Способ магнитной активации жидких высокомолекулярных углеводородов и устройство для реализации способа

Описаны способ магнитной активации жидких высокомолекулярных углеводородов, в котором для создания магнитного поля в жидкости, протекающей по диамагнитной трубе, пропускают импульсы тока по проводникам, расположенным в потоке жидкости, и устройство для реализации данного способа, в котором формирователи магнитного поля находятся вне трубы, а внутри трубы установлены металлические проводники, изолированные концы которых выведены наружу трубы и через управляемые коммутаторы подключены к импульсным источникам электроэнергии. Повышение магнитной активации углеводородов позволяет снизить температуру нагрева углеводородов при переработке их термическим разложением и снизить при этом коксование на греющих поверхностях. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области нефтехимии, конкретно к переработке высокомолекулярных углеводородов их термическим разложением и извлечением топливных фракций.

Для снижения температуры нагрева и уменьшения твердых отложений в трубах печей и сепараторов поступающее сырье активируют, переводя молекулы углеводородного сырья в возбужденное состояние, что облегчает их последующее разложение.

В данной заявке понятие «сырье» подразумевает в том числе мазут, гудрон, битуминозную и тяжелую нефть плотностью выше 880 кг/м3, нефтяные шламы с температурами кипения 360°C и выше.

Известен способ переработки тяжелого углеводородного сырья, в частности нефтяных остатков путем двухступенчатого висбрекинга (патент №2215020 МПК C10G 15/00 приор. 21.06.2002), включая нагрев сырья, воздействие на него электромагнитным полем перед подачей на первую ступень, крекинг в печи и подачу потока сырья и продуктов термического разложения на вторую ступень в реакционную секцию с последующим фракционированием жидкого продукта. Изобретение позволяет повысить гомогенность нефтяной системы для увеличения глубины переработки тяжелого углеводородного сырья, получить товарное котельное топливо.

Недостатком указанного способа является недостаточная эффективность активации тяжелого углеводородного сырья для снижения коксообразования в процессе висбрекинга, что и ограничивает увеличение глубины переработки тяжелого углеводородного сырья в светлые дистиллятные фракции.

Известен также способ крекинга нефтесодержащих фракций с использованием физических методов воздействия на сырье в ходе осуществления процесса разделения сложных молекул исходного сырья на более простые путем генерации переменного вращающегося магнитного поля в зоне термического крекинга в полости котла, а сам обрабатываемый объем в полости котла выполняет функцию замыкающего магнитный поток соединительного звена в используемом контуре (патент RU 2422492 МПК C10G 15/00, приор. 09.03.2010). Диапазон частот применяемого магнитного поля 40-70 Гц, температура подогрева в интервале 45-65°C.

Недостатки указанного способа осуществления «разделения сложных молекул исходного сырья» связаны с тем, что для разрыва внутримолекулярных связей используется энергии только электромагнитного поля, что на практике ведет к утроению энергетических затрат в сравнении использования трубчатых печей огневого нагрева из-за КПД электрогенерации 29-35% от огневого нагрева. Необходимость четкой ректификации продуктов крекинга на фракции для последующего облагораживания для получения моторных топлив в соответствии с нормами действующего технологического регламента на бензин, дизельное топливо и т.п. потребует нагрева содержимого указанного в патенте «котла» до 360°C. Это дополнительно увеличит энергозатраты на весь процесс, что является ограничением для крупнотоннажной переработки термического крекинга по предлагаемому способу. Кроме того, магнитное поле создается в зоне термического крекинга, что усложняет оборудование.

Известно устройство для магнитной обработки жидкостей, в котором цилиндрическая конструкция корпуса является одновременно составляющей магнитопровода и местом крепления диаметрально противоположно расположенных внутри него соленоидов, представляющих собой сердечники с катушками, между полюсами которых по диамагнитной трубе протекает обрабатываемая жидкость. Устройство обеспечивает высокий коэффициент использования магнитной энергии источников, возможность регулирования напряженности магнитного поля в широких пределах (патент РФ №2167824 МПК C02F 1/48 приор. 02.03.1998).

Это устройство и реализуемый им способ по назначению и используемым приемам наиболее близки к заявляемым и приняты нами за прототип.

Его недостаток состоит в слабости воздействия магнитным полем на протекающую жидкость, т.к. между соленоидом и жидкостью находится стенка диамагнитной трубы, а величина магнитной индукции ограничена значительной длиной магнитной линии и насыщением сердечника.

Цель изобретений состоит в повышении эффективности активации.

Указанная цель достигается тем, что в способе магнитной активации, включающем создание магнитного поля в жидкости, протекающей по диамагнитной трубе, для создания магнитного поля пропускают импульсы тока по проводникам, расположенным в потоке жидкости.

Указанная цель достигается также тем, что импульсы тока имеют длительность 10-100 нс и амплитуду 100-300 А.

Активация усиливается также тем, что при течении производят вихревое перемешивание жидкости.

