Способ обработки нефти и устройство для его осуществления. Способы обработки нефти


СПОСОБ ОБРАБОТКИ НЕФТИ, НЕФТЕПРОДУКТОВ, УГЛЕВОДОРОДОВ shram.kiev.ua

ИЗОБРЕТЕНИЕПатент Российской Федерации RU2149886

Имя изобретателя: Быков И.Н.; Бембель В.М.; Колмаков В.А.; Марков Г.А.; Сафонов Г.А. Имя патентообладателя: Быков Игорь НиколаевичАдрес для переписки: 634012, г.Томск, а/я 855, Новомейскому Ю.Д.Дата начала действия патента: 1999.05.20 

Изобретение относится к обработке нефти, нефтепродуктов, углеводородов, может использоваться для обработки воды и других жидких сред. Способ заключается в воздействии на обрабатываемую жидкость равномерно распределенным по сечению потока жидкости звуковым полем с частотой 1-1Ч106Гц и мощностью 0,1-150,0 кBт/см2. Величины амплитуды и длительности формируют в диапазоне 0,1-50,0% и 0,1-99,0% от соответствующих параметров основного сигнала. Соотношение амплитуд модулирующих импульсов, одинаковых и/или различных на разных участках основного импульса, составляет 100:1-1:100. Способ улучшает эксплуатационные характеристики продуктов переработки нефти и углеводородного сырья.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к обработке нефти и нефтепродуктов, в частности к обработке жидких углеводородов, и может быть и 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 = Kт /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 Kт = 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 8Ч105-2Ч106А/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 40-70oC 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 1-1Ч106Гц 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 и 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.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ обработки нефти, нефтепродуктов, углеводородов путем воздействия модулированным потоком звуковой энергии частотой 1 - 1Ч106Гц, 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.

Версия для печатиДата публикации 07.04.2007гг

www.shram.kiev.ua

Способ обработки нефти и нефтепродуктов

 

Использование: нефтехимия. Сущность изобретения: нефть и нефтепродукты обрабатывают воздействием лазерного излучения с частотой 4,76 10 - 4,76 10(' 14) Гц мощностью 0,02 Вт, экспозицией от 16 с до 15 мин с интервалами между воздействием лазерным излучением от 25 с до 6 мин с последующей переработкой или использованием полученного продукта.

Изобретение относится к нефтехимии, а именно к нефтеперерабатывающей и топливной промышленности, и может использоваться в процессе переработки нефти и для повышения эффективности нефтепродуктов - (бензин, керосин, дизельное топливо и т.д.), при их использовании в двигателях.

