Способ термической переработки высокомолекулярного углеродсодержащего сырья в более легкие соединения
Владельцы патента RU 2468065:
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр имени Николы Тесла" (RU)
Изобретение относится к области переработки высокомолекулярного углеродсодержащего сырья, в том числе тяжелых нефтесодержащих фракций (мазута, отработанных моторных или смазочных масел, нефтешламов и т.п.), смол углепереработки, переработки горючих сланцев, древесины и т.п. в более легкие соединения с использованием физических методов воздействия, и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности для производства как готовых продуктов, так и полупродуктов органического синтеза. Изобретение касается способа термической переработки высокомолекулярного углеродсодержащего сырья в более легкие соединения, включающего активацию электромагнитным полем сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) примесей, находящихся в исходном веществе и/или дополнительно вводимых в исходное вещество, при этом регулируя время и/или мощность ЭМП СВЧ, активируют примеси перед вводом в рабочую зону или непосредственно в рабочей зоне реакции. Технический результат - повышение эффективности использования электромагнитной энергии и увеличение экологической чистоты процесса термической переработки высокомолекулярного углеродсодержащего сырья в более легкие соединения. 3 з.п. ф-лы, 7 ил., 4 табл., 42 пр.
Изобретение относится к области переработки высокомолекулярного углеродсодержащего сырья, в том числе тяжелых нефтесодержащих фракций (мазута, отработанных моторных или смазочных масел, нефтешламов и т.п.), смол углепереработки, переработки горючих сланцев, древесины и т.п. в более легкие соединения с использованием физических методов воздействия, и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности для производства исходных веществ органического синтеза и готовых продуктов.
Известен способ термической переработки высокомолекулярного углеродсодержащего сырья в более легкие соединения (патент на изобретение RU №2385344, МПК C10G 9/28, C10G 15/08, C10G 11/18, опубликованный 27.03.2010), включающий воздействие переменного сверхвысокочастотного электромагнитного поля на зону химического превращения, в которую подают мелкодисперсное твердое вещество, поглощающее СВЧ излучение, при этом в зоне химического превращения сырье присутствует в виде жидкой кипящей фракции, что формирует хаотическое движение частиц мелкодисперсного твердого вещества, а парообразная фаза продуктов химического превращения проходит через жидкое высокомолекулярное углеродсодержащее сырье с последующим разделением на отдельные фракции полезных продуктов, при этом мелкодисперсное твердое вещество в зоне химического превращения разогревают переменным сверхвысокочастотным электромагнитным полем до температуры, при которой идут термические превращения субстрата, например 400-800°С.
Недостатками данного способа является то, что вся энергия СВЧ излучения тратиться на нагрев мелкодисперсных веществ до температуры протекания реакции.
Также из уровня техники известен патент RU №2415901 С2 МПК C10G 9/00, C10G 9/36, опубликованный 16.06.2009: способ дегидрирования и пиролиза углеводородного сырья в присутствии водяного пара, полученного из воды, подвергнутой воздействию электромагнитного поля сверхвысокочастотного диапазона. Особенностью изобретения является то, что воду предварительно подготавливают путем ввода в нее неорганических соединений в виде солей и/или оксидов металлов, регулируя выход целевых продуктов дегидрирования и пиролиза углеводородного сырья, меняя соотношение и тип используемых солей и/или оксидов.
Обработка воды, используемой для получения пара - разбавления, является ограничением промышленного применения данного изобретения, т.к. не во всех промышленных химических и нефтехимических процессах используется пар - разбавления.
В предлагаемом способе термическая переработка высокомолекулярного углеродсодержащего сырья в более легкие соединения осуществляется с помощью активации (накачки) электромагнитным полем сверхвысокочастотного диапазона (ЭМП СВЧ) примесей, находящихся в исходных веществах и/или вводимых в исходные вещества, дополнительно, перед зоной реакции или непосредственно в зоне реакции, при этом нагрев исходных веществ осуществляется стандартным способом и он необходим лишь для уменьшения потерь энергии при воздействии ЭМП СВЧ на примеси.
