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“增产”的石油——超声技术新应用

供稿人:卞志昕  供稿时间:2005-11-18   关键字:超声波  石油    
超声波作为一种新兴技术用于传统工艺中往往会有惊奇的作用和非凡的表现。近年来,在石油加工方面超声波的空化作用已逐渐成为研究的热点,空化时所形成的微小的气泡大大增加了两相间的接触面积,十分有利于相间反应的发生。同时,空化时因微小气泡产生和破灭的十分迅速,会产生局部的高温和高压,这会使某些反应苛刻的反应条件温和化,甚至在常温常压下进行,大大减少了投资费用。在石油加工行业有着十分广阔的前景。目前在石油产业中用到的超声波技术包括:测定石油产品密度,强化原油破乳脱盐、降低稠油粘度、处理石油污水和超声波脱硫。
 
突破——SonocrackingTM
 
最近,一项名为SonocrackingTM的超声石油氧化脱硫技术正受到全球各大石油公司的关注。
 
美国SulphCo Inc.开发的这种技术将石油燃料与非常少量的氧化剂、表面活性剂和水进行液体混合,形成一种水相-有机相的混合介质。将这种介质连续注人到超声波室。经超声波作用后从超声波室流出来的混合物便可很容易地分层,成为水相和有机相。其中的有机相即为脱过硫的石油燃料。该工艺主要通过反应器内超声波的空化作用,使油相与水相的剧烈混合,并可在几ns的超短时问内,使混合物料内的局部温度达到几千度并且局部压力超过1013.2 MPa,这使得混合物料产生过氧化氢。过氧化氢参与硫化物的氧化反应,将其变成硫酸盐、亚砜和极少量的砜。溶剂再生后可循环使用。亚砜和硫酸盐可生产硫磺或其他产品。据这项技术的发明人Rudolf Gunnerman,也是SulphCo Inc.的主席兼CEO解释:这种超声波技术可使一桶原油的产量提高35%,而且他相信,如果使用性能更先进的机器,甚至将能使石油产量增幅由35%提升至50%。
 
历程——Rudolf Gunnerman和SulphCo Inc.
 
今天,众多石油公司都想与SulphCo Inc.合作,要求获得其SonocrackingTM技术专利,发明者Rudolf Gunnerman几乎平起平坐地与一些石油公司的老板们谈判,但两年多前,当他向工程师们提及他的超声波故事时,换来的却是嘲笑。
 
追述SonocrackingTM的开发史,Rudolf Gunnerman从1997年就在加利福尼亚大学建立了一个研究室,并在那里发展了这种工艺技术的基础理论。
 
2000年12月,他离开校园,自己创业,在里诺(内华达州)成立了自己的公司——SulphCo Inc.。
 
2004年8月,SulphCo Inc.与ChevronTexaco公司下的ChevronTexaco能源技术公司合作,共同开发提高超声技术。
 
2005年5月,SulphCo Inc.为生产 SonocrackingTM 超声波设备的关键部件与德国 Markisches Werk GmbH(简称MWH)签署了一项协议。根据该协议,MWH 将为 SulphCo 的SonocrackingTM 设备生产探头组件和反应器,同时提供技术设计和开发协助。
 
2005年7月,SulphCo Inc.与台湾Jaie Haour集团签订制造协议。协议要求JH集团生产Sonocracking单元的框架、管道等,并提供部件来源、技术设计和开发帮助,同时也提供设备安装支持人员。
 
2005年8月~9月,SulphCo Inc.公司完成其首个日产2000桶的 Sonocracking 设备的建造和测试。该设备的部件已经运至韩国,在韩国的OIL-SC 客户点安装。这个日产2000桶的设备由若干主要部件组成,包括不锈钢中间贮槽和管道、自动阀和测量设备、脱水装置,以及带有触摸屏 PLC逻辑的控制板。该设备还包括重要的 Sonocracking 超声波部件和电源。

该设备由 SulphCo 的工程技术人员设计,很多部件由SulphCo,以及德国和台湾的第三方供应商共同建造。该设备的设计和建造目的是满足韩国的许可规范,而该规范使强制性的防爆设计参数的列入成为必要。
 
如今,SulphCo Inc.已在AMEC上市,公司CEO——Rudolf Gunnerman还计划到2007年每天炼油60万桶,2009年达到2200万桶。用长远的观点看,Rudolf Gunnerman将成为世界首富,也许在几个月内就能实现。
 
