Способ обработки жидких углеводородов и установка для его осуществления

Способ обработки жидких углеводородов и установка для его осуществления

Реферат

 

Изобретение относится к средствам обработки жидких, преимущественно светлых, нефтепродуктов для их очистки и риформинга посредством электромагнитных полей и может широко использоваться в нефтехимической промышленности. Способ обработки жидких углеводородов заключается в том, что жидкие углеводороды предварительно подогревают до состояния пара, затем воздействуют на полученные пары при обеспечении их движения по спирали вдоль емкости для обработки однополярными электромагнитными импульсами мощностью более 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц и охлаждают обработанные пары до состояния жидкой фазы. Установка для обработки жидких углеводородов содержит емкость для обработки углеводородов системой подвода жидких углеводородов и отвода обработанных паров, устройство подогрева жидких углеводородов, устройство охлаждения обработанных паров и генератор однополярных электромагнитных импульсов мощностью более 1 МВт и длительностью менее 1 нс. Емкость для обработки углеводородов выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров, соединенных на одном конце общим дном, а на другом конце заканчивающихся каждый конусной частью, причем внутренняя поверхность наружного цилиндра с конусной частью и наружная поверхность внутреннего цилиндра с конусной частью соединены соответственно с оплеткой кабеля и его центральной подводящей жилой. Патрубок подвода расположен вблизи конусной части емкости под углом 70-80^o к продольной оси емкости. Изобретение улучшает качественные характеристики жидких углеводородов, такие как содержание смол, серы и октановое число. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 1 табл. , 1 ил.

Изобретения относятся к средствам обработки жидких, преимущественно светлых, нефтепродуктов для их очистки и риформинга посредством электромагнитных полей и могут широко использоваться в нефтехимической промышленности.

Известны способ обработки жидких углеводородов с помощью магнитного поля и установка для его осуществления, описанные в пат. РФ 2121595 "Способ модификации горюче-смазочных материалов и модификатор" по кл. F 02 М 27/04, C 10 G 32/02, з. 03.07.97, оп. 10.11.98.

Известный способ заключается в воздействии на горюче-смазочные материалы (ГСМ) переменного магнитного поля, частоту которого увеличивают от начала обработки к концу.

Установка для обработки ГСМ содержит спиральный трубопровод с входным и выходным патрубками и установленный на нем многополюсный постоянный магнит, выполненный в виде двух кольцевых пластин, каждая из которых лежит в плоскости, параллельной плоскости спирали, а другая - с противоположной.

Изменение частоты магнитного поля в процессе обработки приводит к значительному снижению сил поверхностного натяжения в углеводородных жидкостях, активному перемешиванию потока, что обеспечивает улучшение смазывающих и моющих свойств топлива (для очистки камеры сгорания), а также существенно увеличивает полноту сгорания за счет лучшего контакта топлива с кислородом.

Выполнение трубопровода в виде спирали с расположенными с обеих сторон кольцевыми магнитами обеспечивает обработку ГСМ в постоянно изменяющемся по частоте магнитном поле в процессе передвижения жидкости по трубопроводу.

Однако известные средства улучшают лишь эксплуатационные свойства ГСМ, такие как полнота сгорания топлива, моющие свойства, уменьшение содержания вредных выбросов в отработавших газах, но не изменяют его качественные характеристики.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемым являются способ обработки жидких углеводородов посредством электромагнитных полей и установка для его осуществления, описанные в пат. РФ 2098454 "Способ обработки жидких углеводородов и устройство для его осуществления" по кл. C 10 G 32/02, B 01 J 19/12, з. 25.11.93, oп. 10.12.97 и выбранные в качестве прототипов.

Известный способ обработки жидких углеводородов заключается в том, что на жидкие углеводороды воздействуют импульсным магнитным полем напряженностью 810⁵-210⁶ А/м с частотой импульсов 700-800 Гц и длительностью импульсов 0,02-0,009 с, при этом обработку проводят в течение действия 1-5 импульсов непосредственно перед использованием жидких углеводородов.

Известная установка содержит емкость для обработки жидких углеводородов, системы подвода и отвода жидких углеводородов, в каждой из которых установлены управляемые дроссели и запорные краны, а также возбудитель электромагнитного поля, выполненный в виде соленоида, токопроводящая обмотка которого охватывает емкость для обработки жидких углеводородов.