Техническим результатом данного изобретения является повышение выхода целевых продуктов термической переработки высокомолекулярного углеродсодержащего сырья. Изобретение может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности для переработки высокомолекулярного углеродсодержащего сырья, в том числе тяжелых нефтесодержащих фракций (мазута, отработанных моторных или смазочных масел, нефтешламов и т.п.), смол углепереработки, переработки горючих сланцев, древесины и т.п.
Технический результат достигается тем, что при термической переработке высокомолекулярного углеродсодержащего сырья в более легкие соединения, включающей активацию электромагнитным полем сверхвысокой частоты примесей, находящихся в исходных веществах и/или вводимых в исходные вещества, дополнительно, перед зоной реакции или непосредственно в зоне реакции, регулируют время и/или мощность воздействия ЭМП СВЧ. Изменение давления и/или температуры обеспечивает минимальные потери энергии ЭМП СВЧ при воздействии на примеси.
В качестве носителей для примесей используют такие вещества как: жидкое сырье и/или газ и/или подготовленную воду, для приготовления пара - разбавления используют подготовленную технологическую воду, содержащую примеси и/или вводят в нее примеси дополнительно. Для получения заявленного эффекта используются растворимые и нерастворимые твердые мелкодисперсные примеси в различном составе из ряда: соли металлов, оксиды металлов, соли неметаллов, оксиды неметаллов, гидроксиды металлов, комплексные соединения.
Сущность данного способа хорошо описывается на примере воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты на примеси, находящиеся в исходном сырье (нефтяных фракциях, находящихся в любом агрегатном состоянии, иного различного углеродсодержащего сырья) и/или технологической воде, используемой во многих химических процессах и реакциях. При воздействии ЭМП СВЧ на исходное сырье (или воду), большая часть энергии, вследствие наличия диэлектрических потерь, поглощается и перераспределяется, трансформируясь в тепло, увеличивающее температуру сырья (или воды). Таким образом, часть энергии, не поглощенная сырьем (или водой), поглощается примесями, находящимися в ней. Известно, что при увеличении температуры исходного сырья (или воды) любым способом наблюдается эффект «самопросветления» - уменьшение диэлектрических потерь, что в свою очередь улучшает условия проницаемости для энергии электромагнитных волн в среде сырья (или воды). Следовательно, большая часть энергии способна проникнуть без потерь вглубь сырья (или воды), действуя непосредственно на примеси находящиеся в нем. Проницаемость носителя для энергии электромагнитных волн регулируется не только изменением температуры и давления в системе. Воздействие на примеси, находящиеся в носителе, проводят до момента активации частиц за счет изменения мощности или времени воздействия на них, или сочетая эти факторы. Таким образом, изменяя состав, количество добавляемых примесей, зону и объект (сырье, вода и т.п.) воздействия ЭМП СВЧ можно изменять выход целевых продуктов.
В химических процессах, в которых используется технологическая вода, улучшение выхода целевых продуктов при воздействии ЭМП СВЧ на примеси кроме эффекта «самопросветления» можно обосновать теорией создания клатратов, сформулированной в 1933 г.: молекулы воды в пространстве располагаются в виде тетраэдра, объединяясь за счет водородных связей (фиг.1).
Внутри тетраэдра образуются пустые полости с эффективным радиусом 1,4 Å (Å=10-10 м). Из проведенных Самойловым О.Я. исследований следует, что полости каркаса тетраэдра могут заполнять не только молекулы воды, но и ионы растворенного вещества. При этом ионы в растворе координируют вокруг себя молекулы воды с образованием гидратной оболочки. По пути движения иона в растворе гидратная оболочка должна возникать непрерывно, стабилизируя ион. С помощью воздействия электромагнитного поля можно управлять процессом образования новых кластеров, а температура влияет на их устойчивость. Например, увеличение температуры ведет к образованию неустойчивых кластерных структур, а при помещении воды в электрическое поле с высокой напряженностью (5·109 V/m) происходит переориентация молекул в пространстве.
Механизм воздействия электромагнитного поля на водную среду, содержащую примеси в виде растворимых неорганических солей, заключается в следующем. Между двумя противоположно заряженными ионами, находящимися в водной среде и двигающимися с потоком воды (фиг.2а), действует сила Кулона
где d - расстояние между ионами.
Ионы с противоположными зарядами притягиваются друг к другу, но слишком тесному сближению препятствуют гидратные оболочки. Таким образом, на ионы действуют две силы - сила инерции движения с потоком и сила F3.
