь поступает в эмульгационное устройство, где она подвергается ультразвуковой обработке для получения из топливной смеси тонкодисперсной композиции и последующему смешению двух и более потоков тонкодисперсной композиции топливной смеси с постоянно поддерживаемой температурой 50-60°С в камере интенсивного смешения за счет организации перемешивания встречными потоками под давлением и транспортировке готового продукта в емкости накопителей, объединенные системой циркуляции, подвергая готовый продукт постоянной циркуляции под давлением до 2 атм и прохождению через эмульгационное устройство (см. описание к патенту RU № 2278149, опубл. 20.06.06, Бюл. № 17). Топливо, изготовленное этим способом, имеет низкое содержание серы и вредных веществ, пониженную коксуемость, что способствует увеличению срока службы при применении его как топлива на судах морского и речного транспорта. Кроме того, это топливо имеет низкую плотность (от 930 до 850 кг/м³) при 20°С, вязкость не более 2° ВУ при 80°С, что упрощает транспортировку в холодное время года. При этом увеличивается текучесть и время жизни получаемого продукта, улучшаются экологические показатели топлива на единицу теплоемкости за счет применения простого технологического оборудования. Однако топливо, изготовленное этим способом, не обладает высокой воспроизводимостью потребительских свойств и имеет широкий диапазон изменения параметров, зависящих от партии поступающего сырья и его места происхождения, таких как плотность, температура вспышки, теплота сгорания, температура текучести и т.п. Это является результатом того, что в применяемом способе в камере смешения суммарная температура не превышает 30°С, что является критической величиной для вязких компонентов.

Более близким по сущности и достигаемому результату является способ получения диспергированного мазутного топлива в виде топлива мазутного маловязкого, включающий (см. описание к патенту RU № 2311443, опубл. 27.11.07, Бюл. № 33) смешивание подогретого мазута марки М 40 и/или M100 со стабилизированным газовым конденсатом (СГК), содержащим фракцию С₁-С₄ в количестве не более 0,3-1,0 мас.%, в заданном соотношении в камере смешения, подачу смеси в эмульгирующее ультразвуковое устройство с получением тонкодисперсной композиции. При этом предварительно смешивают газовый конденсат при температуре 20-30°С с керосиногазойлевой фракцией в количестве 1-40 мас.% в расчете на конечный продукт, который имеет температуру выкипания 180-350°С с последующей обработкой полученной композиции в ультразвуковом устройстве с получением тонкодисперсной смеси, и подачей предварительно нагретого до 60°С мазута в полученную тонкодисперсную смесь и дополнительной обработкой всей смеси в ультразвуковом устройстве с получением высокогомогенного целевого продукта, содержащего, мас.%:

Мазут	35-60
Газовый конденсат	25-50
Керосиногазойлевая фракция	1-40

Недостатком этого способа является тот факт, что за счет высокой вязкости основной составляющей - топочного мазута (М 40 и/или M100) по сравнению с другой составляющей - газовым конденсатом и высокой разницей в температурах вспышки этих компонентов приходится проводить процесс (смешение и гомогенизацию) на второй стадии при пониженных температурах, т.е. при 20-30°С. Эта температура является критической по текучести мазутов, особенно крекинговых и парафинизированных. В результате снижается скорость приготовления композиции, повышаются потери, особенно по вязкой составляющей, нарушается компонентный состав.

Известно диспергированное мазутное топливо в виде топлива мазутного суперлегкого (см. описание к патенту RU № 2278149, опубл. 20.06.06, Бюл. № 17), представляющее собой смесь газового конденсата с содержанием в нем фракции C₁-С₄ в количестве не более 0,3-1,0 мас.% и топочного мазута марки М 40 и/или M100 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

газовый конденсат	25,0-50,0
топочный мазут	50,0-75,0

Данное топливо имеет низкое содержание серы и вредных веществ, пониженную коксуемость, что способствует увеличению срока службы при применении его как топлива на судах морского и речного транспорта. Кроме того, это топливо имеет низкую плотность (от 930 до 850 кг/м³ ) при 20°С, вязкость не более 2° ВУ при 80°С, что упрощает транспортировку в холодное время года. При этом увеличивается текучесть и время жизни получаемого продукта, улучшаются экологические показатели топлива на единицу теплоемкости за счет применения простого технологического оборудования. Однако данное топливо не обладает высокой воспроизводимостью потребительских свойств и имеет широкий диапазон изменения параметров, зависящих от партии поступающего сырья и его места происхождения, таких как плотность, температура вспышки, теплота сгорания, температура текучести и т.п. Известно также топливо на основе мазута M100, имеющее состав:

Мазут М 100	30-3000 тонны
Нефтепродукты или отходы	10-1000 тонны
Газовый конденсат	3-1000 тонны
Нефть	10-1000 тонн

(RU 2000131893 А, 27.11.2002). Однако данное топливо не обладает высокой дисперсностью и устойчивостью и не пригодно для длительного хранения.

