способ инициирования химических реакций в процессе переработки нефти и нефтепродуктов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ инициирования химических реакций в процессе переработки нефти и нефтепродуктов, включающий введение потока сырья в реакционную зону и его облучение, отличающийся тем, что облучение проводят электронами или протонами с одновременным активированием процесса гамма-квантами.

2. Устройство для инициирования химических реакций в процессе переработки нефти и нефтепродуктов, содержащее ускоритель заряженных частиц, рабочую камеру с входным и выходным патрубками, камеру охлаждения и защитный радиационный экран, отличающееся тем, что устройство ввода пучка заряженных частиц встроено в стенку камеры, а камера снабжена вольфрамовой мишенью, установленной напротив устройства ввода пучка заряженных частиц и выполненной в виде перегородки, разделяющей рабочую камеру на реакторную зону и зону активирования.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в рабочей камере перед выходным патрубком установлена дополнительная перегородка.

4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что вольфрамовая мишень и дополнительная перегородка соединены каждая с тремя стенками камеры и образуют окна для прохода потока обрабатываемого сырья.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что камера охлаждения размещена во внутренней полости вольфрамовой мишени.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что рабочая камера изготовлена в виде лабиринтного устройства и направляющих перегородок.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в рабочей камере между перегородками размещен катализатор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения продуктов переработки нефти и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Известен способ переработки нефти и ее фракций, включающий процесс очистки и разложения, при котором происходит отбор различных фракций, в том числе: бензина (авиационный или автомобильный), реактивное топливо, осветительный керосин, дизельное топливо, мазут и т.д. [И.П.Мухленов и др. Общая химическая технология: Учеб. для химико-техн.спец.вузов. Т.2. Важнейшие химические производства - М.: Высш. шк. 1984. с.55-71].

К недостаткам описанного способа следует отнести невысокий выход целевых продуктов за счет малой эффективности технологического процесса.

Известны способы переработки углеводородного сырья с использованием различных видов излучений, например способ последовательного извлечения фракций из углеводородного материала с использованием электромагнитной энергии частотой 300 МГц-300 ГГц, которую подают в дефлектор. Направленная на углеводородный материал энергия способствует процессу переработки. Контроль температуры процесса и регулировка ее осуществляется путем изменения положения дефлектора. Углеводороды и другие продукты переработки последовательно разделяются на фракции и удаляются [2.Патент США N 5055180, МКИ C 10 G 1/00, НКИ 208-402, опубл. 08.10.91.]

Недостатком способа является необходимость постоянного регулирования электромагнитной энергии в процессе крекирования продуктов реакции.

Известен способ сжижения и экстракции ископаемого твердого топлива с применением гамма-излучения и растворителя, который включает гидрогенизацию твердого топлива, смешением его с растворителем-донором водорода, облучение смеси ионизирующем излучением, а затем экстрагирование углеводородов из реакционной смеси. Облучение активирует донор водорода и облегчает его взаимодействие с молекулярной структурой углеводородного компонента, в результате чего образуются углеводороды меньшей молекулярной массы, что увеличивает выход целевых продуктов при переработке горючего сланца, битуминизированных песков и каменного угля [3.Патент США N 4772379, МКИ C 10 G 1/00, НКИ 208-402, опубл.1988.]

К недостаткам способа следует отнести то, что способ пригоден только для твердого топлива, при этом полученные углеводородные компоненты обладают недостаточно высоким качеством ввиду присутствия в них сернистых, смолистых и кислородсодержащих соединений.

Известен также способ регулирования режима работы реактора каталитического крекинга с использованием ионизирующего излучения, при котором излучение ,,- частиц или поток нейтронов, направленный через зону перемещающегося продукта, позволяет измерить детектором его среднюю плотность, регулировать режим работы реактора и контролировать расход продуктов [4. Заявка Франции N 2655053, C 10 G 11/18, опубл. 31.05.91.]

Однако в предлагаемом способе ионизирующее излучение используется только для измерения плотности и не влияет на протекание самих реакций.

Наиболее близким аналогом заявляемому способу является способ инициирования химических реакций энергией возбуждения плазмы СВЧ-разряда при проведении крекинга углеводорода; включающий введение в реакционную зону потока жидкого углеводорода, при этом зону подвергают облучению СВЧ-энергией для непрерывного поддержания внутри реакционной зоны плазмы СВЧ-разряда с малой плотностью потока энергии [5. Патент США N 5015349, МKИ C 10 G 15/00; 11/02, НКИ 204-166, опубл. 14.05.91.]