На фиг.2б показано, что при действии электромагнитного поля на ионы действует также и сила Лоренца F2, направленная противоположно силе F3. Поэтому расстояние между ионами возрастает. Это происходит между всеми ионами в растворе.
На фиг.3а изображены две частицы, находящиеся в неподвижной воде во взвешенном состоянии (сила тяжести уравновешена броуновским движением молекул воды); поверхностные заряды частиц имеют противоположные знаки. Тонкой линией вокруг частиц обозначена область гидратной оболочки.
При движении потока (фиг.3б) гидратная оболочка деформируется, приобретая форму, близкую к эллипсоиду. При действии электромагнитного поля на движущийся поток (фиг.3в) ее форма становится каплеобразной. Поскольку оболочка имеет заряд, противоположный по знаку заряду частицы, то направление силы F2, действующей на оболочку, будет противоположным направлению силы F2, действующей на частицу. Поэтому гидратная оболочка начнет разворачиваться в потоке. В то же время сама частица вместе с близлежащими слоями оболочки станет перемещаться к стенке. В результате возникнет сложное вихреобразное движение. Возникновение микровихрей в зоне действия электромагнитного поля означает микротурбулизацию системы.
Внутри вихря создается давление достаточное, чтобы гидратные оболочки клатратов сползли со своих частиц, и те начали ассоциировать друг с другом. В результате такого процесса происходит образование активных частиц, обладающих способностями катализаторов.
В подтверждение данной теории были проведены серии лабораторных экспериментов: дегидрирование и пиролиз углеводородов в присутствии водяного пара с использованием бидистиллированной, дистиллированной и технической воды; крекинг мазута и угля.
Для проведения лабораторных исследований была изготовлена лабораторная установка с СВЧ генератором непрерывного действия, с регулирующейся мощностью 1кВт и резонансной камерой коаксиального типа (фиг.4 и фиг.5). В эксперименте использовалось электромагнитное излучение мощностью 650 Вт.
Серия экспериментов дегидрирования и пиролиза углеводородов с использованием ЭМП СВЧ состояла из 3 частей: 1) проведение холостых опытов (нагревание воды стандартным способом); 2) нагревание воды с помощью ЭМП СВЧ; 3) нагревание воды стандартным способом с последующим воздействием на нее ЭМП СВЧ. После нагрева вода смешивалась с углеродсодержащим сырьем и поступала в пиролизную печь или в реактор дегидрирования. Основные параметры проведения указанных процессов (время контакта, соотношение пар:сырье) поддерживались в пределах, используемых в промышленности. Во всех экспериментах использовали воду трех типов: бидистиллированную, дистиллированную и технологическую.
Состав и параметры контроля технологической воды, используемой на нефтеперерабатывающих заводах, приведены в таблице 1 и таблице 2.
Пример 1-3. Пиролиз бензиновой фракции проводили при температуре 830-850°С с шагом 10°С, времени контакта 0.45 с, массовым соотношением пар:сырье - 0.4:1.0. Данные условия характерны для пиролиза бензиновой фракции в промышленных пиролизных печах. Пиролиз проводили в присутствии бидистиллированной воды, нагретой: 1) стандартным способом; 2) с помощью ЭМП СВЧ; 3) стандартным способом с последующим воздействием на нее ЭМП СВЧ.
Пример 4-6. Аналогичен примеру 1-3. Отличается тем, что пиролиз бензиновой фракции проводили в присутствии дистиллированной воды, нагретой: 1) стандартным способом; 2) с помощью ЭМП СВЧ; 3) стандартным способом с последующим воздействием на нее ЭМП СВЧ.
Пример 7-9. Аналогичен примеру 1-3. Отличается тем, что пиролиз бензиновой фракции проводили в присутствии технологической воды, нагретой: 1) стандартным способом; 2) с помощью ЭМП СВЧ; 3) стандартным способом с последующим воздействием на нее ЭМП СВЧ.
