通过脉冲放电裂化液态烃物质的方法和其实施设备的制造方法
【专利说明】通过脉冲放电裂化液态轻物质的方法和其实施设备
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年6月25日提交的美国临时专利申请号61/839,279的优先权，所 述临时专利申请出于任何和所有目的W全文引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本技术大体设及使用火花放电用于裂化原油和轻质控馈分中的其他液态重质控 物质的方法。
【背景技术】
[0004] 目前，用于原油加工的一些技术是已知的。其中，热裂化被认为是最有效的，并且 它被广泛用于将较高分子量的重质控转化成较低分子量的轻质馈分。最常使用的裂化技术 是流化催化裂化、延迟焦化装置和加氨裂化。所有运些裂化方法都具有特定的优点，W及显 著的缺点。一般优点包括能够产生不同类型的燃料，范围从轻质航空煤油到重质燃料油，W 及基于控馈分的沸点提供其分离。
[0005] 然而，目前用于从原油合成轻质燃料的方法的显著缺点是与技术实现相关的高财 务成本。对于运些方法，资金和操作成本通常都非常高。特别是，现有技术是在工作介质的 高溫和高压下实现的，并且其因此需要用于制造化学反应器和其他专用设备的特殊材料。 例如，所述反应器通常是由特级合金钢制造的。另外，对于加氨裂化技术的实施，有必要使 用高达600°C的溫度和高达150己的压力。蒸汽裂化方法需要高达850°C的更高溫度，其中通 过反应区的蒸汽流速可能达到音速。运样的特殊要求显著增加资金成本。
[0006] 最有效的石油精炼技术中的一些使用基于催化剂的裂化方法。特别是，流化催化 裂化(Fluid化talytic Cracking,FCC)是目前在石油精炼厂使用的最重要的转化方法之 一，因为催化裂化产生更多具有较高辛烧值的汽油。使用FCC将原油的高沸点高分子量控馈 分转化为汽油、柴油和其他产品中的更有价值的低分子量控。现代的FCC催化剂是细粉末， 并且FCC方法的质量在很大程度上取决于催化剂的化学和物理性能。在重整过程中使用的 催化剂通常从反应器中除去，并且进一步需要再生。与运类催化剂的制造和/或再生相关的 成本构成运些方法的操作成本的一大部分。
[0007] 此外，FCC方法中使用的催化剂对原油中的各种杂质的含量非常敏感。特别是，硫 在原油中的存在导致催化剂的催化性能快速降低。因此，有必要预处理原料W除去硫(即脱 硫）。此外，存在于FCC原料中的儀、饥、铁、铜和其他污染物都对催化剂活性和性能具有有害 作用。其中，儀和饥特别麻烦。虽然FCC原料的加氨脱硫除去一些金属并降低FCC产物中的硫 含量，但运是一个非常昂贵的选择。此外，取出一些循环催化剂作为废催化剂，并且用新鲜 催化剂替换它W维持FCC技术的所需活性水平，增加了所述方法的操作成本。
[000引等离子体化学方法使用各种类型的放电来产生等离子体。运类石油裂化和重整方 法在各种专利和出版物中已有描述。例如，美国专利公开No. 2005/0121366公开了通过使放 电直接通过液体来重整石油的方法和装置。运种方法的缺点是低资源电极和运些电极之间 的点火火花故障的相关高概率。由于石油的高电阻，需要电极之间的距离非常小。例如，所 述距离可W是约1mm。然而，由于电极侵蚀导致电极间距离迅速增大，从而导致系统的终止 和/或击穿。此外，所述电极之间使用运样小的间隙允许在任何给定时间加工仅非常小的样 品尺寸。
[0009]美国专利No. 5,626,726描述了一种石油裂化方法，其使用液态控物质与不同气体 的异质混合物，例如电弧放电等离子体的处理。运种方法具有与上述小放电间隙相关的相 同缺点，并且需要用于混合气体与液体的特殊装置，W及所得异质悬浮液。通过连续电弧放 电加热混合物导致显著能量损失、烟灰形成增加和低效率。
[0010] 俄罗斯专利No.2452763描述了如下方法，其中在水中进行火花放电，并且将来自 放电的冲击经由膜转移至气体和液态控或油的异质混合物。运增加了电极放电间隙，从而 增加了电极寿命，但降低了火花放电冲击对控或石油的有效性。运是因为排除了等离子体 放电与控介质的大量直接接触。另外，通过使用用于从产生火花放电的水中分离被处理的 介质的异质混合物制备装置和设备，使得使用高电压脉冲发生器的已经复杂的结构进一步 复杂化。