Недостаток известных средств обработки заключается в следующем. С их помощью изменяется макроструктура молекул обрабатываемых углеводородов, что изменяет их физико-химические свойства, такие как вязкость, температура вспышки, стабилизирует процесс их сгорания, уменьшая токсичность отработавших газов, т. е. улучшаются их технологические (эксплуатационные) свойства, а качественные характеристики, такие как содержание вредных примесей в самих жидких углеводородах (в частности, смолы и сера) и октановое число, не изменяются. Это объясняется тем, что обработка ведется фактически магнитным полем, которое не может изменить атомно-молекулярной структуры обрабатываемых жидких углеводородов.

Целью заявляемой группы изобретений является улучшение качественных характеристик жидких углеводородов, таких как содержание смол, серы и октановое число.

Поставленная цель достигается тем, что: - в способе обработки жидких углеводородов, заключающемся в том, что на жидкие углеводороды воздействуют электромагнитными импульсами, согласно изобретению перед обработкой жидкие углеводороды подогревают до состояния пара, затем воздействуют на эти пары при обеспечении движения их по спирали вдоль емкости для обработки однополярными электромагнитными импульсами тока мощностью более 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц, а далее охлаждают их до состояния жидкой фазы; - в установке для обработки жидких углеводородов, содержащей емкость для обработки углеводородов с системой их подвода и отвода и возбудитель электромагнитных импульсов, связанный с емкостью для обработки, согласно изобретению возбудитель электромагнитных импульсов представляет собой генератор однополярных импульсов мощностью более 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц, емкость для обработки углеводородов выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров, соединенных на одном конце общим дном, а на другом заканчивающихся конусной частью, соединенной с генератором однополярных электромагнитных импульсов через кабель, и согласована с последним по волновому сопротивлению, система подвода представляет собой патрубок, расположенный вблизи конусной части наружного цилиндра емкости для обработки под углом 70-80^o к продольной оси емкости, а система отвода выполнена в виде патрубка, расположенного на наружном цилиндре вблизи общего дна цилиндров, причем в установку введены дополнительно устройство подогрева жидких углеводородов до состояния пара, выполненное с возможностью регулирования температуры подогрева в зависимости от вида жидких углеводородов и подсоединенное к патрубку подвода, и устройство охлаждения пара до состояния жидкой фазы, выполненное с возможностью регулирования температуры охлаждения в зависимости от вида охлаждаемых углеводородов, подсоединенное к патрубку отвода.

При этом установка для обработки жидких углеводородов может быть смонтирована на передвижной платформе.

Использование однополярных электромагнитных импульсов тока, которые являются характерной особенностью несинусоидального (непериодического) электромагнитного поля, приводит к отсутствию осциллирующих колебаний в излучаемом поле, следствием чего является наличие характерного пространственно-временного направления действия силы за время одного импульса с мощной энергетикой. Согласованность по волновому сопротивлению емкости для обработки и кабеля генератора практически исключает потери мощности.

Воздействие очень коротких (менее 10^-9 с) и очень мощных (более 1 МВт) импульсов на жидкие углеводороды приводит к их импульсному радиолизу. В частности, характерной особенностью импульсного радиолиза органических жидкостей, к которым относятся и углеводороды, является образование сольватированных электронов e^-_s, которые являются одними из активных реагентов, вызывающих отщепление атомов водорода от насыщенных соединений и присоединение его к ненасыщенным. Сильными реагентами являются и отщепленные атомы водорода, действующие аналогично сольватированным электронам (см. Э. Харт и М. Анбар "Гидратированный электрон", М. : Атомиздат, 1973, стр. 143-175).

Реакции сольватированных электронов e^-_s и атомов водорода с органическими соединениями приводят к окислительно-восстановительным реакциям, в результате которых происходит выпадение в осадок смол и выделение сероводорода, т. е. удаление серы из углеводорода, а также повышение содержания изооктана, т. е. октанового числа.

Предварительный подогрев с помощью регулируемого по температуре устройства подогрева жидких углеводородов до состояния пара облегчает описанное выше воздействие электромагнитных импульсов на углеводороды, поскольку в этом состоянии их частицы не связаны между собой молекулярными силами притяжения и хаотически движутся, заполняя возможный объем. Спиралеобразное движение паров в емкости для обработки, обусловленное углом ввода их в емкость через наклонный патрубок подвода, увеличивает время взаимодействия паров с электромагнитными импульсами.

Охлаждение обработанных паров до состояния жидкой фазы посредством регулируемого по температуре устройства охлаждения позволяет получить обработанные углеводороды в виде, готовом для использования, завершая цикл обработки.

