СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НЕФТЯНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Изобретение относится к способам переработки нефтей и нефтеотходов, в процессе которого могут быть получены различные виды углеводородного топлива.

Патентуемый способ может быть использован для разработки технологии по переработке тяжелых высокосернистых нефтей, гудронов, мазутов, нефтешламов, а также различных загрязнителей нефтяного происхождения.

Известна работа «Современные технологии переработки и утилизации углеводород содержащих отходов» [1]. Суть электроогневой технологии сжигания состоит во взаимодействии электрического поля с радикалами любых углеводородов на атомарно-молекулярном уровне при одновременном воздействии на любые углеводородные цепочки. При этом происходит их расщепление на водород, сгораемый в пламени, и углерод, который быстро доокисляется в электрическом поле до углекислого газа.

Так в основе электроогневого метода, предлагаемого автором, лежит инициирующее воздействие электрического поля на процесс горения веществ. Устройство сжигания остатков нефтешламов выполнено в виде специальной печи с устройством подачи нефтешламов в зону горения и выгрузки золы, а также с чашей для сжигания нефтешламов, над которой размещен электрод с коронирующими иглами, причем этот электрод присоединен к одному из выходов высоковольтного блока напряжения, второй выход которого присоединен к чаше со сжигаемыми нефтешламами. Автор утверждает, что при подобном сжигании нефтешламов достигается резкое снижение всех токсичных компонентов в отходящих газах в среднем на 70-80 % от первоначальной их концентрации. Практически полностью удаляется дымность (сажа) - до 90-95 %. С помощью электроогневого метода утилизации нефтешламов возможно выделение ценных фракций нефти (бензин, керосин). Однако, должного теоретического обоснования и опытно-экспериментального подтверждения данного метода не имеется.

В данной статье также говорится о переработке и обезвреживании отходов с применением плазмы. Плазма представляет собой ионизированный газ, содержащий в своем составе свободные электроны, ионы, нейтральные и возбужденные атомы и молекулы. В отличие от известных теплоносителей она обладает рядом специфических свойств, значительно расширяющих ее технологические возможности. Наибольшее применение находит низкотемпературная плазма. Температура такого вида плазмы обычно не превышает 8000-13000 К. Благодаря высокой температуре и электропроводности, низкотемпературная плазма оказывает чрезвычайно мощное энергетическое воздействие на обрабатываемые вещества, выступая как в роли как универсального теплоносителя, так и реагента.

Процессы плазмохимической переработки углеводородного сырья, в том числе и нефтесодержащих отходов и/или тяжелых нефтяных фракций, можно классифицировать по таким основным признакам как: фазовое состояние сырья, подвергаемого плазмохимической переработке; плазмообразующий газ («рабочее тело» плазмотрона); наличие или отсутствие катализатора.

Плазменный нагрев твердых и жидких углеводородов приводит к образованию ценного газового полуфабриката, в основном водорода и оксида углерода (синтез-газ), а также расплавов смеси шлаков, не представляющих вреда окружающей среде при захоронении. Синтез-газ можно использовать в качестве источника пара на ТЭС или производстве искусственного жидкого топлива метанола.

В зависимости от типа плазмообразующего газа в реакторах может создаваться различная среда (окислительная, восстановительная, нейтральная). При переработке отходов плазменным методом в восстановительной среде возможно получение ценных товарных продуктов: например, из жидких хлорорганических отходов можно получать ацетилен, этилен, НСl и продукты на их основе. В водородном плазмотроне, обрабатывая фтор-хлорорганические отходы, можно получить газы, содержащие 95-98% по массе НСl и HF.

Плазмохимические способы обеспечивают более высокую степень переработки (конверсия сырья составляет 96-98% масс.), увеличивают глубину переработки в непредельные углеводороды (более 75%), позволяют использовать в качестве сырья тяжелые нефтяные фракции, а также сокращают количество стадий и уменьшают разветвленность химических процессов.

Данный метод очень энергозатратный, и основными целевыми продуктами являются газовые составляющие, а не жидкие углеводороды.

Известен способ переработки и утилизации донных отложений нефтешламовых амбаров. Способ включает плазмохимическую обработку донных отложений в присутствии водорода, предварительно нагретого до температуры 3000-4000°С, с получением непредельных углеводородов С2-С4. Перед плазмохимической обработкой донные отложения нефтешламовых амбаров разбавляют сырой нефтью в массовом соотношении 1:0,25 и подогревают до температуры 90-95°С. Техническим результатом является создание малогабаритной, высокопроизводительной, безынерционной технологии переработки отходов донных отложений нефтешламовых амбаров с получением целевых продуктов.

Описанные в данной статье способы переработки очень энергозатратны, и исходя из их описания, невозможно понять, могут ли данные методы быть использованы для эффективной переработки с получением жидких углеводородных топлив, таких как бензины, авиационный керосин и дизельные топлива.

