Установка подготовки и глубокой переработки углеводородного сырья

Полезная модель относится к нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и топливно-энергетической промышленности, а конкретно к области подготовки и глубокой переработки нефти, в том числе тяжелой, остатков нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, угля, сланца, продуктов растительного происхождения и других углеводородных сред, жидких, твердых, газообразных, в дальнейшем сырье, и может быть использовано в производстве углеводородного топлива, нефтехимической и химической продукции. Кроме того, применение полезной модели позволяет решать многие экологические проблемы и приводит к улучшению экологической обстановки.

Технический результат - увеличение выхода легких целевых продуктов и соответственно, увеличение глубины переработки сырья, упрощение и удешевление процесса и оборудования для подготовки и глубокой переработки углеводородного сырья, снижение эксплуатационных и капитальных затрат при высокой глубине дальнейшей переработки, экономия и рациональное использование углеводородного сырья - достигается такой организацией процесса переработки, при которой сырье и катализатор не контактируют, вследствие чего катализатор не отравляется вредными примесями и не коксуется, что приводит к увеличению долговечности катализатора и отсутствию необходимости процессов регенерации, причем углубление переработки практически до 100% можно достичь по данной полезной модели за счет повторной, возможно многократной, обработки сырья или тяжелой части разделения продуктов реакции. Предлагаемая установка проста в эксплуатации и не требует больших капитальных и эксплуатационных затрат.

17 з.п. ф-лы, 18 ил., 3 табл.

Полезная модель относится к нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической, а также к топливно-энергетической промышленности, а конкретно к области подготовки и глубокой переработки нефти, в том числе тяжелой, остатков нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, угля, сланца, продуктов растительного происхождения и других углеводородных сред, твердых, жидких, газообразных, в дальнейшем сырье, и может быть использовано в производстве углеводородного топлива, нефтехимической и химической продукции. Кроме того, применение полезной модели позволяет решать многие экологические проблемы и приводит к улучшению экологической обстановки. Под подготовкой и глубокой переработкой нефти, нефтяных остатков и другого сырья понимается не только удаление вредных примесей из сырья, но и, самое главное, увеличение количества светлых целевых продуктов выше их потенциального содержания в исходном сырье, что позволяет существенно увеличить глубину переработки и рентабельность всего перерабатывающего производства. Под светлыми целевыми продуктами или фракциями понимаются фракции для дальнейшей переработки и получения легких целевых товарных продуктов с температурой конца кипения преимущественно до 350-360°С, содержащие топливные, т.е. наиболее дорогие газовые, бензиновые, керосиновые и дизельные фракции, а также продукты для нефтехимических и химических производств. В дальнейшем - легкие целевые фракции или продукты, из которых при окончательной переработке получают легкие целевые товарные продукты (сжиженный газ, тестированные бензин, дизельное топливо, продукты нефтехимии и др.).

В настоящее время общей тенденцией нефтяной отрасли является уменьшение разведанных запасов легкой нефти, практически весь прирост запасов происходит за счет тяжелой вязкой сернистой нефти. Запасы качественного сырья на эксплуатируемых месторождениях уменьшаются, увеличивается доля добычи тяжелой нефти. Угли, сланцы и другие твердые углеводороды в широком промышленном масштабе не используются для производства моторного топлива и продуктов нефтехимии.

Переработка тяжелой вязкой сернистой нефти весьма затруднительна, энергоемка и, как следствие, низкорентабельна или убыточна. Она содержит низкое количество "светлых" (топливных) фракций. Высокое содержание серы, хлоридов, смолистых веществ и других вредных примесей сокращает ресурс оборудования перерабатывающих производств. Еще сложнее перерабатывать остатки нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, а также твердые углеводороды.

Кроме того, в последнее время усиливается тенденция переработки продуктов растительного происхождения в бензин и дизельное топливо. Это принципиально неверная позиция, которая может привести к серьезным социальным и экологическим последствиям в масштабах всей планеты. Гораздо перспективнее приложить усилия к увеличению (до 100%) глубины переработки классического сырья для этих целей - нефти и нефтяных остатков, твердых и газообразных углеводородов, на что и направлена предлагаемая заявка на полезную модель.