Известен способ обработки углеводородов лазерным излучением с длиной волны 248 нм, длительностью импульса = 2,10-8 с, с частотой следования импульсов 40 Гц, энергией лазерного импульса от 0 до 40 мДж. Однако, при данном способе, используемые режимы лазерного излучения не позволяют использовать их в процессе нефтепереработки, а также для повышения эффективности нефтепродуктов - моторных топлив (бензин, дизельное топливо и т.д.), при их использовании в двигателях (Незаев А.И. и соавт. Превращение насыщенных углеводородов под действием ультрафиолетового излучения, 1990, т.30, N6, стр. 729). Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ обработки углеводородов непрерывным лазерным излучением с длиной волны 10,67 мкм, мощностью 10 Вт/см2 (Индуцированные лазером химические процессы. Пер. с англ./Под ред. Дж. Стейнфелда. - М.: Мир, 1984, стр. 284). Однако в способе-прототипе используемые режимы лазерного излучения не позволяют использовать их в процессе переработки нефти, а также использовать их для повышения эффективности нефтепродуктов - моторных топлив (бензин, дизельное топливо и т.д.), при их использовании в двигателях. Способ осуществляется следующим образом - проводится обработка лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощ- ностью 0,02 Вт, при экспозиции от 16 с до 15 мин с интервалами между облучениями от 25 с до 6 мин нефти перед ее дальнейшей переработкой, а также нефтепродуктов (бензин, дизельное топливо и т.д.) перед их использованием в двигателе. П р и м е р 1. Нефть обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 9 мин, 5 раз по 14 мин с паузой 5 мин 45 с; 5 раз по 15 мин с паузой 6 мин с помощью световодов. Далее нефть подвергается фракционной разгонке, при которой увеличение выхода составило бензина 9%, керосина 4,4%, дизельного топлива 4,2%. Время фракционной разгонки нефти, подвергнутой лазерному воздействию, сокращается на 28% . Бензиновая фракция, отогнанная при фракционной разгонке, подвергается хроматографическому анализу на хроматографе для определения индивидуального углеводородного состава. Результат хроматографического анализа: содержание нормальных углеводородов снизилось на 4,2% (с увеличением нормального гексана на 12,3%), снижение содержания изоалканов на 15,5%, увеличение нафтенов на 17,44% с высоким содержанием циклогексана и метилциклогексана. П р и м е р 2. Нефть обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 1 мин; 5 раз по 2 мин с паузой 5 мин 45 с; 5 раз по 2 мин 20 с с паузой 6 мин с помощью световодов. Далее нефть подвергается фракционной разгонке, при которой увеличение выхода составило: бензина 4,2% , керосина 5,4%, дизельного топлива 6,5%. Время фракционной разгонки нефти, подвергнутой лазерному воздействию, сокращается на 21% . Бензиновая фракция, отогнанная при фракционной разгонке, подвергается хроматографическому анализу на хроматографе для определения индивидуального углеводородного состава. Результат хроматографического анализа: содержание нормальных углеводородов увеличилось на 20% (с увеличением нормального гексана на 30,7%), снижение содержания изоалканов на 26%, увеличение нафтенов на 2,7%. П р и м е р 3. Нефть обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 16 с; 5 раз по 25 с с паузой 6 мин; 5 раз по 29 с паузой 5 мин 30 с с помощью световодов. Далее нефть подвергается фракционной разгонке, при которой увеличение выхода составило: бензина 5,27%, керосина 4,2%, дизельного топлива 3,5%. Время фракционной разгонки нефти, подвергнутой лазерному воздействию, сокращается на 14%. Бензиновая фракция, отогнанная при фракционной разгонке, подвергается хроматографическому анализу на хроматографе для определения индивидуального углеводородного состава. Результат хроматографического анализа: содержание нормальных углеводородов снизилось на 2,5%, содержание изоалканов увеличилось на 4,3%, содержание нафтенов снизилось на 0,1%. П р и м е р 4. Бензин обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 9 мин, 5 раз по 14 мин с паузой 5 мин 45 с; 5 раз по 15 мин с паузой 6 мин с помощью световодов. При фракционной разгонке бензина время от начала нагрева до начала кипения сокращается на 21,6% . Время выкипания 10% снижается на 4,72%, что свидетельствует об образовании более легких фракций, улучшающих пусковые свойства топлива, особенно в зимнее время года. Время разгонки от 10% до 90%, характеризуемое 50% точкой разгона, сокращается на 57,7%, следовательно происходит увеличение группы углеводородов, положительно влияющих на приемистость двигателя, устойчивость его работы, равномерность распределения топлива по цилиндрам двигателя, скорость прогрева двигателя, на однородность состава рабочей смеси. Время выкипания фракции от 90% до 97,5% сокращается на 28,6% , что свидетельствует об уменьшении количества тяжелых углеводородов, влияющих на склонность топлива к конденсации, которое оставаясь в капельно-жидком состоянии, проникает в картер двигателя, что приводит к смыванию смазки, повышенному износу деталей, увеличению расхода топлива. Уменьшение количества тяжелых углеводородов ведет к улучшению качества топлива, увеличению ресурса двигателя и повышению его экономичности. Топливо становится менее токсичным. Бензин, обработанный лазерным излучением, подвергался моторным испытаниям, при которых расход топлива на пониженной передаче - ниже, на повышенной передаче - ниже. Эффективный КПД (на валу двигателя) на пониженной передаче - выше, на повышенной передаче - выше. Индикаторный КПД (в цилиндрах двигателя) на пониженной передаче тот-же, на повышенной передаче - выше. Механический КПД на пониженной передаче - выше, на повышенной передаче - тот-же. П р и м е р 5. Бензин обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 1 мин; 5 раз по 2 мин с паузой 5 мин 45 с; 5 раз по 2 мин 20 с с паузой 6 мин с помощью световодов. При фракционной разгонке бензина время от начала нагрева до начала кипения сокращается на 22,2%. Время выкипания 10% снижается на 10,17%, что свидетельствует об образовании более легких фракций, улучшающих пусковые свойства топлива, особенно в зимнее время года. Время разгонки от 10% до 90%, характеризуемое 50% точкой разгона, сокращается на 41,45%, следовательно происходит увеличение группы углеводородов, положительно влияющих на приемистость двигателя, устойчивость его работы, равномерность распределения топлива по цилиндрам двигателя, скорость прогрева двигателя, на однородность состава рабочей смеси. Время выкипания фракции от 90 до 97,5% сокращается на 31,4% , что свидетельствует об уменьшении количества тяжелых углеводородов, влияющих на склонность топлива к конденсации, которое оставаясь в капельно-жидком состоянии, проникает в картер двигателя, что приводит к смыванию смазки, повышенному износу деталей, увеличению расхода топлива. Уменьшение количества тяжелых углеводородов ведет к улучшению качества топлива, увеличению ресурса двигателя и повышению его экономичности. Топливо становится менее токсичным. Бензин, обработанный лазерным излучением, подвергался моторным испытаниям, при которых расход топлива на пониженной передаче - ниже, на повышенной передаче - ниже. Эффективный КПД (на валу двигателя) на пониженной передаче - выше, на повышенной передаче - выше. Индикаторный КПД (в цилиндрах двигателя) на пониженной передаче тот-же, на повышенной передаче - выше. Механический КПД на пониженной передаче - выше, на повышенной передаче - тот же. П р и м е р 6. Бензин обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 16 секунд; 5 раз по 25 с с паузой 6 мин; 5 раз по 29 с с паузой 5 мин 30 с с помощью световодов. При фракционной разгонке бензина время от начала нагрева до начала кипения сокращается на 17,0% . Время выкипания 10% снижается на 2,20%, что свидетельствует об образовании более легких фракций, улучшающих пусковые свойства топлива, особенно в зимнее время года. Время разгонки от 10% до 90%, характеризуемое 50% точкой разгона, сокращается на 11,22%, следовательно происходит увеличение группы углеводородов, положительно влияющих на приемистость двигателя, устойчивость его работы, равномерность распределения топлива по цилиндрам двигателя, скорость прогрева двигателя, на однородность состава рабочей смеси. Время выкипания фракции от 90 до 97,5% сокращается на 18,6% , что свидетельствует об уменьшении количества тяжелых углеводородов, влияющих на склонность топлива к конденсации, которое оставаясь в капельно-жидком состоянии, проникает в картер двигателя, что приводит к смыванию смазки, повышенному износу деталей, увеличению расхода топлива. Уменьшение количества тяжелых углеводородов ведет к улучшению качества топлива, увеличению ресурса двигателя и повышению его экономичности. Топливо становится менее токсичным. Бензин, обработанный лазерным излучением, подвергался моторным испытаниям, при которых расход топлива на пониженной передаче - ниже, на повышенной передаче - ниже. Эффективный КДП (на валу двигателя) на пониженной передаче - тот-же, на повышенной передаче - выше. Индикаторный КПД (в цилиндрах двигателя) на пониженной передаче тот-же, на повышенной передаче - выше. Механический КПД на пониженной передаче - выше, на повышенной передаче - тот же. П р и м е р 7. Дизельное топливо обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 9 мин, 5 раз по 14 мин с паузой 5 мин 4 секунд; 5 раз по 15 мин с паузой 6 мин с помощью световодов. При фракционной разгонке дизельного топлива время от начала нагрева от кипения сокращается на 5%, время выкипания 10% сокращается на 10%, время выкипания 50% - без изменения. Время выкипания 96 сокращается на 10%, температура конца кипения фракции снижается с 375 до 360оС, что свидетельствует об уменьшении количества тяжелых углеводородов, влияющих на склонность топлива к конденсации, которое проникая в картер двигателя приводить к смыванию смазки, повышенному износу деталей, увеличению расхода топлива. Уменьшение количества тежелых углеводородов ведет к улучшению качества топлива, увеличению ресурса двигателя, более полному сгоранию топлива, умненьшению дымности выхлопа. П р и м е р 8. Дизельное топливо обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощность 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 1 мин, 5 раз по 2 мин с паузой 5 мин 45 с; 5 раз по 2 мин 20 с с паузой 6 мин с помощью световодов. При фракционной разгонке дизельного топлива время от начала нагрева от начала кипения сокращается на 8%, время выкипания 10% сокращается на 11%, время выкипания 50% - без изменения. Время выкипания 96% сокращается на 25% , температура конца кипения фракции снижается с 375 до 360оС, что свидетельствует об уменьшении количества тяжелых углеводородов, влияющих на склонность топлива к конденсации, которое проникая в картер двигателя приводит к смыванию смазки, повышенному износу деталей, увеличению расхода топлива. Уменьшение количества тяжелых углеводородов ведет к улучшению качества топлива, увеличению ресурса двигателя, более полному сгоранию топлива, уменьшению дымности выхлопа. П р и м е р 9. Дизельное топливо обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 16 с; 5 раз по 25 с с паузой 6 мин; 5 раз по 29 с с паузой 5 мин 30 с с помощью световодов. При фракционной разгонке дизельного топлива время от начала нагрева от начала кипения сокращается на 3%, время выкипания 10% сокращается на 1%, время выкипания 50% - без изменения. Время выкипания 96% сокращается на 8%, температура конца кипения фракции снижается с 375оС до 360оС, что свидетельствует об уменьшении количества тяжелых углеводородов, влияющих на склонность топлива к конденсации, которое проникая в картер двигателя приводит к смыванию смазки, повышенному износу деталей, увеличению расхода топлива. Уменьшение количества тяжелых углеводородов ведет к улучшению качества топлива, увеличению ресурса двигателя, более полному сгоранию топлива, уменьшению дымности выхлопа. Серия работ, проведенных на дизельном топливе, показала увеличение цетанового числа на 14 ед. Способ обработки нефти и нефтепродуктов лазерным излучением обладает следующими преимуществами: При обработке нефти повышается процент выхода нефтепродуктов - бензина на 6,16%, керосина на 4,73%, дизельного топлива на 4,7%; сокращается время переработки нефти на 21%; улучшается качество бензиновых фракций; селективное влияние на процессы избирательные по веществу, то есть процессы при которых необходимые компоненты в смеси преобразуются в желаемый продукт, а остальные компоненты либо не затрагиваются, либо затрагиваются в меньшей степени; экономический эффект от применения обработки нефти лазерным излучением. При обработке бензина улучшаются пусковые свойства топлива; улучшается приемистость двигателя, устойчивость его работы, равномерность распределения топлива по цилиндрам двигателя, однородность состава рабочей смеси; уменьшается склонность топлива к конденсации; снижается износ деталей двигателя; снижается расход топлива; увеличивается ресурс двигателя и повышается его экономичность; снижается количество вредных примесей в выхлопных газах; повышаются все виды КПД. При обработке дизельного топлива: улучшается распыливание топлива; улучшается полнота сгорания топлива; уменьшается нагарообразование в зоне цилиндро-поршневой группы; уменьшается склонность топлива к конденсации; снижается износ деталей двигателя; увеличивается ресурс двигателя; снижается количество вредных примесей в выхлопных газах; повышается цетановое число. Возможна обработка лазерным излучением и других нефтепродуктов (керосина, масел, мазута и др.). Все это позволяет широко использовать метод лазерной обработки в нефтеперерабатывающей промышленности. Возможна обработка лазерным излучением нефтепродуктов (бензина, керосина, дизельного топлива и др.) с помощью бортовых систем.

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ путем воздействия лазерного излучения, отличающийся тем, что используют лазерное излучение с частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт, экспозицией от 16 с до 15 мин с интервалами между воздействием лазерным излучением от 25 с до 6 мин с последующей переработкой или использованием полученного продукта.

www.findpatent.ru

Добыча нефти, подготовка ее к переработке, способы переработки нефти и нефтепродуктов

 

Образовавшаяся в месторождении нефть, просачиваясь через рыхлые породы, задерживается в сдвигах плотных пород и фор­мируется в залежи. Для ее добычи к залежам бурятся скважины. С каждым годом растет глубина нефтяных скважин. Если в 1935 г. средняя глубина скважин составляла 860 м, то в настоящее вре­мя- 3000 м. Современная нефтедобывающая техника позволяет бурить скважины глубиной 5000-7000 м и более. Предпринима­ются попытки к бурению еще более глубоких скважин. Так, нап­ример, в северо-западной части Кольского полуострова впервые в мире производится бурение скважины, проектная глубина кото­рой составляет … 15 тыс. м.

Добыча нефти осуществляется двумя способами: фонтанным и глубинно-насосным. При фантанном способе добычи нефть под пластовым давлением до 40 МПа поднимается к устью скважины и через специальную арматуру высокого давления поступает на очистку. Производительность этого способа 2-40 т нефти в сут­ки. Фонтанный способ добычи применим только в начальный пе­риод существования скважины, когда давление в пласте достаточ­но высокое.

