Способ переработки нефти и нефтепродуктов

(51)710 32/02,10 32/04,10 15/08,10 15/10 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Цой Анатолий НиколаевичЦой Леонид АнатольевичШамро Александр Валентинович Шарунов Игорь Петрович(56)2087519 , 19972179572 С 1, 20022124040 , 199863-156888 А, 19883761062 А, 19733413318 1, 1985 СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И(57) Изобретение относится к области переработки углеводородов и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности и топливной энергетике для получения высококачественного топлива. Технический результат - увеличение выхода качественного топлива в виде светлых фракций с низким молекулярным весом без предварительного нагрева исходного сырья - достигается тем, что в способе переработки нефти и нефтепродуктов, включающем диспергирование исходного сырья в газообразной среде, воздействие на полученный аэро золь ионизирующим излучением в реакторе и удаление образующихся продуктов из реактора, согласно изобретению диспергирование исходного сырья осуществляют через распылители, смешивая его с газом, полученный аэрозоль подвергают радиационно-волновому крекингу путем совместного воздействия в реакторе ионизирующим излучением мощностью поглощенной дозы более 1 кГр/с и электромагнитным полем мощностью более 50 Вт, а удаляемые из реактора продукты охлаждают и разделяют на фракции. В качестве газообразной среды используют водород, газообразные алканы, попутный или природный газ или их смесь. Массовое количество подаваемого исходного сырья и газообразной среды пропорционально массовому количеству образующихся продуктов. Диспергирование исходного сырья осуществляют через распылители, установленные в реакторе. Распылители устанавливают в реакторе в точках максимальной электрической напряженности электромагнитного поля. Образующиеся продукты отводят в токе газа, который возвращают в зону облучения после отделения от него конденсата. 13036 Изобретение относится к области переработки углеводородов и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности и топливной энергетике для получения высококачественного топлива. Известен способ обработки жидких углеводородов, включающий воздействие на жидкие углеводороды электромагнитным полем, при этом воздействие осуществляют электромагнитным полем напряженностью 8105-2106 А/м с частотой импульсов 700-800 Гц и длительностью 0,02-0,009 с (патент РФ 2098454, кл. С 1032/02, 1997). Воздействие электромагнитным полем с частотой импульсов 700-800 Гц недостаточно эффективно для разрушения молекул исходного сырья с превращением их в светлые фракции. Известен способ переработки нефтей и нефтяных остатков путем радиационно-термического крекинга,включающий нагрев углеводородного сырья с одновременным воздействием ионизирующего излучения при атмосферном давлении. Радиационнотермический крекинг проводят при температуре 400410 С с использованием воздействия ионизирующего излучения - пучка ускоренных электронов до поглощенных доз 1-20 кГр при мощности поглощенной дозы 1-94 кГр/с. Исходное углеводородное сырье перед обработкой предварительно нагревают до 500 С (предварительный патент РК 4676, кл. С 1015/00, 1994). Предварительный нагрев углеводородного сырья до 500 С усложняет способ. При этом не достигается высокий выход светлых фракций с низким молекулярным весом. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ переработки нефтей и нефтепродуктов, при котором исходное сырье, нагретое до 95 С,интенсивно смешивают с кипящей водой и смесь вспенивают продуванием попутного нефтяного газа в количестве 1 л газа на 3 л исходного сырья, например нефти. Образующуюся ультрадисперсную пену сливают в стальной реактор и при непрерывном барботаже водяного пара с температурой 135 С облучают ускоренными электронами с энергией 6 МэВ, генерируемыми линейным электронным ускорителем. Целевой продукт выводят в потоке водяного пара и конденсируют. В реактор непрерывно добавляют свежую пену и острый водяной пар до постоянного уровня пены. Целевой продукт имеет надежное бытовое и промышленное применение в качестве моторного топлива, высокооктановых и высококалорийных добавок к топливам, промышленных и бытовых растворителей и т.д. Выход углеводородов, т.е. моторных топлив, составляет 14-24(патент РФ 2087519, кл. С 1015/10, 1997). Указанный способ обеспечивает получение смеси, состоящей из низкомолекулярных углеводородов, одноатомных и многоатомных спиртов и эфиров. Однако необходимость предварительного на 2 грева исходного сырья усложняет способ, и способ не позволяет получить значительное количество бензиновых фракций, так как воздействия только ионизирующим излучением недостаточно для разрушения структуры исходного сырья и образования светлых топливных фракций. Задачей изобретения является разработка способа переработки нефти и нефтепродуктов, обеспечивающего разрушение структуры исходного сырья с образованием низкомолекулярных фракций - бензина и керосина. Технический результат - увеличение выхода качественного топлива в виде светлых фракций с низким молекулярным весом без предварительного нагрева исходного сырья - достигается тем, что в способе переработки нефти и нефтепродуктов, включающем диспергирование исходного сырья в