Устройство для электромагнитной модификации углеводородов на частотах ядерного магнитного резонанса

Полезная модель относится к системам автоматического управления процессами и может быть использована для технологии производства нефтепродуктов улучшенного качества, связанной с модификацией углеводородов, полученных в результате классических методов нефтепереработки. Устройство для электромагнитной модификации углеводородов на частотах ядерного магнитного резонанса, содержащее емкость с углеводородным сырьем, систему подвода и отвода нефтепродукта, генератор переменного тока, выход которого подключен к возбудителю переменного магнитного поля, источник постоянного магнитного поля, магнитный поток которого ортогонален магнитному потоку соленоида, отличающегося тем, что в конструкцию устройства включены блок измерения тока и коэффициента мощности, вход которого подключен к выходу генератора, и блок управления частотой, вход которого подключен к выходу блока измерения, а выход подключен к частотозадающему входу генератора. Технический результат - быстрый поиск частот ядерного магнитного резонанса, возможность непрерывной автоматической подстройки частоты генератора на частоты ядерного магнитного резонанса компонентов поступающего сырья. 1 илл.

Полезная модель относится к системам автоматического управления процессами и может быть использована для технологии производства нефтепродуктов улучшенного качества, связанной с модификацией углеводородов, полученных в результате классических методов нефтепереработки.

Аналогами заявляемой полезной модели являются устройства модификации углеводородов, основанные на электромагнитной, в том числе радиационной, рентгеновской, оптической, радиочастотной и магнитной обработке продукта (RU 2039789 C1 от 22.12.1992, опубл. 20.07.1995, МПК C10G 15/00; RU 2116330 C1 от 11.09.1996, опубл. 27.07.1998, МПК C10G 9/08, C10G 9/14; RU 2202593 C2 от 22.05.2001, опубл. 20.04.2003, МПК C10G 15/12, C01B 3/00; RU 2339678 C2 от 26.05.2006, опубл. 27.04.2008, МПК G05D 11/02; RU 73486 U1 от 27.12.2007, опубл. 20.05.2008, МПК C01N 24/08; US 5673674 C02F 1/48; US 5055180 C10G 1/00; US 3055814 C10G 35/16; JP55-153850 F02M 27/04), а также изобретения, основанные на материалах «Магнитная обработка жидкостей в нефтедобыче» Спиридонова Р.В, Демахина С.А., Кивокурцева А.Ю. Перечисленные способы и устройства основаны на использовании при модификации энергии электромагнитного поля, создаваемой генератором, нагревающей продукт, как правило, в присутствии катализатора, что в дальнейшем приводит к фракционным разделениям компонентов и к классическим термо-химическим процессам изомеризации, связанной с изменением структуры молекул.

Недостатком аналогов является низкий КПД, связанный с нагревом продукта, при этом изменению подвергается весь компонентный состав, возникают дополнительные отходы производства, уменьшающие выход готового продукта. Недостатки прямой оптической и магнитной обработки топлив, которые проходят без нагревания, обусловлены их низкой эффективностью, так как не приводят к существенным изменениям основных показателей качества нефтепродуктов, таких как детонационная стойкость, плотность, вязкость.

Прототипом полезной модели является устройство по патенту RU 2098454 C1 от 25.11.1993, опубл. 10.12.1997, МПК C10G 32/02, BO1J 9/12, включающее возбудитель электромагнитного поля, выполненный в виде соленоида, охватывающего емкость, для обработки продукта электромагнитным полем напряженностью до 2·10 ⁶ А/м, частотой импульсов 700-800 Гц и длительностью 0,009-0,02 сек.

Недостатком прототипа является недостаточная эффективность и стабильность результата, так как предложенное устройство предполагает обработку непосредственно перед использованием нефтепродукта, что не приводит к устойчивым существенным изменениям основных показателей качества.

Поставлена задача: повысить эффективность процедуры электромагнитной модификации углеводородных топлив с целью достижения заданных параметров качества при минимальных энергетических затратах и отходах производства.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для электромагнитной модификации углеводородов, содержащем емкость с углеводородным сырьем, систему подвода и отвода нефтепродукта, генератор переменного тока, выход которого подключен к возбудителю переменного магнитного поля, источник постоянного магнитного поля, магнитный поток которого ортогонален магнитному потоку соленоида, согласно полезной модели, дополнительно включены блок измерения тока и коэффициента мощности, вход которого подключен к выходу генератора, и блок управления частотой, вход которого подключен к выходу блока измерения, а выход подключен к частотозадающему входу генератора.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена структурная схема устройства электромагнитной модификации углеводородов. Устройство состоит из генератора электрических сигналов 1, выход которого подключен к индуктору 2, охватывающего емкость 3, расположенную между полюсами источника постоянного магнитного поля 4. Одновременно с индуктором к выходу генератора подключен блок измерения тока и коэффициента мощности 5, с выхода которого сигнал поступает в блок управления частотой 6, который непосредственно управляет частотой генератора.

