Способ извлечения гелеподобного концентрата при обработке углеводородных масел

Способ извлечения гелеподобного концентрата при обработке углеводородных масел

Реферат

Изобретение относится к промышленной технологии извлечения из углеводородных масел химических элементов Au, и/или V, и/или Ni, и/или Al, и/или Ca, и/или S, и/или Si, и/или P, и/или Co в виде металлоорганических кластеров, состоящих из металлического ядра, покрытого снаружи слоем тиолов, органических сульфидов, создающих замкнутую оболочку.

Термин «кластер» используется в настоящем описании и в прилагаемой формуле изобретения в общем смысле и служит описанием макромолекулы с содержанием металлизированных молекул во внутренней и гетероорганическими лигандами во внешней сфере.

В состав нефти входит огромное количество металлоорганических, коллоидных и иных химических и композиционных соединений, содержащих большое разнообразие элементов [Б.Тиссо, Д.Вельте. Образование и распределение нефти. М., Мир, 1981]. Однако до 70-х годов XX века многие из них даже не определялись в ее составе методами аналитической химии, ввиду того, что они содержатся внутри гетероатомных кластерных образований размерами 1-100 нм [Суздалев И.П., Физика-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. М., «КомКнига», 2005], обладающих способностью возгоняться вместе со светлыми фракциями нефти, не оставляя следов в золе углеводородного сырья.

Появление высокочувствительного нейтронно-активационного метода анализа позволило узнать о присутствии в нефти многих элементов, например металлов, в том числе благородных [Определение рассеянных элементов в нефти и нефтяных фракциях методом нейтронной активации. Berkutova I.D., Viunova E.S., Jalnina T.I., Zlotova I.M., Yakubson K.I. Dossage des elements-traces dans les petroles et leurs fractions par la methode d'activation aux neutrons. «J.Radional. Chem.», 1973, 18, №1-2, 119-132 (франц)]. Но и этот метод не позволяет получать достоверные количественные результаты из-за высокой температуры в реакторе при облучении проб тепловыми нейтронами, вследствие чего содержание металлов в результатах анализа сильно занижено.

Из уровня техники известны способы обработки углеводородных масел электростатическим, магнитным и ультразвуковым полями.

Известен способ обработки жидких углеводородов посредством электромагнитных полей и установка для его осуществления (патент RU 2098454, С1, опубл. 10.12.1997 г.), который заключается в том, что на жидкие углеводороды воздействуют импульсным магнитным полем напряженностью 0,8-2 МА/м с частотой импульсов 700-800 Гц и длительностью импульсов 0,02-0,009 с.

Известен способ обработки жидких углеводородов с помощью магнитного поля и установка для его осуществления (патент RU 2121595, С1, опубл. 10.11.1998 г.), который заключается в воздействии на горюче-смазочные материалы магнитного поля, частоту которого увеличивают от начала обработки к концу. Изменение частоты магнитного поля в процессе обработки приводит к значительному снижению сил поверхностного натяжения в углеводородных жидкостях, активному перемешиванию потока.

Известен способ обработки жидких углеводородов и установка для его осуществления (патент RU 2179572, С1, опубл. 20.02.2002 г.), который заключается в обработке доведенных до парообразного состояния жидких углеводородов однополярными электромагнитными импульсами мощностью более 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц.

Известен способ очистки жидких углеводородов от сернистых соединений (патент RU №2166530, С1, опубл. 10.05.2001 г.), включающий их окисление при контактировании углеводородного сырья с рабочим реагентом, содержащим ионы переходных металлов в степени окисления, превышающий их минимальную степень окисления, разделение смеси, полученной в результате контактирования углеводородного сырья с рабочем реагентом с получением очищенного углеводородного сырья и отработанного рабочего реагента, при этом рабочий реагент дополнительно содержит ионы по меньшей мере одного металла и/или сам металл, выбранный из группы непереходных металлов, включающий медь, свинец, олово, золото, и/или их соли, нанесенные на поверхность сорбента.

