способ снижения вязкости сырой нефти в потоке и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Устройство снижения вязкости сырой нефти в потоке, включающее однокамерный электролизер с пластографитовыми электродами и защитными ионитовыми мембранами: катионитовой у анода и анионитовой у катода; катодную и анодную газовые камеры; буферную емкость для исходной нефти; газгольдер для сбора образующихся газообразных продуктов при электрохимической обработке сырой нефти; рабочую электролизную камеру; приемную буферную емкость; блок питания переменным асимметричным током.

2. Способ снижения вязкости сырой нефти, осуществляемый в устройстве по п.1, включающий прикладывание к текучей среде электрического поля достаточной напряженности и в течение периода времени, достаточного для уменьшения вязкости текучей среды, в котором текучей средой на нефтяной основе является сырая нефть, при этом способ осуществляют в потоке электрохимически на переменном асимметричном токе частотой 25±1 Гц при плотности тока 100 мА/дм² и асимметрии 5-7.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрохимии нефтехимических процессов и может быть использовано для снижения вязкости нефти при ее транспортировке по трубопроводам.

Известен способ деструкции органических соединений и установка по переработке нефтехимических отходов, описанная в патенте [RU № 2246525]. Способ заключается в воздействии на органическое сырье акустическими и электромагнитными полями, рабочие параметры волновых полей выбираются с таким расчетом, чтобы обеспечить резонансную частоту колебаний молекул органических соединений и/или соединения. Последующее тепловое воздействие до 140-380°С приводит к активной деструкции органических соединений, особенно эффективно деструктируются высокомолекулярные углеводороды. Изобретение позволяет перерабатывать различное органическое сырье, а также обеспечивает возможность селективно воздействовать на него при достаточно низких температурах с глубокой его конверсией и получением качественного конечного продукта.

Известен способ модификации нефти и нефтепродуктов и система для модификации нефти и нефтепродуктов [RU № 2339678 С2, МПК C10G 32/02 (2006.01), B01J 19/12 (2006.01) от 27.07.2008, опуб. 27.11.2008], используемые в нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей и топливной промышленности. Сущность способа заключается в воздействии на нефть и нефтепродукты модулированными или немодулированными электрическими и/или структурированными магнитными полями, встречными магнитными и радиальными электрическими полями, немодулированными или модулированными импульсами с длительностью переднего фронта 2-20000 нс, длительностью заднего фронта 2-25000 нс, амплитудой импульсов (-1000 В)-(+1000 В), частотой 1-106 Гц, и/или замкнутыми магнитными полями неоднородной структуры вдоль прохода среды и структурированным объемом полостей прохода среды с магнитной индукцией 1,5-12 Тл поперек протока среды и/или пересекающимися магнитными полями с магнитной индукцией 0,1-1,2 Тл, в стационарном и/или проточном состоянии среды. Система для модификации нефти и нефтепродуктов включает устройство, создающее встречные магнитные модулированные или немодулированные поля и радиальные электрические модулированные или немодулированные поля вдоль потока среды; устройство, создающее замкнутые магнитные поля с периодической структурой вдоль потока среды и структурированным объемом полостей прохода среды; тороидальную электромагнитную систему, создающую пересекающиеся магнитные поля в объеме среды, находящейся как в стационарном, так и динамическом состоянии; емкость для модифицируемой среды; насос для перемещения среды, причем все устройства включены в систему последовательно или последовательно-параллельно. Технический результат - улучшение качества и потребительских свойств нефти и нефтепродуктов без использования дополнительных химических реагентов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является известный способ уменьшения вязкости сырой нефти [см. патент RU № 2007126828, МПК 2006.01 F17D 1/16 от 13.12.2005, опубл. 27.01.2009], включающий прикладывание к текучей среде электрического поля достаточной напряженности и в течение периода времени, достаточного для уменьшения вязкости текучей среды, в котором текучей средой на нефтяной основе является сырая нефть, а также текучей средой на нефтяной основе и на основе парафина, или сырая нефть на основе битума, или сырая нефть на смешанной основе.

Прикладывание электрического поля в направлении параллельном направлению потока текучей среды на нефтяной основе или в направлении, отличающемся от направления потока текучей среды с напряженностью от 10 В/мм до 2000 В/мм в течение периода времени приблизительно от 1 до 300 с, является достаточным, чтобы уменьшать вязкость и облегчить протекание текучей среды. При этом электрическое поле выбирают из комбинации, состоящей из электрического поля постоянного тока (ПСТ) и электрического поля переменного тока (ПМТ), имеющего частоту приблизительно от 1 до 3000 Гц. Данный способ выбран за прототип.