Известен способ утилизации нефтяных шламов и плазмокаталитический реактор для его осуществления [2]. Изобретение относится к переработке тяжелых нефтяных остатков и нефтесодержащих отходов и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтехимической промышленности, а именно для плазмокаталитической утилизации нефтяных шламов. Способ плазмокаталитической утилизации нефтяных шламов включает плазменную обработку в присутствии катализаторов, причем плазменную обработку нефтяных шламов осуществляют в виде диспергированных горючих водотопливных композиций в условиях каталитически активной воздушной плазмы электрических разрядов при среднемассовой температуре 1500-6000 К за 10^-5-10^-3 с при содержании ультрадисперсных каталитически активных материалов 0,01-1,0 масс. %, полученных в процессе плазмокаталитической утилизации нефтяных шламов. Плазмокаталитический реактор содержит плазменный генератор, реакционную камеру, форсунку, и патрубки ввода сырья и вывода продуктов, причем плазменный генератор, реакционная камера и дисковая форсунка расположены горизонтально на одной осевой линии, плазменный генератор и дисковая форсунка присоединены к реакционной камере с противоположных сторон, дисковая форсунка содержит приводной вал, на котором установлены внешняя камера с дисками-эмульгаторами и внутренняя камера, содержащая втулку с отверстиями и диск-диспергатор, соединенные между собой корпусом с расположенным на нем уплотнительным кольцом, а реакционная камера содержит кварцевую трубу и водоохлаждаемый корпус с расположенным на нем патрубком вывода продуктов утилизации. К достоинствам предлагаемых изобретений относятся малые габариты, компактность и мобильность установки, высокая удельная производительность установки, низкие удельные затраты электроэнергии на утилизацию, получение дополнительной тепловой энергии от утилизации для технологических и бытовых потребностей, низкое содержание загрязняющих веществ в очищенных отходящих газах установки, отсутствие загрязняющих органических веществ в твердых продуктах утилизации, отсутствие сброса загрязнителей.

В данной работе описывается утилизация в воздушной плазме. Данный процесс идет с большим энергопотреблением в достаточно технически сложном устройстве. В данной работе не представлена информация, о том, какие полезные продукты и с каким выходом могут быть получены в ходе данного процесса.

Известно устройство для плазмохимического гидрокрекинга углеводородных фракций [3]. Изобретение относится к гидрокрекингу углеводородных фракций и касается устройства для плазмохимического гидрокрекинга углеводородных фракций, содержащего реактор и плазмотрон, состоящий из нижнего и верхнего завихрителей, катодного фланца, внутри которого расположен полый катод с электромагнитной катушкой, анодного фланца с установленным в нем расширяющимся соплом-анодом, при этом в реакторе под анодным фланцем расположен цилиндр, который используют в качестве анода при отключенном от «массы» анодном фланце, цилиндр имеет канал для подвода встречного потока водяного газа в плазменную струю, создающего изменение направления потока плазменной струи с осевого на радиальный, канал для подвода встречного потока водяного газа в плазменную струю соединен с трубой для подачи воды, причем реактор содержит патрубок подвода углеводородного сырья и патрубок выхода продуктов реакции.

Однако в описании не указано, что данное изобретение может быть использовано в переработке нефтеотходов, какими являются гудроны или нефтешламы, с высоким содержанием серы.

Известен способ получения высоких температур и давлений в ограниченном и замкнутом пространстве [4].

Изобретение относится к нефтяной, нефтегазовой, горной и химической промышленности. Сущность изобретения: способ получения высоких температур и давлений в замкнутом или ограниченном объеме, который заполняют жидким электролитом, содержащим растворимые соли натрия или калия. В заполненном объеме непрерывно создают шаровые молнии при токе мощностью 3-1000 кВт и напряжении 250-70000 В, при этом ток подают посредством ионных электродов. Преимущество изобретения заключается в том, что способ создания высоких температур и давлений является управляемым.

Данное изобретение относится преимущественно к нефтяной, нефтегазовой, горной и химической промышленности, там, где требуется быстро и просто получать высокие температуры и давления. Например, для повышения давления в пласте, для прожигания туннелей и отверстий в твердых породах и тугоплавких материалах, для создания глубинных и скважинных насосов, а также для проведения научно-исследовательских работ.

Данный способ не может быть использован для переработки органических веществ нефтяного происхождения.

Техническая задача заключается в подборе необходимых условий, позволяющих разложить тяжелые нефтяные фракции, такие как: мазуты, гудроны, нефтешламы, высокосернистую тяжелую нефть на углеводородную смесь, состоящую из более легких углеводородов, которые могли быть разделены на углеводородные топлива, такие как бензин, керосин, дизельное топливо, с помощью температурной разгонки.

Сущность заявленного технического решения, согласно настоящему изобретению, заключается в том, что те органические вещества нефтяного происхождения, которые планируется перерабатывать, должны быть в жидком агрегатном состоянии в температурном диапазоне от - 40 до + 80°С.