По мере истощения залежей давление падает и скважину пере­водят на глубинно-насосный способ добычи, при котором на дно, скважины опускается специальный насос, обеспечивающий пода­чу нефти вверх к устью скважины. Производительность этого способа- 3-5 т нефти в сутки. Поэтому при эксплуатации зале­жи стремятся как можно дольше поддерживать высокое давление в пласте, применяя различные методы воздействия: закачку в нефтяные пласты газа, воды, горячего пара, а также гидравличес­кий разрыв пласта и др.

Сочетая различные способы добычи, удается извлечь из зале­жи 4-50 % находящейся в ней нефти.

Нефть, добываемая из скважин, содержит растворенные газо­образные углеводороды, воду, примеси твердых частиц, которые увлекаются ею при движении из пласта. Поэтому перед перера­боткой нефть подвергают очистке.

Выходящая из скважины нефть, направляется в специальные испарители, где происходит отделение попутных газов. Вода на­ходится в нефти как в свободном состоянии, так и в виде эмуль­сии — капелек размером 0,1-0,01 мм, заключенных в оболочку из смолистых или маслянистых веществ- эмульгаторов. Сво­бодная вода отделяется от нефти в отстойниках вместе с механи­ческими примесями. Если нефть образует с водой устойчивые эмульсии, их разрушают, обрабатывая нефть специальными дезмульгаторами или переменным электрическим полем высокого напряжения (30-45 тыс. вольт).

После очистки нефть направляют на нефтеперерабатывающие заводы. Существуют физический и химический способы перера­ботки нефти.

Физические способы позволяют разделить на фракции вещес­тва, входящие в состав нефти, не вызывая химических превраще­ний этих веществ. При этом способе углеводородный химический состав выделяемых фракций не меняется. Разделение на фракции основано на различии таких физических свойств компонентов, как температура кипения, температура кристаллизации, раство­римость. В основе физических способов лежат законы испарения и конденсации смеси веществ с различными температурами кипе­ния.

Наибольшее распространение из физических способов пере­работки получила прямая перегонка, которая основана на различ­ных температурах кипения веществ, входящих в состав нефти.

Химические способы переработки связаны с химическим пре­вращением компонентов нефти и нефтепродуктов под действием температуры, давления, катализаторов. При этих способах пере­работки происходит изменение структуры молекул, и получае­мые продукты по химическому составу и свойствам резко отлича­ются от исходной нефти и нефтепродуктов.

Наибольшее распространение среди химических способов по­лучили термический крекинг, каталитический крекинг, риформинг.

Состав продуктов крекинга и риформинга определяются не только качеством исходной нефти, но и условиями осуществле­ния процессов: температурой, давлением, видом катализатора.

Термический крекинг проводится при температурах относи­тельно высоких. Он может быть осуществлен в жидкой и паровой фазах. В зависимости от этого различают жидкофазный и паро-фазный крекинги.

Жидкофазный крекинг ведут при температуре 470-540 °С и давлении до 7 ПМа в установках, состоящих из трубчатых печей для нагрева сырья и ректификационных колонн.

Основным сырьем жидкофазного термического крекинга яв­ляется мазут, из которого получают до 30-35 % бензина, 10-15 % крекинг-газов и 50-55 % крекинг-остатка, использую­щегося в основном как котельное топливо. По сравнению с бензи­нами прямой перегонки в крекинг-бензине большее содержание непредельных углеводородов.

Парофазный крекинг (пиролиз) производится при температу­ре 650-1200°С и давлении, близком к атмосферному, с целью получения газообразных непредельных и ароматических углево­дородов, использующихся в качестве сырья для органического синтеза. Пиролизу подвергаются легкие фракции прямой пере­гонки нефти, попутные газы нефтепереработки, попутные газы нефтедобычи, крекинг-газы.

Каталитический крекинг тяжелого нефтяного сырья проводят в паровой фазе на катализаторе при температурах 450-500 °С и давле­нии 0,1-0,2 МПа. Катализатором этого процесса являются синте­тические алюмосиликаты. Достоинствами каталитического кре­кинга являются высокие выходы бензиновых фракций (до 70%) и газообразных углеводородов (12-15 %), являющихся сырьем для органического синтеза. Сырьем каталитического крекинга является широкая вакуумная фракция с температурой кипения 300-500 °С.

Бензины каталитического крекинга состоят в основном из аромати­ческих, нафтеновых и изопарафиновых углеводородов.

Риформипг — разновидность каталитического крекинга. Ка­талитическому риформингу подвергают бензиновые фракции прямой перегонки нефти, выкипающие от 60 до 180 °С. Процесс ведут в присутствии платинового катализатора (платина на окиси алюминия) при температуре 470-510 °С и давлении 1,5- 5 МПа. Если давление риформинга не превышает 3 МПа, основными продуктами процесса являются бензол, толуол и ксилол, служа­щие сырьем для органического синтеза.

Если же давление риформинга близко к 5,0 МПа, получают ароматические изопарфиновые углеводороды, входящие в состав высококачественных бензиновых фракций.

Наряду с жидкими продуктами каталитического риформинга образуются газообразные (метан, этан, пропан и др.), использую­щиеся для органического синтеза. Выход высококачественных бензинов при риформинге составляет 58-60 %.

Наиболее крупномасштабными способами переработки неф­ти, реализованными на практике, являются прямая перегонка, термический и каталитический крекинг и нефти и нефтепродук­тов. В промышленности в зависимости от состава перерабатывае­мой нефти, а также назначения нефтепродуктов реализованы три варианта схем переработки нефти: топливный, топливно-масляный и нефтехимический. В качестве примера рассмотрим топливно-масляный вариант переработки нефти, реализуемый с целью получения автомобильных топлив и масел (рис. 4.3.1.).

 

 

Рис. 4.3.1. Блок-схема топливно-масляного варианта переработки нефти.

 

 

1- атмосферная перегонка нефти; 2- вакуумная перегонка нефти; 3- термический крекинг мазута; 4- каталитический крекинг; 5- рифарминг.

 

 

На первой стадии подготовленная нефть нагревается в труб­чатых печах до 300 — 350 °С и подается в ректификационную колонну первой ступени под давлением, близким к атмосфер­ному, где происходит испарение легкокипящих фракций (1). Пары, поднимаясь вверх по колонне, постепенно охлаждаются жидкостью (флегмой), стекающей сверху. При соприкоснове­нии паров с жидкостью происходит разделение смеси на фрак­ции по температурам кипения в результате многократного чере­дования процессов испарения жидкости и конденсации ее па­ров (ректификация). Пары бензина как наиболее низкокипящие фракции (до 170 °С) выходят сверху колонны, охлаждают­ся и конденсируются. Часть жидкого бензина выводится как го­товый продукт, а часть его подается на орошение колонны (флегмы). По высоте колонны отбираются и другие продук­ты — лигроин (160-200 °С), керосин (200-300 °С), газойль (300-350 °С).

Остаток от перегонки нефти (мазут) подвергается дальней­шей разгонке в вакуумной трубчатке (2). Его нагревают в трубча­той печи второй ступени до 400-420 °С и подают в ректификаци­онную колонну, работающую под вакуумом. Вакуум необходим для снижения температуры кипения масляных дистиллятов, пос­кольку температура кипения углеводородов, входящих в состав мазута, при атмосферном давлении выше температуры его разло­жения. В вакуумной трубчатке происходит разделение мазута на масляные дистилляты — соляровый (350-400 °С), масляный (400-490 °С) и остаток- гудрон.

Первую и вторую стадии описанного технологического про­цесса объединяют под понятием прямой перегонки нефти, а обо­рудование, использующееся для осуществления этих стадий, на­зывают атмосферно-вакуумными трубчатками (АВТ). Фракци­онный состав прямой перегонки: легких фракций- 45 %, мас­ла- 25 %, гудрона- 30%.

Основным недостатком прямой перегонки нефти являются низкие выход и качество бензиновых фракций, поэтому прямая перегонка нефти рассматривается как один из предварительных способов переработки нефти.

Для увеличения количества производимых бензинов в рас­сматриваемой технологической схеме часть мазута прямой пере­гонки нефти используется как сырье для дальнейшей переработ­ки с целью получения светлых фракций. Для этого мазут подвер­гают термическому жидкофазному крекингу О), который ведут при температуре 470-540 °С и давлении до 7 МПа. При терми­ческом крекинге мазут нагревается в трубчатой печи, где часть его (2/3) крекируется. Смесь продуктов крекинга и непрореагировавшего сырья проходит через испаритель, в котором отделяется крекинг-остаток — вещества, не способные крекироваться. Легкие продукты поступают в ректификационную колонну на разде­ление. При термическом крекинге мазута выход крекинг-бензи­нов – 30-35 %, крекин-газа — 10-15 %, крекинг-остаток -50-55 %.

