СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ФРАКЦИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
PROCEDURE FOR PROCESSING OIL CONTAINING FRACTIONS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу крекинга нефтесодержащих фракций (нефть, мазут) с использованием физических методов воздействия на ход процесса разделения сложных молекул исходного сырья на более простые.
Широкое распространение в промышленном производстве нашли способы каталитического крекинга, с помощью которых обеспечивается получение в качестве конечного продукта светлых составляющих из исходных нефтяных фракций (бензин, дизтопливо и т.д.). Используемые для осуществления указанного процесса установки содержат в своем составе устройства для обработки исходного сырья, емкость для выделения конечных продуктов, а также аппарат охлаждения и конденсации полученного парообразного продукта и сепарации углеводородных газов (см. Рудин М.Т., Драбнин А.Е. «Краткий справочник нефтепереработчика». Ленинград, «Химия», 1980 г., стр.70-73).
Однако выполнение процесса крекинга по этой методике неизбежно связано с большим расходом необходимых для нужд производства энергетических носителей.
При этом применяемая для выполнения известного способа установка отличается высокой степенью конструктивной сложности, и ее изготовление и эксплуатация требует больших капитальных затрат. Для уменьшения расхода потребляемой при проведении крекинга технологической энергии используют технические решения, обеспечивающие предварительную активацию перерабатываемых нефтяных фракций с помощью какого-либо метода физического воздействия - в частности, при помощи ультразвука.
2
Так, например, известно техническое решение, по которому нефтесодержащий продукт подают в замкнутый циркуляционный контур. Проходя внутри последнего, он подвергается ультразвуковому облучению с интенсивностью 1-10 МВт/м.
В процессе этого обрабатываемый продукт находится в зоне действия статического давления, значение которого колеблется в интервале от 0,2 до 5 МПА.
В указанном выше известном устройстве обрабатываемое сырье разделяется на жидкую и парообразную фазы. Парообразная фаза направляется на дальнейшую конденсацию (см. патент 2078116, C10G 15/00, 1995 год).
Однако и этому известному техническому решению присущи все те же недостатки. Осуществление этого известного процесса связано с необходимостью использования большого количества технологической энергии, так как процесс выполняется при высоких температурах и давлении.
Применяемая для его осуществления установка также отличается высокой конструктивной сложностью и требует привлечения существенных капитальных вложений в случае необходимости организации промышленного ее использования.
Наиболее близким к предлагаемому является изобретение, в котором при осуществлении переработки исходное сырье предварительно подвергается волновому воздействию широкого спектра частот, включая электромагнитный, акустический и световой диапазоны.
Известный способ термического крекинга, так же, как и разработанный ранее, проводится после выполнения предварительного активирования исходного нефтяного сырья. После выполнения самой операции термического крекинга полученный в ходе ее осуществления, газообразный продукт подается для последующей конденсации содержащихся в газе веществ (см. Интернет www.NTRO.com/patents_fuel_1/feul_20/shtml) - прототип. Применяемое же для проведения этого известного способа устройства содержит в своем составе:
рабочую емкость для помещения туда объема исходных нефтяных фракций;
генератор и излучатель электромагнитных, акустических и световых колебаний, а также устройство для выделения конечных продуктов после переработки исходного сырья. Генератор в известном техническом решении устанавливается в промежуточную емкость с исходными нефтяными фракциями и содержит в своей конструкции пластинчатые излучающие контуры. Два этих контура смонтированы в цилиндрическом корпусе, стенки которого выполнены из материала, обладающего свойствами, обеспечивающими создание пьезоэффекта.
В состав устройства также входит крекинговый котел, дефлегматор-дистиллятор, а также накопительные емкости для готового продукта и остаточных продуктов, полученных в процессе крекинга.
За счет введения в состав известной установки (прототипа) для обработки нефтяного сырья генератора с широким диапазоном излучаемых волн, в т.ч. и электромагнитных, обеспечивается ослабление ковалентных связей молекул, составляющих тяжелые фракции нефти. Наличие же этого фактора, в свою очередь, позволяет уменьшить расход необходимых для получения конечных продуктов энергетических ресурсов.
Однако при этом следует помнить о том, что между моментом начала осуществления самого процесса термического крекинга и моментом проведения операции активации составляющих нефтяное сырье веществ, в известном техническом решении неминуемо возникает заметный временной разрыв. Этот разрыв разделяет момент их выполнения и расчленяет единый технологический процесс на отдельные составные части. Такой искусственно созданный разрыв формируется как в пространстве, так и во времени.
Таким образом, в процессе перемещения от емкости, в которой молекулы исходного сырья были активированы, к самому котлу для крекинга; в известном техническом решении неизбежны существенные потери ранее полученной электромагнитным облучением энергии активации. В силу действия указанного негативного фактора сам процесс термического крекинга приходится проводить при достаточно высоких температурах - не менее 360°С. Надо также отметить, что используемое для осуществления известного способа устройство, также отличается высокой сложностью конструктивного исполнения, и применение такого известного способа в промышленном производстве диктует необходимость привлечения больших финансовых ресурсов.
