Спосіб ультразвукового крекінгу вуглеводневих сполук

Спосіб ультразвукового крекінгу вуглеводневих сполук, який полягає в тому, що при розкладі суміші вода - вуглеводнева сполука вплив на суміш виконують шарами паралельно поперечному перерізу реактора з частотою ультразвукових хвиль (20 - 100)кГц і густиною енергії (4 - 20)Вт/см2 одного шару і частотою ультразвукових хвиль (100 - 2500)кГц і густиною енергії (4 - 30)Вт/см2 другого шару, який відрізняється тим, що усередині області перетвотення суміші здійснюють режим стоячих хвиль, при цьому в шарі розкладу води на (Н+) і (ОН") вплив ультразвукових хвиль здійснюють по всій площині поперечного перерізу суміші вода - вуглеводнева сполука без утворення режима стоячої хвилі. Винахід, що пропонується, має відношення до області нафтопереробки, а конкретно - до способу крекінгу нафти і газу. Існують різні методи впливу на вуглеводневі сполуки з метою одержання більш легких фракцій. До переліку таких методів відноситься і крекінг нафти і нафтопродуктів - розщеплення великих вуглеводневих молекул нафти на молекули меншого розміру, які складають головним чином бензинові та інші фракції. За видами впливу на нафту з метою одержання бензинових фракцій вони в основному розподіляються на термічні (з використанням каталізатора і без нього), електричні, акустичні і т.д. В промисловості найбільш часто використовується метод термічного каталітичного крекінгу. Хімія термічного крекінгу - це хімія потужних кислот, вуглеводнів, карболієвих іонів та цеалітів. При всіх достоїнствах такої технології перетворення вуглеводневих сполук існують і явно виражені технологічні і екологічні проблеми. За данного часу розроблена технологія впливу на вуглеводневу сполуку з метою її розщеплення ультразвуковими хвилями, так званий ультразвуковий крекінг, котрий дозволяє запобігти багатьох проблем, що виникають при термічних і каталітичних процесах. Ультразвукові хвилі великої інтенсивності супроводжуються рядом нелінійних ефектів, зокрема, акустичної кавітації. В бульбашках, які виникають під впливом ультразвуку, розвиваються локальний тиск, що становить сотні атмосфер, і температура на рівні тисяч градусів за шкалою Цельсія, що інтенсифікує процес розкладу вуглеводневих сполук. Відомий спосіб ультразвукового впливу на вуглеводневу сполуку (патент США № 5110443 "Превращение тяжелых углдеводородов в более легкие с применением ультразвукового реактора"). Спосіб полягає в приготуванні суміші, що містить вуглеводень і емульсію олія у воді. Суміш подають до ультразвукового реактора для перетворення вуглеводню, що міститься в ній, в більш легкий вуглеводневий продукт і утворення залишкової емульсії олія у воді, яка містить більш легкий вуглеводневий продукт, вуглеводень і газоподібні продукти реакції, котрі подалі сепарують. Для збільшення виходу світлих вуглеводнів і поліпшення їх якості в данному випадку використовують каталізатор. Вихід світлих нафтопродуктів при використанні ультразвукового розкладу нафти дещо вищий, ніж при термічному каталітичному способі (до 70%). Крім того, такий технологічний процес протікає з меншими енерговитратами. Явним недоліком цього способу є використання хімічного каталізатора, який швидко старіє, що призводить до нестійкості технологічного процесу. У зв'язку з цим була запропонована принципово нова технологія ультразвукового крекінгу нафти і низькокалорійних нафтопродуктів у високооктанові бензинові фракції з виходом готового продукту на рівні 80%. Технологія описана в патенті України № 2000041976 "Спосіб ультразвукового крекінгу вуглеводневих сполук". Відомий спосіб полягає в розкладі суміші вуглеводень-вода, який відбувається в ультразвуко ю LO 5 41575 вому реакторі. Вплив на суміш виконують шарами впливу ультразвукових хвиль, відбувається запіза попречним перерізом реактора з частотою УЗ кання, тобто утворення бульбашок безпосередньо