Сущность полезной модели состоит в следующем. Показатели качества нефтепродукта (плотность, вязкость, детонационная стойкость, испаряемость, температура вспышки и др.) определяются химическим составом и структурой молекул компонентов.

Принцип модификации заключается в изменении конкретного показателя качества нефтепродукта путем реструктуризации молекул группы компонентов в заданном объеме при помощи электромагнитного сигнала. Поскольку импульсом электромагнитного излучения можно разорвать любую связь в молекуле, можно получить практически неограниченный ассортимент свободных радикалов.

При подборе частоты электромагнитного сигнала в емкости таким образом, чтобы она была резонансной для конкретной молекулы многокомпонентной смеси, происходит целенаправленное изменение и получение нужных свойств нефтепродукта практически без отходов производства. Ввод блока измерения тока коэффициента мощности позволяет измерять мощность поглощения энергии веществом. Из электротехники известно, что

где U - известное напряжение генератора, I - измеряемый блоком 5 ток генератора, cos - измеряемый блоком 5 угол сдвига фаз между напряжением и током (коэффициент мощности).

Ввод блока измерения тока и коэффициента мощности позволяет по рассчитанному по формуле (1) поглощению энергии оперативно находить частоты ядерного магнитного резонанса для требуемых компонентов топлива.

Устройство работает следующим образом. Емкость с нефтепродуктом 3 располагается внутри соленоида 2, расположенного между полюсами источника постоянного магнитного поля 4, магнитный поток которого ортогонален магнитному потоку соленоида 2, в котором с помощью генератора 1 и электрических элементов соленоида 2 создается переменное электромагнитное поле, воздействующее на обрабатываемый продукт.

Частота и интенсивность генератора электрических сигналов 1 первоначально устанавливается по справочным данным таким образом, чтобы обеспечить ядерный магнитный резонанс для модификации нужной группы компонентов, определяющих требуемые показатели качества углеводородного топлива. Топливо модифицируется по заданному показателю (например, октановому числу) в результате прохождения через соленоид 2, который находится между полюсами источника постоянного магнитного поля 4, магнитный поток которого ортогонален магнитному потоку соленоида.

При работе происходит автоматическая подстройка частоты генератора на частоту ядерного магнитного резонанса с целью поддержания наибольшего поглощения энергии электромагнитных волн в веществе, при этом энергия генератора максимально расходуется на разрыв химических связей.

Предлагаемое устройство может быть применено для модификации товарных топлив, таких как бензин, керосин, дизельное топливо и прочих энергоносителей для изменения плотности, вязкости, октанового числа, температуры вспышки и других параметров. Например, гексан (C₆H₁₄ ), один из компонентов бензина с октановым числом 24,8 путем электромагнитной модификации можно превратить в изогексан, который также является компонентом бензина и имеет ту же химическую формулу и октановое число 91.1, что повысит октановое число бензина в целом. Для возникновения ядерного магнитного резонанса молекул гексана авторами используется постоянное магнитное поле с индукцией 1.4±0.05 Тл и частотой электромагнитного поля 89560180±5 Гц, однако резонанс возможен и при других характеристиках полей.

Ввод в конструкцию блока измерения тока и коэффициента мощности делает возможной автоматическую подстройку частоты генератора на частоту ядерного магнитного резонанса с целью поддержания наибольшего поглощения энергии электромагнитных волн в веществе, при этом энергия генератора максимально расходуется на разрыв химических связей, что приводит к значительному уменьшению энергетических затрат. Это определяет высокую эффективность производственного процесса, обусловленную отсутствием нагрева нефтепродукта и использованием резонансных эффектов физико-химических процессов в веществе.

Устройство для электромагнитной модификации углеводородов на частотах ядерного магнитного резонанса, содержащее емкость с углеводородным сырьем, систему подвода и отвода нефтепродукта, генератор переменного тока, выход которого подключен к возбудителю переменного магнитного поля, источник постоянного магнитного поля, магнитный поток которого ортогонален магнитному потоку соленоида, отличающееся тем, что дополнительно включены блок измерения тока и коэффициента мощности, вход которого подключен к выходу генератора, и блок управления частотой, вход которого подключен к выходу блока измерения, а выход подключен к частотозадающему входу генератора.