Вопрос углубления переработки - задача всей мировой нефтеперерабатывающей промышленности на ближайшую перспективу.

Известны и широко применяются в промышленности такие способы и схемы подготовки исходного сырья, как дегазация, обезвоживание и обессоливание нефти, очистка от серы, сероводорода и других вредных примесей (Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. "Химия и технология нефти и газа". Ленинград, "Химия", 1972. Скобло А.И., Трегубова И.А., Егоров Н.Н. "Процессы и аппараты, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности". Москва, Государственное научно-техническое изд., 1962. Дехтерман А.Ш. Переработка нефти по топливному варианту. М., "Химия", 1988).

Однако с помощью этих способов и схем производится только очистка сырья от вредных примесей, а фракционный состав сырья не изменяется, поэтому для рентабельной переработки тяжелого сырья (нефти, различных нефтяных остатков и др.) этих процессов явно недостаточно, необходимы такие процессы, которые позволяют при дальнейшей переработке получать повышенное количество светлых продуктов. Кроме того, до сих пор не существует способов очистки исходного, особенно тяжелого сырья, например, тяжелой нефти или мазута, от серы и сернистых соединений. С помощью известного процесса гидроочистки очищают уже выделенные ранее бензин, керосин и дизельное топливо, но не тяжелой сырье.

Известны процессы термического крекинга для углубленной переработки сырья (Бенсон С, Термохимическая кинетика, пер. с англ., под ред. Н.С.Ениколопяна, М., Мир, 1971 г. Красюков А.Ф., Нефтяной кокс, М., Химия. 1966 г. Лукьянов П.И., Басистов А.Г. Пиролиз нефтяного сырья. М. Гостоптехиздат. 1962 г. Дехтерман А.Ш., Переработка нефти по топливному варианту, М., Химия, 1988 г. и др.). В продуктах термического крекинга много газов, непредельных углеводородов, что увеличивает требования к дальнейшему оборудованию при получении товарных продуктов - бензина, дизельного топлива и др. Плохое качество продуктов термического крекинга приводит к увеличению капитальных и текущих затрат. Поэтому в последнее время процессы термического крекинга, особенно по топливному варианту, применяются редко. Высокие температуры нагрева сырья (470-550°С и выше) и давления (до 7 МПа) также приводят к большим капитальным затратам, а коксование оборудования и небольшой межремонтный пробег оборудования - к увеличению эксплуатационных затрат и сложностью управления процессом. Работа установок термического крекинга характеризуется небольшим временем межремонтного пробега, иногда не более 20 суток (Дехтерман А.Ш. Переработка нефти по топливному варианту, М., Химия, 1988 г. с.51). Поэтому термический крекинг применяется в мировой практике не так широко, как каталитические процессы. Кроме того, с помощью термического крекинга невозможно достичь 100% глубины переработки, т.к. всегда будут оставаться тяжелые остатки типа кокса.

Известны процессы переработки тяжелых нефтесодержащих фракций с использованием, одновременно с термическим, и волнового, в том числе и кавитационного, воздействия различной природы и широкого спектра частот, которые можно определить как способы или процессы термомеханического (термоакустического, термоволнового, т.е. некаталитического) воздействия или крекинга.

Известен процесс переработки путем последовательного извлечения фракций из углеводородного сырья с использованием электромагнитной энергии частотой 300 МГц-300 ГГц (US, патент 5055180, кл. С10G 1/00, 1991 г.).

В известном процессе переработки мазута путем вакуумной ректификации с получением дистиллятных фракций на жидкую фазу кубового остатка воздействуют акустическими колебаниями частотой 0,1-200 КГц и мощностью 0,2-3 Вт/см² при остаточном давлении 20-200 мм рт.ст.(см. авт. св. СССР 1377281, кл. С10G 7/06, 1988 г.).