Для дальнейшего увеличения выхода высококачественных бензинов на четвертой стадии технологического процесса соля­ровый дистиллят, получаемый при вакуумной перегонке мазу­та, с температурой кипения 350-400 °С нагревается до 500 °С и подвергается каталитическому крекингу (4). Каталитический крекинг осуществляют в установках, состоящих из реактора и регенератора. В реакторе происходит процесс крекинга, а в регенераторе — восстановление каталитической активности используемого катализатора. По мере эксплуатации установки катализатор теряет свою активность из-за отложения на его по­верхности смолистых веществ. Поэтому продукты крекинга вы­водятся из реактора вместе с отработавшим катализатором, от­деляются от него и направляются в ректификационную колон­ну на разделение. Катализатор поступает в регенератор, где в токе горячего воздуха выжигают кокс, и активность катализа­тора восстанавливается.

Каталитический крекинг на современных цеолитсодержащих катализаторах позволяет получить до 70 % бензина и около 15-20 % легкого газойля, который может служить компонентом дизельного топлива.

Учитывая, что в настоящее время требования некоторых пот­ребителей к качеству бензинов настолько высоки, что их удов­летворение возможно лишь с помощью специальных процессов, не дающих увеличения выхода бензина из нефти, в рассматрива­емой технологической схеме бензины атмосферной перегонки нефти подвергаются риформингу (5). Процесс риформинга осу­ществляется в установках, аналогичных установкам каталити­ческого крекинга.

Сырье (бензиновая фракция прямой перегонки) нагревается в теплообменнике и нагревательной печи до температуры 380-420 °С и поступает в реактор, где под давлением 3,5 МПа и при воздействии платинового катализатора подвергается гидро­очистке. Очищенное сырье после освобождения от сероводоро­да, углеводородных газов и воды нагревается в печи до темпера­туры 500-520 °С и поступает в реакторы, где под давлением бо­лее 4 МПа происходит его реформирование. Полученные при риформинге бензины содержат до 58 % ароматических углеводо­родов, остальное — алканы и нафтены в основном изомерного строения.

 

refac.ru

Способ переработки нефти

 

Предлагается способ риформирования нефти путем термокаталитической обработки обессоленной нефти на пакете алюмоникель и/или алюмокобальтмолибденовых катализаторов, загруженных в смеси с элементарной серой, в среде водорода при повышенных температуре и давлении, отличающийся тем, что перед термокаталитической обработкой обессоленная нефть нагревается до 40-50oC и смешивается с кислородсодержащими соединениями, взятыми в количестве 1-7 об. %; контактирование полученной смеси с каталитическим пакетом проводят при температуре 330-410oC, давлении 20-150 ати с последующим фракционированием полученного продукта. 2 табл.

Изобретение относится к нефтепереработке и нефтехимии, в частности, к способам переработки нефти и газоконденсата.

Известные способы переработки нефти [1, 2] включающие в себя предварительное фракционирование обессоленной и обезвоженной нефти с последующей переработкой каждой из нефтяных фракций, требуют значительного количества сложного технологического оборудования, большой объем различных катализаторов гидроочистки, риформинга, каталитического крекинга, а также приводят к образованию значительных количеств остаточных нефтепродуктов, трудно поддающихся переработке, и тяжелых металлов. Основной задачей переработки нефти традиционно являлось выделение фракций нефтепродуктов, выкипающих при определенных температурах. Процесс такого выделения основан на постепенном удалении из исходной нефти более легких фракций путем ее нагрева. Процесс известен как процесс ректификации (или перегонки) нефти. Процесс ректификации (т.е. разделение нефти на составляющие углеводородные фракции путем нагрева) определил весь современный способ переработки сырой нефти. Поскольку наиболее ценными являются светлые нефтяные фракции, то в первую очередь традиционно разрабатывались месторождения нефти с высоким содержанием светлых дистиллятов. С развитием транспорта и химической промышленности потребление нефтепродуктов, и особенно светлых, резко увеличилось, что привело к исчерпанию месторождений нефтей с высоким содержанием светлых нефтепродуктов. В связи со снижением отбора светлых из новых сортов сырой нефти с одной стороны и возрастающей потребностью в них с другой, широкое развитие получили процессы глубокой переработки нефти. Глубокая переработка нефти в настоящее время проводится для остаточных нефтепродуктов, состоящих из тяжелых нефтяных дистиллятов, остающихся после отбора из сырой нефти светлых дистиллятов. Глубина переработки нефти в настоящее время на лучших нефтезаводах по данным составляет около 85% Практически это означает, что в результате такой переработки 85% исходной нефти превращается в светлые нефтепродукты. Остальная часть либо остается в виде тяжелых остатков, либо превращается в углеводородные газы. Проблема углубления переработки нефти становится все более актуальной, поскольку тенденции по ухудшению качества нефти продолжают углубляться. Глубокая переработка нефти в настоящее время представляет собой серьезную проблему. Это прежде всего связано с техническими сложностями, возникающими при углублении переработки нефти: низкая степень превращения серусодержащих соединений при гидроочистке, повышенное газообразование в процессах каталитического крекинга и т.д. Одним из путей решения задачи увеличения выхода светлых нефтепродуктов, снижения материалоемкости и получения малосернистых мазутов и коксов при переработке высокосернистых тяжелых нефтей является изменение подхода к переработке нефти. В настоящее время разработаны способы гидрооблагораживания отдельных нефтяных фракций: бензинов, керосинов, дизельных фракций. Имеются публикации по гидроочистке тяжелого нефтяного сырья [3-6] Тем не менее известные в настоящее время подходы к гидрооблагораживанию отдельных нефтяных фракций неприменимы для переработки нефти в целом. Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является способ гидроочистки углеводородного сырья, в частности вакуумного газойля иди деасфальтированных остаточных нефтепродуктов [7] Однако этот способ так же не позволяет осуществить гидрооблагораживания нефти или газоконденсата на стадии их предварительной переработки, то есть до фракционирования, когда в их состав входят асфальтосмолистые вещества. Целью предлагаемого изобретения является увеличение выхода светлых нефтепродуктов и получение нефтепродуктов с улучшенными экологическими характеристиками. Поставленная цель достигается путем термокаталитической обработки обессоленного исходного сырья в присутствии алюмоникель и/или алюмокобальтмолибденового катализатора в среде водорода при повышенных температуре и давлении, при условии что перед термокаталитической обработкой исходное сырье предварительно нагревают до 40-50oC и смешивают с низшим алифатическим спиртом, взятым в количестве 1,0-7,0 об. и обработку проводят в присутствии катализаторов, загруженных в смеси элементарной серой при температуре 330-410oC, давлении 204150 ати с последующим фракционированием полученного продукта. Отличительным признаком предлагаемого способа является то, что перед термокаталитической обработкой исходное сырье предварительно нагревают до 40-50oC и смешивают с низшим алифатическим спиртом, взятым в количестве 1,0-7,0 об. и обработку проводят в присутствии катализаторов, загруженных в смеси с элементарной серой при температуре 330-410oC, давлении 20-150 ати с последующим фракционированием полученного продукта. В основе предлагаемого способа переработки нефти лежит проведение процесса гидрооблагораживания нефти с последующим разделением на фракции. В процессе гидрооблагораживания нефти протекают процессы гидроочистки, легкого крекинга в среде водорода. В результате достигается получение нефти с низким содержанием серы, азота, тяжелых металлов. Кроме того, значительно увеличивается выход жидких светлых углеводородов. Предварительная подготовка обессоленной и обезвоженной нефти путем смешения и нагрева ее до 40-50oC с заданным количеством низших алифатических спиртов изменяет мицеллярную структуру нефти и облегчает происходящий при гидрооблагораживании полученной смеси легкий крекинг, что увеличивает выход светлых фракций с пониженным содержанием сернистых соединений. В известных способах переработки нефти применение описанной технологии неизвестно. Поэтому данное техническое решение соответствует критериям "новизна" и существенное отличие". Пример 1. В качестве сырья использовалась нефть со следующими физико-химическими характеристиками: плотность 8620 кг/м3, вязкость при 20oС 23,1 мм2/с, содержание, мас. парафинов 2,95 серы 1,85 азота 0,29 асфальтенов 4,5 коксуемость 5,9% выход фракций, об. 70-180oC 12 180-360oC 58 мазут 30 99 мл нефти, указанного состава, смешивалось с 1 мл этилового спирта и нагревалась до температуры 40oC. Полученная смесь подвергалась гидрооблагораживанию при температуре 330oC, давлении водорода 20 ати на алюмокобальтмолибденовом катализаторе. Проведено фракционирование полученного гидрогенизата, результаты которого приведены в табл. 2. Параметры проведения процесса, сырье, используемый катализатор приведены в табл. 1. Качество получаемого продукта по примерам 2-6 приведено в табл. 2. Последовательность операций и используемый для испытаний образец нефти при выполнении примеров 2-6 аналогичны примеру 1. При проведении примеров 1-5 (табл. 1) контактирование смеси проводится с катализатором, загруженным в реактор в смеси с элементарной серой. Как видно из приведенных в табл. 1 и 2 данных, предлагаемый способ позволяет значительно повысить выход малосернистых светлых фракций.

