СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КОНДЕНСИРОВАННЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 1997 года по МПК C10G15/10 

Изобретение относится к области нефтепереработки и может найти применение в химической, газовой, нефтяной, нефтехимической промышленности и топливной энергетике.

Известен способ переработки конденсированных углеводородов нефти и ее тяжелых фракций термокрекинг при высоких температурах и давлениях (470 - 540^oC, 20-70 ат). (Т.А.Бурдынь, Ю.Б.Закс. Химия нефти, газа и пластовых вод. М. Недра, 1978, с. 177).

Однако данный известный способ требует высоких энергозатрат.

Известен способ переработки конденсированных углеводородов в атмосфере водорода при высоких температурах в присутствии катализатора. (Е.В. Смидович. Технология переработки нефти и газа. М. Химия, ч.11, 1980, с.137).

Известен способ переработки конденсированных углеводородов путем воздействия на них ионизирующим излучением (В.В. Сараева, Радиолиз углеводородов в жидкой фазе. Современное состояние вопроса. М. изд-во Московского университета, 1986, с.216).

Однако в данном известном способе на конденсированные углеводороды воздействуют γ -излучением при высоких температурах (400-600^oC) и поэтому энергозатраты процесса высоки. Качество получаемых продуктов радиолиза низкое. Выход утилизируемой низкомолекулярной фракции не превышает 40-50% от общего объема сырья. Целевой низкотемпературный продукт содержит непредельные углеводороды, склонные к образованию смол и ухудшающие его качество. Продукт имеет низкое октановое число (66-80), что препятствует его прямому использованию в качестве бензина или керосина. Процесс сопровождается накоплением неутилизируемых отходов газа, смол, шлаков.

Техническим результатом, достигаемым при реализации настоящего изобретения, является получение качественных жидких топливных углеводородов при пониженных энергозатратах, за счет исключения необходимости дополнительной подготовки и переработки нефти и газа, а также обеспечения возможности использования низких температур и давлений за счет оптимизации механизма воздействия на молекулы углеводородов.

Достигается это тем, что в способе переработки конденсированных углеводородов путем воздействия на них ионизирующим излучением отличительной особенностью является то, что конденсированные углеводороды предварительно насыщают газообразными алканами и/или водородом до газонаполнения выше 0,1 и поддерживают данный уровень газонаполнения в процессе воздействия, воздействуют ускоренными электронами при мощности дозы облучения выше 340 Гр/с, а образовавшиеся продукты постоянно выводят из зоны облучения.

Поддерживают уровень газонаполнения конденсированных углеводородов постоянным барботажем газообразных алканов и/или водорода. Образующиеся продукты отводят в тоне газа, конденсат отделяют, а газ возвращают на барботаж.

Таким образом, при реализации изобретения становится возможным проведение процесса в мягких условиях: при атмосферном давлении, без нагревания, при определенном газонаполнении сырья (газонаполнение или газосодержание это доля объема газовой фазы в общем объеме двухфазной смеси см. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М. Химия, 1978, с. 116), при определенной мощности дозы облучения реакционной массы ускоренными электронами. В условиях проведения процесса, рекомендуемых изобретением, происходит разогревание, по меньшей мере, верхнего слоя конденсированных углеводородов, насыщенных газом до 400^oC, и их вскипания, что способствует направленному протеканию процесса деструкции молекул конденсированных углеводородов с образованием желаемых продуктов деструкции.

В отличие от прототипа [3] предусматривающего воздействие ионизирующим излучением при высоких температурах, способ согласно изобретению может реализоваться без нагревания реакционной массы, что снижает энергозатраты на проведение процесса, но при этом получают высококачественный продукт переработки, представляющий собой смесь, состоящую из низкомолекулярных углеводородов, относящихся к бензину, керосину, лигроину.

На чертеже представлена зависимость качества получаемого по новому способу моторного топлива от мощности дозы излучения и газосодержания в перерабатываемом углеводородном сырье.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие изобретение.

Пример 1. В качестве сырья используют обезвоженную Арланскую нефть без минеральных примесей. Порцию нефти 100 г при 20^oC и 1 ат подают в реакционный сосуд, через который снизу пропускают 10 л/мин газообразного метана (свободное течение через слой жидкости, газонасыщение рабочего слоя 0,1-0,23). Образующуюся газо-нефтяную смесь облучают ускоренными электронами с энергией E= 5 МэВ при мощности дозы 350 Гр/с, генерируемыми линейным ускорителем У-12Ф. Целевой продукт выводят в потоке метана и конденсируют. В состав полученного конденсата входят 80% алканов, 11% циклоалканов, 6% олефинов и 3% ароматических углеводородов. Из них выкипает до 205^oC 94% до 300^oC 99% до 350^oC-100%
Для повышения полноты утилизации организуют замкнутый цикл по газу - избыточный газ после конденсата возвращают в смеси с исходным метаном в реакционный сосуд. Уровень жидкости в сосуде восполняют за счет добавления новых порций нефти. При этом достигается полная конверсия как газа, так и нефти в жидкие топливные углеводороды. При переработке 1 кг нефти связывается 0,51 кг метана. Масса полученного продукта оставляет 1,51 кг. Среднее октановое число бензиновой фракции (гексаны-деканы) в целевом продукте равно 94.