Задачей настоящего решения является:
снижение необходимых энергетических затрат и упрощение процесса переработки нефтяных фракций в конечные продукты.
Поставленная задача решается тем, что осуществление предлагаемого способа переработки нефтесодержащих фракций производится с помощью термического крекинга при атмосферном давлении из исходной жидкой фазы и с получением из образующейся парообразной субстанции конечных продуктов;
выполняемого с применением воздействия на эти нефтесодержащие фракции генерируемым для этой цели магнитным полем.
4
6
Новым в способе является то, что используемое для проведения обработки переменное вращающееся магнитное поле воздействует на обрабатываемый объем исходных нефтяных фракций непосредственно в ходе проведения самого термического крекинга прямо в котле. Сам же заполняющий котел объем поступивших туда нефтяных фракций выполняет функцию замыкающего генерируемый магнитный поток соединительного звена. При этом напряженность переменного магнитного поля, замеряемая в толще слоев, находящихся в крекинговом котле нефтяных фракций, составляет 1×10÷1×10 А/м; температура подогрева в процессе крекинга поддерживается равной 45°÷65°С, а время отработки соответствует 0,06÷0,18 часа; а переменное магнитное поле имеет диапазон частот в 40-70 Гц. Поставленная задача также решается еще и тем, что используемое устройство термической переработки нефтесодержащих фракций включает в себя крекинговый котел для их переработки, а также аппарат для выделения конечных продуктов. Аппарат, в свою очередь, состоит из емкости - накопителя, и дефлегматора - дистиллятора для конденсации и разделения образовавшейся в процессе крекинга парообразной субстанции. В состав предложенного устройства также входит источник подачи теплового потока для подогрева обрабатываемых нефтяных фракций до заданных температур. Кроме того, в состав устройства входит генератор магнитного поля, который электрически связан с внешним источником питания.
Новым в устройстве является то, что используемый для создания магнитного поля генератор выполнен в виде замкнутого контура, состоящего из соединенных между собой наборов магнитопроводящих пластин, в теле которых размещены три электрические обмотки-катушки, каждая из указанных подключена к одной из фаз подающего переменный электрический ток внешнего трехфазного источника питания. При этом один из образующих этот магнитный контур набор пластин имеет сквозной паз, в котором и размещается содержащий обрабатываемые нефтяные фракции сам крекинговый котел.
4
6
Введение указанных выше особенностей осуществления предлагаемого способа, а также используемого при его осуществлении устройства, позволяют изменить характер протекания процесса обработки за счет привлечения при ее осуществлении следующих дополнительных факторов. Совмещение операций термического крекинга и облучения с помощью переменного магнитного поля в объеме помещенных в крекинговый котел нефтяных фракций, позволяет существенно интенсифицировать протекание разрыва ковалентных молекулярных связей в составляющих нефть соединениях. При этом в процессе крекинга в предложенном способе наблюдается беспрепятственно осуществляемый с высокой скоростью распад «тяжелых» молекул сложного строения на более простые и «легкие». Повышение степени интенсивности «дробления» таких молекул, составляющих нефтяные фракции, на имеющие меньший суммарный молекулярный вес, достигается за счет периодического «ударного» воздействия со стороны формируемого в устройстве переменного магнитного потока. Последний «бьет» по внешним электронным орбитам входящих в их состав атомов углерода, так как переменное магнитное поле в предложенном решении создается при помощи трехфазного переменного тока. Проходя по магнитопроводу, применяемого в устройстве генератора, оно формирует суммарный магнитный поток, проскакивающий через зону разрыва замкнутого контура. Этот «проскок» неминуемо пролегает через толщу объема обрабатываемых в крекинговом котле нефтяных фракций (Напоминаем, что котел смонтирован в выполненном в контуре генератора пазе.) За счет этого обеспечивается формирование непосредственно в зоне протекания крекинга высоких значений параметров напряженности, воздействующего на нефтяные фракции переменного магнитного поля (1×10÷1×10 А/м). Таким образом, создаваемый в толще слоев нефтяного сырья результирующий вектор наведенного на зону осуществления фазовых превращений магнитного потока при указанной выше схеме его генерации как бы постоянно меняет свое пространственное положение и амплитуду.
Это приводит к тому, что находящиеся на внешних орбитах электроны будут попадать под указанное ранее ударное воздействие извне, которое не оставляет им шанса на сохранение ранее занимаемого до начала процесса стабильного стационарного положения.