хвиль (20 - 100)кГц і густиною енергії (4 - 20)Вт/см2 на поверхні п'єзоелектричних випромінювачів ульодного шару і частотою УЗ хвиль (200 - 2500)кГц і тразвукового реактора, що приводить подалі до густиною енергії (4 - 30)Вт/см2 другого шару, при його руйнування. Це пов'язане з такими причинацьому суміш до реактора подають охолодженою ми: до температури (10 - 60)°С, а одержану після розмаксимальною концентрацією ультразвукової кладу газобензинову суміш охолоджують і сепаенергії" у поверхні реактора, так як біля цієї поверрують в окремих камерах. хні накопичується 100% енергії, що випромінюється з однієї сторони, і 80% енергії, що відбита від Чергування значень параметрів ультразвуковипромінювача, розташованого з протилеглої стових хвиль при впливі на суміш вода-вуглеводень рони (з урахуванням втрат на поглинення в суміобране з тих міркувань, що при більш високих ші); частотах (100 2500)кГц відбувається перетворення вуглеводневої сполуки, тобто в ту мить, коли відбувається схлопування кавірозклад нафти, а при більш низьких значеннях таційної бульбашки, розташованої в безпосередній близкості від поверхні реактора, утворюються частоти (20 - 100)кГц вода розщеплюється на області високого і низького тиску, котрі чергуються, високореакційні атоми водню (Н+) і радикали при значній поверхневій температурі (до 2000°С). riflpai(£)flb€^roiHCTBOM цього технічного рішенПри цьому підвищується температура робочої суня є те, що весь технологічний процес проходить міші і стає необхідним додаткове охолодження при кімнатних температурах, якість світлих нафтокорпусу ультразвукового реактора, так як відомо, продуктів дуже висока і вихід придатних продуктів що підвищення температури робочої суміші вище досягає 80%. 100°С веде до зриву кавітації і ,як слідство, до До недоліків відомого способу можна віднести припинення ультразвукового крекінга. той факт, що кавітація відбувається в усьому об'ємі ультразвукового реактора, до того ж її інтенсиУникнути цих небажаних явищ можна утвовність недостатньо висока через те, що процеси, ренням умов, за яких максимальна енергія ультраякі відбуваються на поверхні реактора, викликають звукових хвиль буде виділятися не біля стінок реапідвищення температури суміші, а також зруйнуктора, а в центрі за перерізом стовпа робочої вання самого реактора. суміші, тобто реалізацією режиму стоячих хвиль. Поставлене завдання вирішується тим, що в Частота ультразвукових коливань підбирається таким чином, щоб у внутрішньому діаметрі реактоспособі ультразвукового крекінгу вуглеводневих ра розташовувалась повна кількість ультразвукосполук, який полягає в розкладі суміші вода вих хвиль, а за допомогою фазообертача п'єзовивуглеводнева сполука під впливом ультразвукових промінювачі, які розташовані на одній осі, хвиль з різними значеннями частоти і енергії шавипромінюють коливання у протифазі. При цьому рами паралельно за поперечним перерізом ультутворюється стояча хвиля із пучностями в центрі развукового реактора, згідно винаходу, усередині за об'ємом реактора, тобто утворюється квазіреобласті перетворення суміші вода - вуглеводнева зонанс і тоді максимум кавітації припадає на центр сполука здійснюють режим стоячих хвиль. При стовпа робочої суміші вода - вуглеводень. При цьому розклад води на (Н+) і (ОН -) виконують під цьому температура реактора і суміші вода - вуглевпливом ультразвукових хвиль по всій площі поводень не перевищує 50°С. перечного перерізу суміші вода - вуглеводнева сполука. Розглядаючи питання розщеплення суміші воЯ* повідомлялось в розділі опису "Рівень техда-вуглеводнева сполука треба відзначити, що ніки", використання потужного ультразвукового для рівня частот ультразвукових хвиль (20 поля може привести до різноманітних хімічних 100)кГц та густини енергії (4 - 20)Вт/см2 кавітація малоефективна, тому руйнування поверхні п'єзореакцій. У зв'язку з цим в способі, що