EA044982B1 - ELECTRIC DISCHARGE IN A MIXTURE OF METHANE AND HYDROGEN IMMEDIED IN LIQUID HYDROCARBONS - Google Patents

ELECTRIC DISCHARGE IN A MIXTURE OF METHANE AND HYDROGEN IMMEDIED IN LIQUID HYDROCARBONS Download PDF

Info

Publication number
EA044982B1
EA044982B1 EA202092426 EA044982B1 EA 044982 B1 EA044982 B1 EA 044982B1 EA 202092426 EA202092426 EA 202092426 EA 044982 B1 EA044982 B1 EA 044982B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
hydrogen
carrier gas
hydrocarbons
gas
discharge
Prior art date
Application number
EA202092426
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дэвид Стак
Куньпэн Ван
Original Assignee
ЗЭ ТЕКСЭС А энд М ЮНИВЕРСИТИ СИСТЕМ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ЗЭ ТЕКСЭС А энд М ЮНИВЕРСИТИ СИСТЕМ filed Critical ЗЭ ТЕКСЭС А энд М ЮНИВЕРСИТИ СИСТЕМ
Publication of EA044982B1 publication Critical patent/EA044982B1/en

Links

Description

Перекрестная ссылка на родственную заявкуCross reference to related application

Эта заявка испрашивает приоритет в отношении предварительной патентной заявки США №This application claims priority to U.S. Provisional Patent Application No.

62/660725 под названием SUBMERGED METHANE AND HYDROGEN MIXTURE DISCHARGE IN62/660725 entitled SUBMERGED METHANE AND HYDROGEN MIXTURE DISCHARGE IN

LIQUID HYDROCARBONS, поданной 20 апреля 2018 года и введенной в данный документ путем ссылки в полном объеме.LIQUID HYDROCARBONS, filed April 20, 2018, and incorporated herein by reference in its entirety.

Область техникиField of technology

Настоящая технология в целом относится к высокоэффективной электрической схеме искрового разряда в газе, используемой для экономически выгодного конвертирования тяжелых жидких углеводородов в более легкие продукты.The present technology generally refers to a highly efficient gas spark discharge electrical circuit used to economically convert heavy liquid hydrocarbons into lighter products.

Уровень техникиState of the art

Нефтегазовая промышленность подразделяется на три хронологически работающих сектора: разведка и добыча, транспортирование и хранение, и переработка. Первый сектор включает сектор разведки и добычи. Он включает поиск, добычу и извлечение сырой нефти и/или природного газа из подземных или подводных месторождений. Он также охватывает процесс бурения и эксплуатации скважин, с помощью которого извлекают и выводят сырую нефть и сырой газ на поверхность. Разведка включает проведение геологических и геофизических исследований, поиск потенциальных подземных или подводных месторождений сырой нефти и природного газа, получение договоров аренды и разрешений на бурение и весь процесс бурения.The oil and gas industry is divided into three chronologically operating sectors: exploration and production, transportation and storage, and refining. The first sector includes the exploration and production sector. It involves searching for, producing and extracting crude oil and/or natural gas from underground or subsea deposits. It also covers the process of drilling and operating wells to extract and bring crude oil and crude gas to the surface. Exploration involves conducting geological and geophysical surveys, searching for potential underground or subsea crude oil and natural gas deposits, obtaining leases and drilling permits, and the entire drilling process.

Промежуточный сектор включает транспортировку сырой нефти или нефтепродуктов, как правило, по трубопроводу, нефтяными танкерами, баржами, грузовиками или по железной дороге. Конечным пунктом назначения являются нефтеперерабатывающие заводы, которые затем начинают третий этап переработку. Второй сектор также включает хранение этих продуктов, а также любые оптовые маркетинговые мероприятия. Второй этап также может включать элементы, необходимые для его функционирования из-за его промежуточного положения. Например, второй сектор может включать заводы по переработке природного газа, которые очищают неочищенный природный газ, а также удаляют и производят элементарную серу и сжиженный природный газ (СПГ) в качестве конечных продуктов.The intermediate sector involves the transportation of crude oil or petroleum products, typically by pipeline, oil tankers, barges, trucks or rail. The final destination is oil refineries, which then begin the third stage of refining. The second sector also includes the storage of these products as well as any wholesale marketing activities. The second stage may also include elements necessary for its operation due to its intermediate position. For example, the second sector may include natural gas processing plants that purify raw natural gas and also remove and produce elemental sulfur and liquefied natural gas (LNG) as end products.

В последнее время, из-за роста цен на сырую нефть, уменьшения запасов средней и легкой, сырой нефти и обилия нетрадиционных видов сырой нефти, разработка запасов тяжелой сырой нефти и битума стала значительно более предпочтительной. Однако, как при добыче тяжелой сырой нефти и битума, так и при их транспортировке на нефтеперерабатывающие заводы возникает множество проблем, которые необходимо преодолеть. Транспортировка тяжелой сырой нефти по трубопроводу затруднена из-за ее высокой плотности и вязкости (> 1000 сП) и низкой подвижности при пластовой температуре. Кроме того, такие загрязнители, как отложения асфальтенов, тяжелые металлы, сера и минеральный раствор или соль, затрудняют транспортировку и очистку с использованием обычных способов нефтепереработки [1]. Присутствие минерального раствора или соли в тяжелой нефти приводит к коррозии трубопровода. В некоторых случаях это может привести к образованию эмульсии, такой как смесь нефть-вода, что затрудняет транспортировку [2]. Из-за большой молекулярной массы и высокой вязкости тяжелой нефти ожидается высокий перепад давления вдоль трубопровода, что сделает его дорогостоящим и энергоемким. Кроме того, отложения асфальтенов осаждаются на стенках трубопроводов, уменьшая площадь поперечного сечения, доступную для потока нефти.Recently, due to rising crude oil prices, declining medium and light crude oil reserves and the abundance of unconventional crude oils, the development of heavy crude oil and bitumen reserves has become significantly more favored. However, both when extracting heavy crude oil and bitumen and when transporting it to refineries, there are many challenges that must be overcome. Transporting heavy crude oil via pipeline is difficult due to its high density and viscosity (>1000 cP) and low mobility at reservoir temperatures. In addition, contaminants such as asphaltene deposits, heavy metals, sulfur and brine or salt make it difficult to transport and purify using conventional petroleum refining methods [1]. The presence of mineral solution or salt in heavy oil leads to pipeline corrosion. In some cases, this can lead to the formation of an emulsion, such as an oil-water mixture, which makes transportation difficult [2]. Due to the high molecular weight and high viscosity of heavy oil, high pressure drops along the pipeline are expected, making it expensive and energy intensive. In addition, asphaltene deposits are deposited on the walls of pipelines, reducing the cross-sectional area available for oil flow.

Поэтому, для решения этих проблем и транспортирования тяжелой нефти необходимо выполнять дополнительные процессы. Они включают:Therefore, additional processes must be performed to solve these problems and transport heavy oil. These include:

снижение вязкости, например, предварительным нагреванием тяжелой сырой нефти и битума и последующим нагреванием трубопровода, смешение и разбавление легкими углеводородами или растворителем. Вязкость смешанной смеси определяется добавленным разбавителем и степенью разбавления. Для разбавления тяжелой нефти требуются два трубопровода, один для нефти и другой для разбавителей, что дополнительно увеличивает затраты;reducing viscosity, for example by preheating heavy crude oil and bitumen and then heating the pipeline, mixing and diluting with light hydrocarbons or solvent. The viscosity of the mixed mixture is determined by the added diluent and the degree of dilution. Dilution of heavy oil requires two pipelines, one for oil and one for diluents, which further increases costs;

эмульгирование с образованием эмульсии нефть в воде;emulsification to form an oil-in-water emulsion;

снижение лобового сопротивления/трения (например, смазка трубопровода путем использования кольцевого режима потока, противотурбулентной присадки), и частичное облагораживание тяжелой сырой нефти на месте, чтобы получить синтетическую сырую нефть с улучшенной вязкостью, плотностью по шкале API (Американского института нефти) и минимальным содержанием асфальтенов, серы и тяжелых металлов [3].drag/friction reduction (e.g., pipeline lubrication using annular flow, anti-turbulence additive), and partial in-situ upgrading of heavy crude oil to produce synthetic crude oil with improved viscosity, API gravity, and minimal content asphaltenes, sulfur and heavy metals [3].

Частичное облагораживание нефти включает конверсию только части остатков вакуумной перегонки и производство синтетической сырой нефти (ССН), содержащей 5-25% остатка. Эти процессы можно разработать за половину стоимости полного облагораживания, но они не запускаются в массовое производство из-за отсутствия технологии, проблем, связанных со стабильностью и экономикой ССН. Однако в таких странах, как Канада, из-за огромных запасов тяжелой сырой нефти, частичное облагораживание становится жизнеспособным вариантом. Сектор последовательной переработки является последним этапом в нефтегазовой промышленности. Он включает переработку сырой нефти и переработку, и очистку сырого природного газа. Сбыт и распределение продуктов, полученных из сырой нефти и природного газа, также являются частью этого сектора. Продукты, поставляемые обычным потребителям, включаютPartial oil upgrading involves converting only a portion of the vacuum distillation residues and producing synthetic crude oil (SCO) containing 5-25% of the residue. These processes can be developed at half the cost of full upgrading, but are not mass produced due to lack of technology, stability issues and CLO economics. However, in countries like Canada, due to huge reserves of heavy crude oil, partial upgrading becomes a viable option. The downstream sector is the latest stage in the oil and gas industry. It includes the refining of crude oil and the processing and purification of raw natural gas. Marketing and distribution of products derived from crude oil and natural gas are also part of this sector. Products supplied to general consumers include

- 1 044982 бензин, керосин, реактивное топливо, дизельное топливо, топочный мазут, нефтяное топливо, смазочные материалы, парафины, асфальт, природный газ и сжиженный нефтяной газ (СНГ), а также сотни нефтехимических продуктов.- 1 044982 gasoline, kerosene, jet fuel, diesel fuel, heating oil, petroleum fuel, lubricants, paraffins, asphalt, natural gas and liquefied petroleum gas (LPG), as well as hundreds of petrochemical products.

В стандартном процессе переработки нефти сырая нефть обессоливается и проходит через атмосферную перегонку, которая разделяет ее на фракции в зависимости от диапазона их точек кипения. Температура отсечки атмосферного остатка (АО) составляет приблизительно 350-360°С [4]. Фракции ниже этих температур кипения испаряются и отделяются, тогда как остаток атмосферной перегонки, содержащий более длинные углеродные цепи, требует дальнейшей перегонки при пониженном давлении и высокой температуре. Следовательно, необходим процесс вакуумной перегонки, который важен для дальнейшего облагораживания сырой нефти и извлечения нефтепродуктов. Температура отсечки вакуумного остатка (ВО) составляет приблизительно 565°С [5].In the standard petroleum refining process, crude oil is desalted and passed through atmospheric distillation, which separates it into fractions based on their boiling point range. The cutoff temperature of atmospheric residue (AR) is approximately 350-360°C [4]. Fractions below these boiling points are evaporated and separated, while the atmospheric distillation residue, containing longer carbon chains, requires further distillation under reduced pressure and high temperature. Therefore, a vacuum distillation process is required, which is important for further upgrading of crude oil and recovery of petroleum products. The cut-off temperature of the vacuum residue (VR) is approximately 565°C [5].

Однако, несмотря на обработки АО и ВО, нефтеперерабатывающие заводы, которые перерабатывают тяжелую нефть, все равно будут иметь значительную фракцию поступающей нефти в виде остатка (например, остаток ллойдминстерской нефти составляет приблизительно 50% при температуре 460°С). Поэтому требуется еще несколько процессов для крекинга тяжелой нефти. В настоящее время известны несколько технологий крекинга сырой нефти. Из них термический крекинг считается наиболее эффективным и широко используется для превращения тяжелых углеводородов с высокой молекулярной массой в более легкие фракции с низким молекулярным весом.However, despite the AO and BO treatments, refineries that process heavy oil will still have a significant fraction of the incoming oil as residue (eg Lloydminster oil residue is approximately 50% at 460°C). Therefore, several more processes are required to crack heavy oil. Several crude oil cracking technologies are currently known. Of these, thermal cracking is considered the most efficient and is widely used to convert heavy, high molecular weight hydrocarbons into lighter, low molecular weight fractions.

Наиболее часто используемыми технологиями крекинга являются гидрокрекинг, каталитический крекинг с псевдоожиженным слоем катализатора и установка замедленного коксования. Хотя все эти процессы крекинга имеют определенные общие преимущества, они также имеют существенные недостатки. Общие преимущества включают возможность производства различных видов топлива, от легкого авиационного керосина до тяжелого нефтяного топлива в больших количествах.The most commonly used cracking technologies are hydrocracking, fluid catalytic cracking and delayed coker. Although all of these cracking processes have certain common advantages, they also have significant disadvantages. General advantages include the ability to produce a variety of fuels, from light aviation kerosene to heavy fuel oil in large quantities.

Однако существенным недостатком применяемых в настоящее время способов синтеза легких топлив из сырой нефти являются высокие финансовые затраты, связанные с реализацией технологии. Для этих способов характерны высокие капитальные и эксплуатационные расходы. Кроме того, из-за экономии на масштабе весь термический процесс является наиболее эффективным только при большом объеме к площади поверхности. По оценкам, минимальный эффективный масштаб для нефтеперерабатывающего завода полного цикла составляет приблизительно 200 тысяч баррелей в день (MBD - mille barrels per day) сырой нефти. В частности, существующая технология реализуется при высоких температурах и давлениях рабочей среды и поэтому требует специальных материалов для изготовления химических реакторов и другого специального оборудования. Например, реакторы обычно изготавливают из легированных сталей специальных сортов. Еще одним фактором, увеличивающим огромные затраты на эти процессы, является водородное охрупчивание металла и контроль качества H2. Водородное охрупчивание представляет собой процесс, при котором металлы, образующие гидриды, такие как титан, ванадий, цирконий, тантал и ниобий, становятся хрупкими и разрушаются из-за введения и последующей диффузии водорода в металл. Рабочие условия для одноступенчатой установки гидрокрекинга составляют 348-427°С (660-800°F) с увеличением на приблизительно 0,05-0,1°С (0,1-0,2°F) в день, чтобы компенсировать потерю активности катализатора и давление в диапазоне от 8724 до 13790 кПа (1200-2000 фунтов на кв. дюйм). Установка для коксования топлива работает при 487-500°С (910-930°F) с типичным давлением 103,4 кПа (15 фунтов на кв. дюйм). Для установки каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем реактор и регенератор считаются основными компонентами установки каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем. Реактор находится при температуре приблизительно 535°С и под давлением приблизительно 172,4 кПА (25 фунтов на кв.дюйм), в то время как регенератор для катализатора работает при температуре приблизительно 715°С (1320°F) и давлении приблизительно 241,3 кПа (35 фунтов на кв.дюйм) [7]. Поддержание таких рабочих условий обходится очень дорого.However, a significant drawback of the currently used methods for synthesizing light fuels from crude oil is the high financial costs associated with the implementation of the technology. These methods are characterized by high capital and operating costs. Additionally, due to economies of scale, the entire thermal process is only most efficient at high volume to surface area. The minimum efficient scale for a full-cycle refinery is estimated to be approximately 200 thousand barrels per day (MBD) of crude oil. In particular, the existing technology is implemented at high temperatures and pressures of the working environment and therefore requires special materials for the manufacture of chemical reactors and other special equipment. For example, reactors are usually made of special grades of alloy steel. Another factor adding to the enormous costs of these processes is hydrogen embrittlement of the metal and H 2 quality control. Hydrogen embrittlement is a process in which hydride-forming metals such as titanium, vanadium, zirconium, tantalum and niobium become brittle and fracture due to the introduction and subsequent diffusion of hydrogen into the metal. Operating conditions for a single stage hydrocracker are 348-427°C (660-800°F) with an increase of approximately 0.05-0.1°C (0.1-0.2°F) per day to compensate for loss of activity catalyst and pressure ranging from 8724 to 13790 kPa (1200-2000 psi). The fuel coker operates at 487-500°C (910-930°F) with a typical pressure of 103.4 kPa (15 psi). For a fluid catalytic cracking unit, a reactor and a regenerator are considered to be the main components of a fluid catalytic cracking unit. The reactor is at a temperature of approximately 535°C and a pressure of approximately 172.4 kPa (25 psi), while the catalyst regenerator operates at a temperature of approximately 715°C (1320°F) and a pressure of approximately 241.3 kPa (35 psi) [7]. Maintaining such working conditions is very expensive.

Капитальные затраты на установку риформинга, такую как установка гидрокрекинга, также очень высоки. По оценкам установка гидрокрекинга требует в 5 раз больше капитальных затрат на перегонку под атмосферным давлением. Например, если установка перегонки сырой нефти производительностью 100000 баррелей в день стоит приблизительно 90 миллионов долларов, то для установки той же мощности гидрокрекинга с индексом сложности 5 потребуется 450 миллионов долларов для переработки нефти [8].The capital costs of a reformer such as a hydrocracker are also very high. It is estimated that a hydrocracker requires 5 times the capital cost of atmospheric distillation. For example, if a 100,000 barrels per day crude oil distillation unit costs approximately $90 million, then a complexity index 5 hydrocracker unit of the same capacity would require $450 million in crude oil refining costs [8].