Основным недостатком прототипа является сложность применяемой аппаратуры, требующей достаточно высокой квалификации обслуживающего персонала. Кроме того, не ясна степень понижения вязкости в количественном выражении и время, в течение которого возможна работа перекачивающих насосов в режиме пониженной вязкости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является установка для снижения вязкости и отбора органического материалов [см. авторское свидетельство № 856825, В29В 3/00, УДК 543.053(088.8) от 06.08.1979, опуб. 23.08.1981], содержащая емкость с обрабатываемым материалом и крышкой, установленной в емкости, закрепленный в ее крышке отборник материала и соединенный с отборником источник энергии, с целью упрощения конструкции повышения удобства установки в эксплуатации, отборник выполнен в виде трубы с отверстиями по окружности в нижней части, а источник энергии - в виде пьезокерамического преобразователя, укрепленного в верхней части отборника. Данное устройство выбрано за прототип. Недостатком является низкая эффективность снижения вязкости нефти и невозможность использования в потоке нефти.

ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей, для решения которой предлагается настоящее изобретение, является упрощение технологии, повышение ее эффективности, снижение экономических и материальных затрат при соблюдении требований экологической безопасности. Обязательным условием является безреагентность технологических приемов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагается способ уменьшения вязкости сырой нефти в потоке и устройство для его реализации, согласно которому вязкость нефти снижается не менее чем в 3 раза. Исходная нефть (см. фиг.1) заливается в буферную емкость 1, из которой поступает в рабочую электролизную камеру 9, ограниченную защитными ионитовыми мембранами 4 и 5, исключающими попадание продуктов деструкции электродов 3 и 6 в обрабатываемую нефть, образующиеся газообразные продукты удаляются из зоны реакции в газгольдер 2. После обработки нефть сливается в буферную емкость 10. Питание асимметричным, переменным током осуществляется блоком питания 11.

Сущность метода заключается в разрушении тяжелых фракций нефти под действием переменного асимметричного тока в условиях низкочастотного электрохимического резонанса [см. 1. Диденко А.Н., Образцов С.В. и др. Интенсификация электрохимических процессов на основе несимметричного переменного тока» // В сб. научн. тр. Интенсификация электрохимических процессов. - М.: Наука, 1988. Актуальные проблемы современной науки. Труды. 10-й Международной Конференции «Актуальные проблемы современной науки», Самара 2009. Электрохимическая экстракция, разделение и выделение ценного компонента из водного раствора Семенов В.Д., Образцов С.В., Бекназарова A.M.]. Экспериментально определенная частота составляет f=25±1 Гц при плотности тока 100 мА/дм² и асимметрии (отношении тока катодного полупериода к току анодного полупериода) S=I_к/I _а=5-7. Согласно формуле f=f_h1/10m для органической среды, где f - резонансная частота, f_h=96500 Гц - собственная частота выделения водорода, m - молекулярная масса разрушаемого компонента. При f=25 Гц масса составляет m=386 единиц, что соответствует смолам, присутствующим в составе нефти.

Изобретение поясняется схемой установки (фиг.1). Для осуществления способа используется электрохимическая установка (электролизер), имеющая в своем составе следующие компоненты: 1 - буферная емкость для исходной нефти; 2 - газгольдер; 3 - катод; 4 - анионитовая защитная мембрана; 5 - катионитовая защитная мембрана; 6 - анод; 7 - прижимная плита; 8 - изолирующая резиновая прокладка; 9 - рабочая электролизная камера; 10 - приемная буферная емкость; 11 - блок питания переменным асимметричным током; 12 - катодная газовая камера; 13 - анодная газовая камера.

Технический результат высокая эффективность, простота изготовления и обслуживания применяемого оборудования, при сравнительно небольших материальных и финансовых затратах.

Пример технического исполнения

Техническое исполнение предлагаемого изобретения рассмотрено на примере Верхнечонской сырой нефти. В емкость 1 заливают 200 мл исходной нефти и заполняют рабочую электролизную камеру 9, включают блок питания переменного асимметричного тока и устанавливают следующие режимы: рабочий ток I=4 mA (плотность тока 100 мА/дм²), напряжение U=100 В, частота f=21±1 Гц, асимметрия S=7. Обработку проводят не менее 2 часов, в зависимости от необходимой величины вязкости. Результаты анализа обработанной нефти представлены на фиг.2, где 1 - эталон, проба исходной сырой нефти; 2 - нефть, обработанная электрическим полем в диапазоне СВЧ-частот; 3 - нефть, обработанная электрическим полем в области звуковых частот ~20 Гц; 4 - нефть, обработанная в электрическом поле на расчетной частоте 25 Гц.

Для увеличения скорости обработки необходимо увеличить выходную мощность источника питания при напряжении не менее 400 В. Для выбора рабочей частоты были проведены исследования в диапазоне частот начиная от СВЧ и кончая звуковыми частотами - 70 и 25 Гц. Наименьшая вязкость получена на частоте 25 Гц. Для разрушения более тяжелых фракций нефти необходимо оборудование (блок питания) с частотой, меняющейся в диапазоне 0,1÷20 Гц. Возможна организация непрерывной проточной системы. Масштабирование позволяет использовать электролизер производительностью до 30 т/час и ограничивается размером выпускаемых мембран и условиями обслуживания. В случае повышения производительности целесообразно использовать модульную систему.