способ и установка для очистки жидких углеводородов от серы

Формула изобретения

1. Способ очистки жидких углеводородов от серы, заключающийся в подогреве и воздействии на них однополярных электромагнитных импульсов мощностью более 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц и последующем охлаждении, отличающийся тем, что в качестве углеводородов используют светлые нефтепродукты, которые подогревают до 60°С, затем распыляют, а после воздействия электромагнитных импульсов их фильтруют и сепарируют от выделяющихся газов и выпадающих осадков и смол с последующим охлаждением.

2. Установка для очистки жидких углеводородов от серы, содержащая емкость для обработки жидких углеводородов с системами их подвода и отвода, устройство подогрева жидких углеводородов и возбудитель электромагнитных импульсов, связанный с емкостью для обработки и представляющий собой генератор однополярных импульсов мощностью 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц с излучателем, отличающаяся тем, что она снабжена системой распыления жидких углеводородов, размещенной внутри вертикальной цилиндрической емкости для обработки углеводородов и выполненной в виде форсуночного блока, соединенного с системой подвода и устройством подогрева через насос, а система отвода обработанных жидких углеводородов из емкости состоит из последовательно соединенных насоса, фильтра, сепаратора и системы охлаждения, выполненной в виде теплообменника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам обработки жидких, преимущественно светлых, нефтепродуктов для их очистки от серы и риформинга посредством электромагнитных полей и может широко использоваться в нефтехимической промышленности.

Сера в нефти и нефтепродуктах содержится в газе H₂S, сульфатах и сульфитах, персульфате, а также в органических соединениях, метилмеркаптане, этилмеркаптене, 2-меркаптэтаноле, третбутилмеркаптане, диметилсульфоксиде и др.

Известен способ обработки жидких углеводородов с помощью магнитного поля, заключающийся в том, что на жидкие углеводороды воздействуют импульсным магнитным полем напряженностью 8·10 ⁵-2·10⁶ А/м с частотой импульсов 700-800 Гц и длительностью импульсов 0,02-0,09 с, при этом непосредственно перед использованием жидких углеводородов [патент РФ №2098454, МПК C10G 32/02, B01J 19/12, заявл. 25.11.93, опубл. 10.12.97].

Установка для осуществления этого способа 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 в виде соленоида, токопроводящая обмотка которого охватывает емкость для обработки жидких углеводородов [патент РФ №2098454].

Недостаток известных способа и устройства заключается в том, что с их помощью изменяется макроструктура молекул обрабатываемых углеводородов, что изменяет их физико-математические свойства, такие как вязкость, температура вспышки, стабилизируется процесс их сгорания, уменьшая токсичность отработавших газов, то есть улучшаются их технологические (эксплуатационные) свойства, но при этом их качественные характеристики, такие как содержание вредных примесей в самих жидких углеродах (в частности, смолы и сера) и октановое число, не изменяется. Это объясняется тем, что обработка ведется фактически магнитным полем, которое мало изменяет атомно-молекулярную структуру обрабатываемых жидких углеводородов.

Известен способ обработки жидких углеводородов, заключающийся 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 [патент РФ №2179572, МПК C10G 32/02, 35/16, заявл. 07.12.2000, опубл. 20.02.2002].

Установка для осуществления этого способа 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 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 введено 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 устройства охлаждения пара до состояния жидкой фазы, выполненного с возможностью регулирования температуры охлаждения в зависимости от вида охлаждаемых углеводородов, подсоединенного к патрубку отвода.

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

Недостатками известного способа и установки являются сложность их осуществления - технологического и конструктивного, а также малая производительность, кроме того, установка имеет высокое энергопотребление на испарение обрабатываемых углеводородов и сложна в эксплуатации.

Наиболее близкими к заявляемому изобретению по технической сущности являются способ очистки жидких углеводородов от серы и установка для его осуществления [патент РФ №2235114, МПК C10G 32/02, В03С 1/005, заявл. 14.04.2003, опубл. 27.08.2004 г.]. Способ заключается в том, что жидкие углеводороды в виде нефти предварительно подогревают до температуры 50°С, воздействуют на подогретую нефть однополярными электромагнитными импульсами тока 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-прототип 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 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц с излучателем, размещенным внутри емкости для обработки вдоль ее продольной оси и выполненным в виде длинного металлического стержня, обвитого цилиндрической спиралью, при этом устройство подогрева представляет собой установленный между системой подвода и входом емкости для обработки регулируемый теплообменник, соединенный с емкостью для обработки через насос, а система отвода жидких углеводородов из емкости соединена с отстойником обработанных жидких углеводородов.