В сравнении с прототипом заявляемый способ обработки обладает новизной, отличаясь от него такими существенными признаками как предварительный подогрев жидких углеводородов до состояния пара, обработка полученного пара при движении его по спирали в емкости для обработки с помощью очень мощных (>1 МBт) и очень коротких (<1 нс) однополярных электромагнитных импульсов и последующее охлаждение обработанных углеводородов до состояния жидкой фазы, обеспечивающих в совокупности заданный результат.

В сравнении с прототипом заявляемая установка для обработки также обладает новизной, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение возбудителя электромагнитных импульсов в виде генератора мощных коротких однополярных импульсов, емкости для обработки в виде коаксиальных цилиндров с конической частью на одном конце и общим дном на другом конце, согласованной по волновому сопротивлению с кабелем генератора, наличием регулируемых по температуре устройств подогрева жидких углеводородов до состояния пара и охлаждения паров до состояния жидкой фазы, выполнением системы подвода и отвода в виде патрубков, размещенных соответственно в начале и конце емкости при размещении патрубка подвода под углом 70-80^o к продольной оси емкости, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, имеющие признаки, совпадающие с перечисленными выше отличительными признаками заявляемых способа и установки для обработки жидких углеводородов, причем названные способ и установка не следуют явным образом из известного уровня техники и в литературе не подтверждена известность влияния отличительных признаков на достигаемый (указанный) заявителем результат, поэтому он считает, что заявляемые технические решения соответствуют критерию "изобретательский уровень".

Заявляемые способ и установка для обработки жидких углеводородов могут найти широкое применение в нефтехимической промышленности, поэтому соответствуют критерию "промышленная применимость".

Изобретения иллюстрируется чертежом, где показана общая схема установки для обработки жидких углеводородов.

Способ обработки жидких углеводородов заключается в том, что жидкие углеводороды предварительно подогревают до состояния пара, затем воздействуют на полученные пары при обеспечении их движения по спирали вдоль емкости для обработки однополярными электромагнитными импульсами мощностью более 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц, затем охлаждают обработанные пары до состояния жидкой фазы.

Установка для обработки жидких углеводородов содержит (см. чертеж) емкость 1 для обработки углеводородов с патрубком 2 подвода жидких углеводородов и патрубком 3 для отвода обработанных паров, устройство 4 подогрева жидких углеводородов, соединенное с патрубком 2, устройство 5 охлаждения обработанных паров, подсоединенное к патрубку 3, и генератор 6 однополярных электромагнитных импульсов, соединенный с емкостью 1 для обработки посредством кабеля 7. При этом емкость 1 для обработки углеводородов выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров 1' и 1'', соединенных на одном (выходном) конце общим дном 8, а на другом (входном) конце заканчивающихся каждый конусной частью 9, причем внутренняя поверхность наружного цилиндра 1' с конусной частью 9' и наружная поверхность внутреннего цилиндра 1'' с конусной вершиной 9'' соединены соответственно с оплеткой кабеля 7 и его центральной подводящей жилой. Такая форма емкости 1 для обработки при выборе ее размеров из условия: W = 60 ln A₂/A₁, где W - волновое сопротивление коаксиальной линии; ln - натуральный логарифм; А₂ - внутренний диаметр наружного цилиндра; А₁ - наружный диаметр внутреннего цилиндра (см. Г. З. Айзенберг "Антенны ультракоротких волн", М. , 1957 г. , стр. 67), обеспечивает согласование емкости 1 для обработки с кабелем 7 генератора 6 по волновому сопротивлению, облегчаемое за счет наличия конусной части 9 и сводящее к минимуму потери мощности при поступлении электромагнитных импульсов в емкость 1. Патрубок 2 подвода расположен вблизи конусной части 9 емкости 1 под углом 70-80^o к продольной оси емкости, патрубок 3 отвода размещен вблизи дна 8 емкости 1.

Устройство 4 подогрева жидких углеводородов может быть выполнено, например, в виде трубчатой печи 10 с теплообменной камерой 11, снабженной на входе в топку печи 10 регулирующим подачу топлива и воздуха вентилем 12.

Устройство 5 охлаждения пара может представлять собой, в частности, несколько размещенных последовательно и соединенных между собой холодильников 13, теплообменников 14 и емкостей 15. Регулирующим элементом 16 могут служить, например, заслонки, изменяющие расход охлаждающего воздуха.

Генератор 6 однополярных электромагнитных импульсов представляет собой, в частности, устройство, описанное в пат. РФ 2004064 "Формирователь наносекундных импульсов" по кл. Н 03 К 3/33, з. 05.06.91, оп. 30.11.93.

Установка может быть смонтирована на передвижной платформе (на чертеже не показано).