Кроме того, катализаторы, используемые в процессах флюид-каталитического крекинга (ФКК), очень чувствительны к содержанию различных примесей в сырой нефти. В частности, присутствие серы в сырой нефти приводит к быстрому разложению катализатора с потерей каталитических свойств. Таким образом, необходима предварительная обработка (обессеривание) сырья, что увеличивает долю затрат. Более того, никель, ванадий, железо, медь и другие загрязнители, присутствующие в исходном сырье для ФКК, все они оказывают негативное воздействие на активность и характеристики катализатора. Особенно проблемными являются никель и ванадий. Кроме того, удаление части циркулирующего катализатора в качестве отработанного катализатора и замена его свежим катализатором для поддержания желаемого уровня активности для технологии ФКК увеличивает эксплуатационные расходы процесса.In addition, catalysts used in fluid catalytic cracking (FCC) processes are very sensitive to various impurities in crude oil. In particular, the presence of sulfur in crude oil leads to rapid decomposition of the catalyst with loss of catalytic properties. Thus, pre-treatment (desulfurization) of raw materials is necessary, which increases the share of costs. Moreover, nickel, vanadium, iron, copper and other contaminants present in FCC feedstocks all have a negative impact on the activity and performance of the catalyst. Nickel and vanadium are especially problematic. Additionally, removing a portion of the circulating catalyst as spent catalyst and replacing it with fresh catalyst to maintain the desired activity level for FCC technology increases the operating costs of the process.

В плазмохимических способах используются различные типы электрических разрядов для созданияPlasma-chemical methods use various types of electrical discharges to create

- 2 044982 плазмы. Такие способы крекинга и риформинга нефти описаны в различных патентах и публикациях. Например, в публикации заявки на патент США № 2005/0121366 раскрыт способ и установка для риформинга нефти путем пропускания электрического разряда непосредственно через жидкость. Недостатком способа является малый ресурс электродов и связанная с этим высокая вероятность отказа искрового зажигания между этими электродами. Из-за высокого электрического сопротивления нефти расстояние между электродами должно быть очень маленьким. Например, расстояние может быть порядка приблизительно 1 мм. Однако межэлектродное расстояние быстро увеличивается из-за эрозии электродов, что приводит к прекращению работы и/или поломке системы. Кроме того, использование таких небольших промежутков между электродами позволяет обрабатывать только очень небольшой объем исходного материала в любой момент времени.- 2 044982 plasma. Such methods for cracking and reforming oil are described in various patents and publications. For example, US Patent Application Publication No. 2005/0121366 discloses a method and apparatus for reforming petroleum by passing an electrical discharge directly through a liquid. The disadvantage of this method is the short service life of the electrodes and the associated high probability of spark ignition failure between these electrodes. Due to the high electrical resistance of oil, the distance between the electrodes must be very small. For example, the distance may be on the order of approximately 1 mm. However, the interelectrode distance increases rapidly due to electrode erosion, resulting in system failure and/or failure. In addition, the use of such small gaps between electrodes allows only a very small volume of feed material to be processed at any given time.

В патенте США № 5626726 описан способ крекинга нефти, в котором используется гетерогенная смесь жидких углеводородных материалов с различными газами, например, обработкой плазмой дугового разряда. Этот способ имеет те же недостатки, связанные с небольшим разрядным промежутком, описанным выше, и требует специального оборудования для перемешивания газа с жидкостью, а также полученной гетерогенной суспензии. Нагревание смеси непрерывным дуговым разрядом приводит к значительным потерям энергии, повышенному образованию нагара и низкой эффективности.US Pat. No. 5,626,726 describes a petroleum cracking process that uses a heterogeneous mixture of liquid hydrocarbon materials with various gases, such as arc plasma treatment. This method has the same disadvantages associated with the small discharge gap described above, and requires special equipment for mixing gas and liquid, as well as the resulting heterogeneous suspension. Heating the mixture with a continuous arc discharge leads to significant energy losses, increased carbon formation and low efficiency.

В патенте России № 2452763 описан способ, в котором искровой разряд осуществляется в воде, и воздействие разряда передается на гетерогенную смесь газа и жидкого углеводорода или нефти через мембрану. Это увеличивает разрядный промежуток между электродами, что увеличивает срок службы электрода, но снижает эффективность воздействия искрового разряда на углеводород или нефть. Так происходит потому, что большая часть прямого контакта плазменного разряда с углеводородной средой исключена. Кроме того, уже сложная конструкция с использованием генератора импульсов высокого напряжения дополнительно усложняется использованием устройства для приготовления гетерогенной смеси и устройства для отделения обрабатываемой среды от воды, в которой создавался искровой разряд.Russian patent No. 2452763 describes a method in which a spark discharge is carried out in water, and the impact of the discharge is transmitted to a heterogeneous mixture of gas and liquid hydrocarbon or oil through a membrane. This increases the discharge gap between the electrodes, which increases the service life of the electrode, but reduces the effectiveness of the spark discharge on hydrocarbon or oil. This happens because most of the direct contact of the plasma discharge with the hydrocarbon medium is excluded. In addition, the already complex design using a high voltage pulse generator is further complicated by the use of a device for preparing a heterogeneous mixture and a device for separating the treated medium from the water in which the spark discharge was created.

В публикации заявки на патент США № 2010/0108492 и в патенте США № 7931785 описаны способы, имеющие высокую эффективность конверсии тяжелой нефти во фракции легких углеводородов. В этих способах гетерогенная среда нефть-газ подвергается воздействию электронного пучка и несамоподдерживающегося электрического разряда. Однако практическое использование предлагаемого способа является проблематичным, так как помимо сложной системы приготовления гетерогенной смеси требуется ускоритель электронов с устройством вывода электронного пучка вакуумной камеры ускорителя в газожидкостную смесь высокого давления. Ускоритель электронов представляет собой сложное техническое устройство, которое значительно увеличивает как капитальные, так и эксплуатационные расходы. Кроме того, любое использование пучка быстрых электронов сопровождается тормозным рентгеновским излучением. Таким образом, все устройство требует соответствующей биологической защиты, что дополнительно увеличивает стоимость.U.S. Patent Application Publication No. 2010/0108492 and U.S. Patent No. 7,931,785 describe processes that have high efficiency in converting heavy oil into light hydrocarbon fractions. In these methods, a heterogeneous oil-gas environment is exposed to an electron beam and a non-self-sustaining electrical discharge. However, the practical use of the proposed method is problematic, since in addition to a complex system for preparing a heterogeneous mixture, an electron accelerator with a device for outputting the electron beam from the accelerator vacuum chamber into a high-pressure gas-liquid mixture is required. An electron accelerator is a complex technical device that significantly increases both capital and operating costs. In addition, any use of a beam of fast electrons is accompanied by bremsstrahlung X-ray radiation. Thus, the entire device requires appropriate biological containment, which further increases the cost.

Плазмохимические реакторы могут быть добавлены в оборудование нефтеперерабатывающих заводов как технология облагораживания для всех видов сырья. Введение таких реакторов в процесс нефтепереработки, а не на месторождении тяжелой нефти предлагает простой и поэтапный план разработки по сравнению с реализацией его на месторождении. Это в основном связано с тем, что нефть, которая должна проходить через эти реакторы на нефтеперерабатывающих заводах, уже прошла многие предварительные обработки, такие как обезвоживание, обессоливание и атмосферная перегонка. Поэтому, весь процесс в целом будет значительно проще по сравнению с реализацией его на месторождении. Нефтеперерабатывающий завод может обеспечивать сетевое напряжение и газы-носители без дополнительных требований к их включению в процесс облагораживания. Кроме того, эти реакторы не должны будут соответствовать строгим требованиям трубопроводов к вязкости, плотности, содержанию олефинов и стабильности нефти, необходимыми на месторождении.Plasma-chemical reactors can be added to oil refinery equipment as an upgrading technology for all types of raw materials. The introduction of such reactors into the oil refining process, rather than in the heavy oil field, offers a simple and step-by-step development plan compared to implementing it in the field. This is mainly due to the fact that the oil that must pass through these reactors in refineries has already undergone many pre-treatments such as dehydration, desalting and atmospheric distillation. Therefore, the whole process as a whole will be much simpler compared to its implementation in the field. The refinery can provide mains voltage and carrier gases without additional requirements for their inclusion in the upgrading process. In addition, these reactors would not have to meet the stringent pipeline requirements for viscosity, density, olefin content and oil stability required in the field.

В перспективе для нефтеперерабатывающего завода производство требуемых дистиллятов будет увеличиваться, а нагрузка на установку для коксования и гидрокрекинг снижаться, что позволит устранить узкие места в технологической цепочке.In the future, for the oil refinery, the production of the required distillates will increase, and the load on the coker and hydrocracking unit will decrease, which will eliminate bottlenecks in the process chain.

Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention

В одном аспекте предлагается способ крекинга жидких углеводородных материалов во фракции легких углеводородов с использованием искрового разряда, способ включающий прохождение жидкого углеводородного материала через электроразрядную камеру и в межэлектродный промежуток внутри электроразрядной камеры, в которой межэлектродный промежуток образован между отрицательным электродом, имеющим первый конец и второй конец, и положительным электродом, имеющим первый конец и второй конец, при этом в электроразрядной камере первый конец отрицательного электрода отстоит от первого конца положительного электрода на расстояние, которое определяет межэлектродный промежуток. Способ дополнительно включает инжектирование газа-носителя, содержащего водород (H2) и метан в жидкий углеводородный материал, когда он входит в межэлектродный промежуток, чтобы образовать газожидкостную углеводородную смесь; и воздействие на газожидкостную смесь током между электродами при напряжении, достаточном для возникновения искрового разряда. Второй конец отрицательного электрода и второй конец положительного электрода подсоединены к конденсатору; и конден- 3 044982 сатор заряжается до напряжения, равного или превышающего напряжение пробоя газа-носителя. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель состоит из водорода (H2) и метана. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 15% об./об. до 30% об./об. водорода. В некоторых вариантах воплощения изобретения искровой разряд является импульсным искровым разрядом.In one aspect, a method is provided for cracking liquid hydrocarbon materials into a light hydrocarbon fraction using a spark discharge, the method comprising passing the liquid hydrocarbon material through an electric discharge chamber and into an interelectrode gap within the electric discharge chamber, in which the interelectrode gap is formed between a negative electrode having a first end and a second end. , and a positive electrode having a first end and a second end, while in the electric discharge chamber the first end of the negative electrode is spaced from the first end of the positive electrode by a distance that determines the interelectrode gap. The method further includes injecting a carrier gas containing hydrogen (H 2 ) and methane into the liquid hydrocarbon material as it enters the interelectrode gap to form a gas-liquid hydrocarbon mixture; and exposing the gas-liquid mixture to a current between the electrodes at a voltage sufficient to cause a spark discharge. The second end of the negative electrode and the second end of the positive electrode are connected to the capacitor; and the capacitor is charged to a voltage equal to or greater than the breakdown voltage of the carrier gas. In some embodiments, the carrier gas consists of hydrogen (H2) and methane. In some embodiments, the carrier gas contains from 15% v/v. up to 30% v/v hydrogen. In some embodiments, the spark discharge is a pulsed spark discharge.

В некоторых вариантах воплощения изобретения способ дополнительно включает извлечение фракций легких углеводородов, образующихся в результате воздействия импульсного искрового разряда на газожидкостную углеводородную смесь.In some embodiments, the method further includes recovering light hydrocarbon fractions resulting from the action of a pulsed spark discharge on a gas-liquid hydrocarbon mixture.

В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов имеют вязкость меньше чем 100 сантипуаз (сП). В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов имеют плотность по шкале API больше чем 30.In some embodiments, the light hydrocarbon fractions have a viscosity of less than 100 centipoise (cP). In some embodiments, the light hydrocarbon fractions have an API gravity greater than 30.

В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода во фракциях легких углеводородов находится в диапазоне от 2 до 2,5.In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in the light hydrocarbon fractions is in the range of 2 to 2.5.

В некоторых вариантах воплощения изобретения концентрация водорода и/или метана в газеносителе изменяется во времени в период инжектирования газа-носителя в жидкие углеводороды. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель, введенный в жидкие углеводороды, рециркулируется из газожидкостной углеводородной смеси.In some embodiments, the concentration of hydrogen and/or methane in the carrier gas varies over time during the period of injection of the carrier gas into the liquid hydrocarbons. In some embodiments, the carrier gas introduced into the liquid hydrocarbons is recycled from the gas-liquid hydrocarbon mixture.

В другом аспекте предлагается установка для конверсии жидкого углеводородного материала во фракцию легких углеводородов, при этом установка включает электроразрядную камеру, содержащую отрицательный электрод, имеющий первый конец и второй конец, и положительный электрод, имеющий первый конец и второй конец, при этом первый конец отрицательного электрода отстоит от первого конца положительного электрода на расстояние, которое определяет межэлектродный промежуток, и при этом второй конец отрицательного электрода и второй конец положительного электрода подсоединены к конденсатору. Установка также включает впускное отверстие для газа-носителя для подвода газаносителя, содержащего водород и метан, к жидкому углеводородному материалу. Установка также включает впускное отверстие, предназначенное для подвода жидкого углеводородного материала в разрядную камеру. Установка также включает выпускное отверстие, предназначенное для вывода фракции легких углеводородов из камеры искрового разряда. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 15% об./об. до 30% об./об. водорода.In another aspect, a plant is provided for converting liquid hydrocarbon material into a light hydrocarbon fraction, the plant including an electrical discharge chamber comprising a negative electrode having a first end and a second end, and a positive electrode having a first end and a second end, the first end of the negative electrode spaced from the first end of the positive electrode by a distance that defines the interelectrode gap, and wherein the second end of the negative electrode and the second end of the positive electrode are connected to the capacitor. The apparatus also includes a carrier gas inlet for supplying a carrier gas containing hydrogen and methane to the liquid hydrocarbon material. The apparatus also includes an inlet port for introducing liquid hydrocarbon material into the discharge chamber. The installation also includes an outlet designed to remove the light hydrocarbon fraction from the spark discharge chamber. In some embodiments, the carrier gas contains from 15% v/v. up to 30% v/v hydrogen.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Фиг. 1: Фотография реактора обработки нефти, который используется для обработки нефти импульсным электрическим разрядом согласно возможным вариантам воплощения изобретения.Fig. 1: Photograph of an oil processing reactor that is used to treat oil with a pulsed electrical discharge according to possible embodiments of the invention.

Фиг. 2: Схематическое представление реактора с электрической схемой, который используется для обработки различных типов нефти в режиме непрерывного потока согласно возможным вариантам воплощения изобретения.Fig. 2: Schematic representation of a reactor with electrical circuitry that is used to process various types of oil in a continuous flow mode according to possible embodiments of the invention.

Фиг. 3: Фотография образца нефти, обработанного способом и на установке настоящего изобретения, с различными смесями водорода и метана в качестве газа-носителя согласно возможным вариантам воплощения изобретения.Fig. 3: Photograph of a sample of oil processed by the method and installation of the present invention, with various mixtures of hydrogen and methane as carrier gas according to possible embodiments of the invention.

Фиг. 4: Фотография верхнего электрода, который используется для обработки нефти водородом и метаном, описанного здесь, согласно возможным вариантам воплощения изобретения.Fig. 4: Photograph of the top electrode, which is used for treating oil with hydrogen and methane, described herein, according to possible embodiments of the invention.

Фиг. 5: График в координатах ГХ-МС, показывающий интенсивность пика в зависимости от времени для гексадекана, обработанного водородом и аргоном согласно возможным вариантам воплощения изобретения.Fig. 5: GC-MS plot showing peak intensity versus time for hexadecane treated with hydrogen and argon according to possible embodiments of the invention.

Подробное описаниеDetailed description

Среди преимуществ и улучшений, которые были раскрыты, другие цели и преимущества этого изобретения могут стать очевидными из следующего описания с прилагаемыми чертежами. В данном документе раскрыты подробные варианты воплощения настоящего изобретения; однако следует понимать, что раскрытые варианты воплощения изобретения являются только иллюстративными и могут быть воплощены в различных формах. Кроме того, каждый из примеров, приведенных в связи с различными вариантами воплощения изобретения, предназначен для иллюстрации, а не для ограничения. Любые изменения и дальнейшие модификации особенностей изобретения, проиллюстрированных в настоящем документе, и любые дополнительные применения принципов, проиллюстрированных в настоящем документе, которые обычно могут возникнуть у специалиста в соответствующей области техники и владеющего этим раскрытием, следует рассматривать в рамках объема этой заявки.Among the advantages and improvements that have been disclosed, other objects and advantages of this invention may become apparent from the following description taken with the accompanying drawings. Detailed embodiments of the present invention are disclosed herein; however, it should be understood that the disclosed embodiments of the invention are illustrative only and may be embodied in various forms. Moreover, each of the examples given in connection with various embodiments of the invention is intended to be illustrative and not limiting. Any changes and further modifications to the features of the invention illustrated herein, and any additional applications of the principles illustrated herein that would normally occur to one skilled in the art and knowledgeable about this disclosure, should be considered within the scope of this application.