Известно принятое за прототип, наиболее близкое к заявленному топливу по составу и качественным характеристикам диспергированное мазутное топливо в виде топлива мазутного маловязкого (см. описание к патенту RU № 2311443, опубл. 27.11.07, Бюл. № 33), созданное на основе топочного мазута марки М 40 и/или M100 и стабилизированного газового конденсата с содержанием в нем фракции C₁-С₄ в количестве не более 0,3-1,0 мас.%, дополнительно содержащее керосиногазойлевую фракцию с температурой кипения 180-350°С при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мазут	35-60
Газовый конденсат	25-50
Керосиногазойлевая фракция	1-40

Данное топливо обладает более высокой воспроизводимостью потребительских свойств и не имеет широкого диапазона изменения параметров, зависящих от партии поступающего сырья и его места происхождения, таких как плотность, температура вспышки, теплота сгорания, температура текучести и т.п. Однако данное топливо не обладает достаточной и прогнозируемой точностью воспроизводимых потребительских свойств на длительный период.

Целью заявленной группы изобретений является повышение технологичности получения топлива и повышение качества полученного топлива с высокой воспроизводимостью прогнозируемых потребительских свойств.

Поставленная цель достигается способом получения диспергированного мазутного топлива, включающим предварительное смешивание в камере смешения мазута М 40 и/или М 100, подогретого до температуры 50-60°С с 1-40 мас.% керосиногазойлевой фракцией, имеющей температуру кипения 180-350°С, с последующей подачей полученной смеси с температурой 50-60°С в эмульгирующее ультразвуковое устройство с получением тонкодисперсной смеси. Затем в полученную смесь вводят 25-50 мас.% нефтегазоконденсата, содержащего смесь газоконденсата с содержанием в нем фракции C₁-C₄ в количестве не более 0,3-1,0 мас.%, с 5-95 мас.% нефти или нефтешлама и производят смешивание нефтегазоконденсата до выравнивания температуры в смесителе с последующей подачей полученной смеси в эмульгирующее ультразвуковое устройство с получением готового продукта.

Поставленная цель достигается также диспергированным мазутным топливом, полученным вышеописанным способом.

Конкретный способ получения указанного топлива заключается в том, что в предварительно подогретый до 50-60°С мазут М 40 и/или М 100 в заданном соотношении компонентов вводят керосиногазойлевую фракцию, имеющую температуру кипения 180-350°С и предварительно смешивают при температуре 50-60°С. При выравнивании температуры полученная композиция поступает в гомогенизатор с ультразвуковым воздействием для достижения высокой степени гомогенности топливной композиции. Процесс проводят, используя устройство типа ЭЦ-50000, УСМ 35/10 или аналогичное. Затем полученная смесь поступает во второй смеситель, где в полученную смесь вводят нефтегазоконденсатную смесь с содержанием в нем фракции С₁-С₄ в количестве не более 0,3-1,0 мас.% и содержанием нефти или нефтешлама от 5 до 95 мас.%. При выравнивании температуры полученная композиция поступает во второй гомогенизатор с наложением ультразвука. Как и на первой стадии для смешивания используют акустическое устройство ЭЦ-50000 или УСМ 35/10, но можно и аналогичные акустические установки. При завершении способа получается готовое диспергированное мазутное топливо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мазут	35-60
Керосиногазойлевая фракция	1-40
Нефтегазоконденсатная смесь
с содержанием нефти или нефтешлама 5-95 мас.%.	50-25

Полученное вышеописанным способом диспергированное мазутное топливо содержит керосиногазойлевую фракцию, имеющую температуру кипения 180-350°С, и стабилизированный газовый конденсат с содержанием в нем фракции C₁-C₄ в количестве не более 0,3-1,0 мас.%, и дополнительно включает нефтегазоконденсат, содержащий газовый конденсат в смеси с 5-95 мас.% нефти или нефтешлама при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мазут	35-60
Керосиногазойлевая фракция	1-40
Нефтегазоконденсатная смесь
с содержанием нефти или нефтешлама 5-95 мас.%	25-50