[0011] 美国专利公开No. 2010/0108492和美国专利No. 7，931，785描述了具有从重油到轻 质控馈分的高转化效率的方法。在运些方法中，使异质油-气体介质暴露于电子束和非自持 放电。然而，所提出方法的实际使用具有挑战性，因为除了复杂的异质混合物制备系统之 夕h需要在气体-液体高压混合物中具有加速器真空室的设备输出电子束的电子加速器。所 述电子加速器是复杂的技术设备，其显著增加了资金成本和操作成本。另外，任何快速电子 束的使用都伴随着初致福射X射线。因而，整个设备需要适当的生物保护，从而进一步增加 了成本。
【发明内容】
[0012] 在一个方面，提供用于裂化液态控物质的方法，其中所述方法包括将液态控物质 引入放电室中；使所述液态控-气体物质流过所述放电室的电极间间隙，所述电极间间隙由 隔开的正电极（阳极)和负电极（阴极)限定，两个电极都连接至电容器;在所述电极间间隙 中将载气注入所述液态控物质中W形成液态控-气体混合物;对所述电容器充电至所述载 气的击穿电压;在所述电极间间隙中产生火花放电；和回收包含分子量低于所述液态控物 质的控的控馈分。
[0013] 在另一个方面，提供用于裂化液态控物质的装置，其中所述装置包括放电室；入 口，其被配置W传送液态控物质至所述放电室；出口，其被配置W从所述放电室传送控馈 分;正电极，其包含第一端和第二端;空屯、负电极，其包含第一端和第二端;其中所述正电极 的所述第一端与所述负电极的所述第一端间隔一段距离，所述距离限定电极间放电间隙， 并且所述空屯、电极包含限定从所述负电极的第一端到所述负电极的第二端的开放通道的 壁，所述第二端远离所述第一端;并且所述负电极被配置用于向所述电极间放电间隙中通 入载气;连接至所述电极的存储电容器;和电源，其被配置W在所述放电间隙中产生火花放 电。
【附图说明】
[0014] 图1示出根据一个实施方案用于裂化液态控物质的设备的示意图。
[0015] 图2示出图1中所示的用于裂化液态控物质的设备的一部分的透视图。
[0016] 图3是示出在轻油裂化之前和之后的控馈分分布的图。
[0017] 图4是示出在矿物油裂化之前和之后的控馈分分布的图。
[001引图5示出从其加工产生的A化eda轻油的沸点曲线。
【具体实施方式】
[0019] 本技术设及将含有重质控分子的液体加工成轻质液体和/或气态馈分的领域。本 技术可W用于将液态重油裂化成轻质控馈分，其通过使用所述注入液态重油中的载气流W 形成混合物，接着通过放电电离所述混合物来实现。本技术可W有效地用于实现有效重油 转化。
[0020] 在一个方面，提供一种通过使用火花放电将液态控物质裂化成轻质控馈分的方 法。所述方法包括使液态控物质流过放电室并且进入所述放电室内的电极间间隙中，其中 所述电极间间隙形成在彼此隔开的一对电极之间。所述方法还包括随着载气进入所述电极 间间隙而将其注入所述液态控物质中，从而形成气体-液态控混合物。所述一对电极包括正 电极和负电极，所述负电极被连接至电容器。所述电容器被充电至等于或大于所述电极间 放电间隙中的载气的击穿电压的电压。随着气体-液态控混合物形成，在足W实现火花放电 的电压下使其经受电极之间的电流。所述方法还包括回收由脉冲火花放电对气体-液态控 混合物的影响而产生的轻质控馈分。
[0021] 如本文所用的术语"液态控物质"是指在大气条件下呈液体状态的那些控化合物 和其混合物。所述液态控物质可任选地在其中悬浮有固体。所述液态控物质可含有其他常 规添加剂，包括(但不限于)流动改进剂、抗静电剂、抗氧化剂、蜡抗沉降剂、腐蚀抑制剂、无 灰洗涂剂、抗爆剂、点火改进剂、去雾剂、再添味剂、管道减阻剂、润滑剂、十六烧值改进剂、 火花辅助剂、阀座保护化合物、合成或矿物油载体流体和消泡剂。说明性液态控物质包括 (但不限于)矿物油;石油产品如原油、汽油、煤油和燃料油;直链和支链石蜡控;环石蜡控； 单締控控;二締控控;締控控;和芳族控如苯、甲苯和二甲苯。
[0022] 当液态控物质包括原油时，所述原油可含有广泛多种分子量和形式的控。例如，所 述控可包括(但不限于)石蜡、芳控、环烧、环烧控、締控、二締和烘控。所述控的特征可能在 于碳原子(C)的总数和/或碳原子之间的单键(C-C)、双键(C = C)或Ξ键(C = C)的量。由于原 油中存在的各种化合物，因此它