От этих толчков «туда - сюда» и интенсивных периодических ударов происходит разрыв ранее имевших место молекулярных связей и деление молекул сложного строения на молекулы с более простой структурой. Исходя из изложенного выше, можно прийти к выводу, что, используя при крекинге только одно низкотемпературное термическое воздействие, обеспечить такой же эффект, что и при одновременном применении для обработки еще и переменного магнитного поля, вряд ли бы удалось.
Создание оптимальных условий для получения указанной выше схемы воздействия используемого для ударного воздействия результирующего вектора суммарного магнитного потока обеспечивается прежде всего тем, что каждая из электрических обмоток-катушек применяемого генератора соединяется с отдельной фазой, подающей энергию от внешнего источника переменного электрического тока. Следовательно, создаваемое каждой обмоткой катушкой переменное магнитное поле, а также соответствующий ему магнитный поток сдвинуты по синусоидальной фазе относительно соседних; и суммируются с аналогичными; возникающими в других обмотках, через тело составляющих контур набора магнитопроводящих пластин. В итоге всего этого генерируемый в объеме заполняющих крекинговый котел нефтяных фракций результирующий магнитный поток, создающийся проскакивающим разрыв замкнутого контура магнитным полем, будет иметь форму пространственного трехкоординатного объемного эллипсоида (переменное магнитное поле как бы вращается в заполняющем котел объеме сырья).
Таким образом, мысленно соединив в трехмерном пространстве места нахождения концов последнего выбранные в течение определенного заданного промежутка времени (т.е., например, исходя из применяемой для питания контура частоты 50 Гц) можно получить пространственную фигуру, формируемую в обрабатываемом объеме, с указанными выше очертаниями. Сплющивание такого эллипса вдоль его вертикальной оси определяется прежде всего увеличением магнитного сопротивления прохождению генерируемого потока в местах имеющихся воздушных зазоров; неизбежно возникающих в сквозном пазу при размещении в нем крекингового котла.
Так как магнитное сопротивление заключенного в нем объема нефтяных фракций, хоть и значительно превышает соответствующее самого магнитного контура, оно существенно меньше такого же сопротивления воздушных зазоров. Вследствие этого происходит замыкание генерируемого в устройстве магнитного потока через толщу последнего; и следовательно, весь объем обрабатываемых в котле фракций выполняет в контуре функцию замыкающего его в единое целое соединительного звена.
Этим обеспечивается максимальная эффективность воздействия со стороны переменного магнитного поля на обрабатываемую в котле жидкую среду с минимально возможными потерями используемой для осуществления процесса технологической энергии.
Исходя из этих указанных выше особенностей осуществления схемы проведения такого рода обработки, можно уверенно утверждать, что интенсивно проводимое «раскачивание» ранее стабильных ковалентных связей в молекулах исходного сырья по всем трем пространственным координатам с использованием «возмущающего» воздействия периодически меняющего свою величину вектора магнитного потока гарантирует их разрыв и ломку. При этом указанные явления протекают за относительно короткие промежутки времени, т.е. за период 0,06-0,18 часа.
Отдельно надо отметить, что применяемая в крекинговом котле температура подогрева находится в диапазоне, равном 45-65°С, т.е. фактически обрабатываемые нефтяные фракции, находящиеся под давлением, равным атмосферному, можно рассматривать как «чуть-чуть подогретые».
При этом указанный выше достаточно низкий температурный интервал позволяет провести полный перевод всего обрабатываемого жидкого сырья в газообразное состояние. Остающийся после перевода в газ от обрабатываемого объема нефтяных фракций на дне котла твердый осадок «пек» составляет не более 1,5% от величины поступившего на обработку первоначального. Т.е. одновременное воздействие сразу же двух технологических факторов на обрабатываемый в котле исходный объем сырья обеспечивает практически мгновенный переход его из жидкого состояния в газообразное в условиях атмосферного давления и низких температур нагрева (жидкая среда слегка «теплая»).
«Расшатывание» молекулярных валентных связей вращающимся переменным магнитным полем переводит их в неустойчивое состояние; и разрыв их становится возможным даже в условиях очень незначительного температурного воздействия. Перешедший же в газообразное состояние основной объем обрабатываемого сырья направляется через соответствующие трубные отводы в дефлегматор-дистиллятор. После прохождения последнего газообразный поток разделяется на две составляющие - на не сконденсировавшуюся парообразную фазу, которая идет на соответствующие технологические нужды к аппаратам для ее накопления и переработки; и на жидкую сконденсированную фазу, поступающую в накопительную емкость. В накопительной емкости происходит естественно протекающее разделение вновь полученной этой жидкой фазы на слои разной плотности под действием сил гравитации. За счет этого в накопительной емкости и собираются разделенные на фракции конечные продукты переработки.
Отдельно накопленные в емкости составляющие разделенной таким образом сконденсированной фазы (мазут, газойль) могут извлекаться из последней и поступать на повторную обработку с использованием все той же технологической схемы.
