通過(guò)脈沖放電裂化液態(tài)烴物質(zhì)的方法和其實(shí)施設(shè)備的制造方法
【專利說(shuō)明】通過(guò)脈沖放電裂化液態(tài)輕物質(zhì)的方法和其實(shí)施設(shè)備
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年6月25日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/839,279的優(yōu)先權(quán)，所 述臨時(shí)專利申請(qǐng)出于任何和所有目的W全文引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本技術(shù)大體設(shè)及使用火花放電用于裂化原油和輕質(zhì)控饋分中的其他液態(tài)重質(zhì)控 物質(zhì)的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 目前，用于原油加工的一些技術(shù)是已知的。其中，熱裂化被認(rèn)為是最有效的，并且 它被廣泛用于將較高分子量的重質(zhì)控轉(zhuǎn)化成較低分子量的輕質(zhì)饋分。最常使用的裂化技術(shù) 是流化催化裂化、延遲焦化裝置和加氨裂化。所有運(yùn)些裂化方法都具有特定的優(yōu)點(diǎn)，W及顯 著的缺點(diǎn)。一般優(yōu)點(diǎn)包括能夠產(chǎn)生不同類型的燃料，范圍從輕質(zhì)航空煤油到重質(zhì)燃料油，W 及基于控饋分的沸點(diǎn)提供其分離。
[0005] 然而，目前用于從原油合成輕質(zhì)燃料的方法的顯著缺點(diǎn)是與技術(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的高財(cái) 務(wù)成本。對(duì)于運(yùn)些方法，資金和操作成本通常都非常高。特別是，現(xiàn)有技術(shù)是在工作介質(zhì)的 高溫和高壓下實(shí)現(xiàn)的，并且其因此需要用于制造化學(xué)反應(yīng)器和其他專用設(shè)備的特殊材料。 例如，所述反應(yīng)器通常是由特級(jí)合金鋼制造的。另外，對(duì)于加氨裂化技術(shù)的實(shí)施，有必要使 用高達(dá)600°C的溫度和高達(dá)150己的壓力。蒸汽裂化方法需要高達(dá)850°C的更高溫度，其中通 過(guò)反應(yīng)區(qū)的蒸汽流速可能達(dá)到音速。運(yùn)樣的特殊要求顯著增加資金成本。
[0006] 最有效的石油精煉技術(shù)中的一些使用基于催化劑的裂化方法。特別是，流化催化 裂化(Fluid化talytic Cracking,FCC)是目前在石油精煉廠使用的最重要的轉(zhuǎn)化方法之 一，因?yàn)榇呋鸦a(chǎn)生更多具有較高辛燒值的汽油。使用FCC將原油的高沸點(diǎn)高分子量控饋 分轉(zhuǎn)化為汽油、柴油和其他產(chǎn)品中的更有價(jià)值的低分子量控?，F(xiàn)代的FCC催化劑是細(xì)粉末， 并且FCC方法的質(zhì)量在很大程度上取決于催化劑的化學(xué)和物理性能。在重整過(guò)程中使用的 催化劑通常從反應(yīng)器中除去，并且進(jìn)一步需要再生。與運(yùn)類催化劑的制造和/或再生相關(guān)的 成本構(gòu)成運(yùn)些方法的操作成本的一大部分。
[0007] 此外，F(xiàn)CC方法中使用的催化劑對(duì)原油中的各種雜質(zhì)的含量非常敏感。特別是，硫 在原油中的存在導(dǎo)致催化劑的催化性能快速降低。因此，有必要預(yù)處理原料W除去硫(即脫 硫）。此外，存在于FCC原料中的儀、饑、鐵、銅和其他污染物都對(duì)催化劑活性和性能具有有害 作用。其中，儀和饑特別麻煩。雖然FCC原料的加氨脫硫除去一些金屬并降低FCC產(chǎn)物中的硫 含量，但運(yùn)是一個(gè)非常昂貴的選擇。此外，取出一些循環(huán)催化劑作為廢催化劑，并且用新鮮 催化劑替換它W維持FCC技術(shù)的所需活性水平，增加了所述方法的操作成本。