Пример 10-12. Пиролиз керосиногазойлевой фракции проводили при температуре 830-850°С с шагом 10°С, времени контакта 0.35 с, массовым соотношением пар: сырье - 0.3:1.0. Данные условия характерны для пиролиза керосиногазойлевой фракции в промышленных пиролизных печах. Пиролиз проводили в присутствии бидистиллированной воды, нагретой: 1) стандартным способом; 2) с помощью ЭМП СВЧ; 3) стандартным способом с последующим воздействием на нее ЭМП СВЧ.
Пример 13-15. Аналогичен примеру 10-13. Отличается тем, что пиролиз керосиногазойлевой фракции проводили в присутствии дистиллированной воды, нагретой: 1) стандартным способом; 2) с помощью ЭМП СВЧ; 3) стандартным способом с последующим воздействием на нее ЭМП СВЧ.
Пример 16-18. Аналогичен примеру 10-13. Отличается тем, что пиролиз бензиновой фракции проводили в присутствии технологической воды, нагретой: 1) стандартным способом; 2) с помощью ЭМП СВЧ; 3) стандартным способом с последующим воздействием на нее ЭМП СВЧ.
Пример 19-21. Пиролиз пропан - бутановой фракции проводили при температуре 810-830°С с шагом 10°С, времени контакта 0.45 сек, массовым соотношением пар:сырье - 1:2. Данные условия соответствуют условиям проведения процесса пиролиза данной фракции в промышленных печах. Пиролиз проводили в присутствии бидистиллированной воды, нагретой: 1) стандартным способом; 2) с помощью ЭМП СВЧ; 3) стандартным способом с последующим воздействием на нее ЭМП СВЧ.
Пример 22-24. Аналогичен примеру 19-21. Отличается тем, что пиролиз пропан - бутановой фракции проводили в присутствии дистиллированной воды, нагретой: 1) стандартным способом; 2) с помощью ЭМП СВЧ; 3) стандартным способом с последующим воздействием на нее ЭМП СВЧ.
Пример 25-27. Аналогичен примеру 19-21. Отличается тем, что пиролиз пропан - бутановой фракции проводили в присутствии технологической воды, нагретой: 1) стандартным способом; 2) с помощью ЭМП СВЧ; 3) стандартным способом с последующим воздействием на нее ЭМП СВЧ.
Результаты всех экспериментов приведены в таблице 3.
Данные эксперименты показали, что при нагреве воды с помощью ЭМП СВЧ наблюдается увеличение выхода целевых продуктов пиролиза углеродсодержащего сырья на 0.48-0.52% для дистиллированной и на 2.50-2.59% для технологической воды. Для бидистиллированной воды улучшение выхода целевых продуктов не наблюдается. Но высокие затраты при нагреве воды с помощью ЭМП СВЧ являются существенным недостатком данного способа и ограничивают применяемость в промышленном производстве из-за дороговизны оборудования и электроэнергии по сравнению с традиционными промышленными способами нагрева воды.
Поэтому для оптимизации использования эффекта увеличения выхода целевых продуктов, было принято решение воздействовать ЭМП СВЧ на частицы, находящиеся в перегретой воде, получаемой стандартным способом. При этом вода становиться максимально радиопрозрачной. При подготовке пара - разбавления стандартным способом с последующей его подачей на обработку ЭМП СВЧ наблюдается увеличение выхода целевых продуктов на 0.94-0.97% для дистиллированной и на 2.73-2.77% для технологической воды. Для бидистиллированной воды улучшение выхода целевых продуктов пиролиза углеводородсодержащего сырья не наблюдается.
Дополнительно была проведена серия экспериментов, в которых примеси помещались в потоковый накопитель, располагающийся на установке. Поток исходного углеродсодержащего сырья проходил через потоковый накопитель, насыщался примесями и поступал в узел СВЧ для активации примесей. Затем сырье с активированными примесями смешивалось с паром - разбавления, получаемым из бидистиллированной воды стандартным способом, и направлялось в пиролизную печь.
Пример 28. Пиролиз бензиновой фракции проводили при температуре 830-850°С с шагом 10°С, времени контакта 0.45 с, массовым соотношением пар:сырье - 0.4:1.0. Данные условия характерны для пиролиза бензиновой фракции в промышленных пиролизных печах.
Пример 29. Пиролиз керосиногазойлевой фракции проводили при температуре 830-850°С с шагом 10°С, времени контакта 0.35 с, массовым соотношением пар:сырье - 0.3:1.0. Данные условия характерны для пиролиза керосиногазойлевой фракции в промышленных пиролизных печах.
