Способ очистки жидких углеводородов от серы и установка для его осуществления

 

Изобретение относится к средствам обработки жидких нефтепродуктов, в частности нефти, для их очистки от серы и риформинга посредством электромагнитных полей и может широко использоваться в нефтехимической промышленности. Способ очистки жидких углеводородов от серы заключается в том, что жидкие углеводороды подогревают, затем их подвергают воздействию однополярных электромагнитных импульсов мощностью более 1 МВт, длительностью не менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц и охлаждают. При этом в качестве углеводородов используют нефть, которую подогревают до 50°С, а после воздействия электромагнитных импульсов отстаивают до выпадения осадка и охлаждения. Установка для очистки жидких углеводородов содержит емкость для обработки жидких углеводородов с системой их подвода и отвода, устройство подогрева жидких углеводородов и возбудитель электромагнитных импульсов, связанный с емкостью для обработки, при этом возбудитель электромагнитных импульсов представляет собой генератор однополярных импульсов мощностью более 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц с излучателем. Устройство подогрева представляет собой установленный между системой подвода и входом емкости для обработки регулируемый теплообменник, соединенный с емкостью через насос. Излучатель размещен внутри емкости для обработки вдоль ее продольной оси и выполнен в виде длинного металлического стержня и обвитой вдоль него цилиндрической спирали. Система отвода жидких углеводородов из емкости соединена с устройством отстаивания обработанных жидких углеводородов. Устройство отстаивания и емкость для обработки снабжены патрубками для отвода образующихся при обработке газов. Изобретение способствует упрощению технологии и конструкции с повышением производительности процесса. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретения относятся к средствам обработки жидких нефтепродуктов, в частности нефти, для ее очистки от серы и риформинга посредством электромагнитных полей и могут широко использоваться в нефтехимической промышленности.

Сера в нефти содержится в газе H₂S, сульфатах и сульфитах, персульфате, а также в органических соединениях, метилмеркаптане, этилмеркаптане, 2-меркаптэтаноле, трет-бутилмеркаптане, диметилсульфоксиде, диметил-сульфиде.

Известны способ обработки жидких углеводородов с помощью магнитного поля и установка для его осуществления, описанные в п. РФ №2121595 "Способ модификации горюче-смазочных материалов и модификатор" по кл. F 02 M 27/04, C 10 G 32/02, з. 03.07.97, oп. 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 п. 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 8·10⁵-2·10⁶ 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, стабилизируется 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 мало изменяет атомно-молекулярную структуру обрабатываемых жидких углеводородов.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемым являются способ обработки жидких углеводородов и установка для его осуществления, описанные в п. РФ №2179572 по кл. C 10 G 32/02, 35/16 “Способ обработки жидких углеводородов и установка для его осуществления”, з. 07.12.2000 г. и выбранные в качестве прототипов.

Известный способ обработки жидких углеводородов заключается в том, что 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.

Известная установка для обработки жидких углеводородов содержит емкость для обработки углеводородов с системой их подвода и отвода и возбудитель электромагнитных импульсов, связанный с емкостью для обработки, при этом 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° 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.

Установка для обработки жидких углеводородов может быть смонтирована на передвижной платформе.

Недостатками известных способа и установки являются сложность их осуществления - технологического и конструктивного - и малая производительность.

Целью заявляемой группы изобретений является упрощение технологии и конструкции при повышении производительности очистки.

Поставленная цель достигается тем:

- что в способе очистки жидких углеводородов от серы, заключающемся в том, что жидкие углеводороды подогревают, затем их подвергают воздействию однополярных электромагнитных импульсов мощностью более 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц и охлаждают, согласно изобретению в качестве углеводородов используют нефть, которую подогревают до 50°С, а после воздействия электромагнитных импульсов отстаивают до выпадения осадка и охлаждения;

- что в установке для очистки жидких углеводородов от серы, содержащей емкость для обработки жидких углеводородов с системой их подвода и отвода, устройство подогрева жидких углеводородов и возбудитель электромагнитных импульсов, связанный с емкостью для обработки, при этом возбудитель электромагнитных импульсов представляет собой генератор однополярных импульсов мощностью более 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц с излучателем, согласно изобретению устройство подогрева представляет собой установленный между системой подвода и входом емкости для обработки регулируемый теплообменник, соединенный с емкостью для обработки через насос, излучатель размещен внутри емкости для обработки вдоль ее продольной оси и выполнен в виде длинного металлического стержня и обвитой вдоль него цилиндрической спирали, система отвода жидких углеводородов из емкости соединена с отстойником обработанных жидких углеводородов.