Для достижения цели устройство, содержащее диамагнитную трубу с протекающей по ней жидкостью, и формирователи магнитного поля вне трубы, дополнительно содержит установленные внутри трубы металлические проводники, изолированные концы которых выведены наружу трубы и через управляемые коммутаторы подключены к импульсным источникам электроэнергии.

Указанные металлические проводники предпочтительно имеют длину 0,01-0,05 м, а в качестве импульсных источников электроэнергии могут быть использованы выводы коммутаторов, изолированные друг от друга на напряжение до 30 КВ.

Общеизвестно, что магнитное поле тока ослабевает пропорционально квадрату расстояния от тока. Расположение проводников в потоке обеспечивает для молекул углеводородов нахождение в максимальной близости от тока и, следовательно, получение максимального воздействия магнитного поля. Как известно, воздействие импульсов на молекулу не равномерно по их длительности, а носит резонансный характер. Различная длительность и период повторения импульсов позволяют найти оптимальный режим воздействия на конкретный тип молекулы. Импульсы создаются разрядом предварительно заряженной емкости после срабатывания коммутатора. Индуктивность цепи разряда определяется проводником, в частности, его длиной. Использование в одном устройстве проводников разной длины позволяет получить при одинаковых в остальном блоках различные периоды и длительности импульсов, что обеспечивает активацию молекул с различной длиной углеродной цепи. Вихревое перемешивание жидкости увеличивает число молекул, соприкасающихся с проводниками, из-за этого возрастает интенсивность работы устройства. Достоинством предлагаемых изобретений является также независимость работы от состояния сырья, в частности, его засоленности и электропроводности, т.к. ток течет не по жидкости, а по проводнику, имеющему в тысячи раз большую проводимость.

Реализация способа рассмотрена на примере работы устройства, показанного на чертеже. Аппарат проточного типа состоит из трубы 1 из немагнитного металла, например немагнитной нержавеющей стали, в которую через проходные изоляторы введены линейные токоведущие проводники 2 длиной 10-50 мм из немагнитной нержавеющей стали в количестве 50-150 шт., которые соединяются на внешней стороне трубы 1 с выводами быстродействующих газоразрядных или полупроводниковых коммутаторов 3. Коммутаторы 3 питаются от импульсных источников 4 напряжением 10-30 KB и управляются синхронизатором 5. Конденсатор 6 включен между входами коммутаторов 3 одного блока и через диоды 7 подключен к выходу импульсного источника питания 4. В ряде случаев конденсатор 6 может отсутствовать, т.к. для получения требуемых импульсов достаточно собственной емкости вводов коммутаторов 3. В экспериментальном образце аппарата емкость вводов составляла 10-25 pF, а совокупная индуктивность цепи с линейным проводником 7-12 nH.

Устройство работает следующим образом.

Импульсные источники питания 4 питаются от стандартной сети переменного тока. От них до напряжения 10-30 KB заряжаются конденсаторы 6. Синхронизатор 5 с периодичностью 50-300 Гц выдает команды на срабатывание коммутаторов 3. При включении коммутаторов происходит колебательный, в несколько периодов, разряд конденсатора 6, после чего коммутаторы 3 запираются, а конденсатор 6 снова заряжается. Амплитудное значение мощности разряда достигает 1-3 МВт, а потребление энергии на один цикл блока 1-10 мДж. Таким образом, мощность, потребляемая из сети аппаратом из 150 блоков, составляет не более 300 Вт. Для повышения степени активации соединяют последовательно по потоку несколько аппаратов. Вихревое перемешивание жидкости обеспечивается установкой спиральных направляющих в трубе на входе аппарата. Дополнительно жидкость перемешивается при повороте потока на 180° при переходе из одной трубы в другую.

Предлагаемые изобретения позволяют, по экспериментальным данным, использовать существующее аппаратурное оформление процесса висбрекинга и коксования при температуре процесса на 50-70°C ниже, чем на существующих аналогах и снизить коксование на греющих поверхностях, например, на внутренних стенках трубчатых печей на 50-75% за равный межремонтный период.

1. Способ магнитной активации, состоящий в создании магнитного поля в жидкости, протекающей по диамагнитной трубе,

отличающийся тем, что в качестве жидкости используют высокомолекулярные углеводороды, а для создания магнитного поля пропускают импульсы тока по проводникам, расположенным в потоке жидкости.

2. Способ магнитной активации по п. 1, отличающийся тем, что импульсы тока имеют амплитуду 100-300 А и длительность 10-100 наносекунд.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при течении жидкости производят ее вихревое перемешивание.

4. Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее диамагнитную трубу с протекающей по ней жидкостью, и формирователи магнитного поля вне трубы,

отличающееся тем, что внутри трубы установлены металлические проводники, изолированные концы которых выведены наружу трубы и через управляемые коммутаторы подключены к импульсным источникам электроэнергии.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что металлические проводники имеют длину 0,01-0,05 м, а в качестве импульсных источников электроэнергии использованы выводы коммутаторов, изолированные друг от друга на напряжение до 30000 В.