Формула изобретения

Способ переработки нефти путем термокаталитической обработки обессоленного исходного сырья в присутствии алюмоникель- и/или алюмокобальтмолибденового катализатора в среде водорода при повышенных температуре и давлении, отличающийся тем, что перед термокаталитической обработкой исходное сырье предварительно нагревают до 40 50oС и смешивают с низшим алифатическим спиртом, взятым в количестве 1 7 об. и обработку проводят в присутствии катализаторов, загруженных в смеси с элементарной серой при 330 410oС, 20 150 ати с последующим фракционированием полученного продукта.

РИСУНКИ

Рисунок 1

www.findpatent.ru

Способ обработки нефти, нефтепродуктов, углеводородов

 

Изобретение относится к обработке нефти, нефтепродуктов, углеводородов, может использоваться для обработки воды и других жидких сред. Способ заключается в воздействии на обрабатываемую жидкость равномерно распределенным по сечению потока жидкости звуковым полем с частотой 1-1106 Гц и мощностью 0,1-150,0 кBт/см2. Величины амплитуды и длительности формируют в диапазоне 0,1-50,0% и 0,1-99,0% от соответствующих параметров основного сигнала. Соотношение амплитуд модулирующих импульсов, одинаковых и/или различных на разных участках основного импульса, составляет 100:1-1:100. Способ улучшает эксплуатационные характеристики продуктов переработки нефти и углеводородного сырья. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

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 = Kт /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 Kт = 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 40-70oC 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.

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 20.11.2005        БИ: 32/2005