[000引等離子體化學(xué)方法使用各種類型的放電來(lái)產(chǎn)生等離子體。運(yùn)類石油裂化和重整方 法在各種專利和出版物中已有描述。例如，美國(guó)專利公開(kāi)No. 2005/0121366公開(kāi)了通過(guò)使放 電直接通過(guò)液體來(lái)重整石油的方法和裝置。運(yùn)種方法的缺點(diǎn)是低資源電極和運(yùn)些電極之間 的點(diǎn)火火花故障的相關(guān)高概率。由于石油的高電阻，需要電極之間的距離非常小。例如，所 述距離可W是約1mm。然而，由于電極侵蝕導(dǎo)致電極間距離迅速增大，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的終止 和/或擊穿。此外，所述電極之間使用運(yùn)樣小的間隙允許在任何給定時(shí)間加工僅非常小的樣 品尺寸。
[0009]美國(guó)專利No. 5,626,726描述了一種石油裂化方法，其使用液態(tài)控物質(zhì)與不同氣體 的異質(zhì)混合物，例如電弧放電等離子體的處理。運(yùn)種方法具有與上述小放電間隙相關(guān)的相 同缺點(diǎn)，并且需要用于混合氣體與液體的特殊裝置，W及所得異質(zhì)懸浮液。通過(guò)連續(xù)電弧放 電加熱混合物導(dǎo)致顯著能量損失、煙灰形成增加和低效率。
[0010] 俄羅斯專利No.2452763描述了如下方法，其中在水中進(jìn)行火花放電，并且將來(lái)自 放電的沖擊經(jīng)由膜轉(zhuǎn)移至氣體和液態(tài)控或油的異質(zhì)混合物。運(yùn)增加了電極放電間隙，從而 增加了電極壽命，但降低了火花放電沖擊對(duì)控或石油的有效性。運(yùn)是因?yàn)榕懦说入x子體 放電與控介質(zhì)的大量直接接觸。另外，通過(guò)使用用于從產(chǎn)生火花放電的水中分離被處理的 介質(zhì)的異質(zhì)混合物制備裝置和設(shè)備，使得使用高電壓脈沖發(fā)生器的已經(jīng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步 復(fù)雜化。
[0011] 美國(guó)專利公開(kāi)No. 2010/0108492和美國(guó)專利No. 7，931，785描述了具有從重油到輕 質(zhì)控饋分的高轉(zhuǎn)化效率的方法。在運(yùn)些方法中，使異質(zhì)油-氣體介質(zhì)暴露于電子束和非自持 放電。然而，所提出方法的實(shí)際使用具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)槌藦?fù)雜的異質(zhì)混合物制備系統(tǒng)之 夕h需要在氣體-液體高壓混合物中具有加速器真空室的設(shè)備輸出電子束的電子加速器。所 述電子加速器是復(fù)雜的技術(shù)設(shè)備，其顯著增加了資金成本和操作成本。另外，任何快速電子 束的使用都伴隨著初致福射X射線。因而，整個(gè)設(shè)備需要適當(dāng)?shù)纳锉Ｗo(hù)，從而進(jìn)一步增加 了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 在一個(gè)方面，提供用于裂化液態(tài)控物質(zhì)的方法，其中所述方法包括將液態(tài)控物質(zhì) 引入放電室中；使所述液態(tài)控-氣體物質(zhì)流過(guò)所述放電室的電極間間隙，所述電極間間隙由 隔開(kāi)的正電極（陽(yáng)極)和負(fù)電極（陰極)限定，兩個(gè)電極都連接至電容器;在所述電極間間隙 中將載氣注入所述液態(tài)控物質(zhì)中W形成液態(tài)控-氣體混合物;對(duì)所述電容器充電至所述載 氣的擊穿電壓;在所述電極間間隙中產(chǎn)生火花放電；和回收包含分子量低于所述液態(tài)控物 質(zhì)的控的控饋分。