Пример 30. Пиролиз пропан - бутановой фракции проводили при температуре 810-830°С с шагом 10°С, времени контакта 0.45 сек, массовым соотношением пар:сырье - 1:2. Данные условия соответствуют условиям проведения процесса пиролиза данной фракции в промышленных печах.
Результаты проведенных экспериментов приведены в таблице 4.
Данные эксперименты показывают, что при помещении примесей в исходное углеродсодержащее сырье также наблюдается увеличение выхода целевых продуктов на:
2.23-2.87 мас.% для бензиновой; 1.38-2.09 мас.% для керасингазойливой; 1,23-2,37 мас.% для пропан - бутановой фракций. Таким образом, данная серия экспериментов доказывает, что активация электромагнитным полем сверхвысокочастотного диапазона примесей, находящихся в жидком или газообразном углеродсодержащем сырье, ведет к увеличению выхода целевых продуктов.
Пример 31. Для определения основных закономерностей пиролиза в присутствии предварительно обработанной ЭМП СВЧ технологической воды была поставлена серия опытов по изменению температуры пиролиза, времени контакта и степени обработки воды микроволновым излучением. Температуру пиролиза увеличивали от 815°С до 855°С с шагом 10°С, время контакта изменяли от 0,30 до 0,45 сек с шагом 0,05 сек, массовое отношение пар:сырье составило 0,5: 1,0. Воду обрабатывали до разных температур - от 50°С до кипения. С целью определения влияния примесей в технологической воде (использованной для получения пара разбавления) на пиролиз для сравнения использовали дистиллированную воду.
Анализ результатов опытов по влиянию температуры на показатели пиролиза показал, что с ростом температуры суммарный выход газовых продуктов возрастает с соответствующим снижением выходов жидких продуктов.
Пример 32-34. Дегидрирование этилбензола и изоамилена проводили при температуре 600-610°С с шагом 0.5°С, соотношением вода: сырье 3:1 и 4:1 соответственно. Время дегидрирования углеродсодержащего сырья подбирается экспериментально. Дегидрирование проводили в присутствии бидистиллированной воды, нагретой: 1) стандартным способом; 2) с помощью ЭМП СВЧ; 3) стандартным способом с последующим воздействием на нее ЭМП СВЧ.
Пример 35-37. Аналогичен примеру 28-30. Отличается тем, что дегидрирование проводили в присутствии дистиллированной воды, нагретой: 1) стандартным способом; 2) с помощью ЭМП СВЧ; 3) стандартным способом с последующим воздействием на нее ЭМП СВЧ.
Пример 38-40. Аналогичен примеру 28-30. Отличается тем, что дегидрирование проводили в присутствии технологической воды, нагретой: 1) стандартным способом; 2) с помощью ЭМП СВЧ; 3) стандартным способом с последующим воздействием на нее ЭМП СВЧ.
Данные эксперименты показали, что при нагреве воды с помощью ЭМП СВЧ наблюдается увеличение выхода целевых продуктов дегидрирования углеродсодержащего сырья на 4-7 мас.% при использовании технологической воды по сравнению с использованием дистиллированной водой. Для бидистиллированной воды улучшение выхода целевых продуктов не наблюдается.
При подготовке воды стандартным способом с последующей обработкой ЭМП СВЧ наблюдается увеличение выхода целевых продуктов дегидрирования углеродсодержащего сырья на 6-10 мас.% при использовании технологической воды по сравнению с использованием дистиллированной водой. Для бидистиллированной воды улучшение выхода целевых продуктов пиролиза углеводородсодержащего сырья не наблюдается.
Пример 41. Для определения эффективности использования физических воздействий на процесс переработки углей были проведены сравнительные эксперименты.
Вначале был поставлен эксперимент по одной из наиболее эффективных из существующих технологий переработки углей (в данном случае был выбран процесс гидрогенизации углей с целью получения моторных топлив). Схема процесса приведена на фиг.6.