Недостатком этого способа является сложность удержания стабильности плазмы и соответственно обеспечения постоянства свойств получаемых продуктов и их высокого качества.

Известна также принятая за прототип установка для облучения жидкости ускоренными электронами, содержащая электронный ускоритель с вертикально установленным раструбом, рабочую камеру в виде желоба с камерой охлаждения, патрубков для подвода и отвода облучаемой жидкости, патрубок для подвода хладагента в камеру охлаждения и выходной патрубок. На стенке камеры охлаждения расположен вибратор [6. Авторское свидетельство СССР N 1365135, M.кл. G 21 K 5/04, опубл. 07.01.88.]

Недостатком установки является ее невысокая эффективность, т.к. жидкость обрабатывается только электронами, вырабатываемыми ускорителем, отсутствует процесс дополнительной активации.

Предлагаемые способ и устройство инициирования химических реакций в процессе переработки нефти и нефтепродуктов решают задачу обеспечения высокого качества и постоянства свойств получаемых продуктов и повышения эффективности процессов переработки.

Поставленная задача решена путем введения облучения обрабатываемого сырья электронами или протонами, а также дополнительной активации процесса путем вторичного облучения сырья гамма-квантами.

Для этого в заявляемое устройство, содержащее ускоритель заряженных частиц, рабочую камеру с входным и выходным патрубками, камеру охлаждения и защитный радиационный экран вводят вольфрамовую перегородку, которая установлена напротив устройства ввода пучка заряженных частиц ускорителя, вмонтированного в стенку камеры. Указанная мишень выполнена в виде перегородки и разделяет рабочую камеру на реакторную зону и зону активирования.

В устройство введена вторая перегородка, причем обе перегородки образуют окна для прохода потока обрабатываемого сырья, которые расположены у противолежащих стенок камеры так, что поток "змейкой" омывает обе перегородки. Кроме того, в зону активирования может быть введен катализатор.

На фиг. 1 изображено устройство для инициирования химических реакций при переработке нефти и нефтепродуктов, на фиг. 2 - установка для пряной перегонки нефти.

Устройство для инициирования включает ускоритель 1 заряженных частиц, устройство 2 ввода пучка заряженных частиц, представляющее берилловое окно, встроенное в стенку рабочей камеры 3, входной и выходной патрубки 4 и 5 для подвода и отвода обрабатываемого сырья, вольфрамовую мишень 6 с камерой охлаждения, размещенной во внутренней полости 7 мишени, перегородку 8 и защитный радиационный экран 9. Вольфрамовая мишень 6 выполнена в виде перегородки, установленной в рабочей камере 3 напротив устройства 2 ввода пучка заряженных частиц.

Вольфрамовая мишень 6 и перегородка 8 контактируют каждая с тремя стенками рабочей камеры, образуя с четвертой стенкой камеры окна 10 и 11 для прохода потока обрабатываемого сырья. Окна 10 и 11 расположены у противолежащих стенок камеры, так что проходящий поток сырья омывает мишень и перегородку, которые разделяют рабочую камеру на три зоны: реакторную зону I, зону активирования II и выходную зону III.

Камера зоны активирования II выполнена в виде лабиринтного устройства, обеспечивающего многократное прохождения потока в зоне воздействия гамма-квантов.

В зоне активирования II между вольфрамовой мишенью 6 и перегородкой 8 при необходимости размещают гранулированный или порошковый катализатор, например, цеолитосодержащий. В этом случае рабочую камеру снабжают дополнительными патрубками для загрузки и выгрузки катализатора (на чертеже не показано).

Внутренняя полость 7 вольфрамовой мишени 6 снабжена каналами для подвода и отвода хладагента, (например воды).

Описанное устройство инициации 12 подключают к любым установкам переработки нефти и нефтепродуктов, например к установке прямой перегонки нефти (фиг. 2), при этом выходной патрубок 5 рабочей камеры соединяют с нижней частью ректификационной колонны 13.

Способ инициирования осуществляют следующим образом.