www.findpatent.ru

способ обработки нефти и нефтепродуктов - патент РФ 2024596

Использование: нефтехимия. Сущность изобретения: нефть и нефтепродукты обрабатывают воздействием лазерного излучения с частотой 4,76 10 - 4,76 10(" 14) Гц мощностью 0,02 Вт, экспозицией от 16 с до 15 мин с интервалами между воздействием лазерным излучением от 25 с до 6 мин с последующей переработкой или использованием полученного продукта. Изобретение относится к нефтехимии, а именно к нефтеперерабатывающей и топливной промышленности, и может использоваться в процессе переработки нефти и для повышения эффективности нефтепродуктов - (бензин, керосин, дизельное топливо и т.д.), при их использовании в двигателях. Известен способ обработки углеводородов лазерным излучением с длиной волны 248 нм, длительностью импульса = 2,10-8 с, с частотой следования импульсов 40 Гц, энергией лазерного импульса от 0 до 40 мДж. Однако, при данном способе, используемые режимы лазерного излучения не позволяют использовать их в процессе нефтепереработки, а также для повышения эффективности нефтепродуктов - моторных топлив (бензин, дизельное топливо и т.д.), при их использовании в двигателях (Незаев А.И. и соавт. Превращение насыщенных углеводородов под действием ультрафиолетового излучения, 1990, т.30, N6, стр. 729). Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ обработки углеводородов непрерывным лазерным излучением с длиной волны 10,67 мкм, мощностью 10 Вт/см2 (Индуцированные лазером химические процессы. Пер. с англ./Под ред. Дж. Стейнфелда. - М.: Мир, 1984, стр. 284). Однако в способе-прототипе используемые режимы лазерного излучения не позволяют использовать их в процессе переработки нефти, а также использовать их для повышения эффективности нефтепродуктов - моторных топлив (бензин, дизельное топливо и т.д.), при их использовании в двигателях. Способ осуществляется следующим образом - проводится обработка лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощ- ностью 0,02 Вт, при экспозиции от 16 с до 15 мин с интервалами между облучениями от 25 с до 6 мин нефти перед ее дальнейшей переработкой, а также нефтепродуктов (бензин, дизельное топливо и т.д.) перед их использованием в двигателе. П р и м е р 1. Нефть обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 9 мин, 5 раз по 14 мин с паузой 5 мин 45 с; 5 раз по 15 мин с паузой 6 мин с помощью световодов. Далее нефть подвергается фракционной разгонке, при которой увеличение выхода составило бензина 9%, керосина 4,4%, дизельного топлива 4,2%. Время фракционной разгонки нефти, подвергнутой лазерному воздействию, сокращается на 28% . Бензиновая фракция, отогнанная при фракционной разгонке, подвергается хроматографическому анализу на хроматографе для определения индивидуального углеводородного состава. Результат хроматографического анализа: содержание нормальных углеводородов снизилось на 4,2% (с увеличением нормального гексана на 12,3%), снижение содержания изоалканов на 15,5%, увеличение нафтенов на 17,44% с высоким содержанием циклогексана и метилциклогексана. П р и м е р 2. Нефть обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 1 мин; 5 раз по 2 мин с паузой 5 мин 45 с; 5 раз по 2 мин 20 с с паузой 6 мин с помощью световодов. Далее нефть подвергается фракционной разгонке, при которой увеличение выхода составило: бензина 4,2% , керосина 5,4%, дизельного топлива 6,5%. Время фракционной разгонки нефти, подвергнутой лазерному воздействию, сокращается на 21% . Бензиновая фракция, отогнанная при фракционной разгонке, подвергается хроматографическому анализу на хроматографе для определения индивидуального углеводородного состава. Результат хроматографического анализа: содержание нормальных углеводородов увеличилось на 20% (с увеличением нормального гексана на 30,7%), снижение содержания изоалканов на 26%, увеличение нафтенов на 2,7%. П р и м е р 3. Нефть обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 16 с; 5 раз по 25 с с паузой 6 мин; 5 раз по 29 с паузой 5 мин 30 с с помощью световодов. Далее нефть подвергается фракционной разгонке, при которой увеличение выхода составило: бензина 5,27%, керосина 4,2%, дизельного топлива 3,5%. Время фракционной разгонки нефти, подвергнутой лазерному воздействию, сокращается на 14%. Бензиновая фракция, отогнанная при фракционной разгонке, подвергается хроматографическому анализу на хроматографе для определения индивидуального углеводородного состава. Результат хроматографического анализа: содержание нормальных углеводородов снизилось на 2,5%, содержание изоалканов увеличилось на 4,3%, содержание нафтенов снизилось на 0,1%. П р и м е р 4. Бензин обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 9 мин, 5 раз по 14 мин с паузой 5 мин 45 с; 5 раз по 15 мин с паузой 6 мин с помощью световодов. При фракционной разгонке бензина время от начала нагрева до начала кипения сокращается на 21,6% . Время выкипания 10% снижается на 4,72%, что свидетельствует об образовании более легких фракций, улучшающих пусковые свойства топлива, особенно в зимнее время года. Время разгонки от 10% до 90%, характеризуемое 50% точкой разгона, сокращается на 57,7%, следовательно происходит увеличение группы углеводородов, положительно влияющих на приемистость двигателя, устойчивость его работы, равномерность распределения топлива по цилиндрам двигателя, скорость прогрева двигателя, на однородность состава рабочей смеси. Время выкипания фракции от 90% до 97,5% сокращается на 28,6% , что свидетельствует об уменьшении количества тяжелых углеводородов, влияющих на склонность топлива к конденсации, которое оставаясь в капельно-жидком состоянии, проникает в картер двигателя, что приводит к смыванию смазки, повышенному износу деталей, увеличению расхода топлива. Уменьшение количества тяжелых углеводородов ведет к улучшению качества топлива, увеличению ресурса двигателя и повышению его экономичности. Топливо становится менее токсичным. Бензин, обработанный лазерным излучением, подвергался моторным испытаниям, при которых расход топлива на пониженной передаче - ниже, на повышенной передаче - ниже. Эффективный КПД (на валу двигателя) на пониженной передаче - выше, на повышенной передаче - выше. Индикаторный КПД (в цилиндрах двигателя) на пониженной передаче тот-же, на повышенной передаче - выше. Механический КПД на пониженной передаче - выше, на повышенной передаче - тот-же. П р и м е р 5. Бензин обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 1 мин; 5 раз по 2 мин с паузой 5 мин 45 с; 5 раз по 2 мин 20 с с паузой 6 мин с помощью световодов. При фракционной разгонке бензина время от начала нагрева до начала кипения сокращается на 22,2%. Время выкипания 10% снижается на 10,17%, что свидетельствует об образовании более легких фракций, улучшающих пусковые свойства топлива, особенно в зимнее время года. Время разгонки от 10% до 90%, характеризуемое 50% точкой разгона, сокращается на 41,45%, следовательно происходит увеличение группы углеводородов, положительно влияющих на приемистость двигателя, устойчивость его работы, равномерность распределения топлива по цилиндрам двигателя, скорость прогрева двигателя, на однородность состава рабочей смеси. Время выкипания фракции от 90 до 97,5% сокращается на 31,4% , что свидетельствует об уменьшении количества тяжелых углеводородов, влияющих на склонность топлива к конденсации, которое оставаясь в капельно-жидком состоянии, проникает в картер двигателя, что приводит к смыванию смазки, повышенному износу деталей, увеличению расхода топлива. Уменьшение количества тяжелых углеводородов ведет к улучшению качества топлива, увеличению ресурса двигателя и повышению его экономичности. Топливо становится менее токсичным. Бензин, обработанный лазерным излучением, подвергался моторным испытаниям, при которых расход топлива на пониженной передаче - ниже, на повышенной передаче - ниже. Эффективный КПД (на валу двигателя) на пониженной передаче - выше, на повышенной передаче - выше. Индикаторный КПД (в цилиндрах двигателя) на пониженной передаче тот-же, на повышенной передаче - выше. Механический КПД на пониженной передаче - выше, на повышенной передаче - тот же. П р и м е р 6. Бензин обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 16 секунд; 5 раз по 25 с с паузой 6 мин; 5 раз по 29 с с паузой 5 мин 30 с с помощью световодов. При фракционной разгонке бензина время от начала нагрева до начала кипения сокращается на 17,0% . Время выкипания 10% снижается на 2,20%, что свидетельствует об образовании более легких фракций, улучшающих пусковые свойства топлива, особенно в зимнее время года. Время разгонки от 10% до 90%, характеризуемое 50% точкой разгона, сокращается на 11,22%, следовательно происходит увеличение группы углеводородов, положительно влияющих на приемистость двигателя, устойчивость его работы, равномерность распределения топлива по цилиндрам двигателя, скорость прогрева двигателя, на однородность состава рабочей смеси. Время выкипания фракции от 90 до 97,5% сокращается на 18,6% , что свидетельствует об уменьшении количества тяжелых углеводородов, влияющих на склонность топлива к конденсации, которое оставаясь в капельно-жидком состоянии, проникает в картер двигателя, что приводит к смыванию смазки, повышенному износу деталей, увеличению расхода топлива. Уменьшение количества тяжелых углеводородов ведет к улучшению качества топлива, увеличению ресурса двигателя и повышению его экономичности. Топливо становится менее токсичным. Бензин, обработанный лазерным излучением, подвергался моторным испытаниям, при которых расход топлива на пониженной передаче - ниже, на повышенной передаче - ниже. Эффективный КДП (на валу двигателя) на пониженной передаче - тот-же, на повышенной передаче - выше. Индикаторный КПД (в цилиндрах двигателя) на пониженной передаче тот-же, на повышенной передаче - выше. Механический КПД на пониженной передаче - выше, на повышенной передаче - тот же. П р и м е р 7. Дизельное топливо обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 9 мин, 5 раз по 14 мин с паузой 5 мин 4 секунд; 5 раз по 15 мин с паузой 6 мин с помощью световодов. При фракционной разгонке дизельного топлива время от начала нагрева от кипения сокращается на 5%, время выкипания 10% сокращается на 10%, время выкипания 50% - без изменения. Время выкипания 96 сокращается на 10%, температура конца кипения фракции снижается с 375 до 360оС, что свидетельствует об уменьшении количества тяжелых углеводородов, влияющих на склонность топлива к конденсации, которое проникая в картер двигателя приводить к смыванию смазки, повышенному износу деталей, увеличению расхода топлива. Уменьшение количества тежелых углеводородов ведет к улучшению качества топлива, увеличению ресурса двигателя, более полному сгоранию топлива, умненьшению дымности выхлопа. П р и м е р 8. Дизельное топливо обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014 Гц, мощность 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 1 мин, 5 раз по 2 мин с паузой 5 мин 45 с; 5 раз по 2 мин 20 с с паузой 6 мин с помощью световодов. При фракционной разгонке дизельного топлива время от начала нагрева от начала кипения сокращается на 8%, время выкипания 10% сокращается на 11%, время выкипания 50% - без изменения. Время выкипания 96% сокращается на 25% , температура конца кипения фракции снижается с 375 до 360оС, что свидетельствует об уменьшении количества тяжелых углеводородов, влияющих на склонность топлива к конденсации, которое проникая в картер двигателя приводит к смыванию смазки, повышенному износу деталей, увеличению расхода топлива. Уменьшение количества тяжелых углеводородов ведет к улучшению качества топлива, увеличению ресурса двигателя, более полному сгоранию топлива, уменьшению дымности выхлопа. П р и м е р 9. Дизельное топливо обрабатывается лазерным излучением частотой 4,76 1014Гц, мощностью 0,02 Вт и следующими временными режимами: 1 раз 16 с; 5 раз по 25 с с паузой 6 мин; 5 раз по 29 с с паузой 5 мин 30 с с помощью световодов. При фракционной разгонке дизельного топлива время от начала нагрева от начала кипения сокращается на 3%, время выкипания 10% сокращается на 1%, время выкипания 50% - без изменения. Время выкипания 96% сокращается на 8%, температура конца кипения фракции снижается с 375оС до 360оС, что свидетельствует об уменьшении количества тяжелых углеводородов, влияющих на склонность топлива к конденсации, которое проникая в картер двигателя приводит к смыванию смазки, повышенному износу деталей, увеличению расхода топлива. Уменьшение количества тяжелых углеводородов ведет к улучшению качества топлива, увеличению ресурса двигателя, более полному сгоранию топлива, уменьшению дымности выхлопа. Серия работ, проведенных на дизельном топливе, показала увеличение цетанового числа на 14 ед. Способ обработки нефти и нефтепродуктов лазерным излучением обладает следующими преимуществами: При обработке нефти повышается процент выхода нефтепродуктов - бензина на 6,16%, керосина на 4,73%, дизельного топлива на 4,7%; сокращается время переработки нефти на 21%; улучшается качество бензиновых фракций; селективное влияние на процессы избирательные по веществу, то есть процессы при которых необходимые компоненты в смеси преобразуются в желаемый продукт, а остальные компоненты либо не затрагиваются, либо затрагиваются в меньшей степени; экономический эффект от применения обработки нефти лазерным излучением. При обработке бензина улучшаются пусковые свойства топлива; улучшается приемистость двигателя, устойчивость его работы, равномерность распределения топлива по цилиндрам двигателя, однородность состава рабочей смеси; уменьшается склонность топлива к конденсации; снижается износ деталей двигателя; снижается расход топлива; увеличивается ресурс двигателя и повышается его экономичность; снижается количество вредных примесей в выхлопных газах; повышаются все виды КПД. При обработке дизельного топлива: улучшается распыливание топлива; улучшается полнота сгорания топлива; уменьшается нагарообразование в зоне цилиндро-поршневой группы; уменьшается склонность топлива к конденсации; снижается износ деталей двигателя; увеличивается ресурс двигателя; снижается количество вредных примесей в выхлопных газах; повышается цетановое число. Возможна обработка лазерным излучением и других нефтепродуктов (керосина, масел, мазута и др.). Все это позволяет широко использовать метод лазерной обработки в нефтеперерабатывающей промышленности. Возможна обработка лазерным излучением нефтепродуктов (бензина, керосина, дизельного топлива и др.) с помощью бортовых систем.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

СПОСОБ ОБРАБОТКИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ путем воздействия лазерного излучения, отличающийся тем, что используют лазерное излучение с частотой 4,76 1014 Гц, мощностью 0,02 Вт, экспозицией от 16 с до 15 мин с интервалами между воздействием лазерным излучением от 25 с до 6 мин с последующей переработкой или использованием полученного продукта.

www.freepatent.ru

Способ обработки нефти и устройство для его осуществления

 

Изобретения относятся к нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности и могут быть использованы для интенсификации тепло- и массообменных процессов. Способ включает обработку нефти низкочастотными акустическими колебаниями вибрационными затопленными струями и гидроударами с частотой, равной собственной частоте вибрационных затопленных струй и амплитудой, обеспечивающей перевод объема среды в виброкипящее состояние. Устройство содержит корпус, вибровозбудитель, перфорированные перегородки и насадки, поршни с мембранами и газовый сепаратор. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.,1 табл.

