[发明专利]通过使用纳米颗粒增加低温裂解过程中的馏出物产率

说明书

发明背景

1. 发明领域

本发明宽泛地涉及原油(石油)的蒸馏或原油蒸馏的馏分。更特别地，本发明涉及在蒸馏未加工的(原始的)烃组合物期间通过向未加工的烃组合物添加纳米颗粒来增加馏出物产率的方法。

2. 技术现状

对于上世纪很多时候而言，原油(石油)已是全世界的主要能源之一。原油主要含有烃。原油的主要用途之一是用于生产汽车燃料比如汽油和柴油。这些汽车燃料通过把原油精炼为其多个组分部分而获得。精炼不仅导致生产汽油和柴油，而且导致生产煤油和重质残余物。

原油的精炼通常通过在不同温度下煮沸(蒸馏)完成并使用先进方法以进一步加工在那些不同温度下蒸发的产品。蒸馏过程基本的烃化学是：原油的烃组分的碳链越长，该组分沸腾的温度越高。因此，一大部分精炼涉及在不同温度煮沸以便分离原油的不同馏分及其它中间流。

如先前所提到，原油或石油含有很多不同的烃的混合物，大多数烃每分子具有5-40个碳原子。在原油中发现的最常见的分子是烷烃(线性或支化)、环烷烃、芳香烃以及更复杂的化学品如沥青烯。每个石油种类具有限定其物理和化学性质的独特的分子混合。

烷烃为具有直链或支链的饱和烃，它们只含有碳和氢且通式为C_nH_2n+2。从戊烷(C₅H₁₂)到辛烷(C₈H₁₈)的烷烃通常被精炼成汽油(汽油)。从壬烷(C₉H₂₀)到十六烷(C₁₆H₃₄)的烷烃通常被精炼成柴油燃料和煤油，所述柴油燃料和煤油为许多种喷气燃料的主要组分。十六烷以上的烷烃(即具有多于十六个碳原子的烷烃)通常被精炼成燃油和润滑油。烷烃的较重端包括石蜡(具有大约25个碳原子)和沥青(具有大约35个碳原子以及更多)，尽管这些烷烃通常通过现代的精炼厂加工成如下论述的更有价值的产品。具有四个或更少的碳原子的较轻分子(例如甲烷)在室温下通常见于气态。

环烷烃亦称为环烷(naphthene)且为具有一个或多个碳环的饱和烃，氢原子根据式C_nH_2n连接到所述碳环上。环烷烃与烷烃性质类似但具有更高的沸点。

芳香烃为具有一个或多个平面六-碳(苯)环的不饱和烃，氢原子连接到所述环上。

虽然几乎所有石油的馏分均发现用途，但最大需求仍是汽油和柴油。虽然烃在原油样品(通过简单蒸馏最终进入汽油和柴油)中的量(重量百分比)随原油的地理学来源广泛变化，但通常，原油只含有10-40%的汽油和20-40%的柴油。增加来自特定原油样品的汽油和柴油的产率可通过裂解(即分解重加热油和残余物的大分子)；重整(即改变劣质汽油分子的分子结构)；和异构化(即在分子中重排原子使得产品具有相同的化学式但具有不同结构，比如将正庚烷转化为异庚烷)实现。

一般，简单的精炼厂进行首轮蒸馏，它将原油分离成轻馏分(气体、粗汽油和汽油)、中间馏分(煤油和柴油)和重馏分(残余燃料油)。这些简单的精炼厂可包括一些加氢处理能力以便从馏分除去硫、氮和不饱和烃(芳香族)，并还可包括一些重整能力。精炼厂复杂性的下一水平通常结合裂解能力和一些另外的加氢处理以便改进馏出物质量；即增加汽油馏分的辛烷值并减少汽油和柴油的硫含量。最复杂的精炼厂附加焦化和更多加氢处理以及氢化裂解。

催化裂解过程利用提高的热量和压力并任选催化剂以将大的烃分子破坏或“裂解”成一系列较小的分子，特别是用于汽油和柴油组分的那些烃分子。换句话说，裂解从重烃生产轻烃，例如从重质残余物生产汽油和煤油。通常，气体(氢气、甲烷、乙烷、乙烯)混合物同样产生于重质馏出物的裂解。同样地，可通过常规裂解过程生产残油。

不含催化剂的重烃的裂解需要使用高压和高温，例如600-7000kPa的压力和500℃-750℃的温度。具有催化剂，则温度和压力可降低，例如480℃-530℃和约60-200kPa的中等压力。然而，甚至在这些相对较低温度和压力下，必须建造单独单元以容纳该过程。

在裂解期间烃分子按完全随机方式分解以产生较小烃的混合物，其中一些具有碳-碳双键。通常的涉及烃的反应可为：

C_nH_k = C_n-mH_k-l + C_n-pH_k-q + C_m+pH_l+q。