Измельченный уголь с жидким носителем и катализатором (сырье) смешивается в емкости 1, откуда насосом 2 подается в СВЧ-камеру предварительной обработки 3, наполненную насадкой для дополнительного перемешивания. При проведении процесса стандартным способом СВЧ-генератор не включен, и аппарат служит для дополнительного перемешивания компонентов системы. Затем сырье подается в СВЧ-реактор 6, распределяясь по всему объему нижней части реактора 8 с помощью сетчатой тарелки 7. При нагревании теном 18 до температуры проведения термической переработки. Снизу СВЧ-реактора 6 подается барботажный газ. Образующаяся в результате крекинга парогазовая смесь проходит через катализатор 10 и отбойный слой 11, на котором отделяется капельная влага. Парогазовая смесь из СВЧ-реактора 6, при необходимости, возвращается в СВЧ-камеру предварительной обработки 3. Или поступает в конденсатор 13, где происходит первичне разделение паргазовой смеси на два потока: 1) жидкая фаза с температурой кипения выше 130°С; 2) парогазовая смесь. Жидкая фаза поступает в конденсатор 14, охлаждается до температуры 20-25°С и собирается в приемной емкости 16. Несконденсированный газ смешивается с парогазовой смесью конденсатора 13 и поступает в конденсатор 15, охлаждаясь до температуры 20-25°С, и собирается в приемной емкости 17. Не сконденсированная газовая фаза собирается в газгольдер.
Процесс крекинга осуществлялся под давлением 17-19 МПа в присутствии железосодержащего катализатора (3,0-5,0% в расчете на сырье). Катализатор был измельчен в шаровой мельнице до размера частиц 0,7 мм. Температура поддерживалась 455°С, соотношение Н2/сырье 0,88 нм3/кг. Продолжительность процесса 1920 ч. Выход жидких продуктов с температурой кипения до 538°С составил 52,0%, газа - 19,0%, воды - 10,0%, твердого остатка (т.кип. более 538°С и твердые) - 36,0%.
Для определения влияния ЭМП СВЧ на процесс переработки углей был поставлен аналогичный эксперимент. Только после установления температурного режима 455°С, на сырье воздействовали ЭМП СВЧ. Продолжительность процесса составила 83 ч. Выход жидких продуктов с температурой кипения до 538°С составил 73,0%, газа - 12,0%, воды - 4,0%, твердого остатка (т.кип. более 538°С и твердые) - 11,0%.
Данные сравнительных экспериментов показали, что при воздействии на сырье ЭМП СВЧ сокращается время процесса, увеличивается выход жидких продуктов, снижается выход газов и твердого остатка.
Пример 42. Эффективность применения воздействия ЭМП СВЧ в процессе термической переработки тяжелого углеродсодержащего сырья определялась на примере термического крекинга мазута, проводимого в той же установке, что и крекинг углей.
Крекинг мазута стандартным способом проводили при температуре 505-510°С и давлении 5-7 МПа. Для экспериментов взяли мазут с температурой начала кипения 365°С содержащем смол - 30,3 мас.%, асфальтенов - 0,57 мас.%, масел - 69,13 мас.%(в том числе твердых парафинов - 15,71 мас.%). Продолжительность процесса 2 часа. По данным анализа в результате термического крекинга стандартным способом в жидкой фазе масел - 74,1 мас.%, смол - 18,2 мас.%, асфальтенов - 7,7 мас.%.
Эффективность применения воздействия ЭМП СВЧ на исходные вещества при проведении крекинга мазута определялось постановкой аналогичного эксперимента. После установления температуры 505°С, на сырье начинали воздействовать ЭМП СВЧ. Продолжительность процесса составила 20 мин. По данным анализа в результате термического крекинга под воздействием ЭМП СВЧ образуется жидкая фаза, содержащая масел - 87,3 мас.%, смол - 9,8 мас.%, асфальтенов - 2,9 мас.%.
Таким образом, воздействие ЭМП СВЧ на сырье в термическом крекинге сокращает время проведения процесса и увеличивает содержание масел в жидкой фазе за счет сокращения образования смол и асфальтенов.