Во всем описании и формуле изобретения следующие термины принимают значения, явно относящиеся к этому документу, если контекст четко не диктует иное. Фразы в одном аспекте, в некоторых аспектах и тому подобное, используемые в настоящем документе, необязательно относятся к одному и тому же варианту(ам), хотя могут. Кроме того, фразы в другом аспекте и в некоторых других аспектах, используемые здесь, необязательно относятся к другому аспекту (варианту воплощения изобретения), хотя могут. Таким образом, как описано ниже, различные аспекты (варианты воплощения) изобретения могут быть легко объединены без отклонения от объема или сущности изобретения.Throughout the specification and claims, the following terms have the meanings expressly applied herein unless the context clearly dictates otherwise. The phrases in one aspect, in some aspects, and the like used herein do not necessarily refer to the same embodiment(s), although they may. In addition, the phrases in another aspect and in certain other aspects used herein do not necessarily refer to another aspect (embodiment of the invention), although they may. Thus, as described below, various aspects (embodiments) of the invention can be easily combined without departing from the scope or spirit of the invention.

Кроме того, в контексте данного документа, термин или включает союз или и эквивалентенAdditionally, as used herein, the term or includes the conjunction or and is equivalent to

- 4 044982 термину и/или, если контекст явно не диктует иное. Термин на основе не является исключающим и допускает использование дополнительных не описанных факторов, если только контекст явно не диктует иное. Кроме того, во всем описании использование единственного числа охватывает ссылки на множественное число. Значение предлога в включает в и на. В контексте данного документа, термин приблизительно очевиден специалистам в этой области техники и варьирует до некоторой степени в зависимости от контекста его использования. Если некоторые варианты использования термина неясны специалистам в данной области техники, учитывая контекст, в котором он используется, то приблизительно будет означать до плюс-минус 10% от конкретной величины.- 4 044982 term and/or, unless the context clearly dictates otherwise. The term based is non-exclusive and allows for the use of additional factors not described unless the context clearly dictates otherwise. Furthermore, throughout the specification, the use of the singular includes references to the plural. The meaning of the preposition in includes in and on. As used herein, the term is approximately obvious to those skilled in the art and varies to some extent depending on the context of its use. If some uses of a term are not clear to those skilled in the art, given the context in which it is used, it will approximately mean up to plus or minus 10% of a specific value.

Использование единственного числа в контексте описанных элементов (особенно в контексте пунктов формулы изобретения) предназначено для охвата и единственного и множественного числа, если не указано иное, или явно не противоречит контексту. Изложение диапазонов значений в настоящем документе просто предназначено служить сокращенным способом индивидуальной ссылки на каждое отдельное значение, попадающее в диапазон, если не указано иное, и каждое отдельное значение включено в описание, как если бы оно было отдельно изложено здесь. Все способы, описанные в данном документе, могут выполняться в любом подходящем порядке, если не указано иное, или явно не противоречит контексту. Использование любого и всех примеров, или типовых языковых оборотов (например, такой как), приведенных здесь, предназначено просто для лучшего освещения вариантов воплощения изобретения, и не означает ограничение объема формулы изобретения, если не указано иное. Никакие языковые обороты в описании не должны толковаться как указывающие на какие-либо не заявленные элементы как существенные.The use of the singular in the context of the described elements (especially in the context of claims) is intended to cover both the singular and plural unless otherwise indicated or clearly inconsistent with the context. The statement of ranges of values herein is simply intended to serve as a shorthand way of individually referring to each individual value falling within the range unless otherwise indicated, and each individual value is included in the description as if separately set forth herein. All methods described herein may be performed in any suitable order unless otherwise indicated or clearly contrary to context. The use of any and all examples, or exemplary language (eg, such as) given herein is intended merely to better illuminate embodiments of the invention, and is not intended to limit the scope of the claims unless otherwise indicated. No language in the description should be construed as indicating any element not stated to be material.

В контексте данного документа, термин жидкий углеводородный материал относится к углеводородным соединениям и их смесям, которые находятся в жидком состоянии при атмосферных условиях. Жидкие углеводородные материалы могут, необязательно, содержать взвешенные в них твердые частицы. Жидкие углеводородные материалы могут содержать другие обычные добавки, включая, но не ограничиваясь ими, улучшители текучести, антистатические агенты, антиоксиданты, парафиновые противоосаждающие агенты, ингибиторы коррозии, беззольные детергенты, антидетонаторы, присадки, улучшающие воспламенение, дегазаторы, пахучие вещества, вещества, снижающие сопротивление трубопроводов, смазывающие агенты, присадки, повышающие цетановое число, усилители искрообразования, соединения для защиты седел клапанов, жидкости-носители на основе синтетических или минеральных масел и пеногасители. Типичные жидкие углеводородные материалы включают, но не ограничиваются ими, нефть; нефтепродукты, такие как сырая нефть, бензин, керосин и мазут; парафиновые углеводороды с прямой и разветвленной цепью; циклопарафиновые углеводороды; моноолефиновые углеводороды; диолефиновые углеводороды; алкеновые углеводороды; и ароматические углеводороды, такие как бензол, толуол и ксилол.As used herein, the term liquid hydrocarbon material refers to hydrocarbon compounds and mixtures thereof that are liquid under atmospheric conditions. Liquid hydrocarbon materials may optionally have solid particles suspended therein. Liquid hydrocarbon materials may contain other conventional additives, including, but not limited to, flow improvers, antistatic agents, antioxidants, wax anti-deposition agents, corrosion inhibitors, ashless detergents, anti-knock agents, ignition improvers, degassers, odorants, drag reducers piping, lubricants, cetane improvers, spark enhancers, valve seat protectors, synthetic or mineral oil based carrier fluids and defoamers. Typical liquid hydrocarbon materials include, but are not limited to, petroleum; petroleum products such as crude oil, gasoline, kerosene and fuel oil; straight and branched chain paraffinic hydrocarbons; cycloparaffin hydrocarbons; monoolefin hydrocarbons; diolefin hydrocarbons; alkene hydrocarbons; and aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene.

В контексте данного документа, термин крекинг относится к процессу, в котором происходит расщепление длинноцепных или тяжелых по массе углеводородов на легкие по массе углеводороды с более короткой цепью путем разрыва углерод-углеродных связей в исходных длинноцепных углеводородах.As used herein, the term cracking refers to a process that breaks down long-chain or heavy-weight hydrocarbons into lighter-weight, shorter-chain hydrocarbons by breaking the carbon-carbon bonds in the original long-chain hydrocarbons.

В контексте данного документа, термины Разряд, искровой разряд, электрический разряд и подобные термины относятся к мгновенному электрическому разряду между двумя электродами, возникающему, когда электрическое поле создает ионизированный электропроводящий канал через обычно изолирующую среду, которая содержит газ.As used herein, the terms discharge, spark discharge, electrical discharge and similar terms refer to an instantaneous electrical discharge between two electrodes occurring when an electric field creates an ionized electrically conductive channel through a normally insulating medium that contains a gas.

В контексте данного документа, термин Целевая подводимая энергия относится к энергии, подводимой во время процесса, когда процесс является прибыльным, например, 200 кДж/кг. В некоторых вариантах воплощения изобретения для описанного здесь способа или установки подводимая энергия составляет приблизительно 1000 кДж/кг.In the context of this document, the term Target Energy Input refers to the energy input during a process when the process is profitable, for example, 200 kJ/kg. In some embodiments, the energy input for the method or apparatus described herein is approximately 1000 kJ/kg.

Настоящая технология относится к области превращения жидкостей, содержащих тяжелые углеводородные молекулы в легкие жидкие и/или газообразные фракции. Настоящая технология также может быть использована для крекинга жидкой тяжелой нефти во фракции легких углеводородов путем использования потока газа-носителя, который инжектируют в жидкую тяжелую нефть, чтобы образовать смесь, с последующей ионизацией смеси электрическим разрядом. Эта технология может эффективно применяться для достижения эффективной конверсии тяжелой нефти в легкие углеводороды при минимальном образовании нежелательных твердых частиц.This technology relates to the field of converting liquids containing heavy hydrocarbon molecules into light liquid and/or gaseous fractions. The present technology can also be used to crack liquid heavy oil into a light hydrocarbon fraction by using a stream of carrier gas that is injected into the liquid heavy oil to form a mixture, followed by ionization of the mixture by electrical discharge. This technology can be effectively applied to achieve efficient conversion of heavy oil to light hydrocarbons while minimizing the formation of unwanted solids.

Электрические разряды внутри газовых пузырьков, погруженных в нефть, можно использовать для изменения химической структуры сырой нефти или других углеводородов. В зависимости от характеристик газа и свойств разряда ценность углеводорода может быть увеличена или уменьшена. Только электрические параметры, такие как низкоэнергетические и короткие импульсы высокого напряжения, иногда недостаточны для обеспечения экономически выгодного разрядного процесса. Управление газовой смесью может существенно влиять на характеристики электрического разряда и плазмохимический процесс в целом. Например, показано, что при повышении плотности по API и снижении вязкости тяжелой сырой нефти газовый разряд в метане оказывается экономически выгодным. Разряд будет генерировать реакционноспособные частицы, которые могут реагировать с жидкими углеводородами, эффективно по- 5 044982 вышая общее отношение водорода к углероду в молекулах. Однако, разряды в метане могут привести к образованию нано- и микрочастиц углерода, что, как правило, нежелательно. Добавление водорода при погружном искровом разряде помогает снизить образование твердых частиц в зоне реакции. Однако, избыток водорода в газовой смеси снижает эффект снижения твердых продуктов и может отрицательно влиять на свойства углеводородов. Тщательный выбор газовой смеси обеспечивает наиболее выгодные эффекты в сочетании с узким диапазоном характеристик газового потока и электрического разряда. Этот процесс гидрирования с помощью электрического разряда применим к сырой нефти и другим промежуточным продуктам нефтепереработки, а также к другим углеводородам.Electrical discharges within gas bubbles immersed in oil can be used to change the chemical structure of crude oil or other hydrocarbons. Depending on the characteristics of the gas and the properties of the discharge, the value of the hydrocarbon can be increased or decreased. Electrical parameters alone, such as low energy and short high voltage pulses, are sometimes insufficient to provide a cost-effective discharge process. Control of the gas mixture can significantly affect the characteristics of the electrical discharge and the plasma-chemical process as a whole. For example, it has been shown that as the API gravity increases and the viscosity of heavy crude oil decreases, gas discharge in methane is economically beneficial. The discharge will generate reactive species that can react with liquid hydrocarbons, effectively increasing the overall hydrogen to carbon ratio of the molecules. However, discharges in methane can lead to the formation of nano- and microparticles of carbon, which is generally undesirable. The addition of hydrogen during submerged spark discharge helps reduce the formation of particulate matter in the reaction zone. However, excess hydrogen in the gas mixture reduces the solids reduction effect and may adversely affect the properties of hydrocarbons. Careful selection of the gas mixture provides the most advantageous effects in combination with a narrow range of gas flow and electrical discharge characteristics. This electrical discharge hydrogenation process is applicable to crude oil and other petroleum intermediates, as well as other hydrocarbons.

Рассматриваемый разряд в газовой смеси, погруженной в углеводороды, можно использовать в установке для облагораживания сырой нефти. Разряд в газовой смеси, погруженной в легкий углеводород, будет давать более легкие углеводородные соединения и меньше твердых веществ. Полученные вещества можно использовать как разбавитель для локального смешивания с сырьем и для снижения вязкости смеси.The considered discharge in a gas mixture immersed in hydrocarbons can be used in an installation for upgrading crude oil. A discharge in a gas mixture immersed in a light hydrocarbon will produce lighter hydrocarbon compounds and fewer solids. The resulting substances can be used as a diluent for local mixing with raw materials and to reduce the viscosity of the mixture.

Выгоды осуществления разряда в этой погруженной газовой смеси заключаются в получении более легких веществ, поскольку разбавитель производится на месте и непосредственно смешивается с сырой нефтью, в результате чего нет необходимости отдельно перекачивать разбавитель в трубопровод. Вовторых, разряд в газовой смеси сводит к минимуму образование твердых частиц или вообще не дает твердых частиц. Смешанная сырая нефть лучше удовлетворяет требованиям транспортных трубопроводов. Такая конструкция обычно помогает снизить или исключить потребность во внешнем разбавителе и повысить качество производимого разбавителя. Этот особый контроль газовой смеси позволяет эффективно работать в более широком диапазоне характеристик электрического разряда и свойств нефти в данном процессе.The benefits of discharging in this submerged gas mixture are the production of lighter substances since the diluent is produced on site and mixed directly with the crude oil, eliminating the need to pump the diluent separately into the pipeline. Second, discharge in a gas mixture minimizes the formation of particulate matter or produces no particulate matter at all. Blended crude oil better suits the requirements of transportation pipelines. This design typically helps reduce or eliminate the need for external diluent and improve the quality of the diluent produced. This special control of the gas mixture allows for efficient operation over a wider range of electrical discharge characteristics and oil properties in the process.

В различных вариантах воплощения настоящего изобретения используется разряд в смеси метана и водорода, погруженных в жидкие углеводороды. Разряд в метане, который находится в газовой фазе, относительно хорошо изучен, и он дает длинноцепные молекулы и твердые частицы. По наблюдениям разряд в смеси метана и водорода должен давать меньше твердых частиц. Однако считается, что этот механизм основан на обеспечении достаточного количества водородных радикалов для улучшения селективности реакции. Варианты воплощения изобретения объединяют механизм взаимодействия метана и водорода с короткими импульсами, погруженными в тяжелый углеводородный материал. В различных вариантах воплощения изобретения продукты могут значительно различаться с разными газаминосителями; например, гексадекан, обработанный аргоном, может давать большие количества реакционноспособных частиц, которые можно идентифицировать с помощью ГХ-МС (Газовая хроматография Масс-спектрометрия), тогда как гексадекан, обработанный водородом или метаном в аналогичных условиях, может давать значительно меньше реакционноспособных частиц.Various embodiments of the present invention utilize a discharge in a mixture of methane and hydrogen immersed in liquid hydrocarbons. Discharge in methane, which is in the gas phase, is relatively well studied and produces long-chain molecules and particulates. According to observations, a discharge in a mixture of methane and hydrogen should produce fewer solid particles. However, this mechanism is thought to rely on providing sufficient hydrogen radicals to improve the selectivity of the reaction. Embodiments of the invention combine the mechanism of interaction of methane and hydrogen with short pulses immersed in a heavy hydrocarbon material. In various embodiments of the invention, the products may vary significantly with different carrier gases; for example, hexadecane treated with argon may produce large amounts of reactive species that can be identified by GC-MS (Gas Chromatography Mass Spectrometry), whereas hexadecane treated with hydrogen or methane under similar conditions may produce significantly fewer reactive species.

Рассматриваемый газоразрядный блок может быть встроен в систему непрерывного потока сырой нефти, так что сырую нефть можно будет обрабатывать при прохождении ее через разрядную камеру. Он может быть расположен рядом с эксплуатационной скважиной на нефтяном месторождении перед транспортным трубопроводом. Облагороженная нефть будет транспортироваться или отгружаться, если она соответствуют спецификациям трубопровода. Газовые смеси будут производиться из попутных газов, а рециркуляция будет происходить из реактора. Использование смеси метана и водорода в погружном разрядном промежутке ограничивает образование твердых веществ, когда водород добавляют к газовой смеси. Также наблюдается снижение вязкости продуктов.The gas discharge unit in question may be integrated into a continuous crude oil flow system such that the crude oil can be processed as it passes through the discharge chamber. It may be located next to a production well in an oil field in front of a transport pipeline. Upgraded oil will be transported or shipped if it meets pipeline specifications. Gas mixtures will be produced from associated gases, and recirculation will occur from the reactor. The use of a mixture of methane and hydrogen in the submerged discharge gap limits the formation of solids when hydrogen is added to the gas mixture. There is also a decrease in the viscosity of the products.

