Способ предварительной обработки нефтепродукта в озоновоздушной смеси для снижения содержания серы
METHOD FOR PRE-TREATMENT OF PETROLEUM PRODUCTS IN OZONE-AIR MIXTURE TO REDUCE SULFUR CONTENT

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предполагается для использования в технологии предварительной подготовки и переработке нефтепродуктов.
Первичная переработка или фракционирование нефти позволяет выделить фракции светлых нефтепродуктов, выкипающие до температуры 350°С, служащие основой производства моторных топлив. Выход светлых нефтепродуктов зависит от их содержания в сырой нефти и, как правило, не превышает 50-55%. Остаток (тяжелое нефтяное сырье - смесь углеводородов различного химического состава с температурами кипения выше 350°С) обычно перерабатывают по разным вариантам крекинга, причем суммарный результат этих процессов и определяет глубину или эффективность нефтепереработки.
Наиболее распространенным видом переработки тяжелого нефтяного сырья (вакуумные газойли широкого фракционного состава, в том числе утяжеленные) является каталитический крекинг, позволяющий получать высокооктановый бензин, и легкий газойль, используемый как компонент дизельного топлива.
Недостатком известных способов каталитического крекинга является невысокий выход светлых фракций и достаточно быстрая дезактивация катализатора из-за коксообразования.
Одним из методов повышения эффективности нефтепереработки, не требующих изменения уже существующих технологических схем, служит использование активирующей добавки, действие которой приводит к смягчению условия проведения крекинга, увеличению выхода легких фракций и/или снижению коксообразования.
Известен способ переработки вакуумного газойля путем каталитического крекинга, при котором в исходное сырье вводят оксиалкилированный алкилфенол или блоксополимеры оксидов этилена и пропилена (авт.свид. SU, 1474168, 1988).
Такой прием позволяет несколько увеличить выход бензина (с 27,8 до 28,9 мас. %), но высокая стоимость добавок и незначительный прирост показателя выхода делают его малоэффективным.
Также известен способ переработки тяжелого сырья (заявка РСТ WO 93/19139), согласно которому часть исходного тяжелого нефтяного сырья и/или сырья, отличного по составу от исходного, подвергают модификации путем обработки воздухом при температуре 200-300°С и массовом соотношении воздух: сырье, равном 0,2:(0,6-1). После отделения и удаления газовой фазы жидкий продукт подвергают вакуумной перегонке с выделением дистиллята, выкипающего до температуры 540°С. Затем дистиллят смешивают с исходным нефтяным сырьем до достижения концентрации добавки 2,0-25 мас. %.
Способ повышает выход светлого нефтепродукта, не уменьшая продолжительность эксплуатации катализатора.
Его недостатком является необходимость проведения двухстадийного процесса получения активирующей добавки с использованием высокой температуры на первой стадии и вакуумной дистилляции оксиданта - на второй
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ переработки тяжелого нефтепродукта (RU2123026 C1), включающий смешение исходного сырья с добавкой, полученной путем обработки нефтепродуктов озонсодержащим газом, нагревание и последующее разделение продуктов на фракции. Нефтепродукты для получения добавки должны содержать не менее 0,5% серосодержащих соединений в пересчете на серу и не менее 3,5% полиареновых соединений. Смешение добавки с исходным сырьем производят из расчета содержания 0,5-13 г поглощенного добавкой озона на 1 кг получаемой смеси. Обработку нефтепродуктов газообразным окислительным агентом ведут путем барботажа газа через слой углеводородов или с помощью контакта газового потока с жидкой фазой преимущественно при 20-60°С до насыщения взятого количества нефтепродуктов озоном.
Данный способ реализуется на не достаточных концентрациях озона и применяется только для легких нефтепродуктов при переработке
Способ переработки тяжелых и легких нефтяных фракций, включающий смешение исходного сырья с добавкой, полученной путем обработки нефтепродуктов озоновоздушной смесью, нагревание и последующее разделение продуктов на фракции. Нефтепродукты для получения добавки должны содержать не менее 0,3% серосодержащих соединений в пересчете на серу и не менее 4,5% полиареновых соединений. Смешение добавки с исходным сырьем производят из расчета содержания 1-15 г поглощенного добавкой озона на 1 кг получаемой смеси. Обработку нефтепродуктов газообразным окислительным агентом ведут путем пропускания озоновоздушной смеси через слой углеводородов или с помощью контакта газового потока с жидкой фазой преимущественно при 20-25°С до насыщения взятого количества нефтепродуктов озоном. Выбор температуры внутри интервала определяется только вязкостью исходной смеси, для газойля необходимость в подогреве выше 20°С практически отсутствует. При увеличении температуры свыше 25°С может происходить некоторое снижение эффекта действия добавки, связанное с температурным распадом части продуктов озонирования.
Озонолитическая обработка более эффективна для сырых, легких и тяжелых нефти и среднетемпературных нефтяных фракций. В реакции с озоном вступают главным образом полициклические арены, непредельные соединения и алкильные заместители ароматических структур с образованием новых соединений С-Н- и цикло-алкильным углеводородным каркасом и моноциклических аренов. Озонирование нефтепродуктов способствует появлению в их составе кислородсодержащих соединений различной функциональности: альдегидов, кислот, линейных и циклических эфиров.
Техническим результатом является улучшение качества нефтепродуктов и снижение длительности процесса переработки, окисление сернистых соединений озоном с последующей экстракцией окисленных соединений, и снижение затрат на использование дорогостоящих катализаторов.
