способ обработки нефти, нефтепродуктов, углеводородов

Формула изобретения

1. Способ обработки нефти, нефтепродуктов, углеводородов путем воздействия модулированным потоком звуковой энергии частотой 1 - 110⁶ Гц, мощностью 0,1 - 150 кВт/см², равномерно распределенным по сечению потока обрабатываемой жидкости, при этом амплитуда и длительность модулирующих импульсов составляют 0,1 - 50,0% и 0,1 - 99,0% основного импульса соответственно, а соотношение амплитуд модулирующих импульсов на участках переднего фронта, верхней площадки и спада сигнала основного импульса составляет 100:1 - 1:100.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметры модулирующих импульсов формируют одинаковыми и/или различными по величине на различных участках основного импульса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке нефти и нефтепродуктов, в частности к обработке жидких углеводородов, и может быть также использовано для обработки воды и других жидких сред.

Известен способ обработки топлива, заключающийся в воздействий на поток топлива электромагнитным полем, распространяющимся вдоль пары параллельных электродов, при соблюдении соотношения L/D² = K_т /Uf², где в частном случае L = 1200-1600 мм - диаметр топливопровода, D = 7,5-10 мм - длина участка топливопровода в зоне действия электромагнитного поля, U = 12-600 В - напряжение, подводимое на электроды, f = 10-100 Гц - частота колебаний электромагнитного поля и K_т = 0,8-1,0 - коэффициент качества топлива, характеризующийся его вязкостью и электропроводностью (патент РФ N 2038506, F 02 M 27/04, 1992).

К недостаткам этого способа относится необходимость перемещения обрабатываемого вещества для создания подвижного переменного электромагнитного поля, что ограничивает области применения известного способа.

Известен способ обработки жидких углеводородов, который заключается в воздействии импульсным электромагнитным полем напряженностью 810⁵-210⁶ А/м с частотой импульсов 700-800 Гц и длительностью 0,02-0,009 с в течение 1-5 импульсов непосредственно перед использованием углеводородов (патент РФ N 2098454, C 10 G 32/02, 1993).

Возможности известного способа ограничены необходимостью обработки углеводородов непосредственно перед употреблением и, следовательно, недостаточно длительным сроком сохранения полученных в результате обработки характеристик углеводородов, в частности вязкости и полноты сгорания.

Известен способ транспортировки продукции нефтяной скважины по трубопроводам, предусматривающий, в частности, обработку потока одновременно электрическим и гравитационным полями (поле барообработки) или магнитным и гравитационным полями, причем электрическое поле создают напряженностью 0,2-2,0 В/м, а поле давления (гравитационное) создают путем циклической нагрузки и разгрузки обрабатываемой скважинной жидкости (патент РФ N 1083915, F 17 D 1/16, C 02 F 1/48, 1996).

Способ ограничен в своем использовании только применительно к скважинной жидкости и не позволяет достичь высокой эффективности при обработке других жидких сред.

Известен способ предварительной обработки топлива с использованием ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что возбуждаемые в жидкой фазе топлива высокочастотные ультразвуковые колебания фокусируют вблизи ее верхней граничной поверхности (патент РФ N 2074971, F 02 M 27/02, 5/0).

Недостатком этого способа является сложность технологии его применения и ограничение номенклатуры обрабатываемых материалов.

Известен способ очистки водных растворов, включающий воздействие на жидкость электромагнитного облучения инфракрасной области спектра, причем одновременно на раствор воздействуют потоком звуковой энергии в диапазоне частот 300 Гц-50 МГц интенсивностью 1-150 мВт/см², а электромагнитное облучение осуществляют с частотой излучения 3 Гц-500 МГц в красной и инфракрасной областях спектра в диапазоне длин волн 0,2-10 см и мощностью 1-150 мВт/см². В частном случае импульсное электромагнитное облучение осуществляют модулированным диапазоном мощности (заявка РФ N 97121336/25, C 02 F 1/30, 1/34, 1997).