За счет повторной обработки по предлагаемому способу выход светлых продуктов из обрабатываемых нефтяных фракций можно довести до максимально возможного предела.
Предлагаемый способ обработки выполняется следующим образом.
4
6
Исходный объем сырья помещают в крекинговый котел и включают установленный вокруг него генерирующий переменное магнитное поле контур. Одновременно с включением генератора в работу вступает источник подачи тепла, который осуществляет подогрев нефтяных фракций до заданных технологических пределов (45-65°С). Напряженность переменного магнитного поля, замеряемая в зоне обработки составляет при этом 1×10÷1×10 А/м. Частота подаваемого для питания обмоток-катушек генератора переменного электрического тока, а следовательно, создаваемого им переменного магнитного поля, находится в пределах 40-70 Гц.
За время, составляющие 0,06-0,18 часа, находящиеся в крекинговом котле нефтяные фракции при соблюдении указанных выше условий проведения процесса, переходят в газообразное состояние. На дне крекингового котла остается слой твердого осадка - «пек», количество которого равняется 1,2-1,5% от ранее находящегося в котле первоначального объема жидкой фазы. В дальнейшем, по мере его накопления, производится извлечение последнего с использованием набора любых известных методов для удаления такого рода слоев (например, механического). Основная часть сырья, перешедшего в газообразное состояние, поступает в дефлегматор-дистиллятор, где частично конденсируется до жидкого состояния. Оставшийся объем газа, составляющие которого не были переведены в жидкость, подаются на переработку по отдельной трубопроводной системе, в конце которой установлены соответствующие аппараты для получения нужных для промышленных целей газообразных продуктов.
Основная, сконденсированная часть по своей собственной системе трубопроводов отводится в емкость-накопитель. Стекая туда, она заполняет ее объем, и под действием сил гравитации разделяется на слои разной плотности, т.е. на разные составляющие полученного после крекинга объема конечных продуктов.
Выход готовых конечных продуктов относительно исходного начального объема нефтяных фракций составляет:
5
9
1. Бензин С-С - 45-48%.
10
15
2. Дизтопливо С-С - 23-26%.
16
20
3. Газойль С-C - 12-18%.
21-250
4. Мазут C - 7,0-7,5.
5. Пек - 1,2-1,5%.
1
2
6. Газообразные продукты C-С (Бутан - бутиленовой фракции и пропан - пропиленовой фракции, получившиеся в результате осуществления крекинга) - остальное до 100%.
В соответствии с предлагаемым способом мазут - (показатели его соответствуют M100) при вторичной переработке разлагается на следующие компоненты:
5
9
1. Бензин С-С - 38-41%.
10
15
2. Дизельное топливо С-С - 17-21%.
16
20
3. Газойль C-C - 14-16%.
1
2
4. Газообразные продукты C-С - 1-2%.
5. Твердый пек - - остальное до 100%.
Исходя из приведенных выше данных, можно прийти к выводу, что в конечном итоге, применяя предлагаемый способ как для первичной, так и для вторичной обработки исходных нефтяных фракций, можно обеспечить получение достаточно высокого выхода конечных светлых продуктов: бензина - 48-51%, дизтоплива - 25-28%.
4
6
Назначение режимов переработки нефтяных фракций выполнено исходя из следующих соображений: напряженность переменного магнитного поля, генерируемая в зоне протекания термического крекинга, имеет пределы 1×10÷ 1×10 А/м.
4
Выбранный нижний предел 1×10 А/м назначен в силу того, что при меньшем значении напряженности магнитного поля, чем указанное, затрудняется протекание процесса разделения нефтяных фракций на светлые компоненты, что делает невозможным получение требуемого положительного эффекта.
6
При использовании переменного магнитного поля напряженностью более высокой, чем 1×10 А/м не удается обеспечить получение каких-либо дополнительных преимуществ, в ходе осуществления предлагаемой схемы обработки. В то же время, применение более высоких значений напряженности магнитного поля, чем указанная выше, связана с необходимостью повышенного расхода затрачиваемой на технологические нужды электроэнергии, что отрицательно влияет на экономические показатели эффективности обработки.
То же самое относится и к выбору диапазона температур, используемого в ходе осуществления термического крекинга (45°-65°С).
При температуре, меньшей чем 45°С, не удается обеспечить полное разложение обрабатываемого объема нефтяных фракций за указанный короткий временной промежуток.
При превышении же температуры нагрева до значений, больших чем 65°С, не удается достигнуть повышения качественных и количественных показателей осуществляемого процесса обработки. Но в то же время возрастают связанные с необходимостью обеспечения более высоких температур нагрева затраты необходимой тепловой энергии. Это опять-таки отрицательно сказывается на экономических показателях, определяющих эффективность выполняемой переработки.