Заявляемый способ обработки жидких углеводородов может быть осуществлен с помощью заявляемой установки следующим образом.

Жидкие углеводороды (нефтепродукты), подлежащие обработке, подают на подогрев в устройство 4 подогрева - в трубчатую печь 10. Углеводороды в виде нефтепродуктов поступают в печь 10, где образующиеся при сгорании топлива в печи горячие газы поднимаются в теплообменную камеру 11 и нагревают подаваемые сбоку нефтепродукты до температуры, при которой они возгоняются до состояния пара. С помощью вентиля 12 можно регулировать подачу топлива и воздуха, изменяя температуру подогрева углеводородов.

Из печи 10 через наклонно установленный патрубок 2 нефтепродукты в виде паров поступают в емкость 1 для обработки и начинают движение по спирали внутри емкости 1, где подвергаются воздействию поступающих с генератора 6 однополярных электромагнитных импульсов мощностью более 1 МВт и длительностью менее 1 нс. В течение часа обрабатывается примерно от 1 до 3 кубометров нефтепродуктов, в зависимости от вида сырья. При этом происходит импульсный радиолиз паров, при котором образуются очень активные реагенты - сольватированные электроны e^-_s, достаточно легко вызывающие отщепление атомов водорода от молекул газа углеводородов за счет того, что именно в газах молекулы не связаны друг с другом и находятся в хаотическом движении. Взаимодействие сольватированных электронов и атомов водорода с органическими соединениями, каковыми являются нефтепродукты, приводит к окислительно-восстановительным реакциям, в частности, образованию Н₂S и выделению его в виде газа, а также дополнительному образованию изооктана и выпадению в осадок смол. Это улучшает качественные характеристики обрабатываемых углеводородов, уменьшая в них содержание серы и смол, а также повышая октановое число.

Обработанные пары через патрубок 3 выводятся из емкости 1 и поступают в устройство 5 охлаждения, где проходят последовательно через холодильники 13 и теплообменники 14, охлаждаются и частично конденсируются за счет подаваемого, например, с помощью вентилятора воздуха. Жидкость, получаемая в результате конденсации из холодильника 13', проходя через теплообменник 14', охлаждается и поступает в емкость 15'. Несконденсировавшиеся в холодильнике пары поступают далее в холодильник 13', где они также последовательно охлаждаются и частично конденсируются. Далее процесс повторяется аналогично вышеописанному, пока все пары не перейдут в жидкую фазу соответствующей фракции. Температура в холодильниках поддерживается в заданном диапазоне за счет изменения расхода охлаждающего воздуха открытием-закрытием заслонок 16.

В сравнении с прототипом заявляемые способ обработки жидких углеводородов и установка для его осуществления обеспечивают улучшение качественных характеристик жидких углеводородов, таких как содержание серы, смол и октановое число.

Результаты измерения указанных характеристик до и после обработки приведены в таблице.

Формула изобретения

1. Способ обработки жидких углеводородов, заключающийся в том, что на жидкие углеводороды воздействуют электромагнитными импульсами, отличающийся тем, что перед обработкой жидкие углеводороды подогревают до состояния пара, затем воздействуют на этот пар при обеспечении движения его по спирали вдоль емкости для обработки однополярными электромагнитными импульсами тока мощностью более 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц и далее охлаждают до состояния жидкой фазы.

2. Установка для обработки жидких углеводородов, содержащая емкость для обработки с системой их подвода и отвода и возбудитель электромагнитных импульсов, связанный с емкостью для обработки, отличающаяся тем, что возбудитель электромагнитных импульсов представляет собой генератор однополярных импульсов мощностью более 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц, емкость для обработки выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров, соединенных на одном конце общим дном, а на другом - заканчивающихся конусной частью, соединенной с генератором через кабель, и согласована с последним по волновому сопротивлению, система подвода представляет собой патрубок, подсоединенный к наружному цилиндру возле его конусной части и расположенный под углом 70-80^o к продольной оси емкости, а система отвода выполнена в виде патрубка, подсоединенного к наружному цилиндру вблизи общего дна цилиндров, причем в установку введены дополнительно устройство подогрева жидких углеводородов до состояния пара, выполненное с возможностью регулирования температуры подогрева и подсоединенное к патрубку подвода, и устройство охлаждения пара до состояния жидкой фазы, выполненное с возможностью регулирования температуры охлаждения, подсоединенное к патрубку отвода.

3. Установка для обработки жидких углеводородов по п. 2, отличающаяся тем, что она смонтирована на передвижной платформе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2