Изобретение относится к нефтегазовой, нефтеперерабатывающей нефтехимической промышленности и может быть использовано для обработки устойчивых водонефтяных эмульсий с целью обезвоживания нефти, для снижения вязкости нефти при ее транспортировке по трубопроводам, а также для подготовки нефти к ректификации.

Наиболее близким к предложенному является способ обработки нефти, включающий подачу нефти в рабочую камеру, обработку ее в рабочей камере механическими колебаниями и отвод нефти [1] Способ осуществляют в известном устройстве, содержащем корпус, подводящее и отводящее нефть приспособления, вибровозбудитель с мембраной [1] Данное устройство обладает производительностью и эффективностью, вызванной обработкой нефти в ограниченном и локализованном объеме, т.е. в объеме, прилегающем к излучению колебаний, и имеет большую энергоемкость. Целью изобретения является увеличение производительности и эффективности обработки нефти, снижение энергоемкости и материалоемкости, а также расширение областей применения предлагаемого технического решения в нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслях промышленности, т.е. создание унифицированного способа и устройства, значительно снижающих затраты на приобретение и эксплуатацию разных типов оборудования. Указанная цель достигается за счет воздействия на нефть интенсивных низкочастотных акустических колебаний, вибрационных затопленных струй и гидроударов, приводящих к разрушению структуры устойчивых водонефтяных эмульсий и, как следствие, к освобождению иммобилизационной и физически связанной воды, разрушению надмолекулярных связей, механохимической деструкции макромолекул органического вещества, изменению реологических характеристик нефти и ее фракционного состава. Способ обработки нефти подачу нефти в рабочую камеру, воздействие на нее механических колебаний и отведение нефти, нефть обрабатывают низкочастотными акустическими колебаниями, вибрационными затопленными струями и гидроударами по всему объему рабочей камеры, при этом частоту колебаний устанавливают равной собственной частоте формируемых при этом вибрационных затопленных струй, амплитуду колебаний увеличивают до возникновения характерного виброкипящего состояния объема нефти, а вибрационные затопленные струи направляют на жесткие перегородки и осуществляют их резкое торможение. Устройство для обработки нефти содержит корпус, приспособление для подвода и отвода нефти; излучатель механических колебаний. Корпус снабжен неподвижно установленными перфорированными перегородками, двумя поршнями с мембранами, соединенных друг с другом центральным штоком, на котором закреплены перфорированные насадки, циркуляционной трубой, соединенной с корпусом и с газовым сепаратором, при этом оси отверстий смежных перегородок и насадок смещены относительно друг друга и перегородки с насадками установлены друг относительно друга на расстоянии, меньшем или равном длине вибрационных затопленных струй. Воздействие на нефть низкочастотными акустическими колебаниями, вибрационными затопленными струями и гидроударами по всему объему рабочей камеры обеспечивает разрушение структуры водонефтяных эмульсий, разрушение надмолекулярных связей, механохимическую деструкцию макромолекул, изменение реологических характеристик нефти и ее фракционного состава, причем интенсивность протекания этих процессов управляется амплитудой и частотой воздействия, а также ее длительностью. Устройство обеспечивает равномерную обработку всего объема нефти при минимальных энергетических и материальных затратах, т.к. в устройстве энергия тратится только на совершение полезной работы и не расходуется на преодоление гидростатического давления, при этом за счет дегазации нефти осуществляется отделение газа от нефти с целью дальнейшего его использования. Использование резонансных свойств обрабатываемого объема нефти также повышает эффективность воздействия и снижает энергоемкость процесса. На фиг. 1 представлено устройство в разрезе, на фиг.2 разрез А-А фиг. 1, на фиг. 3 разрез Б-Б фиг. 1. Устройство содержит корпус 1, подводящее нефть приспособление 2, отводящее нефть приспособление 3, вибровозбудитель 4, нижний поршень 5 с мембраной 6, центральный шток 7, верхний поршень 8 с мембраной 9, неподвижные перегородки 10 с выполненными в них отверстиями 11, насадки 12 с выполненными в них отверстиями 13, газовый сепаратор 14 с газоподводящим патрубком 15, внутренним полым цилиндром 16, газоотводящим коллектором 17 с задвижкой 18, перфорированной перегородкой 19 и возвращающим патрубком 20 с воронкой 21. Подводящее приспособление 2 выполнено в виде тороида 22 с перфорированной или щелевидной внутренней поверхностью 23. Устройство работает следующим образом. Исходная нефть под давлением через приспособление 2 подается в корпус 1 и заполняет весь его объем, при этом в корпусе устанавливается давление, равное давлению в подводящем приспособлении 2, например 9 х 105 н/м2 (0,9 МПа). Это давление действует с равной силой на поршень 5 с мембраной 9, при этом силы давления направлены противоположно и посредством штока 7 компенсируют друг друга. Таким образом, поршни 5 и 8 с соответствующими мембранами 6 и 9, приводимые в колебательное движение вибровозбудителями 4 и штоком 7, нагружены не на гидростатическое давление, а на массу нефти, заполняющей корпус 1. Это значительно снижает необходимую амплитуду толкающей силы и уменьшает до минимума затраты энергии на возбуждение колебаний. Сопротивление колебательному движению поршней 5 и 8 определяется только инерционностью массы нефти и сопротивлением отверстий 11 и 13 перегородок 10 и насадок 12. Колебательное движение поршня 5 с мембраной 6, штока 7 с насадками 12 и поршня 8 с мембраной 9 трансформируется в низкочастотные акустические колебания нефти и вибрационные затопленные струи, которые формируются отверстиями 11 и 13 перегородок 10 и насадок 12. При действии низкочастотных акустических колебаний в зоне расположения тороида 22 дважды за период происходит локальное падение давления в силу закона Бернулли, т.к. при движении поршня 5 вверх и вниз максимальная скорость колебаний развивается в месте сужения потока. Падение давления способствует дополнительному засасыванию нефти патрубок 2 и совместно с активным сопротивлением перфораций (или щели) боковой поверхности 23 тороида 22 препятствует передаче пульсаций давления по подводящему приспособлению 2. Под действием низкочастотных акустических колебаний происходит разрушение структуры водонефтяной эмульсии с образованием двух трудносмешиваемых фаз нефти и воды. Обработанная эмульсия удаляется из корпуса 1 через отводящее приспособление 3 и подается на отделение нефти и воды. В случае высоковязких водонефтяных эмульсий, в случае обработки нефти с целью разрушения ее надмолекулярной структуры, а также в случае обработки нефти с целью деструкции макромолекул, т.е. в случае, когда необходимы высокие интенсивные воздействия, низкочастотные акустические колебания возбуждаются на частоте, равной собственной частоте колебаний вибрационных затопленных струй. Возбуждаемые поршнями 5 и 8 с мембраной 6 и 9 низкочастотные акустические колебания отверстиями 11 неподвижных перегородок 10 трансформируются в вибрационные затопленные струи так же, как и колебания насадок 12 трансформируются отверстиями 13 в вибрационные затопленные струи. При движении обрабатываемой среды через отверстия 11 и 13 происходит резкое увеличение скорости, т.к. площадь поперечного сечения соответствующих отверстий меньше площади поперечного сечения корпуса 1 и в силу закона Бернулли давление в струях резко падает. Падение давления приводит к выделению из нефти растворенного и свободного газа. При снижении давления до уровня давления насыщенных паров соответствующих углеводородных компонентов нефти происходит их испарение с образованием микро- и макропузырьков. Достаточно быстро среда насыщается пузырьками и ее сжимаемость резко возрастает. Периодическое движение среды в области между каждой парой неподвижных перегородок 10 эквивалентно периодическому изменению массы, а чередование положительных (при давлении поршней 5 и 8 вверх) и отрицательных (при движении этих же поршней вниз) фаз колебаний приводит к периодическому изменению сжимаемости объема среды. Кроме того, отверстия пеергородок 10 и насадок 12 совместно с объемом среды лежащей по обе стороны от них представляют собой своеобразные резонаторы Гельмгольца. Взаимодействие реактивных факторов, а именно: периодическое изменение массы и сжимаемость среды в зонах между перегородками, и свойства резонаторов Гельмгольца вызывает сложный параметрический резонанс, когда совпадение частоты колебаний поршней 5, 8 и насадок 12 с собственной частотой среды вызывает резкое увеличение длины и скорости вибрационных затопленных струй. На резонансной частоте увеличением амплитуды колебаний поршней 5 и 8 добиваются формирования характерного виброкипящего состояния среды, фиксируемого по появлению многочисленных газовых пузырьков и по изменению сопротивления нагрузки на поршнях 5 и 8. Поскольку перегородки 10 и насадки 12 расположены друг от друга на расстоянии, равном или меньшем длины вибрационных затопленных струй и от отверстий 11 и 13 смещены относительно друг друга, то струи смежных перегородок падают друг на друга. При этом происходит их резкое торможение, носящее характер гидроудара. Образованные газовые и парогазовые пузырьки частично схлопываются. При схлопывании пузырьков подобно кавитационному процессу развиваются большие локальные давления (до 100 МПа) и высокотемпературные тепловые импульсы (до 10000oK). Действие низкочастотных акустических колебаний и резонансных вибрационных затопленных струй вызывает разрушение надмолекулярной структуры нефти, в том числе разрушение связей между минеральными частицами и углеводородными молекулами. Пульсирующие и осциллирующие газовые и парогазовые пузырьки осуществляют обработку нефти на микроуровне, в результате чего изменяются ее реологические характеристики и, в частности, резко падает вязкость и увеличивается текучесть. Схлопывание газовых и парогазовых пузырьков, а также гидроударное воздействие к механохимической деструкции преимущественно макромолекул нефти, в результате чего увеличивается содержание в нефти компонентов с более низким молекулярным весом, что выражается в изменении выхода фракции с низкими температурами кипения. Интенсивность колебаний в нижней части корпуса 1, т.е. в области между нижним поршнем 5 с мембраной 6 и ближайшей к ним перегородкой 10, выше интенсивности колебаний в области верхнего поршня 8 с мембраной 9, вследствие потерь части энергии на неподвижных перегородках 10. По этой же причине из движущейся снизу вверх нефти происходит выделение газа, который по газоподводящему патрубку 15 поступает в газовый сепаратор 14. В момент запуска устройства не только корпус 1, но и газовый сепаратор 14 заполняются нефтью, а при работе устройства не только газ, но и нефть поступает в газовый сепаратор по патрубку 15. С целью отделения нефти от газа патрубок 15 расположен тангенциально к боковой поверхности газового сепаратора 14, которая совместно с внутренним полым цилиндром 16 организует вращательное движения нефтегазовой среды. Под действием центробежной силы газ более полно отделяется от нефти и удаляется через внутреннюю полость цилиндра 16 в коллектор 17 и подается далее на утилизацию. Содержащаяся в газовом сепараторе 14 нефть и отделяемая от газа нефть собирается в нижней конусной части 21. Действующие в корпусе 1 колебания по патрубку 20 передаются на заполняющую его и конусную часть 21 нефть. Коническая часть (т.е. воронка 21) обладает анизотропией сопротивления колебательному движению среды. В направлении сужения конической части 21 сопротивление меньше, чем в обратном направлении. Поэтому при действии колебаний происходит преимущественное движение нефти из газового сепаратора 14 в корпус 1, т.е. эта конструкция работает как вибронасос. С целью гашения образующихся при колебаниях в патрубке 20 струй нефти в газовом сепараторе установлена перфорированная перегородка 19. Обработанная и дегазированная нефть отводится через отводящее приспособление 3, при этом козырьком 24 осуществляется гарантированное отделение пузырьков газа с тем, чтобы они не уносились в патрубок 24. Обработанная нефть подается либо на разделение нефти от воды, либо направляется в трубопроводы, либо отводится на дальнейшую переработку. Пример осуществления способа. Осуществление способа проводилось на стенде, включающем корпус, подводящее и отводящее приспособления, вибровозбудитель с двумя поршнями и мембранами, соединенными общим штоком с закрепленными на них перфорированными насадками. В корпусе также неподвижно закреплялись перфорированные перегородки. Полость корпуса соединялась газоподводящей трубой с газовым сепаратором. Проверка проводилась в диапазоне частот от 2 до 50 Гц и в диапазоне амплитуд от 2 до 20 мм. При фиксированной амплитуде колебаний изменением частоты определялась дальность действия струй, формируемых отверстиями неподвижных и подвижных перегородок внесением специальных зондов. Амплитудно-частотная характеристика длины вибрационных затопленных струй в значениях отношения L/d, т.е. длины струи к диаметру отверстия, представлена на фиг. 4. Кривая 1 построена для струй, формируемых неподвижными перегородками, а кривые 2, 3 для струй, формируемых подвижными перегородками. Экстремальные значения длины струй реализуются при небольшом сдвиге частот, что возможно обусловлено погрешностями измерений или какими-либо еще неучтенными факторами. Дальнейшие экспериментальные исследования проводились в диапазоне частот 14-16 Гц, при этом в зависимости от цели обработки нефти амплитуда колебаний изменялась от 2 до 20 мм. Увеличением амплитуды при фиксированной частоте обеспечивалось формирование виброкипящего состояния среды, что фиксировалось по возникновению многочисленных пульсирующих и осциллирующих в объеме нефти пузырьков и по падению нагрузки на вибровозбудитель. Пример 1. Обезвоживание нефти. Проводилась обработка устойчивых водонефтяных эмульсий с содержанием воды от 10 до 90% Обработанную в течение 0,5-15 мин эмульсию помещали в отстойник и определяли время разделения. Установлено, что эффективность разделения нефти и воды зависит от длительности и интенсивности обработки. Во всех случаях при формировании виброкипящего состояния среды время обработки не должно превышать 1-2 мин, так как при большей длительности идет процесс интенсивного эмульгирования сред с получением практически не отстаиваемой эмульсии. При малых интенсивностях колебаний оптимальное время обработки составляет 8-10 мин при этом расслаивание воды и нефти происходит в течение 2-6 часов при нормальной температуре и без применения каких-либо реагентов. Остаточное содержание воды в нефти не превышало 0,5% мас. При отводе обработанной эмульсии из корпуса устройства наблюдается интенсивное выделение газовых пузырьков. Пример 2. Уменьшение вязкости нефти изменением ее надмолекулярной структуры. Проводилась обработка нефти с вязкостью 5-40 мм2/с при 20oC. Плотность составляла 0,82-0,87 г/см3. Установлено, что при малых интенсивностях колебаний при длительности обработки от 2 до 10 мин вязкость снижается в 1,8-2,2 раза. При высокой интенсивности воздействия, когда формируются виброкипящие состояния нефти вязкость падает в 5-8 раз, при этом чем более вязкая нефть, тем в большей степени уменьшается ее вязкость. Так, вязкость нефти 40 мм2/с в течение 5 мин снижалась до 4,76 мм2/с. Обработка Саматлорской нефти с исходной вязкостью 6,4 сСт в течение 5 и 10 мин дает снижение вязкости соответственно до 3,6 сСт и 1,27 сСт. Отмечено, что за время наблюдения, равного 2 неделям, восстановление вязкости не превышало 5-12% от полученного значения, т.е. изменение вязкости происходит практически необратимо. Пример 3. Изменение фракционного состава нефти за счет механохимической деструкции молекул. Проводилась обработка в течение 15 мин с высокой интенсивностью. Изменение состава нефти определялось по изменению начала кипения ее компонентов. Результаты представлены в таблице 1. Как видно из табл. 1 в обработанной нефти значительно увеличивается содержание легких фракций, что свидетельствует о процессе механической деструкции молекул нефти.