Диапазон частоты применяемого переменного магнитного поля принимается равным 40-70 Гц исходя из следующих соображений.
При частоте переменного магнитного поля, меньшей чем 40 Гц, затрудняется протекание процесса разделения нефтяных фракций на более легкие составляющие, что отрицательно сказывается на получаемых. качественных характеристиках процесса переработки. При использовании же частоты, большей чем 70 Гц, также ухудшаются его показатели из-за затруднений, связанных с необходимостью осуществления стабилизации вновь полученных в ходе обработки молекул с измененной относительно исходной структурой, т.е. с сохранением полученной ими ранее конфигурации.
При слишком частых «рывках» высокочастотным магнитным полем есть опасность объединения молекул с маленьким молекулярным весом обратно - в более сложные. Учитывая изложенные соображения, проведем соответствующий выбор и временных интервалов обработки.
При времени обработки, меньшей чем 0,06 часа, не обеспечивается полный переход обрабатываемого объема нефтяных фракций из жидкого состояния в газообразное. Находящиеся в крекинговом котле нефтяные фракции не успеют пройти через соответствующие фазовые превращения.
В то же время при назначении аналогичного интервала времени, большего чем 0,18 часа, не удается достигнуть повышения каких-либо качественных показателей процесса обработки. Увеличение же времени ее выполнения опять-таки отрицательно сказывается на ее технико-экономических показателях.
Далее осуществление предложенного способа иллюстрируется на следующих примерах:
Пример 1. Крекинговый котел объемом 12 л устанавливается в выполненном для технологических нужд разрыве контура/генерирующего переменное магнитное поле (в изготовленном для этого сквозном пазе). В него заливается 10 л нефти марки «Urals», и производится ее нагрев до 45°С. После достижения указанной температуры объемом заключенных в крекинговый котел нефтяных фракций, в электрическую трехфазную цепь внешнего источника питания включались обмотки генератора переменного магнитного поля.
4
В толще объема обрабатываемых внутри крекингового котла нефтяных фракций проходящий через сквозной паз магнитопровода переменный магнитный поток генерировал переменное магнитное поле с напряженностью 1×10 А/м. Частота подаваемого электрическим обмоткам-катушкам переменного электрического тока, а следовательно, и частота генерируемого переменного магнитного поля составила 40 Гц.
Через промежуток времени, равный 0,06 часа, заключенный в крекинговый котел объем жидких нефтяных фракций, полностью испарялся, и полученный газ через отходящий из крышки котла трубопровод поступал к дефлегматору-дистиллятору, где охлаждался с помощью используемого для этого проточной жидкости (водопроводной водой с температурой 16°С). Там он частично конденсировался до жидкого состояния. Жидкая фаза из указанного аппарата поступала в накопительную емкость. Несконденсированная же часть ранее полученного газового объема (бутан-бутиленовая и пропан-пропиленовая фракции) выводилась из дефлегматора-дистиллятора через раструб, выполненный в отводящем участке, выведенной из аппарата магистрали, и поступала на дальнейшую технологическую обработку. Собранная указанным выше образом сконденсированная жидкая часть полученных конечных продуктов переработки попадала в накопительную емкость. По мере увеличения объема поступления в последнюю сконденсированных веществ под действием сил гравитации он расслаивался на отдельные составляющие его жидкие продукты, имеющие разную плотность.
По мере накопления эти продукты извлекались из емкости и использовались в дальнейшем по своему прямому назначению.
В ходе проведения обработки в соответствии с указанными данными нефтяных фракций нефти марки «Urals» были получены следующие продукты:
1. Бензин С<sub>5</sub>-С<sub>9</sub>
- 45%.
2. Дизтопливо С<sub>10</sub>-C<sub>15</sub>
- 23%.
3. Газойль C<sub>16</sub>-C<sub>20</sub>
- 12%.
4. Мазут C<sub>21-250</sub>
- 7,0%.
5. Пек
- 1,2%.
6. Газообразные продукты бутан-бутиленовой
и пропан-пропиленовой фракции C<sub>1</sub>-C<sub>2</sub>
- остальное до 100%.
Пример 2. Обработка фракций, составляющих нефть марки «Urals», проводилась в соответствии с данными, указанными в примере 1.
5
Напряженность переменного магнитного поля в зоне крекинга составляла 1×10 А/м; температура соответствовала 53°С; частота используемого при крекинге переменного магнитного поля соответствовала 50 Гц; время проведения крекинга составляло 0,12 часа.
В ходе осуществления процесса обработки были получены следующие продукты:
1. Бензин С<sub>5</sub>-С<sub>9</sub>
- 48%.
2. Дизтопливо С<sub>10</sub>-C<sub>15</sub>
- 26%.
3. Газойль С<sub>16</sub>-С<sub>20</sub>
- 12,5%.
4. Мазут C<sub>21</sub>-C<sub>250</sub>
- 7,2%.