Недостатками известного способа и установки являются малая производительность и сложность реализации обработки жидких углеводородов в непрерывном режиме, так как в конце каждого цикла очистки необходим период отстаивания обработанных углеводородов.

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

Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки жидких углеводородов от серы, заключающемся в подогреве и воздействии на них однополярных электромагнитных импульсов мощностью 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц и последующем охлаждении, согласно изобретению в качестве углеводородов используют светлые нефтепродукты, которые подогревают до 60°С, затем распыляют, а после воздействия электромагнитных импульсов их фильтруют и сепарируют от выделяющихся газов и выпадающих осадков и смол с последующим охлаждением.

При распылении подогретых до 60°С используемых светлых нефтепродуктов происходит импульсный радиолиз, при котором образуются очень активные реагенты - сольватированные электроны , вызывающие отщепление атомов водорода от молекул углеводородов за счет того, что в подогретой распыленной жидкости молекулы не так тесно связаны друг с другом. Взаимодействие сольватированных электронов и атомов водорода с органическими соединениями (углеводороды) приводит к окислительно-восстановительным реакциям и распаду серосодержащих соединений, выпадению в осадок смол. Это улучшает качественные характеристики обрабатываемых углеводородов, уменьшая в них содержание серы и смол.

Эффективность способа объясняется следующим. 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. Согласованность по волновому сопротивлению емкости для обработки и кабеля генератора практически исключает потери мощности, воздействие очень коротких (менее 10^-9 с) и очень мощных (более 1 МВт) импульсов на жидкие углеводороды приводит к их импульсному радиолизу. В частности, характерной особенностью импульсного радиолиза органических жидкостей, к которым относятся и углеводороды, является образование сольватированных электронов , которые являются одним 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].

Предварительный подогрев с помощью регулируемого по температуре устройства подогрева жидких углеводородов и диспергирование (распыление) значительно облегчает описанное выше воздействие электромагнитных импульсов на углеводороды, поскольку в этом состоянии их частицы меньше связаны между собой молекулярными силами притяжения.

Фильтрация и сепарирование обработанных жидких углеводородов от выпадающих в осадок смолистых веществ и серы позволяет получить обработанные углеводороды в виде, готовом для дальнейшего использования, завершая непрерывный процесс обработки.

В сравнении с прототипом заявляемый способ очистки жидких углеводородов от серы обладает новизной, отличаясь от него такими существенными признаками как использование для обработки жидких углеводородов, предварительно нагретых до 60°С и распыленных, фильтрация и сепарация от выпадающих осадков обработанных жидких углеводородов, обеспечивающих в совокупности заданный результат.

Для осуществления предлагаемого способа создана установка для очистки жидких углеводородов от серы, содержащая емкость для обработки жидких углеводородов с системами их подвода и отвода, устройство подогрева жидких углеводородов и возбудитель электромагнитных импульсов, связанный с емкостью для обработки и представляющий собой генератор однополярных импульсов мощностью 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц с излучателем, согласно изобретению, она снабжена системой распыления жидких углеводородов, размещенной внутри вертикальной цилиндрической емкости для обработки углеводородов и выполненной в виде форсуночного блока, соединенного с системой подвода и устройством подогрева через насос, а система отвода обработанных жидких углеводородов из емкости состоит из последовательно соединенных насоса, фильтра, сепаратора и системы охлаждения, выполненной в виде теплообменника.

Выполнение установки для очистки жидких углеводородов от серы вышеописанным образом позволяет создать условия для осуществления заявляемого способа и обеспечить 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».

Изобретение иллюстрируется чертежом, где показана общая схема установки для очистки жидких углеводородов.

Установка для очистки углеводородов от серы содержит емкость 1 для обработки углеводородов с патрубком 2 системы подвода жидких углеводородов и патрубком 3 системы 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 распыления подогретых углеводородов, генератор 7 однополярных электромагнитных импульсов, соединенный с емкостью 1 для обработки посредством кабеля 8. Излучатель генератора 7 расположен внутри емкости 1 вдоль ее оси и выполнен в виде длинного металлического стержня 9, соединенного с генератором 7 посредством кабеля 10 и прикрепленного к корпусу емкости 1 через изолятор 11. Система отвода обработанных углеводородов патрубком 3 соединена через насос 12 с последовательно соединенными фильтром 13, сепаратором 14 и теплообменником 15. Для вывода образующихся газов из емкости 1 предусмотрен патрубок 16, для удаления из обработанных углеводородов выпадающих осадков в системе отвода предусмотрены патрубки 17 и 18.