СпособWay

В одном аспекте предлагается способ крекинга жидких углеводородных материалов на фракции легких углеводородов с использованием искрового разряда, способ включающий прохождение жидкого углеводородного материала через электроразрядную камеру и в межэлектродный промежуток внутри электроразрядной камеры, в которой межэлектродный промежуток образован между отрицательным электродом, имеющим первый конец и второй конец, и положительным электродом, имеющим первый конец и второй конец, при этом в электроразрядной камере первый конец отрицательного электрода отстоит от первого конца положительного электрода на расстояние, которое определяет межэлектродный промежуток; инжектирование газа-носителя в жидкий углеводородный материал, когда он входит в межэлектродный промежуток, чтобы образовать газожидкостную углеводородную смесь; и воздействие на газожидкостную смесь током между электродами при напряжении, достаточном для возникновения искрового разряда; при этом второй конец отрицательного электрода и второй конец положительного электрода подсоединены к конденсатору. В некоторых вариантах воплощения изобретения конденсатор заряжается до напряжения, равного или превышающего напряжение пробоя газа-носителя. В некоторых вариантах воплощения изобретения жидкий углеводородный материл включает сырую нефть. В некоторых вариантах воплощения изобретения жидкий углеводородный материл включает, но не ограничивается ими, парафины, ароматические соединения, нафтены, циклоалканы, алкены, диены и алкины. Жидкий углеводородный материла можно характеризовать общим количеством атомов углерода (С) и/или количеством одинарных (С-С), двойных(С=С) или тройных (С=С) связей между атомами углерода.In one aspect, a method is provided for cracking liquid hydrocarbon materials into light hydrocarbon fractions using a spark discharge, the method comprising passing the liquid hydrocarbon material through an electric discharge chamber and into an interelectrode gap within the electric discharge chamber, in which the interelectrode gap is formed between a negative electrode having a first end and a second end , and a positive electrode having a first end and a second end, while in the electric discharge chamber the first end of the negative electrode is spaced from the first end of the positive electrode by a distance that determines the interelectrode gap; injecting a carrier gas into the liquid hydrocarbon material as it enters the interelectrode gap to form a gas-liquid hydrocarbon mixture; and exposing the gas-liquid mixture to a current between the electrodes at a voltage sufficient to cause a spark discharge; wherein the second end of the negative electrode and the second end of the positive electrode are connected to the capacitor. In some embodiments, the capacitor is charged to a voltage equal to or greater than the breakdown voltage of the carrier gas. In some embodiments, the liquid hydrocarbon material includes crude oil. In some embodiments, the liquid hydrocarbon material includes, but is not limited to, paraffins, aromatics, naphthenes, cycloalkanes, alkenes, dienes, and alkynes. A liquid hydrocarbon material can be characterized by the total number of carbon atoms (C) and/or the number of single (C-C), double (C=C) or triple (C=C) bonds between carbon atoms.

Множество углеводородных газов можно использовать для получения плазмы. Использование ме- 6 044982 тана или природного газа выгодно не только с точки зрения энергии, необходимой для разрыва связей, но также из-за его относительной низкой стоимости. Использование метана обеспечивает разрыв связейA variety of hydrocarbon gases can be used to produce plasma. The use of methane or natural gas is advantageous not only in terms of the energy required to break the bonds, but also because of its relative low cost. Using methane breaks bonds

С-Н с образованием водородного радикала и метильного радикала, каждый из которых может объединяться с более крупными углеводородными радикалами на стадии обрыва цепи.CH to form a hydrogen radical and a methyl radical, each of which can combine with larger hydrocarbon radicals in the chain termination step.

Неводородсодержащие газы, такие как азот, гелий, неон, аргон и ксенон можно использовать с газами-донорами водорода в разрядном промежутке. Они могут изменять распределение электрического потенциала и колебательной температуры молекул в плазме, позволяя свободным радикалам взаимодействовать друг с другом с обрывом цепи, а не с атомом водорода от донора водорода. В различных вариантах воплощения изобретения, тип продуктов и селективность продукта могут быть изменены за счет использования неводородного газа. Вода и аммиак также могут служить донорами водорода в процессе, если только они не содержат элементы азота N и кислорода О, которые могут быть несовместимы с существующей системой нефтепереработки. Хотя существует вероятность того, что их можно было бы использовать как газы-доноры водорода с другой системой, которая также использует технологию импульсного электрического разряда.Non-hydrogen containing gases such as nitrogen, helium, neon, argon and xenon can be used with hydrogen donor gases in the discharge gap. They can change the distribution of electrical potential and vibrational temperature of molecules in the plasma, allowing free radicals to interact with each other to terminate the chain rather than with the hydrogen atom from the hydrogen donor. In various embodiments of the invention, the type of products and the selectivity of the product can be changed through the use of non-hydrogen gas. Water and ammonia can also serve as hydrogen donors in the process, as long as they do not contain the elements nitrogen N and oxygen O, which may be incompatible with the existing refining system. Although there is a possibility that they could be used as hydrogen donor gases with another system that also uses pulsed electrical discharge technology.

В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит один или более из следующего: €1-€3 углеводород, природный газ, аммиак, вода, азот (N2), гелий, аргон, неон, криптон и ксенон. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель включает газ с донором водородной связи. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 0,1% об./об. до 5% об./об. инертного газа. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 0,2% об./об. до 3% об./об. инертного газа. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 0,5% об./об. до 2% об./об. инертного газа. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 0,75% об./об. до 1,5% об./об. инертного газа. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 0,9% об./об. до 1,1% об./об. инертного газа.In some embodiments , the carrier gas comprises one or more of the following: hydrocarbon , natural gas, ammonia, water, nitrogen (N2), helium, argon, neon, krypton, and xenon. In some embodiments, the carrier gas includes a hydrogen bond donor gas. In some embodiments, the carrier gas contains from 0.1% v/v. up to 5% v/v inert gas. In some embodiments, the carrier gas contains from 0.2% v/v. up to 3% v/v inert gas. In some embodiments, the carrier gas contains from 0.5% v/v. up to 2% v/v inert gas. In some embodiments, the carrier gas contains from 0.75% v/v. up to 1.5% v/v inert gas. In some embodiments, the carrier gas contains from 0.9% v/v. up to 1.1% v/v inert gas.

В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит водород (H2) и метан (CH4). В некоторых вариантах воплощения изобретения мольное отношение водорода (H2) к метану находится в диапазоне от 1:99 до 99:1. В некоторых вариантах воплощения изобретения мольное отношение водорода к метану находится в диапазоне от 5:95 до 95:5. В некоторых вариантах воплощения изобретения мольное отношение водорода к метану находится в диапазоне от 10:90 до 50:50. В некоторых вариантах воплощения изобретения мольное отношение водорода к метану находится в диапазоне от 15:85 до 40:60. В некоторых вариантах воплощения изобретения мольное отношение водорода к метану находится в диапазоне от 20:80 до 35:65. В некоторых вариантах воплощения изобретения мольное отношение водорода к метану находится в диапазоне от 25:75 до 30:70. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 5 до 40% об./об. H2. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 10 до 35% об./об. Н2. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 15 до 30% об./об. Н2. В некоторых вариантах воплощения изобретения газноситель содержит от 20 до 25% об./об. H2.In some embodiments, the carrier gas contains hydrogen (H2) and methane ( CH4 ). In some embodiments, the molar ratio of hydrogen (H2) to methane is in the range of 1:99 to 99:1. In some embodiments, the molar ratio of hydrogen to methane is in the range of 5:95 to 95:5. In some embodiments, the molar ratio of hydrogen to methane is in the range of 10:90 to 50:50. In some embodiments, the molar ratio of hydrogen to methane is in the range of 15:85 to 40:60. In some embodiments, the molar ratio of hydrogen to methane is in the range of 20:80 to 35:65. In some embodiments, the molar ratio of hydrogen to methane is in the range of 25:75 to 30:70. In some embodiments, the carrier gas contains from 5 to 40% v/v. H2. In some embodiments, the carrier gas contains from 10 to 35% v/v. N 2 . In some embodiments, the carrier gas contains from 15 to 30% v/v. N 2 . In some embodiments, the carrier gas contains from 20 to 25% v/v. H2.

В некоторых вариантах воплощения изобретения мольное отношение водорода к метану в инжектируемом газе-носителе изменяется во времени. В некоторых вариантах воплощения изобретения водород и метан в инжектируемом газе предварительно смешивают. В некоторых вариантах воплощения изобретения водород и метан инжектируются отдельно. В некоторых вариантах воплощения изобретения инжектируемые водород и метан инжектируются отдельно, и скорости при которых они инжектируются, являются независимыми и необязательно изменяются во времени. В некоторых вариантах воплощения изобретения инжектируемый газ-носитель рециркулируется из газожидкостной углеводородной смеси.In some embodiments, the molar ratio of hydrogen to methane in the injected carrier gas varies over time. In some embodiments, the hydrogen and methane in the injected gas are premixed. In some embodiments, hydrogen and methane are injected separately. In some embodiments, the injected hydrogen and methane are injected separately, and the rates at which they are injected are independent and do not necessarily vary over time. In some embodiments, the injected carrier gas is recycled from the gas-liquid hydrocarbon mixture.

В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель инжектируют в жидкий углеводородный материал со скоростью от 0,005 л/мин до 0,15 л/мин. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель инжектируют в жидкий углеводородный материал со скоростью от 0,01 л/мин до 0,1 л/мин. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель инжектируют в жидкий углеводородный материал со скоростью от 0,012 л/мин до 0,075 л/мин. В некоторых вариантах воплощения изобретения метан инжектируют со скоростью от 0,01 л/мин до 0,07 л/мин. В некоторых вариантах воплощения изобретения метан инжектируют со скоростью от 0,014 л/мин до 0,06 л/мин. В некоторых вариантах воплощения изобретения метан инжектируют со скоростью от 0,019 л/мин до 0,05 л/мин. В некоторых вариантах воплощения изобретения метан инжектируют со скоростью от 0,02 л/мин до 0,04 л/мин. В некоторых вариантах воплощения изобретения водород (H2) инжектируют со скоростью от 0,02 л/мин до 0,07 л/мин. В некоторых вариантах воплощения изобретения водород (H2) инжектируют со скоростью от 0,03 л/мин до 0,05 л/мин. В некоторых вариантах воплощения изобретения водород (H2) инжектируют со скоростью от 0,04 л/мин до 0,045 л/мин. В некоторых вариантах воплощения изобретения искровой разряд является импульсным искровым разрядом с частотой импульсов. В некоторых вариантах воплощения изобретения частота импульсов находится в диапазоне 100-200 Гц. В некоторых вариантах воплощения изобретения частота импульсов находится в диапазоне 15-20 Гц. В некоторых вариантах воплощения изобретения частота импульсов находится в диапазоне 10-15 Гц. В некоторых вариантах воплощения изобретения частота импульсов находится в диапазоне 5-10 Гц. В некоторых вариантах воплощения изобретения частота импульсов находится в диапазоне 1-5 Гц. В некоторых вариантах вопло- 7 044982 щения изобретения искровой разряд является непрерывным. В различных вариантах воплощения изобретения частота импульсов может быть связана с масштабированием процесса.In some embodiments, the carrier gas is injected into the liquid hydrocarbon material at a rate of from 0.005 L/min to 0.15 L/min. In some embodiments, the carrier gas is injected into the liquid hydrocarbon material at a rate of from 0.01 L/min to 0.1 L/min. In some embodiments, the carrier gas is injected into the liquid hydrocarbon material at a rate of from 0.012 L/min to 0.075 L/min. In some embodiments, methane is injected at a rate of 0.01 L/min to 0.07 L/min. In some embodiments, methane is injected at a rate of 0.014 L/min to 0.06 L/min. In some embodiments, methane is injected at a rate of 0.019 L/min to 0.05 L/min. In some embodiments, methane is injected at a rate of 0.02 L/min to 0.04 L/min. In some embodiments, hydrogen (H 2 ) is injected at a rate of 0.02 L/min to 0.07 L/min. In some embodiments, hydrogen (H 2 ) is injected at a rate of 0.03 L/min to 0.05 L/min. In some embodiments, hydrogen (H2) is injected at a rate of 0.04 L/min to 0.045 L/min. In some embodiments, the spark discharge is a pulsed spark discharge with a pulse frequency. In some embodiments, the pulse frequency is in the range of 100-200 Hz. In some embodiments, the pulse frequency is in the range of 15-20 Hz. In some embodiments, the pulse frequency is in the range of 10-15 Hz. In some embodiments, the pulse frequency is in the range of 5-10 Hz. In some embodiments, the pulse frequency is in the range of 1-5 Hz. In some embodiments of the invention, the spark discharge is continuous. In various embodiments of the invention, pulse frequency may be associated with process scaling.

В некоторых вариантах воплощения изобретения способ дополнительно включает анализ жидкого углеводорода после искрового разряда. В некоторых вариантах воплощения изобретения способ дополнительно включает анализ фракций легких углеводородов. В некоторых вариантах воплощения изобретения анализ является колориметрическим анализом. В некоторых вариантах воплощения изобретения способом анализа является газовая хроматография (ГХ)/масс-спектрометрия (МС) (ГХМС или ГХ-МС). В некоторых вариантах воплощения изобретения газовая хроматография с пламенно-ионизационным детектором (ГХ-ПИД) является способом анализа. В некоторых вариантах воплощения изобретения способ дополнительно включает сбор фракций легких углеводородов. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов собирают путем перегонки.In some embodiments, the method further includes analyzing the liquid hydrocarbon after the spark discharge. In some embodiments, the method further includes analyzing light hydrocarbon fractions. In some embodiments, the assay is a colorimetric assay. In some embodiments, the analysis method is gas chromatography (GC)/mass spectrometry (MS) (GCMS or GC-MS). In some embodiments, gas chromatography with flame ionization detector (GC-FID) is the analysis method. In some embodiments, the method further includes collecting light hydrocarbon fractions. In some embodiments, light hydrocarbon fractions are collected by distillation.

Со ссылкой на фиг. 5 один пример включает разряд в гексадекане с водородом и аргоном. Аргон в качестве газа-носителя может значительно изменять продукты путем создания более реакционноспособных частиц, которые способны сильно взаимодействовать в колонке ГХ и затем идентифицироваться МС. Эти реакционноспособные частицы могут быть углеводородными кислотами или радикалами, которые могут не идентифицироваться системой ГХ-МС. Метан или водород в качестве газа-носителя может давать менее реакционноспособные частицы. Этот способ также может включать анализ селективности и качества продуктов. В некоторых вариантах воплощения изобретения способ включает анализ циклических или разветвленных углеводородных продуктов. В некоторых вариантах воплощения изобретения анализ дополнительно включает анализ селективности продуктов.With reference to FIG. 5, one example involves a discharge in hexadecane with hydrogen and argon. Argon as a carrier gas can significantly alter products by creating more reactive species that are able to react strongly in the GC column and then be identified by MS. These reactive species may be hydrocarbon acids or radicals, which may not be identified by the GC-MS system. Methane or hydrogen as a carrier gas may produce less reactive species. This method may also include analysis of selectivity and quality of products. In some embodiments, the method includes the analysis of cyclic or branched hydrocarbon products. In some embodiments, the analysis further includes a product selectivity analysis.

В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов имеют вязкость от 0,5 до 100 сП. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов имеют вязкость от 0,5 до 10 сП. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов имеют плотность по шкале API от 25 до 60. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов имеют плотность по шкале API от 40 до 60.In some embodiments, the light hydrocarbon fractions have a viscosity of 0.5 to 100 cP. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions have a viscosity of 0.5 to 10 cP. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions have an API gravity of 25 to 60. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions have an API gravity of 40 to 60.

В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов имеют молекулярную массу от 60 г/моль до 320 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения жидкий углеводородный материал включает массу от 1 г до 5 г. В некоторых вариантах воплощения изобретения жидкий углеводородный материал включает массу от 5 г до 10 г. В некоторых вариантах воплощения изобретения жидкий углеводородный материал включает массу от 10 г до 15 г. В некоторых вариантах воплощения изобретения жидкий углеводородный материал включает массу от 15 г до 25 г. В некоторых вариантах воплощения изобретения жидкий углеводородный материал включает массу от 25 г до 35 г. В некоторых вариантах воплощения изобретения жидкий углеводородный материал включает массу больше 35 г. В некоторых вариантах воплощения изобретения жидкий углеводородный материал включает массу больше 100 г. В некоторых вариантах воплощения изобретения жидкий углеводородный материал включает массу больше 1 кг. В некоторых вариантах воплощения изобретения жидкий углеводородный материал включает массу больше 100 кг. В некоторых вариантах воплощения изобретения жидкий углеводородный материал включает массу больше 1000 кг. В некоторых вариантах воплощения изобретения жидкий углеводородный материал включает массу больше 10000 кг. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода во фракции легких углеводородов находится в диапазоне от 2,01 до 2,05. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,05 до 2,1. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,1 до 2,2. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,2 до 2,3. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,3 до 2,4. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,4 до 2,5. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,5 до 2,6. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,6 до 2,7. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,7 до 2,8. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,8 до 2,9. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,9 до 3,0. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,0 до 3,1. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,1 до 3,2. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,2 до 3,3. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к ато- 8 044982 мам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,3 до 3,4. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,4 до 3,5. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,5 до 3,6. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,6 до 3,7. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,7 до 3,8. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,8 до 3,9. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,9 до 4,0.In some embodiments, the light hydrocarbon fractions have a molecular weight of from 60 g/mol to 320 g/mol. In some embodiments, the liquid hydrocarbon material includes a weight from 1 g to 5 g. In some embodiments, the liquid hydrocarbon material includes a weight from 5 g to 10 g. In some embodiments, the liquid hydrocarbon material includes a weight from 10 g to 15 g In some embodiments, the liquid hydrocarbon material includes a mass of from 15 g to 25 g. In some embodiments, the liquid hydrocarbon material includes a mass of from 25 g to 35 g. In some embodiments, the liquid hydrocarbon material includes a mass greater than 35 g. In some embodiments, the liquid hydrocarbon material includes a mass greater than 100 g. In some embodiments, the liquid hydrocarbon material includes a mass greater than 1 kg. In some embodiments, the liquid hydrocarbon material includes a mass greater than 100 kg. In some embodiments, the liquid hydrocarbon material includes a mass greater than 1000 kg. In some embodiments, the liquid hydrocarbon material includes a mass greater than 10,000 kg. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in the light hydrocarbon fraction is in the range of 2.01 to 2.05. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.05 to 2.1. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.1 to 2.2. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.2 to 2.3. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.3 to 2.4. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.4 to 2.5. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.5 to 2.6. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.6 to 2.7. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.7 to 2.8. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.8 to 2.9. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.9 to 3.0. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in the light hydrocarbons is in the range of 3.0 to 3.1. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.1 to 3.2. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.2 to 3.3. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.3 to 3.4. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.4 to 3.5. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.5 to 3.6. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.6 to 3.7. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.7 to 3.8. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.8 to 3.9. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.9 to 4.0.