газообразной среде, воздействие на полученный аэрозоль ионизирующим излучением в реакторе и удаление образующихся продуктов из реактора, согласно изобретению, диспергирование исходного сырья осуществляют через распылители, смешивая его с газом, полученный аэрозоль подвергают радиационно-волновому крекингу путем совместного воздействия в реакторе ионизирующим излучением мощностью поглощенной дозы более 1 кГр/с и электромагнитным полем мощностью более 50 Вт, а удаляемые из реактора продукты охлаждают и разделяют на фракции. В качестве газообразной среды используют водород, газообразные алканы, попутный или природный газ или их смесь. Массовое количество подаваемого исходного сырья и газообразной среды пропорционально массовому количеству образующихся продуктов. Диспергирование исходного сырья осуществляют через распылители, установленные в реакторе, один из возможных вариантов которого показан на чертеже. Распылители устанавливают в реакторе в точках максимальной электрической напряженности электромагнитного поля. Образующиеся продукты отводят в токе газа, который возвращают в зону облучения после отделения от него конденсата. Воздействие электромагнитным полем мощностью более 50 Вт при одновременном воздействии ионизирующим излучением мощностью поглощенной дозы более 1 кГр/с приводит к локальному разогреву газа до температуры 1000 С, разрушению связей СС и СН и полной деструкции молекул газа, в результате этого образуются осколки молекул газа и высокотемпературного водорода. Воздействие электромагнитным полем с частотой колебаний 100 МГц - 300 ГГц является резонансным для молекул углеводородов и приводит к разрыву связей СС тяжелых молекул углеводородов. Фрагменты разрушенных молекул углеводородов соединяются с осколками газовых молекул с образованием низко 13036 молекулярных углеводородов, состоящих в основном из бензина и керосина. При этом происходят следующие процессы- насыщение разорванных цепей тяжелых молекул осколками газовых молекул- гидрогенолиз соединений серы, азота, кислорода и других примесей, присутствующих в сырой нефти. Перечисленные реакции протекают с выделением значительной энергии, что способствует более глубокой переработке исходного сырья, в результате чего в готовом продукте преобладают светлые фракции с низкой молекулярной массой. Мощность воздействия электромагнитным полем более 50 Вт и мощность дозы ионизирующего излучения более 1 кГр/с является необходимым условием, так как при меньших значениях указанной мощности выход бензина и керосина снижается, а вязкость получаемого продукта возрастает. Верхний предел значений мощности электромагнитного поля и дозы ионизирующего излучения ограничивается только техническими возможностями используемой аппаратуры. Диспергирование исходного сырья в газообразной среде и получение аэрозоля можно осуществлять непосредственно в реакторе, в этом случае в реакторе устанавливают распылители для исходного сырья и подают в реактор газ. Можно готовить аэрозоль и в специально предназначенном устройстве, куда подают через распылители исходное сырье и газ, а готовый аэрозоль направляют в реактор. При установке распылителей в реакторе их размещают на расстоянии друг от друга, равном 1/2 длины волны электромагнитного поля, а каждый из крайних распылителей устанавливают на расстоянии, равном 1/4 длины волны от стенки реактора,для повышения эффективности воздействия и создания резонанса, при котором происходит более полный распад молекул исходного сырья и газа. На каждой половине длины волны электромагнитного воздействия в реакторе имеется точка максимума напряженности электрического поля. Электромагнитное поле, направленное вдоль узкой стороны реактора, наиболее интенсивно в средней части широкой стороны реактора. При полном отражении электромагнитной волны между двумя сторонами реактора вдоль него возникнут стоячие волны. В этом случае реактор будет служить резонатором, на участках максимальной напряженности которого необходимо устанавливать распылители исходного сырья. При генерировании волнового излучения 500 МГц длина волны составит 60 см. Следовательно, расстояние между распылителями устанавливают рав ным 30 см, а расстояние между крайним распылителем и стенкой реактора будет соответственно 15 см. В качестве источника ионизирующего излучения для реализации способа используют ускоритель электронов ЭЛВ-4 с энергией электронов 1,4 МэВ,мощностью 25 кВт при максимальном токе 30 мА. Для генерирования электромагнитного поля служит магнетрон ФИЛИПС 7292 с частотой 500 МГц и максимальной мощностью 2 кВт. Предлагаемый способ может осуществляться как в непрерывном режиме, так и в периодическом. Изобретение поясняется чертежом, где представлено схематичное изображение одного из вариантов реактора с установленными в нем распылителями. Реактор 1 имеет систему отвода из него готового продукта 2, систему подачи газа 3, распылители 4,волновод 5. Источник ионизирующего излучения не показан. Способ осуществляют следующим образом Пример 1. Исходное сырье - сырую нефть (вязкостью 6,75 мм 2 /с при 20 С) - в количестве 0,250 кг подают в реактор, диспергируя через распылители. Одновременно в реактор подают водород, газообразные алканы, попутный газ или природный газ в массовом