Из уровня техники также известны способы акустического возбуждения жидкостей для решения различных технологических задач. Эти способы включают передачу к жидкости колебательной энергии с помощью источника механических колебаний, взаимодействующего с жидкостью, в качестве которого могут быть использованы широко известные в технике механические, электромеханические, магнитострикционные, пьезоэлектрические, гидродинамические и другие акустические излучатели.

Наиболее близким к заявленному изобретению является выбранный авторами за прототип способ переработки тяжелых нефтесодержащих фракций (патент RU 2215775, С1, опубл. 10.11.2003), включающий подачу сырья в зону обработки, обработку сырья волновым воздействием путем формирования широкого спектра частот от акустического до светового диапазона в обрабатываемой среде с последующим термическим крекингом продуктов воздействия, осуществляющегося в режиме первичной переработки нефти, и получением из парообразной фазы конечных продуктов.

Основным недостатком данного способа является то, что он не позволяет в промышленных масштабах извлекать из углеводородных масел химические элементы Au, V, Ni, Al, Са, S, Si, P, Со в виде металлоорганических кластеров, состоящих из металлического ядра, покрытого снаружи слоем тиолов, органических сульфидов, создающих замкнутую оболочку.

Технической задачей настоящего изобретения является создание способа извлечения из углеводородных масел продукта в виде гелеподобного концентрата, содержащего гетероатомные кластеры, включающие химические элементы Au, и/или V, и/или Ni, и/или Al, и/или Ca, и/или S, и/или Si, и/или P, и/или Со, в качестве сырья для последующей промышленной переработки.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ включает комбинированное электростатическое, магнитное и ультразвуковое воздействие на углеводородное масло, при котором внутри замкнутого пространства обеспечивают формирование электростатического поля с напряженностью не менее 750 вольт на сантиметр, воздействие на углеводородное масло импульсным магнитным полем напряженностью 400 А/м с частотой импульсов 50 Гц и длительностью импульсов 10 секунд, воздействие на углеводородное масло ультразвукового излучения частотой от 18000 до 44000 Гц. Такое комбинированное воздействие позволяет обеспечить поляризацию металлосодержащих кластеров, включающих химические элементы Au, и/или V, и/или Ni, и/или Al, и/или Са, и/или S, и/или Si, и/или Р, и/или Со, и их осаждение на сорбирующие электростатические электроды в виде гелеподобного концентрата.

На чертеже представлено устройство, состоящее из реактора 1, имеющего технологические отверстия для подачи 4 и слива 5 углеводородного масла, размещенных внутри реактора сорбирующих электродов 7 и 8, которые имеют сетчатую структуру и жестко закреплены внутри трубы из диэлектрического материала, фиксируемой внутри корпуса реактора съемными верхней 2 и нижней 3 крышками. Корпус реактора представляет собой цилиндр, изготовленный из коррозионностойкого металла или пластмассы. В корпусе реактора предусмотрены технологические отверстия для подачи напряжения на электроды через токоввод 9, для подключения по меньшей мере двух ультразвуковых излучателей 12, для монтажа форсунки 11 с целью подачи растворителя внутрь реактора, чтобы смыть гелеподобный концентрат, осажденный на сорбирующих электродах, через технологическое отверстие в реакторе 6. В верхней крышке 2 смонтирован рассекатель потока нефти 13. Снаружи вокруг корпуса реактора смонтирована обмотка электромагнита 10.

Способ реализуют следующим образом. Углеводородное масло через отверстие в корпусе 4 и рассекатель 13 подают потоком внутрь реактора 1, где сразу происходит комбинированное воздействие электростатического, магнитного и ультразвукового излучений. В результате комбинированной обработки в углеродном масле происходит поляризация золотосодержащих кластеров. По мере осаждения на сорбирующих электродах 7 и 8 гелеподобного концентрата, содержащего химические элементы Au, и/или V, и/или Ni, и/или Al, и/или Са, и/или S, и/или Si, и/или Р, и/или Со, фиксируется повышение величины тока до заданного значения. После этого подачу электричества и углеводородного масла прекращают, углеводородное масло сливают из реактора. Полученный концентрат с помощью подаваемого через форсунку 11 растворителя смывают с электродов и выводят из корпуса реактора через сливное отверстие 6. Выделенный концентрат передают для дальнейшей переработки в качестве обогащенного сырья для выделения из него химических элементов. По своим физико-химическим характеристикам концентрат соответствует следующим показателям:

- структура имеет гетероатомный кластерный характер, в центре остова которого находится металлическое ядро, окруженное гетероорганическими лигантами;

- содержание химических элементов составляют Au, и/или V, и/или Ni, и/или Al, и/или Са, и/или S, и/или Si, и/или Р, и/или Со;

- полученный желто-коричневого цвета концентрат имеет вязкость 8 мПа·с и плотность 1,15-1,28 г/см³;

- длительность комбинированного воздействия в процессе обработки составляет 30 с.

Примеры конкретного применения заявленного изобретения

Пример 1

Углеводородное сырье в объеме 0,8 м³ (магистральный нефтепродукт Ямашнефть, Татарстан), пропуская через реакционную емкость со скоростью 100 м³/ч, подвергалось комбинированному воздействию электростатического поля напряженностью не менее 750 В/см, магнитного импульсного напряженностью 400 А/м с частотой импульсов 50 Гц и длительностью 10 с, ультразвукового с частотой 18000 до 21000 Гц. Время прохождения сырьем области комбинированного воздействия не превышало 30 с. Полная переработка сырья проводилась в три цикла. Завершали каждый цикл по мере насыщения концентрата на электродах, при этом критерием насыщения принимали увеличение протекающего через электроды тока в 3-4 раза по отношению к начальному. По завершении каждого цикла осуществляли смыв накопленного концентрата растворителями с низкой температурой кипения (бензол, гексан). Последующим взвешиванием израсходованного растворителя и раствора, полученного после смыва, установлено, что в результате полного цикла обработки сырья получено около 22 г гелеобразного концентрата. Последующее электронно-микроскопическое исследование проб концентрата, собранных непосредственно с электродов до его смыва, показало, что он состоит из различных по форме и размерам от первой десятки ангстрем до первых тысяч ангстрем кластерных образований с зонально-концентрическим строением, в которых металлическое ядро окружено гетероорганическими лигандами в виде оболочки, а также имеются как единичные, так и групповые образования с единой оболочкой, идентичные кластерам, выявленным в черных сланцах золоторудных месторождениях Бакынчик. Последующая переработка концентрата путем высотемпературного выпаривания в течение 2,5 часов позволили получить 0,67 г порошка желтого цвета при процентном содержании извлеченных химических элементов: Au - 90,2%, Al - 2,5%, Si - 0,4%, Р - 0,1%.

Пример 2

Условия проведения операции по обработке нефти те же, за исключением диапазона ультразвукового воздействия, которое изменялось в этом случае от 21000 до 330000 Гц. Выход концентрата составил 12 г, а содержание элементов в сухом остатке: Au - 47,4%; V - 3,2%; Ni - 0,4%; Al - 2,2%; Ca - 1,0%; S - 3,1%; Si - 0,4%; P - 0,3%; Co-01%.

Пример 3

Условия проведения операции по обработке нефти те же, за исключением диапазона ультразвукового воздействия, которое изменялось в этом случае от 33000 до 440000 Гц. Выход концентрата составил 10 г, а содержание элементов в сухом остатке: Au - 32,0%; V - 6,0%; Ni - 5,0%; Al - 2,0%; Ca - 1,0%; S - 0,6%; Si - 0,3%; P - 0,1%; Co - 0,1%.

Способ извлечения гетероорганических кластеров путем комбинированной обработки углеводородных масел, включающий одновременное воздействие на исходное сырье электростатического поля с напряженностью не менее 750 В/см и магнитного поля с напряженностью 400 А/м с частотой импульсов 50 Гц и при длительности воздействия 10 с с одновременным дополнительным ультразвуковым воздействием частотой от 18000 до 44000 Гц, обеспечивающим осаждение на электродах гелеподобного концентрата, содержащего кластеры Au, и/или V, и/или Ni, и/или Al, и/или Са, и/или S, и/или Si, и/или Р, и/или Со, отделение концентрата от электродов при помощи растворителя и извлечение из концентрата гетероорганических кластеров.