В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше чем 285 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше чем 271 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше чем 257 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше чем 243 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше чем 229 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше чем 215 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше чем 201 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше чем 187 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше чем 173 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 159 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 145 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 131 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 117 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 103 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 89 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 75 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 61 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 47 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 33 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 19 г/моль.In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 285 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 271 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 257 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 243 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 229 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 215 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 201 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 187 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 173 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 159 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 145 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 131 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 117 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 103 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 89 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 75 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 61 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 47 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 33 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 19 g/mol.

В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с точкой кипения при атмосферном давлении меньше чем 175°С. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с точкой кипения при атмосферном давлении меньше 152°С. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с точкой кипения при атмосферном давлении меньше 127°С. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с точкой кипения при атмосферном давлении меньше 99°С. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с точкой кипения при атмосферном давлении меньше 37°С. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с точкой кипения при атмосферном давлении меньше 2°С. В некоторых вариантах воплощения изобретения свежий жидкий углеводород непрерывно проходит через электроразрядную камеру. В некоторых вариантах воплощения изобретения жидкий углеводородный материал рециркулирует, чтобы проходить через ту же электроразрядную камеру повторно. В некоторых вариантах воплощения изобретения расстояние межэлектродного промежутка находится в диапазоне от приблизительно 1 мм до 100 мм. В некоторых вариантах воплощения изобретения расстояние межэлектродного промежутка составляет от 3 мм до 20 мм. В некоторых вариантах воплощения изобретения расстояние межэлектродного промежутка составляет от 6 мм до 15 мм. В некоторых вариантах воплощения изобретения расстояние межэлектродного промежутка меньше чем 10 мм. В некоторых вариантах воплощения изобретения расстояние межэлектродного промежутка меньше 5 мм. В некоторых вариантах воплощения изобретения расстояние межэлектродного промежутка меньше 1 мм. В некоторых вариантах воплощения изобретения конденсатор заряжается до напряжения от 10 кВ до 100 кВ. В некоторых вариантах воплощения изобреIn some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a boiling point at atmospheric pressure of less than 175°C. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with an atmospheric boiling point of less than 152°C. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with an atmospheric boiling point of less than 127°C. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with an atmospheric boiling point of less than 99°C. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with an atmospheric boiling point of less than 37°C. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with an atmospheric boiling point of less than 2°C. In some embodiments, fresh liquid hydrocarbon is continuously passed through the electrical discharge chamber. In some embodiments, the liquid hydrocarbon material is recycled to pass through the same electrical discharge chamber again. In some embodiments, the interelectrode spacing ranges from about 1 mm to 100 mm. In some embodiments, the electrode spacing distance is from 3 mm to 20 mm. In some embodiments, the electrode spacing distance is from 6 mm to 15 mm. In some embodiments, the electrode spacing distance is less than 10 mm. In some embodiments, the electrode gap distance is less than 5 mm. In some embodiments, the electrode gap distance is less than 1 mm. In some embodiments, the capacitor is charged to a voltage of between 10 kV and 100 kV. In some embodiments, the invention

- 9 044982 тения конденсатор заряжается до напряжения от 20 кВ до 80 кВ. В некоторых вариантах воплощения изобретения конденсатор заряжается до напряжения от 30 кВ до 50 кВ. В некоторых вариантах воплощения изобретения напряжение пробоя газа-носителя составляет от 10 кВ до 100 кВ. В некоторых вариантах воплощения изобретения напряжение пробоя газа-носителя составляет от 10 кВ до 40 кВ. Не ограничиваясь теорией, в любом из раскрытых способов или вариантов воплощения изобретения жидкие углеводородные материалы с высоким содержанием углерода расщепляются на молекулы, имеющие более низкое содержание углерода, с образованием фракций легких углеводородов, которые являются более легкими (с точки зрения, как молекулярной массы, так и точки кипения) в среднем, чем тяжелые жидкие углеводородные материалы в исходном сырье. И снова, не ограничиваясь теорией, полагают, что расщепление тяжелых молекул происходит через разрыв С-С связей. Для этих молекул энергия, требуемая для разрыва С-С связи, составляет приблизительно 261,9 кДж/моль. Это количество энергии значительно ниже, чем требуется для разрыва С-Н связи (364,5 кДж/моль). Поскольку процесс должен протекать непрерывно, различные стадии или этапы способа могут происходить одновременно или последовательно, так что жидкий углеводородный материал непрерывно подается в электроразрядную камеру, по мере того, как готовые фракции легких углеводородов выходят из камеры.- 9 044982 teniya the capacitor is charged to a voltage from 20 kV to 80 kV. In some embodiments, the capacitor is charged to a voltage of between 30 kV and 50 kV. In some embodiments, the carrier gas breakdown voltage is between 10 kV and 100 kV. In some embodiments, the carrier gas breakdown voltage is between 10 kV and 40 kV. Without being limited by theory, in any of the disclosed methods or embodiments of the invention, liquid hydrocarbon materials with a high carbon content are broken down into molecules having a lower carbon content to form light hydrocarbon fractions that are lighter (in terms of both molecular weight and and boiling points) on average than the heavy liquid hydrocarbon materials in the feedstock. Again, without being limited by theory, it is believed that the breakdown of heavy molecules occurs through the rupture of C-C bonds. For these molecules, the energy required to break a C-C bond is approximately 261.9 kJ/mol. This amount of energy is significantly lower than that required to break a C-H bond (364.5 kJ/mol). Since the process must occur continuously, the various steps or stages of the process may occur simultaneously or sequentially, such that liquid hydrocarbon material is continuously fed into the electrical discharge chamber as finished light hydrocarbon fractions exit the chamber.

В некоторых вариантах воплощения изобретения способ включает создание плазмы искрового разряда в струе газа в межэлектродном разрядном промежутке. Напряжение пробоя газа-носителя будет меньше напряжения пробоя жидкости, соответственно можно использовать струю газа при том же уровне напряжения для создания более длинного разрядного промежутка. Увеличение межэлектродного разрядного промежутка при одновременном снижении коррозионного воздействия процесса на электроды увеличивает площадь прямого контакта между плазменным разрядом и жидким углеводородным материалом. Не желая ограничиваться какой-либо конкретной теорией, полагают, что при контакте плазмы искрового разряда с жидким углеводородным материалом в межэлектродном разрядном промежутке жидкий углеводородный материал быстро нагревается и испаряется с образованием пара. Таким образом, молекулы жидкого углеводородного материала смешиваются с молекулами газа-носителя и частицами плазмы, образованной в них. Электроны плазмы сталкиваются с молекулами углеводородов, таким образом разрывая их на более мелкие молекулы, имеющие одну ненасыщенную связь и будучи практически свободными радикалами, то есть являющиеся фрагментами молекул со свободной связью. Свободные радикалы также возникают в результате прямого взаимодействия быстро движущихся электронов со стенками жидкости, образованными вокруг плазменного канала между электродами. Различные газыносители, известные в этой области техники, можно использовать в способах и установках настоящей технологии. Типичные газы-носители включают, но не ограничиваются ими, гелий, неон, аргон, ксенон и водород (H2), среди прочих газов. В некоторых вариантах воплощения изобретения газом-носителем является водородсодержащий газ, такой как, но не ограничиваясь этим, вода, пар, чистый водород, метан, природный газ или другие газообразные углеводороды. Смеси из двух или более таких водородсодержащих газов можно использовать в любом из описанных вариантов воплощения изобретения. Кроме того, неводород-содержащие газы, такие гелий, неон, аргон и ксенон можно использовать или как разбавители газов для любого из водородсодержащих газов, или их можно использовать с жидкими углеводородными материалами, таким образом позволяя свободным радикалам обрывать цепь друг с другом вместо обрыва с атомом водорода из газа-носителя. Чтобы выбрать подходящий газ-носитель с точки зрения затрат энергии на образование одного свободного атома водорода, необходимо сравнить энергию диссоциации различных газов-носителей или водородсодержащих газов.In some embodiments, the method includes creating a spark discharge plasma in a gas stream in an interelectrode discharge gap. The breakdown voltage of the carrier gas will be less than the breakdown voltage of the liquid; accordingly, a gas jet can be used at the same voltage level to create a longer discharge gap. Increasing the interelectrode discharge gap while simultaneously reducing the corrosive effect of the process on the electrodes increases the area of direct contact between the plasma discharge and the liquid hydrocarbon material. Without wishing to be bound by any particular theory, it is believed that when the spark discharge plasma contacts liquid hydrocarbon material in the interelectrode discharge gap, the liquid hydrocarbon material rapidly heats up and evaporates to form steam. Thus, the molecules of the liquid hydrocarbon material are mixed with the molecules of the carrier gas and the plasma particles formed in them. Plasma electrons collide with hydrocarbon molecules, thus breaking them into smaller molecules that have one unsaturated bond and are practically free radicals, that is, they are fragments of molecules with a free bond. Free radicals also arise from the direct interaction of rapidly moving electrons with the liquid walls formed around the plasma channel between the electrodes. Various carrier gases known in the art can be used in the methods and apparatus of the present technology. Typical carrier gases include, but are not limited to, helium, neon, argon, xenon, and hydrogen (H 2 ), among other gases. In some embodiments, the carrier gas is a hydrogen-containing gas, such as, but not limited to, water, steam, pure hydrogen, methane, natural gas, or other hydrocarbon gases. Mixtures of two or more such hydrogen-containing gases can be used in any of the described embodiments of the invention. In addition, non-hydrogen containing gases such as helium, neon, argon and xenon can be used either as gas diluents for any of the hydrogen containing gases, or they can be used with liquid hydrocarbon materials, thereby allowing free radicals to terminate with each other instead of terminating with a hydrogen atom from the carrier gas. To select a suitable carrier gas in terms of the energy required to form one free hydrogen atom, it is necessary to compare the dissociation energies of different carrier gases or hydrogen-containing gases.

Так, например, для разрыва связи между атомами водорода в молекуле H2 потребуется приблизительно 432 кДж/моль. Для водяного пара энергия, необходимая для высвобождения атома водорода, составляет приблизительно 495 кДж/моль, тогда как для удаления атома водорода из молекулы углеводорода, такого как метан, требуется приблизительно 364,5 кДж/моль.For example, to break the bond between hydrogen atoms in an H2 molecule, approximately 432 kJ/mol will be required. For water vapor, the energy required to release a hydrogen atom is approximately 495 kJ/mol, while the energy required to remove a hydrogen atom from a hydrocarbon molecule such as methane requires approximately 364.5 kJ/mol.

Согласно некоторым вариантам воплощения изобретения газом-носителем является метан. Использование метана или природного газа, выгодно не только с точки зрения энергии, требуемой для разрыва связей, но и из-за его относительно низкой стоимости. Использование метана гарантирует, что связи С-Н разрываются с образованием водородного радикала и метильного радикала, каждый из которых может объединяться с более крупными углеводородными радикалами на стадии обрыва цепи. В некоторых вариантах воплощения изобретения газом-носителем является метан или смесь метана с инертным газом, таким как гелий, аргон, неон или ксенон.In some embodiments, the carrier gas is methane. The use of methane or natural gas is advantageous not only in terms of the energy required to break the bonds, but also because of its relatively low cost. The use of methane ensures that C-H bonds are broken to form a hydrogen radical and a methyl radical, each of which can combine with larger hydrocarbon radicals in the chain termination step. In some embodiments, the carrier gas is methane or a mixture of methane and an inert gas such as helium, argon, neon or xenon.

В некоторых вариантах воплощения изобретения искровые разряды могут создаваться как в непрерывном режиме, так и в импульсном режиме. В некоторых вариантах воплощения изобретения непрерывным разрядом является дуговой разряд или тлеющий разряд. Однако, использование этого типа разряда для крекинга тяжелых углеводородов может быть ограничено тем фактом, что нагревание газовой смеси непрерывным пропусканием тока может привести к нежелательному повышению температуры внутри электроразрядной камеры. Такое повышение температуры может привести к увеличению коксования и образования нагара. Кроме того, при использовании непрерывного разряда продукты углеводородной фракции постоянно подвергаются воздействию разряда до тех пор, пока они не выйдут из плазмы. В отличие от этого, использование импульсного разряда, особенно импульсного искрового разряда,In some embodiments of the invention, spark discharges can be created in either a continuous mode or a pulsed mode. In some embodiments, the continuous discharge is an arc discharge or a glow discharge. However, the use of this type of discharge for cracking heavy hydrocarbons may be limited by the fact that heating the gas mixture by continuously passing current may lead to an undesirable increase in temperature inside the electric discharge chamber. This increase in temperature can lead to increased coking and soot formation. In addition, when using a continuous discharge, the products of the hydrocarbon fraction are constantly exposed to the discharge until they leave the plasma. In contrast, the use of pulsed discharge, especially pulsed spark discharge,

- 10 044982 может быть желательным для цели производства фракции легких углеводородов из фракций тяжелой нефти, поскольку интервал между импульсами позволяет прекратить образование свободных радикалов и дает время образующемуся легкому углеводороду выйти из плазмы.- 10 044982 may be desirable for the purpose of producing a light hydrocarbon fraction from heavy oil fractions, since the interval between pulses allows the formation of free radicals to stop and allows time for the resulting light hydrocarbon to leave the plasma.

УстановкаInstallation

В другом аспекте предлагается установка для конверсии жидкого углеводородного материала во фракцию легких углеводородов, при этом установка включает камеру искрового разряда, включающую отрицательный электрод, имеющий первый конец и второй конец, и положительный электрод, имеющий первый конец и второй конец. Первый конец отрицательного электрода отстоит от первого конца положительного электрода на расстояние, которое определяет межэлектродный промежуток. Второй конец отрицательного электрода подсоединен к конденсатору. Установка включает впускное отверстие для газа-носителя для подвода газа-носителя к жидкому углеводородному материалу. Установка также включает впускное отверстие, предназначенное для ввода жидкого углеводородного материала в камеру искрового разряда и выпускное отверстие, предназначенное для вывода фракции легких углеводородов из камеры искрового разряда. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит водород и/или метан. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит один или более из следующего: €1-€3 углеводород, природный газ, аммиак, вода, азот (N2), гелий, аргон, неон, криптон и ксенон. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель включает газ с донором водородной связи. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 0,1% об./об. до 5% об./об. инертного газа. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от от 0,2% об./об. до 3% об./об. инертного газа. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 0,5% об./об. до 2% об./об. инертного газа. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 0,75% об./об. до 1,5% об./об. инертного газа. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 0,9% об./об. до 1,1% об./об. инертного газа.In another aspect, a plant is provided for converting liquid hydrocarbon material into a light hydrocarbon fraction, the plant including a spark chamber including a negative electrode having a first end and a second end, and a positive electrode having a first end and a second end. The first end of the negative electrode is spaced from the first end of the positive electrode by a distance that defines the interelectrode gap. The second end of the negative electrode is connected to a capacitor. The apparatus includes a carrier gas inlet for supplying carrier gas to the liquid hydrocarbon material. The installation also includes an inlet port for introducing liquid hydrocarbon material into the spark discharge chamber and an outlet port for removing the light hydrocarbon fraction from the spark discharge chamber. In some embodiments, the carrier gas contains hydrogen and/or methane. In some embodiments , the carrier gas comprises one or more of the following: hydrocarbon , natural gas, ammonia, water, nitrogen (N2), helium, argon, neon, krypton, and xenon. In some embodiments, the carrier gas includes a hydrogen bond donor gas. In some embodiments, the carrier gas contains from 0.1% v/v. up to 5% v/v inert gas. In some embodiments, the carrier gas contains from 0.2% v/v. up to 3% v/v inert gas. In some embodiments, the carrier gas contains from 0.5% v/v. up to 2% v/v inert gas. In some embodiments, the carrier gas contains from 0.75% v/v. up to 1.5% v/v inert gas. In some embodiments, the carrier gas contains from 0.9% v/v. up to 1.1% v/v inert gas.