заявляється, електричних перетворювачів і реактора не відбупри впливі ультразвукових хвиль на складну вугвається. Отже режима стоячих хвиль треба доделеводневу сполуку, якою є сира нафта, процес ржуватися лише для шару, в якому відбувається розкладу визначається деякими факторами: інтенсивна кавітація, тобто в шарі розкладу вуглезалежність коефіцієнта поглинення ультразвуводневої сполуки. А в шарі суміші водакових хвиль об'ємом суміші вода - вуглеводнева вуглеводнева сполука, де відбувається розщепсполука від потужності і частоти ультразвукових лення води на Н + і ОН', реакція повинна відбуваколивань і від умов їх поширення; тися по всьому його об 'єму. значна недостача атомів водню в зоні розкладу реактора, що пов'язане з хімічним составом Отож створен процес ультразвукового крекінгу нафти з одержанням світлих нафтопродуктів на нафти, де на один атом вуглецю припадає менш рівні (80 - 90)% залежно від показників первинної ніж 1,5 атоми водню. сировини. У відомому технічному рішенні "Спосіб ультраДля встановлення природи одержаних після звукового крекінгу вуглеводневих сполук", патент ультразвукового крекінгу вуглеводневих сполук України № 2000041976 наведені параметри частобули проведені дослідження за методами мас ти і потужності ультразвукових хвиль, при яких спектрометрії і інфрачервоної спектрометрії. Наспроводилось шарове опромінювання суміші вода лідки досліджень порівнювались з аналогічними вуглеводнева сполука. При досягненні потужності спектрами відомих палив. опромінювання ультразвукових хвиль вище ніж Метод мас - спектрометрії'. 200кГц спостерігається утворення кавітаційних Нижче наведені спектри зразків сумішей станбульбашок, котрі незавжди можна вилучити із зони 5 41575 дартного бензину (Фіг.1) та світлих нафтопродуктів ультразвукового крекінгу (Фіг.2). Найбільш інтенсивні піки у мас - спектрі стандартного бензину відповідають алкилбензолам (Се - С17). Крім того, як походить з мас - спектру (Фіг.1), у зразку, що досліджувався, присутні сполуки із загальною формулою СпН2п+2 (С6; С9-Сі4) чи СпН2п-4 (С6 - Си), СпНгп-2 (С7 - Сів). Найменш інтенсивні піки відповідають сполукам із загальною формулою СпН2п-4 (Сє - Сн), СпНгп-4 (С7 - С Ц ) . У зразку продукту ультразвукового крекінгу (Фіг.2) містяться в основному домішки речовин, які відносяться до тих же класів, що і домішки у бензині. Найбіль інтенсивні піки відповідають алкилбензинам. Але, як видно зі спектра (Фіг.2), у зразку продукту ультразвукового крекінгу інтенсивність піків, які відповідають гептанам, значно перевершує інтенсивність аналогічних піків у зразку бензина. Метод інфрачервоної спектроскопії. Якісний склад спектрів суміші, одержаної внаслідок ультразвукового крекінгу, контролювався також методами інфрачервоної спектроскопії. Для проведення контролю використовувся двопроміневий інфрачервоний спектрометр Регкіп - Elmer 599B (виробництва США). Розділювальна здатність приладу - 0,5см"1 і чутливість наприклад для високополярних молекул хлороформу складал а - 1015см'3. Вимірювання виконувались в області від 4000 до 500см"1 (2,5 - 20)мкм. Крапля рідкої суміші (продукт ультразвукового крекінгу), яка досліджувалась, розташовувалась між двома пластинами таким чином, щоб товщина шару, що досліджується, була ~5мкм. На фігурах 3 і 4 наведені спектри поглинення бензина марок А - 95 і А -76. Інтенсивна смуга поблизу від 3000 см' 1 відповідає поглиненню молекул октана. На Фіг. 5 наведен інфрачервоний спектр поглинення суміші, одержаної внаслідок ультразвукового крекінгу. Порівняння спектрів свідчить про те, що якісний склад одержаної суміші дуже близький до бензину А - 95. JJ Фіг.2 \ Фіг.З Фіг.4 IUV | І I I 50 і 3 63 1 1.1,1,1, LI. .In 100 L hi іi. ш/z 150 I! і ї. /Vs /I/1 | 1 200 ФІГ.1 Фіг.5 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) (044)456-20- 90 ГА/ N 1 1 1 1 вул. Сім'ї Хохлових, 15, м. Київ, 04119, Україна Лі