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.

Предварительный подогрев нефти до 50°С уменьшает ее вязкость, а воздействие очень коротких (менее 1 нс) и очень мощных (более 1 МВт) импульсов на нефть приводит к импульсному радиолизу жидких углеводородов и других химических соединений. 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).

Радиолиз сероводорода H₂S приводит к образованию водорода Н₂, серы S и S₂. Высокая реакционная способность сольватированных электронов у персульфата S₂O₈, метимеркаптана, 2-меркаптэтанола и трет-бутилмеркаптана. Конечными продуктами радиолиза диметилсульфида являются водород, этан и элементарная сера. При радиолизе органических соединений происходит преимущественно разрыв связей S-H, в меньшей степени - C-S и С-С.

Предварительный подогрев с помощью регулируемого по температуре устройства подогрева жидких углеводородов уменьшает вязкость нефти, что облегчает описанное выше воздействие электромагнитных импульсов на углеводороды, поскольку в этом состоянии их частицы меньше связаны между собой молекулярными силами притяжения. Выполнение излучателя в виде цилиндрической спирали при размещении его внутри емкости для обработки вдоль ее продольной оси улучшает обработку жидких углеводородов, увеличивая время взаимодействия нефти с электромагнитными импульсами, и приводит к повышению производительности установки. Отстаивание жидких обработанных углеводородов до выпадения в осадок смолистых веществ и серы позволяет получить обработанные углеводороды в виде, готовом для дальнейшего использования, завершая цикл обработки.

В сравнении с прототипом заявляемый способ очистки жидких углеводородов от серы обладает новизной, отличаясь от него такими существенными признаками, как использование для обработки нефти, предварительный подогрев ее до температуры 50°С, отстаивание обработанных жидких углеводородов до выпадения осадка и охлаждения, обеспечивающих в совокупности заданный результат.

В сравнении с прототипом заявляемая установка для очистки жидких углеводородов от серы также обладает новизной, отличаясь от него такими существенными признаками, как размещение на входе емкости регулируемого теплообменника для подогрева жидких углеводородов, выполнение излучателя электромагнитных импульсов в виде цилиндрической спирали, размещенной внутри емкости для обработки вдоль ее продольной оси, наличием отстойника для обработанных жидких углеводородов, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, имеющие признаки, совпадающие с перечисленными выше отличительными признаками заявляемых способа и установки для очистки жидких углеводородов от серы, 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 очистки жидких углеводородов от серы и установка для его осуществления могут найти широкое применение в нефтехимической промышленности, поэтому соответствуют критерию "промышленная применимость".

Изобретения иллюстрируются чертежом, где показана общая схема установки для очистки жидких углеводородов.

Способ очистки жидких углеводородов от серы заключается в том, что жидкие углеводороды в виде нефти предварительно подогревают до температуры 50°С, воздействуют на подогретую нефть однополярными электромагнитными импульсами мощностью более 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц, затем отстаивают обработанные жидкие углеводороды до выпадения осадка и охлаждения обработанных углеводородов.