В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит водород (H2) и метан (CH4). В некоторых вариантах воплощения изобретения мольное отношение водорода к метану находится в диапазоне от 1:99 до 99:1. В некоторых вариантах воплощения изобретения мольное отношение водорода к метану находится в диапазоне от 5:95 до 95:5. В некоторых вариантах воплощения изобретения мольное отношение водорода к метану находится в диапазоне от 10:90 до 50:50. В некоторых вариантах воплощения изобретения мольное отношение водорода к метану находится в диапазоне от 15:85 до 40:60. В некоторых вариантах воплощения изобретения мольное отношение водорода к метану находится в диапазоне от 20:80 до 35:65. В некоторых вариантах воплощения изобретения мольное отношение водорода к метану находится в диапазоне от 25:75 до 30:70. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 5 до 40% об./об. H2. В некоторых вариантах воплощения изобретения газ-носитель содержит от 10 до 35% об./об. H2. В некоторых вариантах воплощения изобретения газноситель содержит от 15 до 30% об./об. H2. В некоторых вариантах воплощения изобретения газноситель содержит от 20 до 25% об./об. H2. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов имеют вязкость от 0,5 до 100 сП. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов имеют вязкость от 0,5 до 10 сП.In some embodiments, the carrier gas contains hydrogen (H2) and methane ( CH4 ). In some embodiments, the molar ratio of hydrogen to methane is in the range of 1:99 to 99:1. In some embodiments, the molar ratio of hydrogen to methane is in the range of 5:95 to 95:5. In some embodiments, the molar ratio of hydrogen to methane is in the range of 10:90 to 50:50. In some embodiments, the molar ratio of hydrogen to methane is in the range of 15:85 to 40:60. In some embodiments, the molar ratio of hydrogen to methane is in the range of 20:80 to 35:65. In some embodiments, the molar ratio of hydrogen to methane is in the range of 25:75 to 30:70. In some embodiments, the carrier gas contains from 5 to 40% v/v. H2. In some embodiments, the carrier gas contains from 10 to 35% v/v. H2. In some embodiments, the carrier gas contains from 15 to 30% v/v. H2. In some embodiments, the carrier gas contains from 20 to 25% v/v. H2. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions have a viscosity of 0.5 to 100 cP. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions have a viscosity of 0.5 to 10 cP.

В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов имеют плотность по шкале API от 25 до 60. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов имеют плотность по шкале API от 40 до 60.In some embodiments, the light hydrocarbon fractions have an API gravity of 25 to 60. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions have an API gravity of 40 to 60.

В некоторых вариантах воплощения изобретения легкие углеводороды имеют молекулярную массу от 60 г/моль до 320 г/моль.In some embodiments, the light hydrocarbons have a molecular weight of from 60 g/mol to 320 g/mol.

В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода во фракции легких углеводородов находится в диапазоне от 2,01 до 2,05. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,05 до 2,1. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,1 до 2,2. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,2 до 2,3. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,3 до 2,4. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,4 до 2,5. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,5 до 2,6. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,6 до 2,7. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,7 до 2,8. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,8 до 2,9. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 2,9 до 3,0. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородахIn some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in the light hydrocarbon fraction is in the range of 2.01 to 2.05. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.05 to 2.1. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.1 to 2.2. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.2 to 2.3. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.3 to 2.4. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.4 to 2.5. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.5 to 2.6. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.6 to 2.7. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.7 to 2.8. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.8 to 2.9. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 2.9 to 3.0. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons

- 11 044982 находится в диапазоне от 3,0 до 3,1. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,1 до 3,2. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,2 до 3,3. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,3 до 3,4. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,4 до 3,5. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,5 до 3,6. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,6 до 3,7. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,7 до 3,8. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,8 до 3,9. В некоторых вариантах воплощения изобретения среднее отношение атомов водорода к атомам углерода в легких углеводородах находится в диапазоне от 3,9 до 4,0.- 11 044982 is in the range from 3.0 to 3.1. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.1 to 3.2. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.2 to 3.3. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.3 to 3.4. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.4 to 3.5. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.5 to 3.6. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.6 to 3.7. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.7 to 3.8. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.8 to 3.9. In some embodiments, the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in light hydrocarbons is in the range of 3.9 to 4.0.

В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше чем 285 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 271 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 257 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 243 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 229 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 215 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 201 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 187 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 173 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 159 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 145 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 131 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 117 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 103 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 89 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 75 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 61 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 47 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 33 г/моль. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с молекулярной массой меньше 19 г/моль.In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 285 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 271 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 257 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 243 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 229 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 215 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 201 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 187 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 173 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 159 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 145 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 131 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 117 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 103 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 89 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 75 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 61 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 47 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 33 g/mol. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a molecular weight of less than 19 g/mol.

В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с точкой кипения при атмосферном давлении меньше чем 175°С. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с точкой кипения при атмосферном давлении меньше 152°С. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с точкой кипения при атмосферном давлении меньше 127°С. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с точкой кипения при атмосферном давлении меньше 99°С. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с точкой кипения при атмосферном давлении меньше 37°С. В некоторых вариантах воплощения изобретения фракции легких углеводородов содержат углеводороды с точкой кипения при атмосферном давлении меньше 2°С.In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with a boiling point at atmospheric pressure of less than 175°C. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with an atmospheric boiling point of less than 152°C. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with an atmospheric boiling point of less than 127°C. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with an atmospheric boiling point of less than 99°C. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with an atmospheric boiling point of less than 37°C. In some embodiments, the light hydrocarbon fractions contain hydrocarbons with an atmospheric boiling point of less than 2°C.

В некоторых вариантах воплощения изобретения электроразрядная камера может также включать газоструйное устройство, предназначенное для введения газа-носителя ближе к разрядному промежутку, чтобы обеспечить смешивание жидкого углеводородного материала с газом-носителем. Газ-носитель может вводиться в жидкий углеводородный материал во время, или непосредственно перед инжектированием в разрядный промежуток. Второй конец отрицательного электрода и второй конец положительного электрода подсоединены к конденсатору. В некоторых вариантах воплощения изобретения предусмотрен источник питания, сконфигурированный с возможностью генерации искрового разряда в межэлектродном разрядном промежутке.In some embodiments, the electrical discharge chamber may also include a gas jet device configured to introduce a carrier gas proximal to the discharge gap to allow mixing of the liquid hydrocarbon material with the carrier gas. The carrier gas may be introduced into the liquid hydrocarbon material during, or immediately before, injection into the discharge gap. The second end of the negative electrode and the second end of the positive electrode are connected to the capacitor. In some embodiments, a power source is provided configured to generate a spark discharge in the interelectrode discharge gap.

- 12 044982- 12 044982

В электроразрядной камере искровой разряд создается в межэлектродном зарядном промежутке, когда на электроды подается напряжение (V), равное или превышающее напряжение пробоя (Vb) межэлектродного промежутка. Искровой разряд инициируется свободными электронами, которые могут появляться на положительном электроде путем автоэлектронной эмиссии или путем других процессов электронной эмиссии. Свободные электроны ускоряются в электрическом поле, простирающемся по промежутку, и, когда газ в промежутке ионизируется, возникает плазменный канал искрового разряда. После создания канала искрового разряда через плазму течет разрядный ток. Напряжение внутри плазменного канала (Vd) ниже напряжения пробоя (Vb).In an electric discharge chamber, a spark discharge is created in the interelectrode charging gap when a voltage (V) equal to or greater than the breakdown voltage ( Vb ) of the interelectrode gap is applied to the electrodes. The spark discharge is initiated by free electrons, which can appear on the positive electrode by field emission or other electron emission processes. Free electrons are accelerated in an electric field extending across the gap, and when the gas in the gap is ionized, a plasma spark discharge channel is created. After creating a spark discharge channel, a discharge current flows through the plasma. The voltage inside the plasma channel ( Vd ) is lower than the breakdown voltage ( Vb ).

В некоторых вариантах воплощения изобретения дуговой разряд создается, когда источника питания достаточно для протекания тока в разрядном канале в непрерывном режиме. Нагрев плазмы имеет место в искровом разряде. В некоторых вариантах воплощения изобретения температура регулируется путем регулировки силы разрядного тока. В некоторых вариантах воплощения изобретения температура регулируется продолжительностью разряда. В определенных вариантах воплощения изобретения в результате плазменного канала, созданного в газе-носителе, температура газа-носителя достигает нескольких тысяч °С.In some embodiments, an arc discharge is created when the power supply is sufficient to continuously flow current in the discharge path. Plasma heating takes place in a spark discharge. In some embodiments, the temperature is controlled by adjusting the discharge current. In some embodiments, the temperature is controlled by the duration of the discharge. In certain embodiments of the invention, as a result of the plasma channel created in the carrier gas, the temperature of the carrier gas reaches several thousand °C.

В некоторых вариантах воплощения изобретения для зажигания искровых разрядов, используются различные генераторы импульсов. В некоторых вариантах воплощения изобретения может использоваться схема, разряжающая предварительный заряд накопительного конденсатора под нагрузкой. Параметры импульсного напряжения при нагрузке определяются емкостью конденсатора, а также параметрами всей разрядной цепи. Потери энергии будут зависеть от характеристик разрядной цепи, в частности, от потерь в искровом разряднике. В некоторых вариантах воплощения настоящей технологии, искровой разрядник прямо используется в качестве нагрузки, то есть плазменного реактора, таким образом снижая потери энергии в разрядной схеме. Кроме того, накопительный конденсатор может быть подключен параллельно искровому промежутку в цепи с минимальной индуктивностью. Пробой разрядного промежутка происходит, когда напряжение на накопительном конденсаторе достигает напряжения пробоя, а подвод энергии в плазму искрового разряда происходит во время разряда конденсатора. Следовательно, потери энергии в этой схеме являются низкими.In some embodiments of the invention, various pulse generators are used to ignite the spark discharges. In some embodiments, a circuit may be used that discharges the precharge of the storage capacitor under load. The parameters of the pulse voltage under load are determined by the capacitance of the capacitor, as well as the parameters of the entire discharge circuit. Energy losses will depend on the characteristics of the discharge circuit, in particular, on losses in the spark gap. In some embodiments of the present technology, the spark gap is directly used as a load, that is, a plasma reactor, thereby reducing energy losses in the discharge circuit. In addition, a storage capacitor can be connected in parallel with the spark gap in a circuit with minimal inductance. Breakdown of the discharge gap occurs when the voltage on the storage capacitor reaches the breakdown voltage, and energy is supplied to the spark discharge plasma during the discharge of the capacitor. Therefore, the energy loss in this circuit is low.

В любом из вышеописанных вариантов воплощения изобретения положительный электрод может иметь форму плоского электрода, например, листа, полотна, или плоского вывода, тогда как отрицательный электрод имеет форму трубки, то есть является канюлированным. Отрицательный канюлированный электрод является полым электродом, через который газ-носитель может быть инжектирован в жидкий углеводородный материал в межэлектродном промежутке. Таким образом, отрицательный канюлированный электрод может служить каналом для газа-носителя. Когда отрицательный электрод является канюлированным, то проход полой трубки будет иметь радиус кривизны в отверстии трубки. Высота или длина разрядного электрода обычно измеряется от основания, которое является точкой его присоединения, до вершины. В некоторых вариантах воплощения изобретения отношение радиуса кривизны к высоте или длине катода может быть больше чем приблизительно 10.In any of the above-described embodiments, the positive electrode may be in the form of a planar electrode, such as a sheet, web, or flat lead, while the negative electrode is in the form of a tube, that is, cannulated. The negative cannulated electrode is a hollow electrode through which a carrier gas can be injected into the liquid hydrocarbon material in the interelectrode space. Thus, the negative cannulated electrode can serve as a channel for carrier gas. When the negative electrode is cannulated, the passage of the hollow tube will have a radius of curvature at the tube opening. The height or length of the discharge electrode is usually measured from the base, which is its attachment point, to the top. In some embodiments, the ratio of the radius of curvature to the height or length of the cathode may be greater than about 10.

Межэлектродный разрядный промежуток, то есть расстояние между двумя электродами, влияет на эффективность процесса. Межэлектродный разрядный промежуток является характеристикой, которую можно оптимизировать, на основе, например, конкретного жидкого углеводородного материала, подаваемого в разрядную камеру, инжектированного газа-носителя и приложенного напряжения и/или тока.The interelectrode discharge gap, that is, the distance between two electrodes, affects the efficiency of the process. The interelectrode discharge gap is a characteristic that can be optimized based on, for example, the particular liquid hydrocarbon material supplied to the discharge chamber, the carrier gas injected, and the applied voltage and/or current.

В некоторых вариантах воплощения изобретения расстояние межэлектродного промежутка составляет от приблизительно 1 мм до 100 мм. В некоторых вариантах воплощения изобретения расстояние межэлектродного промежутка составляет от 3 мм до 20 мм. В некоторых вариантах воплощения изобретения расстояние межэлектродного промежутка составляет от 6 мм до 15 мм. В некоторых вариантах воплощения изобретения расстояние межэлектродного промежутка меньше чем 10 мм. В некоторых вариантах воплощения изобретения расстояние межэлектродного промежутка меньше чем 5 мм. В некоторых вариантах воплощения изобретения расстояние межэлектродного промежутка меньше чем 1 мм. В некоторых вариантах воплощения изобретения расстояние межэлектродного промежутка равно приблизительно 4 мм.In some embodiments, the electrode spacing distance is from about 1 mm to about 100 mm. In some embodiments, the electrode spacing distance is from 3 mm to 20 mm. In some embodiments, the electrode spacing distance is from 6 mm to 15 mm. In some embodiments, the electrode spacing distance is less than 10 mm. In some embodiments, the electrode spacing distance is less than 5 mm. In some embodiments, the electrode spacing distance is less than 1 mm. In some embodiments, the electrode spacing distance is approximately 4 mm.

В некоторых вариантах воплощения изобретения конденсатор заряжается до напряжения от 10 кВ до 100 кВ. В некоторых вариантах воплощения изобретения конденсатор заряжается до напряжения от 20 кВ до 80 кВ. В некоторых вариантах воплощения изобретения конденсатор заряжается до напряжения от 30 кВ до 50 кВ. Отрицательный электрод и положительный электрод могут оба выступать в электроразрядную камеру.In some embodiments, the capacitor is charged to a voltage of between 10 kV and 100 kV. In some embodiments, the capacitor is charged to a voltage between 20 kV and 80 kV. In some embodiments, the capacitor is charged to a voltage of between 30 kV and 50 kV. The negative electrode and the positive electrode may both protrude into the electric discharge chamber.

В некоторых вариантах воплощения изобретения конденсатор может заряжаться до напряжения, равного или превышающего напряжение пробоя газа-носителя, так что происходит образование искрового разряда. В некоторых вариантах воплощения изобретения искровой разряд имеет место между положительным электродом и газом-носителем вблизи первого конца положительного электрода. В некоторых вариантах воплощения изобретения искровой разряд является непрерывным. В других вариантах воплощения изобретения искровой разряд является импульсным. В некоторых вариантах воплощения изобретения скорость искрового разряда регулируется величиной сопротивления в зарядном контуреIn some embodiments, the capacitor may be charged to a voltage equal to or greater than the breakdown voltage of the carrier gas such that a spark discharge occurs. In some embodiments, the spark discharge occurs between the positive electrode and the carrier gas near the first end of the positive electrode. In some embodiments, the spark discharge is continuous. In other embodiments of the invention, the spark discharge is pulsed. In some embodiments, the rate of spark discharge is controlled by the amount of resistance in the charging circuit

- 13 044982 накопительного конденсатора.- 13 044982 storage capacitor.

В некоторых вариантах воплощения изобретения искровой разряд является импульсным искровым разрядом с частотой импульсов. В некоторых вариантах воплощения изобретения частота импульсов находится в диапазоне 15-20 Гц. В некоторых вариантах воплощения изобретения частота импульсов находится в диапазоне 10-15 Гц. В некоторых вариантах воплощения изобретения частота импульсов находится в диапазоне 5-10 Гц. В некоторых вариантах воплощения изобретения частота импульсов находится в диапазоне 1-5 Гц. В некоторых вариантах воплощения изобретения искровой разряд является непрерывным.In some embodiments, the spark discharge is a pulsed spark discharge with a pulse frequency. In some embodiments, the pulse frequency is in the range of 15-20 Hz. In some embodiments, the pulse frequency is in the range of 10-15 Hz. In some embodiments, the pulse frequency is in the range of 5-10 Hz. In some embodiments, the pulse frequency is in the range of 1-5 Hz. In some embodiments, the spark discharge is continuous.