Таким образом, получают готовый продукт определенного объема, который накапливается в процессе его изготовления. В качестве керосиногазойлевой фракции (КГФ) были использованы:

- топливо судовое маловязкое (ТСМ) по ТУ 38-101567-2000 (1);

- топливо дизельное летнее (Л02.62) по ГОСТ 305-82 (2);

- керосин технический по ТУ 38-601-22-70-97 (3);

- топливо судовое (ИСО-Ф-ДМА) по ТУ 38.401-58-302-2001 (4).

В качестве мазутов использован мазут М 40 и/или мазут M 100.

Результаты испытаний полученной топливной композиции и запредельных значений представлены в примерах, описанных ниже.

В таблице 1 представлены примеры полученных составов ДМТ.

В таблице 2 представлены свойства исходных составляющих для производства ДМТ и сравнительные свойства прототипа ТММ (50% и 75% мазута в составе).

В таблице 2 текста заявки приведены показатели - «потери % об. (гомог.)», «степень гомоген. мкм» и «Т проц.°С (гомог.)».

1. «потери % об. (гомог.)» - показатель, определяющий объемные потери продукта (нефтепродукты, компоненты смесей, прототипы, ДМТ), определяемые по фракционному составу (для каждой фракции и суммарно) после гомогенизации данного продукта в указанном в тексте заявки режиме, в сравнении с фракционным составом данного продукта до гомогенизации. Способ определения фракционного состава по ГОСТ8674-58 (метод Папок, Зусевой, Данилина). Потери связаны с дегазацией и частичным испарением легких фракций, растворенных в продукте и образующихся в процессе гомогенизации.

2. «Т проц. °С (гомог.)» - показатель температуры продукта в процессе гомогенизации, определяемый непосредственно термометром либо другим известным способом.

Температура продукта растет в процессе обработки (гомогенизации) пропорционально времени обработки.

«Степень гомоген. мкм.» - показатель, определяющий эффективность процесса гомогенизации на размер (измельчение) макрочастиц обрабатываемого продукта. Наиболее простой способ определения - микроскопические исследования и измерение среднестатистического размера частиц (глобул) продукта, прошедшего гомогенизацию, в ограниченном поле контроля микроскопа, и усреднение этих данных по нескольким полям.

Другой, более сложный и точный способ основан на определении размера частиц при измерении оптической плотности раствора нефтепродукта в углеводородном растворителе на приборе КФК-3-1 при двух длинах волн с учетом показателя преломления.

Наиболее правильно назвать этот показатель степенью дисперсности после гомогенизации. В таблице 3 представлены сравнительные свойства СГК и НГКС различных месторождений. Из таблицы 3 следует, что такие параметры, как плотность, вязкость, температура вспышки, температура текучести становятся ближе к аналогичным показателям топочных мазутов с увеличением нефтяной составляющей в НГКС.

Таким образом, предлагаемая группа изобретений имеет технологический результат, который заключается в получении такого диспергированного мазутного топлива (ДМТ), которое обладает более близкими параметрами составляющих его компонентов (НГКС и М 40 и/или M 100), такими как вязкость, температура вспышки, температура текучести, плотность, что в свою очередь позволяет повысить рабочую температуру в камере смешения и гомогенизации до 50-60°С и рабочее давление (насыщенных паров). В результате понижаются технологические потери компонентов (особенно вязких) на стенках и в магистралях системы, повышается качество и степень гомогенизации, увеличивается скорость переработки компонентов мазута. Все это в совокупности приводит к получению ДМТ высокой дисперсности и устойчивости.

Как известно, на предприятиях по производству и хранению нефтепродуктов с низкой текучестью (мазутов, битумов и др.), а также на железнодорожных и морских терминалах часто применяют НГКС для промывки и дренажа емкостей и трубопроводов. Удаляемые нефтешламы в составе НГКС подлежат утилизации, что является дорогостоящим и экологически грязным производством.