[0013] 在另一個(gè)方面，提供用于裂化液態(tài)控物質(zhì)的裝置，其中所述裝置包括放電室；入 口，其被配置W傳送液態(tài)控物質(zhì)至所述放電室；出口，其被配置W從所述放電室傳送控饋 分;正電極，其包含第一端和第二端;空屯、負(fù)電極，其包含第一端和第二端;其中所述正電極 的所述第一端與所述負(fù)電極的所述第一端間隔一段距離，所述距離限定電極間放電間隙， 并且所述空屯、電極包含限定從所述負(fù)電極的第一端到所述負(fù)電極的第二端的開(kāi)放通道的 壁，所述第二端遠(yuǎn)離所述第一端;并且所述負(fù)電極被配置用于向所述電極間放電間隙中通 入載氣;連接至所述電極的存儲(chǔ)電容器;和電源，其被配置W在所述放電間隙中產(chǎn)生火花放 電。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案用于裂化液態(tài)控物質(zhì)的設(shè)備的示意圖。
[0015] 圖2示出圖1中所示的用于裂化液態(tài)控物質(zhì)的設(shè)備的一部分的透視圖。
[0016] 圖3是示出在輕油裂化之前和之后的控饋分分布的圖。
[0017] 圖4是示出在礦物油裂化之前和之后的控饋分分布的圖。
[001引圖5示出從其加工產(chǎn)生的A化eda輕油的沸點(diǎn)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本技術(shù)設(shè)及將含有重質(zhì)控分子的液體加工成輕質(zhì)液體和/或氣態(tài)饋分的領(lǐng)域。本 技術(shù)可W用于將液態(tài)重油裂化成輕質(zhì)控饋分，其通過(guò)使用所述注入液態(tài)重油中的載氣流W 形成混合物，接著通過(guò)放電電離所述混合物來(lái)實(shí)現(xiàn)。本技術(shù)可W有效地用于實(shí)現(xiàn)有效重油 轉(zhuǎn)化。
[0020] 在一個(gè)方面，提供一種通過(guò)使用火花放電將液態(tài)控物質(zhì)裂化成輕質(zhì)控饋分的方 法。所述方法包括使液態(tài)控物質(zhì)流過(guò)放電室并且進(jìn)入所述放電室內(nèi)的電極間間隙中，其中 所述電極間間隙形成在彼此隔開(kāi)的一對(duì)電極之間。所述方法還包括隨著載氣進(jìn)入所述電極 間間隙而將其注入所述液態(tài)控物質(zhì)中，從而形成氣體-液態(tài)控混合物。所述一對(duì)電極包括正 電極和負(fù)電極，所述負(fù)電極被連接至電容器。所述電容器被充電至等于或大于所述電極間 放電間隙中的載氣的擊穿電壓的電壓。隨著氣體-液態(tài)控混合物形成，在足W實(shí)現(xiàn)火花放電 的電壓下使其經(jīng)受電極之間的電流。所述方法還包括回收由脈沖火花放電對(duì)氣體-液態(tài)控 混合物的影響而產(chǎn)生的輕質(zhì)控饋分。
[0021] 如本文所用的術(shù)語(yǔ)"液態(tài)控物質(zhì)"是指在大氣條件下呈液體狀態(tài)的那些控化合物 和其混合物。所述液態(tài)控物質(zhì)可任選地在其中懸浮有固體。所述液態(tài)控物質(zhì)可含有其他常 規(guī)添加劑，包括(但不限于)流動(dòng)改進(jìn)劑、抗靜電劑、抗氧化劑、蠟抗沉降劑、腐蝕抑制劑、無(wú) 灰洗涂劑、抗爆劑、點(diǎn)火改進(jìn)劑、去霧劑、再添味劑、管道減阻劑、潤(rùn)滑劑、十六燒值改進(jìn)劑、 火花輔助劑、閥座保護(hù)化合物、合成或礦物油載體流體和消泡劑。說(shuō)明性液態(tài)控物質(zhì)包括 (但不限于)礦物油;石油產(chǎn)品如原油、汽油、煤油和燃料油;直鏈和支鏈?zhǔn)灴?環(huán)石蠟控； 單締控控;二締控控;締控控;和芳族控如苯、甲苯和二甲苯。
[0022] 當(dāng)液態(tài)控物質(zhì)包括原油時(shí)，所述原油可含有廣泛多種分子量和形式的控。例如，所 述控可包括(但不限于)石蠟、芳控、環(huán)燒、環(huán)燒控、締控、二締和烘控。所述控的特征可能在 于碳原子(C)的總數(shù)和/或碳原子之間的單鍵(C-C)、雙鍵(C = C)或Ξ鍵(C = C)的量。由于原 油中存在的各種化合物，因此它