В некоторых вариантах воплощения изобретения ко всей системе подсоединен источник питания, обеспечивающий подвод энергии, необходимый для возбуждения искрового разряда. В некоторых вариантах воплощения изобретения источником питания является источник питания постоянного тока. В некоторых вариантах воплощения изобретения источник питания постоянного тока имеет рабочее напряжение 15-25 кВ. Источник питания зависит от количества разрядных промежутков для обработки углеводородной жидкости, их длины, частоты следования импульсов, скорости потока жидкости через реактор, скорости потока газа через каждый разрядный промежуток.In some embodiments, a power source is connected to the entire system to provide the energy required to initiate the spark discharge. In some embodiments, the power source is a DC power supply. In some embodiments, the DC power supply has an operating voltage of 15-25 kV. The power source depends on the number of discharge gaps for processing the hydrocarbon liquid, their length, pulse repetition rate, liquid flow rate through the reactor, gas flow rate through each discharge gap.

В некоторых вариантах воплощения изобретения установка может включать реактор, в котором используются искровые разрядные промежутки длиной приблизительно 3,5 мм, конденсаторы емкостью приблизительно 100 пикофарад с рабочим напряжением приблизительно 18 кВ и частотой следования импульсов приблизительно 5 Гц. Источник питания может потреблять от 1 до 2 Вт, тогда как плазма может поглощать мощность приблизительно 0,97 Вт прямо в разряде. Оставшаяся энергия может рассеиваться в системе зарядки конденсаторов. В некоторых вариантах воплощения изобретения резервуар или трубопроводная система может соединять впускное отверстие для жидкого углеводородного материала с источником жидкого углеводородного материала, и резервуар или трубопроводная система может быть соединена с первым выпускным отверстием для сбора продуктов фракции легких углеводородов. Продукты фракции легких углеводородов могут быть подвергнуты дальнейшей переработке путем разделения перегонкой компонентов с более низкой молекулярной массой, при этом компоненты с более высокой молекулярной массой возвращаются к впускному отверстию для возможной дальнейшей обработки в электроразрядной камере. Система улавливания газа может быть подключена к выпускному отверстию установки, что позволяет улавливать углеводородные газы с низкой молекулярной массой и/или газыносители, причем последние рециркулируют для повторного инжектирования в качестве газа-носителя, а первые собирают для другого использования.In some embodiments, the apparatus may include a reactor that uses spark gaps of approximately 3.5 mm in length, capacitors of approximately 100 picofarads with an operating voltage of approximately 18 kV and a pulse repetition rate of approximately 5 Hz. The power supply can consume 1 to 2 W, while the plasma can absorb approximately 0.97 W of power directly from the discharge. The remaining energy can be dissipated in the capacitor charging system. In some embodiments, a reservoir or piping system may connect an inlet for liquid hydrocarbon material to a source of liquid hydrocarbon material, and the reservoir or piping system may be connected to a first outlet for collecting light hydrocarbon fraction products. The light hydrocarbon fraction products can be further processed by separating the lower molecular weight components by distillation, with the higher molecular weight components returning to the inlet for possible further processing in an electrical discharge chamber. A gas recovery system may be connected to the outlet of the unit, allowing low molecular weight hydrocarbon gases and/or carrier gases to be captured, the latter being recycled for re-injection as a carrier gas and the former being collected for other uses.

Установка может быть приспособлена к любому конкретному режиму обработки жидких углеводородных материалов. Такая адаптивная гибкость обеспечивает легкий контроль над переработкой сырой нефти, которая может различаться широким диапазоном составов и примесей. Управление технологическими условиями крекинга жидких углеводородных материалов возможно путем изменения лишь нескольких рабочих параметров. Например, такие параметры могут включать изменения длины разрядного промежутка и/или приложенного напряжения (В). Повышение напряжения может приводить к увеличению накопленной на конденсаторе энергии пропорционально квадрату напряжения W=CV2/2. Изменение емкости конденсатора прямо пропорционально изменению энергии W, подводимой к разряду.The installation can be adapted to any specific processing mode of liquid hydrocarbon materials. This adaptive flexibility provides easy control over the processing of crude oils, which can vary in a wide range of compositions and impurities. Control of process conditions for cracking liquid hydrocarbon materials is possible by changing only a few operating parameters. For example, such parameters may include changes in the length of the discharge gap and/or the applied voltage (V). An increase in voltage can lead to an increase in the energy accumulated on the capacitor in proportion to the square of the voltage W=CV 2 /2. The change in capacitance of the capacitor is directly proportional to the change in energy W supplied to the discharge.

Управление частотой следования импульсов может быть достигнуто посредством манипулирования емкостью и сопротивлением схемы. В некоторых вариантах воплощения изобретения частота следования импульсов составляет от приблизительно 1 до приблизительно 10 импульсов в секунду. В других вариантах воплощения изобретения частота следования импульсов составляет от приблизительно 2 до приблизительно 7 импульсов в секунду. В любом из вышеописанных вариантов воплощения изобретения частота следования импульсов составляет от приблизительно 3 до приблизительно 5 импульсов в секунду.Control of the pulse repetition rate can be achieved by manipulating the capacitance and resistance of the circuit. In some embodiments, the pulse rate is from about 1 to about 10 pulses per second. In other embodiments, the pulse rate is from about 2 to about 7 pulses per second. In any of the above-described embodiments, the pulse rate is from about 3 to about 5 pulses per second.

В любом из вариантов воплощения изобретения искровой разряд можно регулировать путем изменения скорости инжектирования газа-носителя или жидких углеводородных материалов. В некоторых вариантах воплощения изобретения искровой разряд регулируют путем управления временем обработки жидких углеводородов и продуктов углеводородной фракции в электроразрядной камере.In any of the embodiments of the invention, the spark discharge can be controlled by changing the injection rate of the carrier gas or liquid hydrocarbon materials. In some embodiments, the spark discharge is controlled by controlling the time of processing of liquid hydrocarbons and hydrocarbon fraction products in the electric discharge chamber.

В некоторых вариантах воплощения изобретения в межэлектродном промежутке могут формироваться потоки или струи газа-носителя различного диаметра в зависимости от скорости потока газа и вязкости жидкого углеводородного материала или фракций легких углеводородов. В некоторых вариантах воплощения изобретения плазма искрового разряда не находится в прямом контакте с жидким углеводородным материалом из-за газовой струи большого диаметра, если она формируется при высокой скорости потока газа-носителя. В вариантах воплощения изобретения с низкой скоростью потока газаносителя, диаметр газовой струи сопоставим с диаметром канала искрового разряда. В таких вариантах воплощения изобретения происходит интенсивное взаимодействие между плазмой разряда и окружающей жидкостью. Интенсивное взаимодействие указывает на то, что площадь контакта плазменного канала с жидкостью максимально увеличена.In some embodiments of the invention, streams or jets of carrier gas of various diameters can be formed in the interelectrode gap depending on the gas flow rate and the viscosity of the liquid hydrocarbon material or light hydrocarbon fractions. In some embodiments, the spark discharge plasma is not in direct contact with the liquid hydrocarbon material due to the large diameter gas jet if generated at a high carrier gas flow rate. In embodiments of the invention with a low flow rate of the carrier gas, the diameter of the gas jet is comparable to the diameter of the spark discharge channel. In such embodiments, there is intense interaction between the discharge plasma and the surrounding fluid. Intense interaction indicates that the contact area of the plasma channel with the liquid is maximized.

Способ и установка, описанные в данном документе, обеспечивают несколько преимуществ по сравнению с другими известными способами. Например, в известном в настоящее время способе, предThe method and apparatus described herein provide several advantages over other known methods. For example, in the currently known method,

- 14 044982 ставленном в патенте США № 5626726, используется гетерогенная смесь жидкости и газа, в которой создается дуга. В вариантах воплощения предлагаемой технологии, для реализации искрового разряда используется струя газа, распространяющаяся в жидкости. Более того, для пробоя разрядного промежутка в гетерогенной смеси требуется высокая напряженность электрического поля, для чего в патенте '726 использовались короткие разрядные промежутки. Короткие разрядные промежутки и связанная с этим длительная работа электрических разрядов приводит к износу электродов разрядных промежутков с одновременным увеличением длины промежутка и напряжения пробоя. При фиксированном рабочем напряжении с увеличением длины разряд в промежутке уменьшается и в конечном итоге прекращается. В отличие от этого, в технологии, согласно настоящему изобретению, поскольку электрический пробой происходит в газе, для которого электрическое поле пробоя значительно ниже, чем у жидкости (например, нефти), более длинные разрядные промежутки можно использовать для того же значения рабочего напряжения. Благодаря возможности использовать более длинные разрядные промежутки, повышение напряжения пробоя мало влияет на электроды, поэтому зажигание разряда является стабильным при фиксированном рабочем напряжении.- 14 044982 set forth in US patent No. 5626726, uses a heterogeneous mixture of liquid and gas in which an arc is created. In embodiments of the proposed technology, a gas jet propagating in a liquid is used to implement a spark discharge. Moreover, breakdown of the discharge gap in a heterogeneous mixture requires a high electric field strength, for which short discharge gaps were used in the '726 patent. Short discharge gaps and the associated long-term operation of electrical discharges lead to wear of the discharge gap electrodes with a simultaneous increase in the gap length and breakdown voltage. At a fixed operating voltage, as the length increases, the discharge in the gap decreases and eventually stops. In contrast, in the technology according to the present invention, since electrical breakdown occurs in a gas for which the electrical breakdown field is much lower than that of a liquid (eg oil), longer discharge gaps can be used for the same operating voltage. Due to the ability to use longer discharge intervals, increasing the breakdown voltage has little effect on the electrodes, so discharge ignition is stable at a fixed operating voltage.

Изобретение дополнительно определяется следующими вариантами воплощения изобретения:The invention is further defined by the following embodiments:

Вариант воплощения изобретения А. Способ крекинга жидких углеводородных материалов во фракции легких углеводородов с использованием искрового разряда, способ включающий: прохождение жидкого углеводородного материала через электроразрядную камеру и в межэлектродный промежуток внутри электроразрядной камеры, в которой межэлектродный промежуток образован между отрицательным электродом, имеющим первый конец и второй конец, и положительным электродом, имеющим первый конец и второй конец, при этом в электроразрядной камере первый конец отрицательного электрода отстоит от первого конца положительного электрода на расстояние, которое определяет межэлектродный промежуток; инжектирование газа-носителя, содержащего водород (H2) и метан, в жидкий углеводородный материал, когда он входит в межэлектродный промежуток, чтобы образовать газожидкостную углеводородную смесь; и воздействие на газожидкостную углеводородную смесь током между электродами при напряжении, достаточном для возникновения искрового разряда; при этом второй конец отрицательного электрода и второй конец положительного электрода подсоединены к конденсатору; и конденсатор заряжается до напряжения, равного или превышающего напряжение пробоя газа-носителя.Embodiment A. A method for cracking liquid hydrocarbon materials into a light hydrocarbon fraction using a spark discharge, the method comprising: passing the liquid hydrocarbon material through an electric discharge chamber and into an interelectrode gap within the electric discharge chamber, in which an interelectrode gap is formed between a negative electrode having a first end and a second end, and a positive electrode having a first end and a second end, wherein in the electric discharge chamber the first end of the negative electrode is spaced from the first end of the positive electrode by a distance that determines the interelectrode gap; injecting a carrier gas containing hydrogen (H2) and methane into the liquid hydrocarbon material as it enters the interelectrode gap to form a gas-liquid hydrocarbon mixture; and exposing the gas-liquid hydrocarbon mixture to a current between the electrodes at a voltage sufficient to cause a spark discharge; wherein the second end of the negative electrode and the second end of the positive electrode are connected to the capacitor; and the capacitor is charged to a voltage equal to or greater than the breakdown voltage of the carrier gas.

Вариант воплощения изобретения В. Способ по Варианту воплощения изобретения А, в котором газ-носитель состоит из водорода (H2) и метана. Вариант воплощения изобретения С. Способ по Варианту воплощения изобретения А или В, в котором газ-носитель содержит от 15% об./об. до 30% об./об. водорода.Embodiment B. The method of Embodiment A, wherein the carrier gas consists of hydrogen (H 2 ) and methane. Embodiment C. The method according to Embodiment A or B, wherein the carrier gas contains from 15% v/v. up to 30% v/v hydrogen.

Вариант воплощения изобретения D. Способ по любому из Вариантов воплощения изобретения АС, в котором искровой разряд является импульсным искровым разрядом.Embodiment D. The method of any one of Embodiments AC, wherein the spark discharge is a pulsed spark discharge.

Вариант воплощения изобретения Е. Способ по любому из Вариантов воплощения изобретения AD, дополнительно включающий извлечение фракций легких углеводородов, образующихся в результате воздействия импульсного искрового разряда на газожидкостную углеводородную смесь.Embodiment E. The method according to any one of Embodiments AD, further comprising recovering light hydrocarbon fractions resulting from the action of a pulsed spark discharge on a gas-liquid hydrocarbon mixture.

Вариант воплощения изобретения F. Способ по любому из Вариантов воплощения изобретения АЕ, в котором фракции легких углеводородов имеют вязкость меньше чем 100 сП.Embodiment F. The method of any one of Embodiments AE, wherein the light hydrocarbon fractions have a viscosity of less than 100 cP.

Вариант воплощения изобретения G. Способ по любому из Вариантов воплощения изобретения AF, в котором фракции легких углеводородов имеют плотность по шкале API больше чем 30.Embodiment G. The method of any one of Embodiments AF, wherein the light hydrocarbon fractions have an API gravity greater than 30.

Вариант воплощения изобретения Н. Способ по любому из Вариантов воплощения изобретения AG, в котором среднее отношение атомов водорода к атомам углерода во фракциях легких углеводородов составляет от 2 до 2,5.Embodiment H. The method of any one of Embodiments AG, wherein the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in the light hydrocarbon fractions is from 2 to 2.5.

Вариант воплощения изобретения I. Способ по любому из Вариантов воплощения изобретения А-Н, в котором концентрация водорода и/или метана в газе-носителе изменяется во времени в период инжектирования газа-носителя в жидкие углеводороды.Embodiment I. The method according to any one of Embodiments A-H, wherein the concentration of hydrogen and/or methane in the carrier gas changes over time during the period of injection of the carrier gas into the liquid hydrocarbons.

Вариант воплощения изобретения J. Способ по любому из Вариантов воплощения изобретения A-I, в котором газ-носитель, введенный в жидкие углеводороды, рециркулирует из газожидкостной углеводородной смеси.Embodiment J. The method of any one of Embodiments A-I, wherein the carrier gas introduced into the liquid hydrocarbons is recycled from the gas-liquid hydrocarbon mixture.

Вариант воплощения изобретения K. Установка для конверсии жидкого углеводородного материала во фракцию легких углеводородов, при этом установка включает: камеру искрового разряда, содержащую отрицательный электрод, имеющий первый конец и второй конец, и положительный электрод, имеющий первый конец и второй конец, при этом первый конец отрицательного электрода отстоит от первого конца положительного электрода на расстояние, которое определяет межэлектродный промежуток, и при этом второй конец отрицательного электрода и второй конец положительного электрода подсоединены к конденсатору; впускное отверстие для газа-носителя для подвода газа-носителя, содержащего водород и метан, к жидкому углеводородному материалу; впускное отверстие, предназначенное для ввода жидкого углеводородного материала в камеру искрового разряда; и выпускное отверстие, предназначенное для вывода фракции легких углеводородов из камеры искрового разряда.Embodiment K. An apparatus for converting liquid hydrocarbon material into a light hydrocarbon fraction, the apparatus comprising: a spark chamber comprising a negative electrode having a first end and a second end, and a positive electrode having a first end and a second end, wherein the first the end of the negative electrode is spaced from the first end of the positive electrode by a distance that defines the interelectrode gap, and the second end of the negative electrode and the second end of the positive electrode are connected to the capacitor; a carrier gas inlet for supplying a carrier gas containing hydrogen and methane to the liquid hydrocarbon material; an inlet port for introducing liquid hydrocarbon material into the spark chamber; and an outlet designed to remove the light hydrocarbon fraction from the spark discharge chamber.

Вариант воплощения изобретения L. Установка по Варианту воплощения изобретения K, в которой газ-носитель содержит от 15% об./об. до 30% об./об. водорода.Embodiment L. Installation according to Embodiment K, in which the carrier gas contains from 15% v/v. up to 30% v/v hydrogen.

- 15 044982- 15 044982

Вариант воплощения изобретения М. Установка по Варианту воплощения изобретения K или L, в которой фракции легких углеводородов имеют вязкость меньше чем 100 сП.Embodiment M. A plant according to Embodiment K or L, wherein the light hydrocarbon fractions have a viscosity of less than 100 cP.

Вариант воплощения изобретения N. Установка по любому из вариантов воплощения изобретенияEmbodiment N. Installation according to any one of the embodiments of the invention

K-М, в которой фракции легких углеводородов имеют плотность по шкале API больше чем 30.K-M, in which light hydrocarbon fractions have an API density of more than 30.