Органические вещества нефтяного происхождения подают в перерабатывающую колонну 1, внешняя оболочка которой может быть выполнена из фторопласта или стеклотекстолита, а внутренняя поверхность которой доходит до половины внешней части перерабатывающей колонны по высоте, начиная от ее верха, и изготовлена из нержавеющей стали толщиной от 7 до 15 мм и которая одновременно является цилиндрическим электродом 2, а сами вещества подаются в перерабатывающую колонну через трубу 3, выполненную из нержавеющей стали или меди, конец которой должен находиться по центру перерабатывающей колонны и доходить до середины ее внутренней части по высоте, как показано на рисунке.

Через гермоввод 4, находящийся на перерабатывающей колонне ниже уровня ее внутренней части, пропускается изолированный силовой электрический провод 5, рассчитанный на силу тока до 40 А, который доходит до центра внутренний части перерабатывающей колонны, как показана на рисунке, и электрически соединяется с металлическим электродом 6, который в свою очередь может быть выполнен из меди, титана, никеля или вольфрама, и закреплен в керамическом держателе 7. Второй аналогичный провод подключается к цилиндрическому электроду 2. Через магистраль 8 в перерабатывающую колонну порционно подается высокоминерализованная вода для поддержания необходимого уровня жидкости с целью обеспечения протекания электрического тока между электродами 2 и 6.

С помощью регулируемого источника напряжения переменного тока 9 между электродами 2 и 6 задается переменное напряжение от 30 до 200 В в диапазоне частот от 1 до 300 Гц. После того, как поступающая высокоминерализованная вода замкнет электроды 2 и 6, на металлическом электроде образуется плазма 10. Вещества нефтяного происхождения, поступающие через трубку 3, попадают в зону образования плазмы и под ее воздействием разлагаются на углеводородную смесь, состоящую из более легких жидких углеводородов, которая из-за меньшей чем у воды плотности, концентрируется в верхней части жидкости, заполняющей внутреннюю часть перерабатывающей колонны. После полного заполнения жидкостью внутренней части колоны, процесс останавливают, отключая источник питания 9. Далее, закрытый кран 11, располагающийся в нижней части перерабатывающей колонны, открывают, и углеводородно-водная смесь в виде эмульсии сливается из перерабатывающей колонны для дальнейшей переработки.

Пример. Переработка гудронов.

Собрали макет установки, как показано на рисунке. Было взято 100 л жидких гудронов, которые были подогреты до температуры +45°С, после чего, как показано на рисунке, через медную трубку 3 гудроны подавались в перерабатывающую колонну 1, внешняя оболочка которой была выполнена из фторопласта, а внутренняя поверхность которой доходила до половины внешней части перерабатывающей колонны по высоте, начиная от ее верха, и была изготовлена из нержавеющей стали марки AISI 304 толщиной 8 мм, и одновременно являлась цилиндрическим электродом 2. Через гермоввод 4 был пропущен изолированный силовой провод 5, рассчитанный на силу тока до 40 А, который доходил до центра внутренней части перерабатывающей колонны и электрически был соединен с металлическим электродом 6, который в свою очередь был выполнен из меди и закреплен в керамическом держателе 7. Второй аналогичный провод был подключен к цилиндрическому электроду 2, а через магистраль 8 в перерабатывающую колонну порционно подавалась высокоминерализованная вода для поддержания уровня жидкости во внутренней части перерабатывающей колонны, с целью поддержания замкнутой электрической цепи во время процесса горения плазмы между электродами 2 и 6.

С помощью регулируемого источника напряжения постоянного тока 9 между электродами 2 и 6 было подано переменное напряжение 120 В с частотой 70 Гц, в результате чего около электрода 6 образовывалась плазма 10.

Жидкие гудроны, поступающие через трубку 3, попадали в зону плазмы и под ее воздействием разлагались на смесь более легких жидких углеводородов.

Полученная в ходе плазменного разложения углеводородная смесь из-за меньшей чем у воды плотности, концентрировалась в верхней части жидкости, заполняющей внутреннюю часть перерабатывающей колонны. После полного заполнения жидкостью внутренней части перерабатывающей колонны, процесс приостановили путем отключения источника питания 9. Далее, закрытый кран 11, располагающийся в нижней части перерабатывающей колонны, открыли, и углеводородно-водная смесь в виде эмульсии сливалась из перерабатывающей колонны для дальнейшей переработки.

Вывод. Патентуемый способ является эффективным, и на его основе могут быть разработаны технологические способы по переработке тяжелых органических веществ нефтяного происхождения в углеводороды, являющиеся товарной позицией.

Копия результатов анализов на газовом хроматографе Varian 430-GC по методу ASTM D6729 жидких углеводородов, который был получен патентуемым способом, прилагается.

Источники информации:

1. Е.И. Бахонина «Современные технологии переработки и утилизации углеводородсодержащих отходов». Сообщение 1. «Термические методы утилизации и обезвреживания углеводородсодержащих отходов», Башкирский химический журнал, 2015 г., том 22, № 1, стр. 20-29.

2. Патент РФ № 2218378 С1.

3. Патент РФ №2411286 С1.

4. Патент РФ № 2228436 С2.