Пример 2. По методике примера 1 подвергли переработке сырую обезвоженную Арланскую нефть без минеральных примесей. Газосодержащие и мощность дозы облучения ускоренными электронами по сравнению с примером 1 изменили соответственно до 0,07 и 508 Гр/с.

Результаты представлены в таблице 1.

Пример 3. Условия проведения процесса переработки конденсированных углеводородов в виде каменного угля (Кизел) и полученные результаты представлены в таблице 1.

Пример 4. Подвергли переработке мазут М-40 в условиях с результатами, предусмотренными в таблице 1.

Пример 5. Подвергли переработке гудрон в условиях и с результатами, представленными в таблице 1.

Примеры 6-9. Условия обработки различных видов сырья и состав конечных продуктов представлены в таблице 2. Приведенные результаты показывают, что несоблюдение заявляемых условий переработки приводит к образованию неутилизируемых продуктов и не обеспечивает полноты конверсии сырья.

Во всех случаях реализации нового способа при газонаполнении ниже 0,10 или мощности дозы ниже 340 Гр/с происходило необратимое смолообразование в реакционной смеси.

Пример 10. Изучили зависимость качества целевого продукта (получаемого моторного топлива) от мощности дозы излучения и от газосодержания в перерабатываемом углеводородном сырье. Результаты приведены на чертеже.

На чертеже показано влияние условий обработки (при атмосферном давлении и комнатной температуре) на комплексный показатель качества целевых продуктов (Q). Величина Q учитывает наличие смол в жидком продукте; наличие соединений, вызывающих полимеризацию в двигателях; изменение молекулярной массы жидкой фазы в ходе переработки; степень непредельности и детонационные свойства молекул жидкости. Как видно на чертеже, обработка углеводородного сырья новым способом приводит к улучшению свойств моторного топлива в области g ≥ 0,1 и P ≥ 340 Гр/с. В иных условиях эксплуатационные параметры жидких продуктов либо ниже, чем у компонентов сырой нефти, либо непригодны для использования в двигателях.

Таким образом, заявленный способ обеспечивает получение следующих результатов:
выход жидкого утилизируемого продукта составляет практически 100% от массы перерабатываемого углеводородного сырья;
целевой продукт имеет надежное бытовое и промышленное применение в качестве моторного или дизельного топлива; высокооктановых и высококалорийных добавок к топливам, промышленных и бытовых растворителей;
способ обеспечивает пониженную энергоемкость и материалоемкость переработки нефти за счет низких давлений, температур и отсутствия катализаторов.

В отличие от нового способа, способ-прототип [3] не позволяет регулировать степень деструкции всего сырья и поэтому конечный продукт состоит из широкой гаммы соединений с температурой кипения 500^oC и выше (включая асфальтены). Новый способ обеспечивает необратимое селективное образование низкомолекулярных углеводородов.

Способ-прототип [3] позволяет получать исключительно смесь продуктов, часть из которых имеет меньшую молекулярную массу, а часть большую, чем средняя молекулярная масса исходного сырья. Таким образом, по способу-прототипу [3] образуется значительное (не менее 20%) количество неутилизируемых шлаков. Новый же способ обеспечивает переработку сырья в низкомолекулярные продукты (бензин, керосин, лигроин) с высоким выходом, в то время как выход утилизируемой низкомолекулярной фракции по способу-прототипу [3] не превышает 50% от объема сырья, причем целевой низкомолекулярный продукт содержит непредельные углеводороды, склонные к образованию смол и ухудшающие его количество. Он имеет низкое октановое число (66-80), что препятствует его прямому использованию в качестве бензина или керосина.

Способ согласно изобретению реализуется с помощью серийно выпускаемых узлов и оборудования, без использования высокопрочных конструкционных материалов и оборудования, характерных для традиционного крекинга. Для проведения переработки нефти и ее компонентов новым способом требуется в 5-14 раз меньшее количество тепла и электроэнергии, чем для традиционного крекинга.

Использование: в области нефтепереработки, химической, газовой, нефтяной, нефтехимической промышленности и топливной энергетике. Сущность изобретения: конденсированные углеводороды насыщают газообразными алканами и/или водородом до газонаполнения выше 0,1 и воздействуют ускоренными электронами при мощности дозы выше 340 Гр/с, постоянно поддерживая указанный уровень газонаполнения барботажем газа, а образующиеся продукты постоянно отводят в токе газа. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

1. Способ переработки конденсированных углеводородов путем воздействия на них ионизирующим излучением, отличающийся тем, что предварительно их насыщают газообразными алканами и/или водородом до газонаполнения выше 0,1 и поддерживают данный уровень газонаполнения в процессе воздействия и воздействуют ускоренными электронами при мощности дозы облучения выше 340 Гр/с с постоянным выводом образующихся продуктов из зоны облучения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поддерживают уровень газонаполнения конденсированных углеводородов постоянным барботажем газообразных алканов и/или водорода. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газообразных алканов используют природный или попутный газ. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что образующиеся продукты отводят в токе газа, конденсат отделяют, а газ возвращают на барботаж.