Заявленный способ был проверен при проведении промышленных экспериментов по пиролизу прямогонного бензина на нефтеперерабатывающих заводах. Для этого были сконструированы и изготовлены специальные СВЧ-аппараты промышленно типа. Воздействию ЭМП СВЧ подвергались примеси в паре разбавления на одной из двух контрольных печей, работающих на бензиновом сырье при одинаковых сырьевых нагрузках и температурных режимах. При этом наблюдалось увеличение выхода этилена на 1.5% на одном заводе и на 3% на другом заводе для печей, на которые подавались частицы активированные ЭМП СВЧ. Кроме того, при использовании воздействия ЭМП СВЧ на примеси, находящиеся в паре разбавлении, наблюдается уменьшение выходов побочных продуктов, таких как бензол, толуол, ксилолы и т.д. на 0.5-2 мас.%; а так же уменьшение образования кокса на 30%.
Для проведения промышленных экспериментов по крекингу мазута и угля был сконструирован СВЧ-аппарат (фиг.7). Эксперименты проводили на Мини НПЗ. Воздействию ЭМП СВЧ подвергались примеси и катализатор, находящиеся в исходном сырье. При крекинге бурого угля месторождения Yilan (характеристики угля: Wr - 8.46%; Аd -9.1%; Сdaf - 77.43%; Нdaf - 5.66%; Ndaf - 1.56%; Sdaf - 0.38%; Odaf - 14.97%) под воздействием ЭМП СВЧ выход жидких продуктов с температурой кипения до 538°С составил 86 мас.%, в том числе содержание ароматических соединений - 29 мас.%. Продолжительность процесса 2 часа. При крекинге мазута (температура нала кипения 350°С, плотность 895,2 кг/м3) при воздействии ЭМП СВЧ на сырье выход масел составил 89,1 мас.%, смол - 9,4 мас.%, асфальтенов - 1,5 мас.%. Продолжительность процесса составила 20 минут.
Данные проведенных экспериментов доказывают, что предложенный способ решает задачу повышения эффективности использования электромагнитной энергии и увеличения экологической чистоты процесса термической переработки высокомолекулярного углеродсодержащего сырья в более легкие соединения.
| Таблица 1 | |||
| Средний состав технологической воды, используемой на нефтеперебатывающих заводах. | |||
| Неорганические соединения | мг/дм3 | Углеводороды | мас.% |
| K++Nа+ | 531 | Метанол | 0.01024 |
| Mg2+ | 94 | Бензол | 0.00071 |
| Са2+ | 150 | Толуол | 0.00027 |
| Fe2+ | 0.1 | Фенол | 0.01023 |
| Сl- | 345 | Метилфенол | 0.00061 |
| SO4 2- | 1156 | Нафталин | 0.00027 |
| НСО3 - | 130 | ||
| рН | 8.2 |
| Таблица 2 | |||||||||
| Параметры контроля состава технологической воды, используемой на нефтеперебатывающих заводах. | |||||||||
| Прозрач ность (1 раз в сутки) |
Щелочность (1 раз в сутки) |
Жесткость (1 раз в сутки) | Солесодержание (1 раз в сутки) |
Кислород (1 раз в сутки) | Аммиак NH3 | Железо (1 раз в неделю) |
pH (1 раз в сутки) | Нефтепродукты (1 раз в неделю) |
|
| Регламент | К 18 Н/м 40 см |
К 18 Н/б 0,5 мг |
К 18 Н/б 10 мкг |
К 18 Н/б 50 мг | К 208 Н/б 30 | К18 Н/б 100 мг | К 208 8,5-9,5 |
К18 Н/б 1 мг |
|
| Правила | Н/м 40 см | Не регл. | Н/б 10 мкг | Не регл. | Н/б 30 | HaNOН/б 30 мкг (0,03 мг) | Н/б 100 мг | 8,5-10,5 | Н/б 1 мг |
| ЦКТИ | Н/м 40 см | 0,3-0,5 | Н/б 10 мкг | Н/б 50 мг | Н/б 30 | 2-3 мг (3000 мкг) | Н/б 50 мг | 8,5-9,5 | Н/б 1 мг |
| Таблица 3. | ||||||||
| Результаты лабораторных исследований пиролиза и дегидрирования | ||||||||
| Фракция | Способ нагрева воды | Тип использованной воды | Выход, мас.% (без возд. ЭМП СВЧ) | Выход, мас.% (с возд. ЭМП СВЧ) | ||||
| Этилен | Пропилен | Бензол | Этилен | Пропилен | Бензол | |||
