Спосіб ультразвукового крекінгу вуглеводневих сполук

1. Спосіб ультразвукового крекінга вуглеводневих сполук, що являє собою розклад вуглеводневих сполук, який проводять в ультразвуковому реакторі з використанням суміші цих сполук з водою, відрізняє ться тим, що вплив на суміш проводять шарами за поперечним перерізом реактора з частотою ультразвукових хвиль від 20 до 100 кГц і густиною енергії від 4 до 20 Вт/см 2 одного шару і частотою ультразвукови х хвиль від 100 до 2500 кГц і густиною енергії від 4 до 30 Вт/см 2 другого шару, при ньому суміш до реактора подають охолодженою до температури (10-60)0С, а одер 37716 разом з цим збільшена вартість переробки і збитки сировини. Крім того, використовуючи цей спосіб неможливо досягти ще більшого виходу світлих нафтопродуктів. Це пов'язано з обмеженою активністю і селективністю каталізаторів, які застосовуються в процесі крекінга. За цього часу розроблена технологія впливу на вуглеводневу сполуку ультразвуковими хвилями (ультразвуковий крекінг), що дозволяє уникнути багатьох проблем, присутніх при термічних і каталітичних процесах. Ультразвукові хвилі великої інтенсивності супроводжуються рядом нелінійних ефектів, зокрема, ефектом акустичної кавітацації. В бульбашках, які виникають під впливом ультразвуку, розвиваються локальні тиски в сотні атмосфер і температури у тисячі градусів за шкалою Цельсія. Найбільш близьким технічним рішенням до способу, є вибраний прототипом патент США № 5110443 «Перетворювання важких вуглеводнів в більш легкі з використанням ультразвукового реактора». Спосіб полягає в одержанні вуглеводню і приготуванні емульсії олія у воді, яка містить вуглеводень. Одержану суміш подають до ультразвукового реактора для перетворення вуглеводню, який міститься у цій суміші, на більш легкий вуглеводневий продукт і утворення залишкової емульсії олія у воді, яка містить більш легкий вуглеводневий продукт, вуглеводень і газоподібні продукти реакції. Для збільшення виходу світли х вуглеводнів і поліпшення їх якості у відомому способі використовують каталізатор. Вихід світли х нафтопродуктів при такій ультразвуковій обробці дещо вищий (до 70%) ніж при термічному каталітичному способі. Крім того, технологічний процес проходить з меншими енерговитратами. Явним недоліком відомого способу, який обраний прототипом, є використання каталізатора, старіння якого приводить до нестійкості технологічного процесу. В основу очікуваного винаходу поставлене завдання створення способу ультразвукового крекінга вуглеводневих сполук, при якому завдяки зонам впливу ультразвуку, які чергуються (тобто вони мають відмінні параметри ультразвукового поля), забезпечується підвищена кавітація суміші водавуглеводнева сполука, її розщеплення і завдяки такому каталізатору відбувається високотехнологічний ультразвуковий крекінг вуглеводневих сполук, в тому числі нафти і нафтопродуктів, який відрізняється тим, що одержується значний процент виходу легких фракцій високої якості. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі ультразвукового крекінга вуглеводневих сполук, який являє собою розщеплення вуглеводневих сполук, що проводять в ультразвуковому реакторі з використанням суміші цих сполук з водою, згідно винаходу вплив на суміш проводять шарами за поперечним перерізом реактора з частотою ультразвукових хвиль від 20 до 100 кГц і густиною енергії від 4 до 20 Вт/см 2 одного шару і частотою ультразвукови х хвиль від 200 до 2500 кГц і густиною енергії від 4 до 30 Вт/см 2 другого шару, при цьому суміш до реактора подають охолодженою до температури (10-60)°С, а одержану після розкладу газобензинову суміш охоло джують і сепарують в окремих камерах. При цьому суміш вода-вуглеводнева сполука, що залишилась не переробленою, по замкненому циклу знову подають в зону ультразвукового реактора. Крім того, в процесі крекінгу проводять дозовану подачу суміші вуглеводню з водою для компенсації об'єму перетвореної суміші. Поставлене завдання вирішується ще й тим, що в газову фракцію, котру одержали внаслідок крекінгу, додають молекулярний водень (H2) і подають цю суміш в зону розщеплення реактора. Таку те хнологічну операцію проводять у зв'язку з тим, що з розривом довгої молекули сировини утворюються вільні зв'язки, до яких з метою стабілізації кінцевого продукту необхідно приєднати атоми водню. Переважливо, щоб перекис водню, що утворюється під час розкладу суміші вода-вуглеводнева сполука, був вилучений до окремої ємкості шля хом відстоювання. Крім того, одержаний внаслідок крекінгу газовий конденсат транспортують в окрему ємкість при температурі від 20 до 60°С. Технологія базується на “зруйнуванні” довгих вуглеводневих макромолекул за допомогою концентрованих ультразвукових хвиль і використанні ефекту кавітації в якості каталізатора. При цьому значні робочі температури і тиск мають локальний характер. Завдяки шаровому впливу ультразвукових хвиль на суміш вуглеводнева сполука-вода забезпечується потужний стовп акустичної кавітації в об'ємі ультразвукового реактора. Чергування значень параметрів ультразвукових хвиль при впливі на суміш вода-вуглеводнева сполука обране з тих міркувань, що при високих частотах ультразвукових хвиль (100-2500) кГц відбувається перетворення вуглеводневої сполуки, тобто крекінг нафти, а при низьких значеннях частоти (20-100) кГц вода (Н2О) розщеплюється на високореакційні атоми водню (Н+) і радикали гідроксила (ОН-). Таким чином, чим більш інтенсивна реакція розщеплення води, чим більше виділяється атомарного водню (Н+), що приймає участь в крекінгу вуглеводневої сполуки, тим активніше відбувається сам процес. Отже, алкани - основні компоненти сирої нафти - можуть розщеплюватись на менші фрагменти, котрі необхідно одержати: бензин, ацетилен, метан, етан та інші. При цьому обробка алканів ультразвуком викликає їх розщеплення при кімнатній температурі. Діапазон високих частот ультразвуку (1002500) кГц, обраний з метою створення найліпших умов для кавітації і, отже, для процесу крекінга, обумовлений одержанням оптимального значення коефіцієнта поглинення ультразвукових хвиль вуглеводневими сполуками і, зокрема, нафтою і нафтопродуктами. При значеннях частоти нижче ніж 200 кГц цей коефіцієнт надто малий, а при значеннях частоти вище ніж 2500 кГц довжина хвилі випромінювання стає сумірною з розміром кавітаційної бульбашки, тому каталізатор крекінга у вигляді кавітації відсутній. Визначною перевагою технічного рішення, яке заявляється, є те, що весь технологічний процес протікає при кімнатних температурах. При цьому 2 37716 суміш, що подається в реактор, доводиться охолоджувати, тому що швидкість звукохімічної реакції падає з ростом температури оточуючого середовища, тобто температури суміші, яка оточує бульбашки. У зв'язку з сказаним вище у винаході, що заявляється, пропонується принципово нова техно логія ультразвукового розщеплення вуглеводневих сполук, в тому числі нафти і низькокалорійних нафтопродуктів на високооктанові бензинові фракції з виходом готового продукту (80-90)% залежно від початкової сировини. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3