5. Пек
- 1,5%.
6. Газообразные продукты C<sub>1</sub>-С<sub>2</sub> - бутан-бутиленовой и
пропан-пропиленовой группы
- остальное до 100%.
6
Пример 3. Обработка извлеченного из емкости накопителя мазута, характеристики которого соответствовали характеристикам топочного мазута M100; осуществлялось в соответствии со схемой, приводимой в примерах 1-2. Напряженность используемого переменного магнитного поля в этом примере составляла 1×10 А/·м, температура, до которой нагревался мазут, соответствовала 65°С; время выдержки при обработке составляло 0,18 часа, частота переменного магнитного, поля - 70 Гц.
В результате осуществления обработки были получены следующие конечные продукты:
1. Бензин С<sub>5</sub>-С<sub>9</sub>
- 40%.
2. Дизтопливо С<sub>10</sub>-С<sub>15</sub>
- 19%.
3. Газойль С<sub>16</sub>-С<sub>20</sub>
- 15%.
4. Газообразные продукты:
бутан-бутиленовой и пропан-пропиленовой группы C<sub>1</sub>-C<sub>2</sub>
- 2%.
5. Пек
- остальное до 100%.
Из приведенных выше примеров следует, что предлагаемый способ переработки обеспечивает высокий выход конечных светлых продуктов из объема перерабатываемых нефтяных фракций при достаточно низких энергозатратах и относительно коротких интервалах затрачиваемого на переработку времени.
Задача по снижению привлекаемых для переработки нефтяных фракций энергозатрат и упрощения технологического процесса термического крекинга решается также при помощи предлагаемого устройства. Предлагаемое устройство для переработки нефтесодержащих фракций включает в себя: крекинговый котел, предназначенный для помещения в него объема исходного сырья, а также аппарат для выделения конечных продуктов.
Этот аппарат, в свою очередь, состоит из емкости - накопителя для сбора сконденсированных продуктов переработки и дефлегматора-дистиллятора для охлаждения и конденсации конечных продуктов термического крекинга. В предлагаемое устройство входит источник подачи потока тепловой энергии для подогрева обрабатываемых фракций до заданных технологией температур. Кроме того, предлагаемое устройство содержит генератор магнитного поля, который электрически связан с внешним источником питания.
Новым в предлагаемом устройстве является то, что генератор выполнен в виде замкнутого магнитного контура, состоящего из соединенных между собой наборов магнитопроводящих пластин, в теле которых размещены три электрические обмотки-катушки. Каждая из этих обмоток-катушек подключена к одной из фаз внешнего трехфазного источника питания, подающего переменный электрический ток. При этом один из составляющих магнитный контур набор пластин имеет сквозной паз.
В этом сквозном пазу производится размещение содержащего обрабатываемые нефтяные фракции самого крекингового котла.
За счет использования указанных выше особенностей конструктивного исполнения предлагаемого устройства удается обеспечить максимально возможное с точки зрения наибольшей эффективности воздействие генерируемого в нем переменного вращающегося магнитного поля на само проходящее обработку нефтяное сырье. При этом такое воздействие осуществляется, что является важным и многое определяющим фактором, непосредственно в ходе процесса термической деструкции сложных молекулярных составляющих на более простые.
Устройство для выполнения обработки в соответствии с предлагаемым способом исходя из указанного, включает в свой состав замкнутый контур-генератор, образуемый наборами магнитопроводящих пластин 1, выполненными в виде состыкованных между собой листов, например, нарубленных из трансформаторного железа.
Последние при соединении их между собой и образуют тело контура.
В выполненных (см. фиг.1) в теле наборов пластин 1 монтажных окнах (не показаны) размещены электрические обмотки-катушки 2. Каждая их трех обмоток-катушек 2 соединена с соответствующей фазой трехфазного источника питания переменным электрическим током (не показан).
Крекинговый котел 3 установлен в сквозном пазу «Б» в нижнем наборе пластин 1 магнитного контура. Габариты паза «Б» позволяют обеспечить его монтаж таким образом, что создающиеся между телом крекингового котла 3 и поверхностью пластин 1 составного магнитного контура монтажные зазоры «а» имели бы минимально возможное значение. Это связано с необходимостью уменьшения величины неизбежно возникающего в этих зонах магнитного сопротивления, а следовательно, и снижения необходимых для технологического обеспечения процесса энергозатрат.
Во внутреннюю полостью крекингового котла 3 помещен объем обрабатываемых нефтяных фракций 4, который выполняет функцию соединительного замыкающего магнитный поток звена в генерирующем его контуре. Днище крекингового котла 3 с заключенным в него объемом обрабатываемого сырья 4 устанавливается на источнике подачи теплового потока 5, используемого для подогрева обрабатываемых нефтяных фракций до заданных температур (45-65°С). В качестве источника подогрева 5 может использоваться обыкновенная электрическая плита с размещенными внутри ТЭНами (не показаны).