Одновременное воздействие энергетическими полями различной природы ведет к повышенному расходу энергии, усложняет поиск оптимальных режимов и усложняет технологию применения, что не позволяет получить наибольший эффект при обработке жидких сред.

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к предлагаемому техническому решению является способ ультразвукового облучения нефти и тяжелых нефтяных топлив с частотой 25 кГц и мощностью 150 Вт при 40-70^oC в течение 10-40 ч (Nagai Macoto etc., "Effects of ultrasonic irradiation on viscosity of fuel oils", Fuel, 1982, vol. 61, 1160-1161).

К недостаткам известного способа относятся значительные затраты времени на обработку нефтепродуктов для получения положительного эффекта, зависимость от масштабного фактора - чем больше объем обрабатываемой жидкости, тем меньше эффективность обработки.

Задачей предлагаемого способа является повышение технологических параметров процесса переработки нефти и качества конечных нефтепродуктов, упрощение технологии обработки нефти и нефтепродуктов и снижение материальных и энергетических затрат.

Указанная цель достигается путем резонансного воздействия акустическим полем на нефтяные дисперсные системы (НДС) и индивидуальные соединения, содержащиеся в нефти и нефтепродуктах, сообщающем им дополнительную энергию, сопоставимую с энергией разрыва межмолекулярных и химических связей и соответственно приводящую к изменению коллоидных структур НДС и структуры индивидуальных углеводородов, в первую очередь н-алканов.

Способ реализуют путем воздействия на обрабатываемую жидкость звуковым полем, направленным вдоль потока жидкости и имеющим плотность мощности, практически одинаковую по всему сечению потока, при этом диапазон частот механических колебаний составляет 1-110⁶ Гц при мощности звукового потока 0,1-150 кВт/см².

Особенностью предлагаемого способа обработки нефти, нефтепродуктов и углеводородов является не только обеспечение равномерности распределения мощности по всему сечению потока жидкости, но и характер основных и модулирующих импульсов звукового поля, отвечающих следующим соотношениям: амплитуда модулирующих импульсов на различных участках основного импульса (передний фронт, верхняя площадка, участок спада) составляет 0,1-50% амплитуды основного импульса при соотношении амплитуд импульса на переднем фронте к амплитудам на участке спада от 100:1 до 1:100, причем длительность модулирующих импульсов на всех участках основного импульса составляет 0,1-99% от длительности основного импульса при одинаковой и/или различной амплитудах и длительности модулирующих импульсов на различных участках основного импульса. Нижние границы указанных параметров определяются существенным снижением эффективности обработки, а верхние параметры ограничены достигнутыми в настоящее время техническими возможностями.

Пример. Для осуществления предлагаемого способа используют генератор звуковых сигналов в виде соленоида с многослойной намоткой (патент РФ N 2086007, G 10 K 11/00, 1994), через осевое отверстие которого пропускает обрабатываемую жидкость. Предварительно экспериментальным путем определяют оптимальные характеристики звуковых колебаний для обработки конкретных материалов. Обнаружено, что эффективность воздействия не зависит от геометрических параметров потока, скорости потока жидкости и объемов перекачки.

При обработке нефти Талаканского месторождения и последующей ее атмосферной перегонке установлено, что низкомолекулярные н-алканы превращаются в циклопарафины, что приводит к существенному повышению октанового числа прямогонного бензина (фракция НК-150) и температуры начала кипения нефти (НК), т. е. к более благоприятному углеводородному составу, и позволяет использовать его для получения товарного автобензина. У дизельной фракции (фракция 150-350) снижается температура помутнения и застывания, а также вязкость, что позволяет вырабатывать из нее зимние и арктические сорта дизельного топлива. В тяжелом остатке от атмосферной перегонки (фракция 350-НК) содержание асфальтенов вследствие разрушения НДС может быть снижено на порядок, а вязкость на 20-25%, что позволяет использовать его в качестве высокоэффективного котельного топлива.

Результаты обработки нефти и характеристики нефтепродуктов представлены в табл. 1-2.