количестве, равном 0,130 кг со скоростью 30 л/мин. Диспергированное исходное сырье смешивается с газом с образованием аэрозоля, который подвергают воздействию потоком ускоренных электронов с энергией 1,4 МэВ при мощности поглощенной дозы, равной 1,02 кГр/с, и воздействию электромагнитным полем мощностью 800 Вт и частотой 500 МГц. Под влиянием сверхвысокочастотного воздействия и ионизирующего излучения происходит деструкция молекул исходного сырья и молекул газа с образованием продуктов, содержащих светлые фракции бензина и керосина с низким молекулярным весом. Образующиеся продукты постоянно выводят из реактора, охлаждают, конденсируют и разделяют на фракции. Вязкость конденсированного целевого продукта составила 0,83 мм 2/с. Выход продукта составил 0,380 кг, в том числе,кг бензин (40-180 С) 0,3268 бензин (180-205 С) 0,0456 керосин (205-300 С) 0,0076. Таким образом, выход ценного топливного компонента составил 100 по отношению к общему выходу продукта, в то время как в способе по прототипу максимальный выход углеводородов составил 24(грозненская нефть), а выход бензина и керосина будет соответственно еще меньше. Пример 2. Переработке подвергали акшабулакскую нефть вязкостью 12,84 мм 2/с, которую брали в количестве 0,250 кг. Количество природного газа составило 0,130 кг. Способ осуществляли по примеру 1. Вязкость целевого продукта составила 6,6 мм 2/с. Выход фракции с соответствующей температурой кипения составил, кг 0,323 40-200 оС 3 13036 200-350 С 0,045 350-500 С 0,012. Пример 3. Переработке подвергли акшабулакскую нефть вязкостью 12,86 мм 2/с, которую брали в количестве 1,05 кг, количество попутного газа 0,48 кг. Нефть диспергировали в попутном газе с образованием аэрозоля, который подвергали сверхвысокочастотному воздействию мощностью 1,2 кВт и ионизирующему излучению с мощностью поглощенной дозы 25 кГр/с. Вязкость полученного продукта составила 2,3 мм 2/с. После охлаждения продукта и его разделения на фракции получили следующий состав, кг 40-200 С 1,255 0,246 200-350 о С 350-500 С 0,029. Пример 4. Перерабатывали жетыбайскую нефть вязкостью 15,93 мм 2/с и подавали в реактор 1 кг нефти и 0,69 кг газа. Полученный аэрозоль подвергали воздействию ионизирующего излучения мощностью поглощенной дозы 5,5 кГр/с и сверхвысокочастотному воздействию электромагнитного поля мощностью 1,2 кВт. Полученный продукт имел вязкость 5,03 мм 2/с. Фракционный состав полученного продукта следующий, кг 0,950 40-200 оС 0,606 200-350 оС 350-500 С 0,134. Пример 5. Переработке подвергали нефтяной гель - сбор выше 400 С. В реактор подавали 0,35 кг нефтяного геля и 0,22 кг природного газа. Вязкость геля составляла 135 мм 2/с. В результате воздействия ионизирующим излучением с мощностью дозы 25 кГр/с и сверхвысокочастотным электромагнитным полем мощностью 1,6 кВт вязкость полученного продукта уменьшилась до 12,6 мм 2/с. Состав фракции следующий, кг 0,30 40-200 оС 200-350 С 0,27. Пример 6. При переработке акшабулакской нефти вязкостью 12,84 мм 2/с только воздействием ионизирующим излучением мощностью дозы 25 кГр/с или только с помощью сверхвысокочастотного электромагнитного воздействия мощностью 1,5 кВт вязкость продукта в каждом из вариантов обработки увеличилась до 16,7 мм/с, что подтверждает необходимость переработки с использованием одновре менно и сверхвысокочастотного воздействия и ионизирующего излучения. Пример 7. Акшабулакскую нефть вязкостью 12,84 мм 2/с подвергали диспергированию в газообразной среде попутного газа и на полученный аэрозоль в реакторе оказывали воздействие ионизирующим излучением с мощностью дозы 1,0 кГр/с и сверхвысокочастотным воздействием мощностью 50 Вт. Вязкость полученного продукта увеличилась до 14,2 мм 2/с. Следовательно, для снижения вязкости готового продукта и повышения выхода светлых фракций с низким молекулярным весом необходимо устанавливать мощность дозы ионизирующего воздействия более 1,0 кГр/с, а мощность электромагнитного поля - более 50 Вт. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ переработки нефти и нефтепродуктов,включающий диспергирование исходного сырья в газообразной среде, воздействие на полученный аэрозоль ионизирующим излучением в реакторе и удаление образующихся продуктов из реактора, отличающийся тем, что диспергирование исходного сырья осуществляют через распылители, смешивая его с газом, полученный аэрозоль подвергают радиационно-волновому крекингу путем совместного воздействия в реакторе ионизирующим излучением мощностью поглощенной дозы более 1 кГр/с и электромагнитным полем мощностью более 50 Вт, а удаляемые из реактора продукты охлаждают и разделяют на фракции. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газообразной среды используют водород, газообразные алканы, попутный или природный газ. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диспергирование исходного сырья осуществляют через распылители, установленные в реакторе. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что распылители в реакторе устанавливают в точках максимальной электрической напряженности электромагнитного поля. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что образующиеся продукты отводят в токе газа, который возвращают в зону облучения после отделения от него конденсата.