Использование удаляемых нефтешламов в составе НГКС при содержании в НГКС 5-95 мас.% нефти обеспечивает возможность повышения экологических показателей производства в целом, техническая же эффективность их та же, что и в случае использования нефти. Предложенное ДМТ с использованием НГКС, в том числе и промывных НГКС, не влияет на качество готового продукта. Это позволяет вторично использовать отработанные продукты и тем самым сократить объем экологически вредных производств. Получаемое же ДМТ, как было сказано выше, обладает высокой дисперсностью и устойчивостью и пригодно для длительного хранения.

Таблица № 1
Варианты полученных топливных композиций.
Содерж. мас.%	M 100(40)	НГКС	КГФ	Содерж. нефти в НГКС	Прим.
№ обр.
1	35	50	15	5
2	35	50	15	50
3	35	50	15	95
4	35	35	30	5
5	35	35	30	50
6	35	35	30	95
7	35	25	40	5
8	35	25	40	50
9	35	25	40	95
10	47	50	3	5
11	47	50	3	50
12	47	50	3	95
13	47	35	18	5
14	47	35	18	50
15	47	35	18	95
16	47	25	28	5
17	47	25	28	50
18	47	25	28	95
19	60	39	1	5
20	60	39	1	50
21	60	39	1	95
22	60	35	5	5
23	60	35	5	50
24	60	35	5	95
25	60	25	15	5
26	60	25	15	50
27	60	25	15	95

Таблица № 2
Свойства ДМТ в сравнении с компонентами и прототипом.
Свойство	Плотн. кг/м3 (20С)	ВУ (80С)	Р нас. паров мм рт.ст.	Т всп. °С	Т тек. °С	Потери % об. (гомог.)	Т проц. °С (гомог.)	Степень гомоген. мкм.	Прим.
Образец
М 100	935	8,0	50	180	-	до 5	60	3-6	0,5% воды
НГКС (5%)	780	-	700	-35 (зак)	-	-	-	-
НГКС (50%)	810	-	400	-20	-	-	-	-
НГКС (95%)	856		300	-20	-	-	-	-
КГФ (ТСМ)	836	-	-	60	-	-	-	-
КГФ (Л02-62)	840	-	-	65	-	-	-	-
КГФ (керосин техн.)	815	-	-	45	-	-	-	-
КГФ (ИСО-ФД)	810	-	-	70	-	-	-	-
ТММ (60%)	885	3,2	100	57	-5	1-3	40-45	3-5
ТММ (35%)	865	2,5	150	50	-10	до 2	40-45	2-5
ДМТ 1	840	2,5	100	35	0	менее 1	50-60	1-5
ДМТ 2	845	2,9	100	37	0	менее 1	50-60	1-5
ДМТ 3	850	3,1	100	40	0	менее 1	50-60	1-5
ДМТ 4	870	3,3	100	45	0	менее 1	50-60	1-5
ДМТ 5	880	3,4	100	55	0	менее 1	50-60	1-5
ДМТ 6	830	1,9	100	30	-2	менее 0,5	50-60	1-5
ДМТ 7	835	2,0	100	35	-2	менее 0,5	50-60	1-5
ДМТ 8	840	2,2	100	40	-2	менее 0,5	50-60	1-5
ДМТ 9	850	2,3	100	42	-2	менее 0,5	50-60	1-5
ДМТ 10	865	2,6	100	50	-2	менее 0,5	50-60	1-5
ДМТ 1 (6) - 5% нефтяной составляющей (нс),
ДМТ 2 (7) - 25% нс,
ДМТ 3 (8) - 50% нс,
ДМТ 4 (9) - 75% нс,
ДМТ 5 (10) - 95% нс.
ДМТ 1-5 - для содержания мазутной составляющей 60 мас.%
ДМТ 6-10 - для содержания мазутной составляющей 35 мас.%

Таблица № 3
Сравнительные свойства составляющих компонентов ДМТ.
Свойство	СГК Уренгой	СГК Кубань	Нефть Урал	Нефть Зап. Сибирь	НГКС 5%	НГКС 55%	НГКС 95%	Прим.
Плотн. кг/м3	736	728	856	851	780	800	856
Вязкость сСт при 20°С	1,05	0,78	11,9	7,87	3,4	5,1	10,3
Т всп. (закр.т.) °С	-	-	-20	32	-35	-20	-20
Т тек. °С	-	-	-25	-20	-	-	-
Т нач. кип. °С	32	31	88	85	45	53	78
Т заст. °С	-67	-39	-29	-28	-56	-38	-30