Из крекингового котла 3 перешедшее в газообразное состояние нефтяное сырье попадает в отводящую трубу 6, переходящую в змеевик 7 дефлегматора-дистиллятора 8. Внутренняя полость последнего заполняется охлаждающей жидкостью 9. Например, проточной водой, подаваемой из питьевого водопровода через подвод «с» и отводимой затем из внутренней полости дефлегматора-дистиллятора 8 через отвод «d» (см. фиг.1).
После охлаждения в змеевике 7 исходный газообразный поток разделяется на две составляющие - не сконденсированную парообразную и сконденсированную жидкую. Жидкая фаза, содержащая в своем составе продукты крекинга, поступает через участок трубопровода 10 в накопительную емкость 12. Не сконденсированная парообразная фаза, полученная при крекинге, отводится по трубопроводу 10 и отходящему от него участку магистрали 11 для дальнейшей технологической переработки и подается на соответствующие аппараты, используемые с этой целью (не показаны).
Поступивший в емкость-накопитель 12 объем жидкой фракции, состоящий из полученных конечных продуктов, имеющих разную плотность, в течение определенного промежутка времени отстаивается там и под действием сил гравитации разделяется по вертикали на слои 15. Последние состоят из определенных одинаковых по составу продуктов, отличающихся от соседних как строением, так и плотностью (например, бензин, дизтопливо, газойль, мазут, твердый «пек»). Подача новых порций нефтяного сырья осуществляется через подводящий трубопровод 13.
Замеры температуры в толще объема 4 обрабатываемых нефтяных фракций производят с помощью термодатчика 14. В одном корпусе с ним устанавливается и датчик давления (не показан).
Буквой «Д» обозначена формируемая перемещением результирующего вектора переменного магнитного потока фигура, которая по очертанию наиболее близка к пространственному эллипсоиду. Этот эллипсоид целиком размещается во внутреннем объеме котла 3, т.е. в толще слоев заполняющих его фракций 4.
Буквой «Б» обозначен сквозной паз в магнитном контуре, в котором проводится монтаж самого крекингового котла 3.
Буквами «а» обозначены создающиеся между поверхностью котла 3 и пластинами 1 контура генератора монтажные зазоры.
Буквой «с» - патрубок, подающий охлаждающую жидкость, буквой «d» - отрезок, осуществляющий отвод охлаждающей жидкости из полости дефлегматора-дистиллятора.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом:
Внутренняя полость котла для крекинга 3 заполняется объемом обрабатываемых нефтяных фракций 4 через подающую трубу 13.
После окончания процесса заполнения крекингового котла 3 включается источник подачи потока тепловой энергии 5 (нагревательная плита с ТЭНами, на которой установлено его днище). При достижении под действием осуществляемого источником нагрева 5 объемом нефтяного сырья 4 заданных технологией температурных параметров (45°-65°С), от размещенного в котле 3 термодатчика 14 поступает сигнал, который преобразуется системой управления установки (не показана).
Последняя дает команду на отключение источника подачи тепловой энергии 5 от внешней сети. При понижении же температуры ниже пороговых значений, тем же датчикам 14 производится, наоборот; подключение источника подачи тепловой энергии 5, и температура внутри крекингового котла 3 соответственно повышается.
После достижения объемом 4 обрабатываемых нефтяных фракций заданного температурного предела, в работу вступает генератор переменного магнитного поля. При его включении все три электрические обмотки-катушки 2 подсоединяются к отдельным фазам трехфазного внешнего источника питания переменным электрическим током (частота последнего составляет 40-70 Гц) (не показан). Находящиеся внутри наборов магнитопроводящих пластин 1 обмотки-катушки 2 создают переменные магнитные потоки, которые суммируются между собой, проходя по объему последних. Так как в выполненном нижнем наборе пластин 1 магнитного контура сквозном пазу «Б» с монтажными зазорами «а» установлен заполненный сырьем 4 крекинговый котел 3, то генерируемый контуром генератора магнитный поток, стремится «проскочить» зону созданного разрыва. При этом объем обрабатываемых нефтяных фракций 4, находящийся в зоне совершения этого «проскока», неизбежно исполняет функцию звена, замыкающего контур магнитного соединительного.