Устройство 6 для распыления жидких углеводородов может представлять собой, в частности, кольцевой коллектор с низконапорными центробежными форсунками, шнековыми либо тангенциальными. Генератор 7 однополярных электромагнитных импульсов представляет собой, в частности, устройство по патенту РФ №2004064 «Формирователь наносекундных импульсов», МПК Н03 3/33, заявл. 05.06.91, опубл. 30.11.93 г.

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

Жидкие углеводороды (нефть и светлые нефтепродукты), подлежащие очистке, подают на подогрев в устройство 4 подогрева - в регулируемый теплообменник, например, в виде трубчатого змеевика. Углеводороды в жидком виде поступают в теплообменник 4, где происходит их подогрев до 60°С.

Из теплообменника 4 через патрубок 2 системы подвода и насос 5, регулирующий скорость подачи, углеводороды поступают в емкость 1 для обработки, где посредством форсуночного блока 6 распыляются и подвергаются воздействию поступающих с генератора 7 однополярных электромагнитных импульсов мощностью более 1 МВт и длительностью менее 1 нс, частотой повторения не менее 1 кГЦ. При этом происходит импульсный радиолиз распыленной подогретой жидкости.

Обработанные жидкие распыленные углеводороды оседают в нижней части емкости 1 для обработки, откуда через патрубок 3 посредством насоса 12 подаются через фильтр 13 и сепаратор 14, отделяющие выпавшие сернистые осадки и смолы от обработанных углеводородов, на теплообменник-охладитель 15. Образующиеся газы и выпавшие осадки удаляются через патрубки 16, 17, 18.

В сравнении с прототипом заявляемые способ очистки жидких углеводородов от серы и установка для его осуществления обеспечивают упрощение технологии и конструкции средств очистки при повышении качества и производительности очистки в непрерывном режиме.

Заявляемый способ очистки жидких углеводородов от серы и установка для его осуществления могут найти широкое применение в нефтехимической промышленности, поэтому соответствуют критерию «промышленная применимость».

Пример .

Опытный макет установки для очистки жидких углеводородов имеет следующую конструкцию. Высота вертикальной цилиндрической емкости 2 м, диаметр 0,4 м, диаметр излучателя 0,15 м. Система распыления выполнена из 8 форсунок, расположенных симметрично по окружности внутри вертикальной емкости.

Для обработки использовался генератор импульсов ГНИ-0,1-7-1 со следующими параметрами импульса: импульс однополярный положительный, длительность импульса 0,5 нс, частота повторения импульсов 1 кГц, амплитуда импульсов 7,5 кВ, мощность 1,12 МВт.

Для опытов взято стандартное дизельное топливо (ДТ) производства Башнефть. Объем обрабатываемого ДТ 20 литров. Температура подогрева 60°. Скорость пропускания ДТ через установку 4 л/мин. Давление на выходе насоса 3 атм.

Контроль содержания серы в ДТ проводился в аттестованной испытательной лаборатории Челябинского филиала ФГУ «Управление по обеспечению энергоэффективности и энергосбережения в Южно-Сибирском регионе» 09.06.06.

Массовая доля серы в ДТ до обработки 0,165%, после обработки до фильтра 0,149%, после фильтра 0,11%.

Результаты приведены в таблице.

В лабораторию поступили три пробы дизельного топлива на определение массовой доли серы и концентрации фактических смол. Определение указанных параметров проводилось по ГОСТ 19121-73 «Нефтепродукты. Метод определения содержания серы сжиганием в лампе» и ГОСТ 8489-85 «Топливо моторное. Метод определения фактических смол».

Полученные в процессе анализа значения двух параллельных определений в сравнении с требованиями ГОСТ 305-82 на топливо дизельное 1 вида приведены в таблице.

Таблица
Наименование показателя, единицы измерения	Значение показателя по
	ГОСТ 305-82	данным анализа определения
		исходная	пр. №1	пр. №2
Массовая доля серы, %	Не более 0,2	0,165	0,149	0,110