Поток подготовленной к переработке нефти или нефтепродуктов подводят через входной патрубок 4 и пропускают через устройство инициирования. При этом в реакторной зоне I поток сырья подвергают воздействию потока электронов иди протонов, проходящего в камеру от устройства 2 ввода пучка. При этом нефть или нефтепродукты разогреваются и начинается процесс их разложения. Далее поток сырья с ингредиентами - разложения через окно 10 попадает в зону активирования II, где происходит дополнительное активирование продуктов разложения как за счет воздействия гамма-квантов, выбиваемых из вольфрамовой мишени потоком электронов или протонов, так и за счет активационной способности катализатора.

Далее поток нефти и продуктов разложения поступает на следующую технологическую операцию для дальнейшей переработки.

Выходную мощность ускорителя заряженных частиц выбирают обычно в пределах от 1,5 до 10 МэВ, исходя из условий производительности и свойств сырьевого нефтепродукта.

При воздействии потока электронов, протонов и гамма-квантов в потоке обрабатываемого сырья происходят химические реакции.

Причем первичные реакции расщепления содержащихся в сырье углеводородов идут в условиях высоких температур (450-900^oC) для известного способа.

В предлагаемом способе парафиновые углеводороды расщепляются на более легкие при пониженных температурах (400-430^oC).

Заявляемые способ и устройство могут быть использованы на любой стадии переработки и при любом процессе, например: при прямой перегонке, крекинге, риформинге, гидроочистке и перед любым из этих процессов. Устройство может быть установлено на самоходное шасси, перемещаться к любому оборудованию и для его включения в работу достаточно подключить входной и выходной патрубки в технологическую линию и включить ускоритель.

Пример 1. Исходное сырье (очищенная и обессоленная нефть) по входному патрубку 4 направляют в реакторную зону I, где оно контактирует с потоком электронов при мощности поглощенной дозы 65 кГр/с, нагреваясь до 400-420^oC и частично разлагаясь, а затем поток нефти с продуктами разложения поступает в зону активирования II, проходя через поток гамма-квантов и слой порошкового цеолитосодержащего катализатора, продукты крекинга дополнительно разлагаются. Затем весь поток направляют через выходную зону III и патрубок 5 в зону кипящего слоя реактора-сепаратора, и далее в зону десорбции, где осуществляют отдувку продуктов крекинга с поверхности катализатора водяным паром. При этом отпадает необходимость в разогреве, а глубина разложения увеличивается, что обеспечивает повышение выхода светлых нефтепродуктов.

Пример 2. Предварительно обессоленную и обезвоженную нефть пропускают через устройство, нагревая ее в I зоне электронами при мощности поглощенной дозы 45 кГр/с до температуры 340^oC, облучают гамма-квантами во второй зоне, а затем производят атмосферно-вакуумную перегонку отдельных углеводородных групп.

В результате глубоких химических деструктивных превращений элементов сырья под воздействием электронов и гамма-квантов обеспечивается снижение в 1,2 раза остаточного содержания непредельных углеводородов и повышения выхода легких и бензиновых фракций в 1,4 раза.

Пример 3. Нефть насосом последовательно прокачивают через теплообменник 14 (фиг. 2), установки прямой перегонки нефти, где она отнимает теплоту от дистиллятов, подогреваясь до 170-175^oC, и поступает в устройство инициирования 12 под избыточным давлением, которое создается насосом (на чертеже не показано). Из устройства 12 нефть при 300-350^oC в парожидкостном состоянии подается в нижнюю часть ректификационной колонны 13, где давление снижается, происходит испарение фракций и отделение их от жидкого остатка-мазута.

Пример 4. Нефть, идущую из скважины, подвергают воздействию пучка электронов, нагревают ее до 45-90^oC, обрабатывают гамма-квантами до интегральной дозы 510³ Гр и осуществляют одновременно аэрацию.

Использование предлагаемого технического решения улучшает качество нефти и снижает скорость коррозии нефтепроводов и резервуаров хранения, благодаря уменьшению образования сероводорода в добытой нефти.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает увеличение глубины разложения нефтепродуктов с безусловным обеспечением постоянства и стабильности эффекта, гарантирующего стандартизацию качества получаемых узкофракционных продуктов с высокой степенью повторяемости. Все это в полной мере можно отнести к получению высококачественных моторных топлив, смазочных материалов и непредельных углеводородных соединений для химической промышленности.