专利——超声氧化脱硫
 
一项重大技术变革的前后,都可通过其申请的专利来透视出技术发展过程。SonocrackingTM技术也不例外。
 
从2002年起,SulphCo Inc.就开始申请超声氧化脱硫技术专利,在技术逐渐成熟后,又申请了相关设备的专利,至今已申请了6项美国发明专利,5项已授权。表1列出了SulphCo Inc.公司与超声氧化脱硫相关的专利。
 
表1:SulphCo Inc.公司申请的超声氧化脱硫相关专利
专利号
专利名称
申请日
专利族
US6402939 B1
化石燃料的超声氧化脱硫
Oxidative desulfurization of fossil fuels with ultrasound
20020611
WO 200226916 A1
AU 200193043 A
NO 200301403 A
EP 1335962 A1
RU 2235754 C1
MX 2003002702 A1
US6500219 B1
化石燃料超声氧化脱硫连续工艺及产品
Continuous process for oxidative desulfurization of fossil fuels with ultrasound and products thereof
20021231
WO 200274884 A1
US 20030014911 A1
NO 200304161 A
EP 1409614 A1
AU 2002254291 A1
RU 2233862 C1
MX 2003008432 A1
US6652992 B1
防腐蚀超声扩音器
Corrosion resistant ultrasonic horn
20031125
WO 200462101 A1
AU 2003299571 A1
NO 200405213 A
EP 1573909  A1
MX 2004012597 A1
US6827844 B2
二烷基醚存在下的石油超声辅助脱硫
Ultrasound-assisted desulfurization of fossil fuels in the presence of dialkyl ethers
20041207
US 20040079680 A1
WO 200437370 A2
AU 2003277274 A1
NO 200405202 A
EP 1554362 A2
MX 2004012588 A1
US6897628 B2
高能超声发生器和其在化学反应器中的使用
High-power ultrasound generator and use in chemical reactions
20050524
US 20040227414 A1
WO 2004105085 A1
US20050205463 A1
利用超声转换石油残渣成可用油
Conversion of petroleum resid to usable oils with ultrasound
20050922
WO 200591859 A2
 
在已申请的6项专利中,有2项是关于超声氧化脱硫的设备专利,另5项均为技术专利。
 
(1)设备专利
 
2项设备专利分别关于防腐蚀超声扩音器与高能超声发生器。
 
在其超声扩音器中采用了钛基材料为外壳,银基材料为核心,外壳壁厚0.5~1.0cm,该扩音器材料选择使其能很好的起到防腐蚀的作用。此外,该种扩音器最适宜在20 kHz到200kHz的频率下使用,超声波声能强度可在非常广的范围内变化,最佳时能产生50W/cm2~100W/cm2的能量。
高能超声发生器除包括超声扩音器装置外,还包括超声波传感器,其与超声波扩音器相连,产生机械震荡,并传送震动,以产生所说的超声波音频。
 
(2)技术专利
 
从2002年第一份超声脱硫专利开始,SulphCo Inc.不断完善着技术,并扩大应用层面。最初的US6402939,主要介绍其工艺:将含水和过氧化氢的化石燃料去除含砜物质;之后的专利,应用超声技术去除柴油中的砜,产生无硫柴油;US6827844则介绍了含水和二烷基醚的化石燃料超声脱硫工艺;最新的一项美国专利US20050205463则对石油残渣进行脱硫处理,将重油变为轻油,整个油品的沸点也由高沸点转变为低沸点,残渣油变为可用石油。
 
另外,发明人Rudolf Gunnerman在2001年5月22日还申请过一篇美国专利,公开号为US 20030051988,在这篇专利中,最早提出了用超声的方法对原油进行水相与有机相的分离,此方法可提高原油API值,增加柴油十六烷指数,还可以减少硫或氮的含量。
 
超声脱硫由于降低了原本苛刻的操作条件,使其操作更为简便,在常温常压下就可进行反应,并减少了大量投资和能耗。随着国际原油价格的攀升,这种提高石油产量的方法已引起国际石油巨头的重视。相信在今后几年,其将对石油界带来不小振动。
 
 
 
 
 
 
 
Reference::
未来的石油大亨    参考消息,2005.11.9 第10版
超声波在石油加工中的应用进展   化工技术与开发   2005 34(2) 22-25
 
 

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