3
-3
-2
Технический результат достигается тем, что в способе предварительной обработки нефтепродуктов, предусматривающем насыщение озоновоздушной смесью нефтепродукта, посредством расположения в резервуарах нефтепродукта форсунок подачи озоновоздушной смеси и форсунок подачи нефтепродуктов, процесс насыщения озоном протекает, при обычной температуре 20-25°С, так как селективность реакции окисления по атому серы максимальна, а степень разложения озона невысока, для эффективности процесса насыщения применяется воздействие электромагнитным полем длительностью от 30-60 мин, согласно изобретению, нефтепродукт, подвергают тонкодисперсному распылению с диаметром капель от 5 до 10,0 мкм с одновременным воздействием озоновоздушной смесью с концентрацией озона 120 мг/м и электрическим полем частотой 50 Гц, и магнитной индукцией от 10 до 10Тл в течение 30-60 мин.
Новизна технического решения заключается в том, что за счет обработки тонкодисперсного распыленного нефтепродукта в озоновоздушной смеси под воздействием озона происходит нейтрализация (экстрагирование) сернистых соединений, молекулы нефтепродуктов озонирования или окисления намного полярнее молекул исходных компонентов углеводородного сырья и гораздо эффективнее удаляются из состава прямогонных дистиллятов и остатков с помощью традиционных экстракционных или адсорбционных методов, исключая при этом локализацию высоких концентраций озона и проведения обработки за один этап. При этом под воздействием магнитного поля на нефтепродукта происходит упорядоченная ориентация спинов его молекул, что повышает эффективность обработки.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 - изображена установка для предварительной обработки нефтепродукта.
Способ предварительной обработки осуществляется с помощью устройства, состоящего из последовательно соединенных компрессора 1, осушителя 2 и охладителя 3, и электрического генератора озона барьерного типа 4 который сообщен с резервуаром 5, к нему подключен насос повышенного давления 6 с мелкодисперсными форсунками 7, расположенные внутри резервуара 5. Установка, также имеет генератор магнитного поля, состоящий из управляющего колебательного контура 8 установленного внутри резервуара 5 и обмотки 9 расположенной вокруг резервуара 5. Для откачивания из резервуара готового нефтепродукта использован насос 10.
Предлагаемый способ предварительной обработки нефтепродуктов установки, реализуется следующим образом.
3
3
-3
-2
Компрессор 1, подает воздух в систему воздухоподготовки состоящей из осушителя 2 и охладителя 3, после которых подготовленный воздух поступает в электрический генератор озона барьерного типа 4 из которого конечная озоновоздушная смесь с концентрацией 120 мг/м идет на заполнение резервуара 5. Концентрация озона 120 мг/м обусловлена тем, что при меньших концентрациях не происходит нейтрализации (экстракции) сернистых соединений, и не происходит достаточная диффузия озона в нефтепродукт, а если концентрация будет больше, то может произойти процесс увеличения альдегидов, поэтому нецелесообразно увеличивать концентрацию озона. Далее в резервуар 5, при помощи насоса повышенного давления 6 через мелкодисперсные форсунки 7, подается нефтепродукт. Для более интенсивного взаимодействия озоновоздушной смеси с мелкодисперсным распыленным нефтепродуктом одновременно воздействуют электромагнитным полем, магнитной индукцией от 10 до 10Тл, величина которой обусловлена тем, что достаточна эффективна для обеспечения направленной ориентации взаимодействующих ионов озона и частиц нефтепродукта, а при меньшей магнитной индукции, направленная ориентация не достигнет должного эффекта создаваемое генератором электромагнитного поля электромагнитного поля между управляющего колебательным контуром 8 и обмоткой 9. Конденсат обработанного нефтепродукта откачивается из резервуара 5 при помощи насоса 10.
Эффективность данного процесса предварительной обработкой нефтепродукта обусловлена взаимодействием отрицательных ионов озона с положительными ионами углеводородов, которое происходит в магнитном поле, не в хаотичном, а в направленном порядке, что ускоряет технологический процесс обработки и достижение результата.
Принцип физических явлений происходящих в процессе производства. На частицы углеводородов, обладающие зарядом, в электромагнитном поле действует сила Лоренца по следующей формуле:
При этом на частицы углеводородов положительной полярности сила Лоренца действует в противоположном направлении, по отношении к действию силы Лоренца на частицы озона отрицательной полярности, что приводит к со направленному движению разнополярных частиц в магнитном поле и росту длины пути заряженных частиц в камере озоновой обработки. Если скорость  заряженных частиц углеводородов материала перпендикулярны магнитному полю с индукцией , то заряженные частицы будут двигаться по окружности, согласно второму закону Ньютона со следующей скоростью:
- вектор магнитной индукции; Тл
g - электрический заряд частицы; Кл
m - масса частицы; кг
r - радиус движения; м
В результате заряженные частицы углеводородов движутся по окружности, что позволяет эффективней обрабатывать нефтепродукт озоновоздушной смесью и достигать эффективной обработки. Затем, конденсированный в резервуар обработанный нефтепродукт откачивается насосом 10.
3
-3
-2
-3
Пример 1. Нефтепродукт подается в емкость 400 дал, через форсунку и преобразуется в мелкодисперсную фракцию, в это же время на уровне форсунки подается озоновоздушная смесь концентрацией 120 мг/м. На нефтепродукт воздействовали одновременно озоновоздушной смесью и ЭМ полем с частотой 50 Гц и электромагнитной индукцией от 10Тл. Длительность каждого воздействия 30-60 мин, а также обрабатывали ЭМ полем с электромагнитной индукцией от 10Тл., в результате содержание серных соединений было меньше, при обработке ЭМ полем электромагнитной индукцией от 10Тл. Результаты предварительной обработки озоновоздуной нефтепродуктов представлены в таблице 1.