Вариант воплощения изобретения О. Установка по любому из вариантов воплощения изобретения K-N, в которой среднее отношение атомов водорода к атомам углерода во фракциях легких углеводородов составляет от 2 до 2,5.Embodiment O. A plant according to any one of the K-N embodiments, wherein the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in the light hydrocarbon fractions is from 2 to 2.5.

Вариант воплощения изобретения Р. Установка по любому из вариантов воплощения изобретения K-О, в которой конденсатор заряжается до напряжения, равного или превышающего напряжение пробоя газа-носителя.Embodiment P. An apparatus according to any one of the K-O embodiments, in which the capacitor is charged to a voltage equal to or greater than the breakdown voltage of the carrier gas.

СсылкиLinks

[1]Zhang N, Zhao S, Sun X, Zhiming X, Chunming X (2010) Storage stability of the visbreaking product from Venezuela heavy oil. Energy Fuels 24:3970-3979[1] Zhang N, Zhao S, Sun X, Zhiming X, Chunming X (2010) Storage stability of the visbreaking product from Venezuela heavy oil. Energy Fuels 24:3970–3979

[2]Martinez-Palou R, Maria de Lourdes M, Beatriz Z-R, Elizabeth M-J, Cesar B-H, Juan de la Cruz C-L, Jorge A (2011) Transportation of heavy and extra-heavy crude oil by pipeline: a review. J Pet Sci Eng 75:274282[2] Martinez-Palou R, Maria de Lourdes M, Beatriz Z-R, Elizabeth M-J, Cesar B-H, Juan de la Cruz C-L, Jorge A (2011) Transportation of heavy and extra-heavy crude oil by pipeline: a review. J Pet Sci Eng 75:274282

[3]Hart, A. (2013). A review of technologies for transporting heavy crude oil and bitumen via pipelines. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 4(3), 327-336. doi:10.1007/sl3202-013-0086-6[3]Hart, A. (2013). A review of technologies for transporting heavy crude oil and bitumen via pipelines. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 4(3), 327-336. doi:10.1007/sl3202-013-0086-6

[4]Chaudhuri, U. R. (2011). Fundamentals of petroleum and petrochemical engineering (p.52-53). Boca Raton, FL: CRC Press.[4]Chaudhuri, U. R. (2011). Fundamentals of petroleum and petrochemical engineering (p.52-53). Boca Raton, FL: CRC Press.

[5]Eser, S. (n.d.). Cut Points. Retrieved March 26, 2018, из https://www.e-education.psu.edu/fsc432/ content/cut-points.[5]Eser, S. (n.d.). Cut Points. Retrieved March 26, 2018, from https://www.e-education.psu.edu/fsc432/content/cut-points.

[6]Jechura, J. (n.d.). Hydroprocessing: Hydrotreating and hydrotreating. Retrieved March 25, 2018, из http://inside.mines.edu/~jjechura/Refining/08_Hydroprocessing.pdf[6]Jechura, J. (n.d.). Hydroprocessing: Hydrotreating and hydrotreating. Retrieved March 25, 2018, from http://inside.mines.edu/~jjechura/Refining/08_Hydroprocessing.pdf

[7]En.wikipedia.org. (2018). Fluid catalytic cracking, [online] [Доступно 6 Apr. 2018].[7]En.wikipedia.org. (2018). Fluid catalytic cracking, [online] [Available 6 Apr. 2018].

[8]Kaiser, M. J., & Gary, J. H. (2007). Study updates refinery investment cost curves. Oil and Gas Journal, 84-94. Retrieved March 25, 2018.[8]Kaiser, M. J., & Gary, J. H. (2007). Study updates refinery investment cost curves. Oil and Gas Journal, 84-94. Retrieved March 25, 2018.

В рамках настоящего изобретения, если не указано иное, существительное в единственном числе означает один или более.For purposes of the present invention, unless otherwise indicated, a singular noun means one or more.

В контексте данного документа, термин приблизительно будет понятен специалистам в данной области техники и будет варьировать до некоторой степени в зависимости от контекста, в котором он используется. Если специалистам в данной области техники не всегда понятно использование термина, учитывая контекст, в котором он используется, то приблизительно будет означать до плюс или минус 10% от конкретной величины.As used herein, the term will roughly be understood by those skilled in the art and will vary to some extent depending on the context in which it is used. If the use of the term is not readily apparent to those skilled in the art, given the context in which it is used, approximately will mean up to plus or minus 10% of a specific value.

Все публикации, заявки на патент, выданные патенты или другие документы, на которые ссылаются в этом описании, введены в настоящий документ путем ссылки, как если бы каждая отдельная публикация, заявка на патент, выданный патент или другой документ были конкретно и индивидуально указаны, как включенные путем ссылки в полном объеме. Определения, содержащиеся в тексте, включенном путем ссылки, исключаются в той степени, в которой они противоречат определениям в данном описании.All publications, patent applications, issued patents or other documents referred to in this specification are incorporated herein by reference as if each individual publication, patent application, issued patent or other document were specifically and individually identified as incorporated by reference in their entirety. Definitions contained in the text incorporated by reference are excluded to the extent that they conflict with the definitions herein.

Варианты воплощения изобретения, иллюстративно описанные здесь, могут подходящим образом применяться на практике при отсутствии какого-либо элемента или элементов, ограничения или ограничений, конкретно не раскрытых в данном документе. Таким образом, например, термины включающий, содержащий и им подобные, следует читать в широком смысле и без ограничений. Кроме того, приведенные здесь термины и выражения имеют описательное, но неограничивающее значение, то есть, использование таких терминов и выражений не предназначено для исключения каких-либо эквивалентов указанных и описанных характеристик или их частей, но подразумевает, что в рамках заявленной технологии возможны различные модификации. Кроме того, фразу состоящий практически из следует понимать, как включающую элементы, которые конкретно перечисляются, и дополнительные элементы, которые не оказывают существенного влияния на основные и новые характеристики заявленной технологии. Фраза состоящий из исключает любой неуказанный элемент.The embodiments of the invention illustratively described herein may be suitably practiced in the absence of any element or elements, limitation or limitations not specifically disclosed herein. Thus, for example, the terms including, containing, and the like should be read broadly and without limitation. In addition, the terms and expressions given herein have a descriptive but non-limiting meaning, that is, the use of such terms and expressions is not intended to exclude any equivalents of the specified and described characteristics or parts thereof, but implies that various modifications are possible within the stated technology . In addition, the phrase consisting substantially of should be understood to include the elements that are specifically enumerated and additional elements that do not materially affect the essential and novel characteristics of the claimed technology. The phrase consisting of excludes any unspecified element.

Настоящее изобретение не ограничивается конкретными вариантами воплощения изобретения, описанными в этой заявке, которые предназначены для иллюстрации различных аспектов. Специалистам в данной области техники очевидно, что многие модификации и вариации могут быть внесены без отклонения от сущности и объема изобретения. Функционально эквивалентные композиции, установки и способы в рамках настоящего описания, в дополнение к перечисленным в данном документе, очевидны специалистам в данной области техники из предшествующего описания. Подразумевается, что такие модификации и вариации попадают в объем прилагаемой формулы изобретения. Настоящее описание должно быть ограничено только условиями прилагаемой формулы изобретения вместе с полным объемом эквивалентов, на которые такая формула изобретения имеет право. Следует понимать, что данное описание не ограничивается конкретными способами, реагентами, составами соединений или биологическими системами, которые, конечно, могут варьировать. Также следует понимать, что терминология,The present invention is not limited to the specific embodiments described in this application, which are intended to illustrate various aspects. It will be apparent to those skilled in the art that many modifications and variations may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Functionally equivalent compositions, apparatuses and methods within the scope of this specification, in addition to those listed herein, will be apparent to those skilled in the art from the preceding description. It is intended that such modifications and variations fall within the scope of the appended claims. This specification is intended to be limited only by the terms of the appended claims together with the full scope of equivalents to which such claims are entitled. It should be understood that this description is not limited to specific methods, reagents, compound compositions or biological systems, which, of course, may vary. It should also be understood that the terminology

--

Claims (10)

используемая в данном документе, предназначена только для описания конкретных вариантов воплощения изобретения и не предназначена для ограничения.used herein is intended only to describe specific embodiments of the invention and is not intended to be limiting. Кроме того, если признаки или аспекты изобретения описаны в терминах групп Маркуша, специалисты в данной области техники поймут, что изобретение также таким образом описано в терминах любого отдельного члена или подгруппы членов группы Маркуша.Moreover, if features or aspects of the invention are described in terms of Markush groups, those skilled in the art will understand that the invention is also thus described in terms of any individual member or subgroup of members of the Markush group. Специалисту в данной области техники понятно, что для любых и всех целей, в частности, для представления письменного описания, все диапазоны, раскрытые в данном документе, также включают любые и все возможные поддиапазоны, и комбинации поддиапазонов. Любой указанный диапазон можно легко распознать, как достаточно описывающий и позволяющий разбить тот же диапазон по меньшей мере на равные половины, трети, четверти, пятые, десятые и тому подобное. В качестве неограничивающего примера каждый обсуждаемый здесь диапазон может быть легко разбит на нижнюю треть, среднюю треть и верхнюю треть и тому подобное. Также специалисту в данной области техники понятно, что все языковые обороты, такие как вплоть до, по меньшей мере, больше чем, меньше чем и тому подобные включают указанное число и относятся к диапазонам, которые впоследствии могут быть разбиты на поддиапазоны, как обсуждалось выше. Наконец, специалисту в данной области техники понятно, что диапазон включает каждый отдельный член диапазона.One skilled in the art will understand that, for any and all purposes, particularly for the purpose of providing a written description, all ranges disclosed herein also include any and all possible sub-ranges, and combinations of sub-ranges. Any specified range can be easily recognized as being sufficiently descriptive to allow the same range to be broken down into at least equal halves, thirds, quarters, fifths, tenths, and the like. By way of non-limiting example, each range discussed herein can easily be broken down into a lower third, a middle third, and an upper third, and the like. It will also be understood by one skilled in the art that all linguistic expressions such as up to at least more than, less than, and the like include the number indicated and refer to ranges that can subsequently be broken down into subranges as discussed above. Finally, one skilled in the art will understand that the range includes each individual term of the range. Хотя проиллюстрированы и описаны определенные варианты воплощения изобретения, следует понимать, что специалисты в данной области техники могут вносить в них изменения и модификации без отклонения от технологии в ее более широких аспектах, как определено в следующей формуле изобретения.While certain embodiments of the invention have been illustrated and described, it should be understood that changes and modifications thereto may be made by those skilled in the art without departing from the technology in its broader aspects as defined in the following claims. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ крекинга жидких углеводородных материалов во фракции легких углеводородов с использованием искрового разряда, включающий:1. A method for cracking liquid hydrocarbon materials into the light hydrocarbon fraction using a spark discharge, including: прохождение жидкого углеводородного материала через электроразрядную камеру и в межэлектродный промежуток внутри электроразрядной камеры, в которой межэлектродный промежуток образован между отрицательным электродом, имеющим первый конец и второй конец, и положительным электродом, имеющим первый конец и второй конец, при этом в электроразрядной камере первый конец отрицательного электрода отстоит от первого конца положительного электрода на расстояние, которое определяет межэлектродный промежуток;the passage of liquid hydrocarbon material through the electric discharge chamber and into the interelectrode gap inside the electric discharge chamber, in which the interelectrode gap is formed between a negative electrode having a first end and a second end, and a positive electrode having a first end and a second end, while in the electric discharge chamber the first end of the negative the electrode is spaced from the first end of the positive electrode at a distance that determines the interelectrode gap; инжектирование газа-носителя, содержащего водород (H2) и метан, в жидкий углеводородный материал, когда он входит в межэлектродный промежуток, чтобы образовать газожидкостную углеводородную смесь, причем газ-носитель содержит от 15% об./об. до 30% об./об. водорода, причем водород добавлен в газ-носитель для достижения эффективной конверсии жидких углеводородных материалов во фракции легких углеводородов при одновременном снижении образования твердых частиц в зоне реакции электроразрядной камеры, но при этом избегают избытка водорода таким образом, чтобы предотвратить ослабление снижения образования твердых частиц; и воздействие на газожидкостную углеводородную смесь током между электродами при напряжении, достаточном для возникновения искрового разряда;injecting a carrier gas containing hydrogen (H2) and methane into the liquid hydrocarbon material as it enters the interelectrode gap to form a gas-liquid hydrocarbon mixture, the carrier gas containing from 15% v/v. up to 30% v/v hydrogen, wherein hydrogen is added to the carrier gas to achieve efficient conversion of liquid hydrocarbon materials into light hydrocarbon fractions while reducing the formation of particulates in the reaction zone of the electric discharge chamber, but avoiding excess hydrogen so as to prevent the reduction of the reduction of particulates from being weakened; and exposing the gas-liquid hydrocarbon mixture to a current between the electrodes at a voltage sufficient to cause a spark discharge; при этом второй конец отрицательного электрода и второй конец положительного электрода подсоединены к конденсатору; и конденсатор заряжается до напряжения, равного или превышающего напряжение пробоя газаносителя.wherein the second end of the negative electrode and the second end of the positive electrode are connected to the capacitor; and the capacitor is charged to a voltage equal to or greater than the breakdown voltage of the carrier gas. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газ-носитель состоит из водорода (H2) и метана.2. The method according to claim 1, characterized in that the carrier gas consists of hydrogen (H2) and methane. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что искровой разряд является импульсным искровым разрядом.3. The method according to claim 1, characterized in that the spark discharge is a pulsed spark discharge. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что дополнительно включает извлечение фракций легких углеводородов, образующихся в результате воздействия импульсного искрового разряда на газожидкостную углеводородную смесь.4. The method according to claim 3, characterized in that it additionally includes the extraction of light hydrocarbon fractions formed as a result of the action of a pulsed spark discharge on a gas-liquid hydrocarbon mixture. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что фракции легких углеводородов имеют вязкость меньше чем 100 сП.5. The method according to claim 1, characterized in that the light hydrocarbon fractions have a viscosity of less than 100 cP. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что фракции легких углеводородов имеют плотность по шкале API больше чем 30.6. The method according to claim 1, characterized in that the light hydrocarbon fractions have an API density of more than 30. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что среднее отношение атомов водорода к атомам углерода во фракциях легких углеводородов составляет от 2 до 2,5.7. The method according to claim 1, characterized in that the average ratio of hydrogen atoms to carbon atoms in the fractions of light hydrocarbons is from 2 to 2.5. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация водорода и/или метана в газе-носителе изменяется во времени в период инжектирования газа-носителя в жидкие углеводороды.8. The method according to claim 1, characterized in that the concentration of hydrogen and/or methane in the carrier gas changes over time during the period of injection of the carrier gas into liquid hydrocarbons. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что газ-носитель, введенный в жидкие углеводороды, рециркулирует из газожидкостной углеводородной смеси.9. The method according to claim 1, characterized in that the carrier gas introduced into the liquid hydrocarbons is recirculated from the gas-liquid hydrocarbon mixture. 10. Установка для осуществления способа по п.1, включающая:10. Installation for implementing the method according to claim 1, including: указанную электроразрядную камеру, содержащую указанный отрицательный электрод и указан-the specified electric discharge chamber containing the specified negative electrode and the specified
EA202092426 2018-04-20 2019-04-19 ELECTRIC DISCHARGE IN A MIXTURE OF METHANE AND HYDROGEN IMMEDIED IN LIQUID HYDROCARBONS EA044982B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/660,725 2018-04-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA044982B1 true EA044982B1 (en) 2023-10-18

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9988579B2 (en) Process for cracking of liquid hydrocarbon materials by pulsed electrical discharge and device for its implementation
JP6080758B2 (en) Removal of sulfur compounds from petroleum streams.
US5626726A (en) Method for cracking hydrocarbon compositions using a submerged reactive plasma system
US20080099377A1 (en) Process for upgrading heavy hydrocarbon oils
US20230340337A1 (en) Process for partial upgrading of heavy oil
EP3201296A1 (en) Process for producing aromatics from wide-boiling temperature hydrocarbon feedstocks
AU2019256718B2 (en) Efficient circuit in pulsed electrical discharge processing
US11390815B2 (en) Submerged methane and hydrogen mixture discharge in liquid hydrocarbons
EA044982B1 (en) ELECTRIC DISCHARGE IN A MIXTURE OF METHANE AND HYDROGEN IMMEDIED IN LIQUID HYDROCARBONS
US20210160996A1 (en) Heavy oil cracking device scaleup with multiple electrical discharge modules
US12116533B2 (en) Efficient circuit in pulsed electrical discharge processing
EA043985B1 (en) DEVICE FOR HYDROCARBON CONVERSION
WO2024163505A2 (en) High speed continuous flow reactor for hydrocarbon reforming
EA043893B1 (en) METHOD FOR PARTIAL UPGRADING OF HEAVY OIL
EA041733B1 (en) SCALING A DEVICE FOR CRACKING HEAVY OIL USING MULTIPLE ELECTRIC DISCHARGE MODULES
Adkins Plasma Processing of Oils Using a Corona Reactor