Переменное магнитное поле создает там магнитный поток, результирующий вектор которого в силу имеющейся особенности подключения формирующих поле обмоток-катушек непрерывно перемещается из одной пространственной точки в другую. При этом он с заданной внешним источником питания частотой (40-70 Гц) меняет как свое положение в пространстве, так и величину амплитуды. При соединении точек его конечного размещения, можно получить фигуру, по своей конфигурации максимального приближающейся к пространственному эллипсоиду (обозначен буквой «Д» на чертеже). При наличии этих особенностей формируемое внутри обрабатываемого объема нефтяного сырья 4 переменное магнитное поле можно представлять как бы «вращающимся». Находящиеся на внешних орбитах электроны молекулярных соединений исходного сырья, образующие молекулярные ковалентные связи, из-за действия такого магнитного потока подвергаются серии непрерывно следующих «толчков» разного направления и интенсивности. В итоге всего этого происходит быстрая деструкция ранее созданных молекулярных связей, протекающая за относительно короткий промежуток времени (0,06-0,18 часа), а также при достаточно низких температурах (45÷65°С). В итоге всего этого весь объем обрабатываемых нефтяных фракций 4 переходит в газообразное состояние.
Вследствие неизбежного повышения при смене фазового состояния давления во внутренней полости крекингового котла 3, находящийся там газ будет стремиться перейти оттуда в зону более низкого давления (конец трубопровода 6 через подсоединенные к нему отрезки трубопроводной магистрали 10, 11 сообщается напрямую с атмосферой). Поэтому полученный в объеме котла 3 газ поступает через размещенный в нем открытый конец трубопровода 6 в змеевик 7 дефлегматора-дистиллятора 8. Поверхность змеевика 7 во внутренней полости дефлегматора-дистиллятора охлаждается подаваемой через патрубок «с» холодной проточной водой 9. Последняя, выполнив свои функции по охлаждению, выводится из патрубка «d» на слив в соответствующую отводящую магистраль (не показана). После прохождения змеевика 7 исходный газовый поток разделяется на две части: не сконденсировавшуюся газовую составляющую и сконденсированную до жидкой консистенции массу из набора фракций получаемого конечного продукта.
Оставшаяся в виде газа парообразная смесь выходит в приемный отрезок трубопровода 11, отводящий последнюю к соответствующей линии аппаратов для ее утилизации (не показана).
Более тяжелая жидкая смешанная субстанция по отрезку трубопровода 10 стекает в накопительную емкость 12. По мере увеличения в последней из собранных там смешанных сконденсированных жидких фракций, под действием сил гравитации происходит их разделение на отдельные слои 15, отличающиеся составом и плотностью (мазут, газойль, дизтопливо, бензин). Из этой накопительной емкости 12 выполняется в последующем их откачка с отправкой полученных продуктов для использования по их прямому назначению. Остающийся на дне крекингового котла 3 твердый пек (объем 1,2÷1,5%) извлекается оттуда с помощью любой известной методики (например, механическим выколачиванием с проведением отсоса вакуумным аппаратом полученной пылевидной массы).
Включение и выключение генератора переменного магнитного поля осуществляется с помощью соответствующего программного блока (не показан), в свою очередь использующего показателя температурного датчика 14 и установленного с ним в одном и том же корпусе датчика давления (не показан).
Напряженность переменного магнитного поля, а также его частота, непосредственно в зоне переработки задается с помощью регулировки параметров идущего для питания обмоток-катушек 2 переменного электрического тока трехфазного внешнего источника питания (не показан), имеющего для этого управляющий блок с соответствующим программным обеспечением.
Исходя из изложенного выше, можно прийти к выводам, что применение предлагаемого способа переработки нефтесодержащих фракций и устройства для его осуществления, обеспечивает существенное снижение затрат энергии в процессе осуществления термического крекинга.
Сам термический крекинг в случае их применения протекает при температурах, соответствующих температурам нагрева атмосферного воздуха в областях нашей планеты, лежащих вблизи экватора или просто в пустынях.
Предлагаемый процесс, в случае использования, требует незначительных затрат времени и отличается простотой необходимых для его осуществления аппаратов. В состав применяемого для проведения предлагаемого процесса устройства входят широко распространенные и опробованные в промышленном производстве материалы и конструкции.
Внедрение предлагаемого способа не связано с привлечением для его осуществления излучений и материалов, наличие которых негативно сказалось бы на чистоте окружающей устройство среды и отрицательно влияло бы на здоровье человека.
Простота конструктивного исполнения предложенного устройства обуславливает относительно низкие значения необходимых для его промышленного внедрения затрат, а также позволяет обеспечить его ввод в эксплуатацию за небольшой промежуток времени.
Отсутствие сложных конструктивных элементов в составе предложенного технического решения, также позволяет прийти к выводу, что такая его компоновка может обеспечить высокую степень мобильности создаваемых на его основе установок. Последние могут перемещаться от одного обслуживаемого участка к другому, успешно осуществляя утилизацию попавших в силу каких-либо причин нежелательных там нефтяных фракций-загрязнителей или просто выполняя переработку их незначительных объемов.
Кроме того, исключение из конструктивного состава предлагаемого устройства сложных и дорогостоящих элементов, обеспечивает в конечном итоге, повышение надежности его работы и снижение необходимых в процессе его использования эксплуатационных затрат.