Установка для очистки жидких углеводородов от серы содержит (см. чертеж) емкость 1 для обработки углеводородов с патрубком 2 подвода жидких углеводородов и патрубком 3 для отвода обработанных углеводородов, устройство 4 подогрева жидких углеводородов, установленное на входе в емкость 1 и соединенное через насос 5 с патрубком 2, устройство 6 для отстаивания и охлаждения обработанных жидких углеводородов, подсоединенное к патрубку 3, и генератор 7 однополярных электромагнитных импульсов, соединенный с емкостью 1 для обработки посредством кабеля 8. Излучатель генератора 7 расположен внутри емкости 1 вдоль ее продольной оси и выполнен в виде длинного металлического стержня 9 и обвивающей его цилиндрической спирали 10, соединенных с выводами генератора 7 и прикрепленных к емкости 1 и соединенных между собой с помощью изоляторов 11. Для вывода образующихся газов из емкости 1 и устройства 6 для отстаивания предусмотрены соответственно патрубки 12 и 13. Устройство 4 подогрева жидких углеводородов может быть выполнено, например, в виде регулируемого теплообменника в форме цилиндрической спирали. Устройство 6 для отстаивания и охлаждения обработанной нефти может представлять собой, в частности, емкость. Генератор 7 однополярных электромагнитных импульсов представляет собой, в частности, устройство, описанное в п. РФ №2004064 "Формирователь наносекундных импульсов" по кл. Н 03 К 3/33, з. 05.06.91, oп. 30.11.93.

Заявляемый способ очистки жидких углеводородов от серы может быть осуществлен с помощью заявляемой установки следующим образом.

Жидкие углеводороды (нефть), подлежащие очистке, подают на подогрев в устройство 4 подогрева - в регулируемый теплообменник в виде трубчатого змеевика. Углеводороды в виде нефти поступают в теплообменник 4, где происходит их подогрев до 50°С. Из теплообменника 4 через патрубок 2 и насос 5, регулирующий скорость подачи, нефть поступает в емкость 1 для обработки, где подвергается воздействию поступающих с генератора 7 однополярных электромагнитных импульсов мощностью более 1 МВт и длительностью менее 1 нс, частотой повторения не менее 1 кГц. В течение часа обрабатывается примерно от 1 до 3 кубометров нефтепродуктов в зависимости от вида сырья. При этом происходит импульсный радиолиз жидкости, вязкость которой при подогреве значительно уменьшается и при котором образуются очень активные реагенты - сольватированные электроны e_s, вызывающие отщепление атомов водорода от молекул углеводородов за счет того, что именно в подогретой жидкости молекулы не так тесно связаны друг с другом и находятся в хаотическом движении. Взаимодействие сольватированных электронов и атомов водорода с органическим соединением, каковым является нефть, приводит к окислительно-восстановительным реакциям, приводящим к распаду серосодержащих соединений и выпадению в осадок смол. Это улучшает качественные характеристики обрабатываемой нефти, уменьшая в ней содержание серы и смол.

Обработанные жидкие углеводороды через патрубок 3 выводятся из емкости 1 и поступают в устройство 6 для отстаивания и охлаждения, где происходит выпадение в осадок серы и смол и охлаждение обработанных углеводородов. Образующиеся газы выходят из емкости 1 и устройства 6 отстаивания через патрубки 12 и 13.

Обработка башкирской нефти уменьшила массовую долю серы с 3,82 до 2,78%.

В сравнении с прототипом заявляемые способ очистки жидких углеводородов от серы и установка для его осуществления обеспечивают упрощение технологии и конструкции средств очистки и повышение производительности очистки.

Формула изобретения

1. Способ очистки жидких углеводородов от серы, заключающийся в том, что жидкие углеводороды подогревают, затем их подвергают воздействию однополярных электромагнитных импульсов мощностью более 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц и охлаждают, отличающийся тем, что в качестве углеводородов используют нефть, которую подогревают до 50°С, а после воздействия электромагнитных импульсов отстаивают до выпадения осадка и охлаждения.

2. Установка для очистки жидких углеводородов от серы, содержащая емкость для обработки жидких углеводородов с системой их подвода и отвода, устройство подогрева жидких углеводородов и возбудитель электромагнитных импульсов, связанный с емкостью для обработки, при этом возбудитель электромагнитных импульсов представляет собой генератор однополярных импульсов мощностью более 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц с излучателем, отличающаяся тем, что устройство подогрева представляет собой установленный между системой подвода и входом емкости для обработки регулируемый теплообменник, соединенный с емкостью для обработки через насос, излучатель размещен внутри емкости для обработки вдоль ее продольной оси и выполнен в виде длинного металлического стержня и обвитой вдоль него цилиндрической спирали, система отвода жидких углеводородов из емкости соединена с отстойником обработанных жидких углеводородов.

РИСУНКИ

Рисунок 1