Формула изобретения

1. Способ обработки нефти, включающий подачу нефти в рабочую камеру, обработку ее в рабочей камере механическими колебаниями и отвод нефти, отличающийся тем, что в качестве механических колебаний используют низкочастотные акустические колебания и одновременно воздействуют на нефть вибрационными затопленными струями и гидроударами по всему объему рабочей камеры, при этом частоту колебаний устанавливают равной собственной частоте вибрационных затопленных струй, поддерживают амплитуду колебаний с обеспечением виброкипящего состояния объема нефти, а вибрационные затопленные струи направляют на жесткие перегородки с осуществлением их резкого торможения. 2. Устройство для обработки нефти, содержащее корпус, подводящее и отводящее нефть приспособления, вибровозбудитель с мембраной, отличающееся тем, что корпус снабжен дополнительной мембраной, двумя поршнями, установленными в мембранах и соединенными друг с другом, и вибровозбудителем посредством центрального штока, неподвижно установленными перфорированными перегородками, перфорированными насадками, закрепленными на штоке между неподвижными перегородками и газовым сепаратором, соединенным с корпусом посредством циркуляционной трубы, при этом оси отверстий соседних перегородок и насадок смещены относительно друг друга, а перегородки и насадки установлены друг от друга на расстоянии, меньшем или равном длине вибрационных затопленных струй.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

www.findpatent.ru