| Бензиновая | стандартный | Бидистиллированная | 26,34 | 18,21 | 5,73 | - | - | - |
| Дистиллированная | 26,51 | 18,24 | 5,75 | - | - | - | ||
| Технологическая | 26,61 | 18,46 | 5,81 | - | - | - | ||
| ЭМП СВЧ | Бидистиллированная | - | - | - | 26,39 | 18,19 | 5,74 | |
| Дистиллированная | - | - | - | 26,84 | 18,71 | 6,23 | ||
| Технологическая | - | - | - | 28,94 | 20,76 | 8,29 | ||
| Стандартный до кипения+ЭМП СВЧ | Бидистиллированная | - | - | - | 26,57 | 18,45 | 6,12 | |
| Дистиллированная | - | - | - | 27,53 | 19,41 | 7,08 | ||
| Технологическая | - | - | - | 29,32 | 21,20 | 8,87 | ||
| Керосингазойли вая |
стандартный | Бидистиллированная | 27,45 | 16,41 | 3,47 | - | - | - |
| Дистиллированная | 27,53 | 16,46 | 3,51 | - | - | - | ||
| Технологическая | 27,68 | 16,57 | 3,59 | - | - | - | ||
| ЭМП СВЧ | Бидистиллированная | - | -, | - | 27,48 | 16,46 | 3,48 | |
| Дистиллированная | - | - | - | 27,99 | 16,97 | 3,99 | ||
| Технологическая | - | - | - | 30,04 | 19,02 | 6,04 | ||
| Стандартный до кипения+ЭМП СВЧ | Бидистиллированная | - | - | - | 27.46 | 16,47 | 3,24 | |
| Дистиллированная | - | - | - | 28,42 | 17,43 | 4.21 | ||
| Технологическая | - | - | - | 30,21 | 19,22 | 5,65 |
| Продолжение таблицы 3. | ||||||||
| Пропан - бутановая | стандартный | Бидистиллированная | 28,67 | 19,85 | 2,14 | - | - | - |
| Дистиллированная | 28,73 | 19,87 | 2,17 | - | - | - | ||
| Технологическая | 28,81 | 19,93 | 2,26 | - | - | - | ||
| ЭМП СВЧ | Бидистиллированная | - | - | - | 28,69 | 19,91 | 2,18 | |
| Дистиллированная | - | - | - | 29,21 | 20,43 | 2,66 | ||
| Технологическая | - | - | - | 31,19 | 22,41 | 4,67 | ||
| Стандартный до кипения+ЭМП СВЧ | Бидистиллированная | - | - | - | 28,72 | 19,98 | 2,23 | |
| Дистиллированная | - | - | - | 29,25 | 20,51 | 2,67 | ||
| Технологическая | - | - | - | 31,49 | 22,75 | 4,95 |
| Таблица 4. | ||||
| Результаты лабораторных исследований пиролиза. | ||||
| Фракция углеродсодер-жащего сырья, содержащая примеси | Тип использованной воды/способ нагрева | Выход, мас.% | ||
| Этилен | Пропилен | Бензол | ||
| Бензиновая | Бидистиллированная/стандарт- ный |
28,57 | 21,08 | 8,21 |
| Керосингазойливая | Бидистиллированная/стандарт- ный |
29.54 | 17,79 | 5,17 |
| Пропан - бутановая | Бидистиллированная/стандарт- ный |
31,04 | 21,98 | 3,99 |
1. Способ термической переработки высокомолекулярного углеродсодержащего сырья в более легкие соединения, включающий активацию электромагнитным полем сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) примесей, находящихся в исходном веществе и/или дополнительно вводимых в исходное вещество, отличающийся тем, что регулируя время и/или мощность ЭМП СВЧ активируют примеси перед вводом в рабочую зону или непосредственно в рабочей зоне реакции.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение давления и/или температуры исходного вещества обеспечивает минимальные потери энергии ЭМП СВЧ при воздействии на примеси.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходных веществ, являющихся носителями примесей, используют такие вещества, как подготовленная вода и/или газ, и/или жидкое сырье.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используются растворимые и/или нерастворимые твердые мелкодисперсные примеси в различном составе из ряда: соли металлов, оксиды металлов, соли неметаллов, оксиды неметаллов, гидроксиды металлов, комплексные соединения.