Известен также процесс крекинга нефтепродуктов с использованием ультразвукового спектра частот. Согласно этому процессу, сырье (нефтесодержащий продукт) и диспергирующее вещество подают в зону обработки, ультразвуковую обработку ведут с интенсивностью излучения 1-10 МВт/м² в замкнутом циркуляционном контуре при статическом давлении в диапазоне от 0,2 до 5 МПа (см. патент РФ 2078116, С10G 15/00, 1995 г.).

Однако эти процессы пока реализованы только в лабораторном варианте и в промышленности применения не нашли. Но даже в лабораторном варианте говорить о 100% увеличении выхода легких целевых фракций не приходится, всегда остаются тяжелые остатки типа мазута, кокса и др. Кроме того, если при активации сырья прямым нагревом тепло непосредственно используется для возбуждения колебательных уровней молекул, а для активации тех же молекул волновым воздействием необходимо сначала тепло (энергию) потратить на создание волнового воздействия, а этот процесс имеет очень низкий к.п.д., то энергетические затраты при реализации данных процессов довольно высоки. Но при правильной организации термомеханического крекинга при условии уменьшения и оптимизации энергетических затрат, термомеханический крекинг имеет хорошую перспективу для углубленной переработки углеводородного сырья, т.к. процесс не лавинообразный (как в термическом крекинге), а управляемый, и тяжелое сырье не отравляет катализаторы ввиду их отсутствия (RU, патент 74916, 2007 г.).

Наиболее известными и широко применяемыми процессами глубокой переработки являются каталитические - каталитический крекинг, гидрокрекинг и др. (Суханов В.П. Каталитические процессы в нефтепереработке. М., «Химия», 1973. Прокопюк С.Г., Масагутов P.M. Промышленные установки каталитического крекинга. М., «Химия», 1974.) Сущность каталитического крекинга заключается в том, что разрыв связей происходит в присутствии катализатора, при высокой температуре (450-550°С и выше) и давлении (до 15 МПа), что приводят к серьезному увеличению капитальных затрат, при гидрокрекинге - в среде водорода. Каталитический крекинг и гидрокрекинг в различных вариантах (со стационарным катализатором, с кипящим слоем катализатора и т.д., с различными видами катализаторов) применяются в мировой практике достаточно широко, один из недостатков - очень высокая стоимость процесса (оборудования, катализаторов, процесса регенерации катализатора и т.д.). В процессах каталитического крекинга сырье, а при гидрокрекинге сырье и водород нагревают и направляют в реактор с катализатором, затем продукты реакции направляют в блок ректификации и приготовления товарных продуктов. Таким образом, сырье непосредственно контактирует с катализатором в реакторе, отсюда главный недостаток указанных процессов - отравление катализатора вредными примесями, содержащимися в сырье, и коксование поверхности катализатора тяжелыми продуктами реакции. Это приводит к тому, что для поддержания работоспособности перерабатывающего комплекса необходимо использовать процессы и оборудование для регенерации или замены отработанного катализатора, что, в конечном итоге, приводит к значительному усложнению и удорожанию оборудования процесса, текущих и капитальных затрат, усложнению ведения процесса. Кроме того, всегда остаются тяжелые остатки типа гудрона, кокса, т.е. говорить о 100% глубине переработки не приходится.

Здесь можно заметить, что с помощью каталитических технологий невозможно в принципе решить задачу 100% глубины переработки, т.к. тяжелые нефтяные остатки будут очень быстро приводить к коксованию активной поверхности любого катализатора.

Для осуществления указанных выше способов и схем применяют стандартные широко известные установки. Установка для осуществления крекинга нефтепродуктов содержит устройство для обработки сырья, сообщенное с устройством для сепарации, фракционирования конечных продуктов, сообщенное, в свою очередь, с устройством получения и охлаждения конечного продукта (например, бензина). Устройство для обработки сырья каталитическим способом представляет собой емкостной аппарат с организованным внутри него либо плотным, либо движущимся слоем крупносферического катализатора крекинга, либо с псевдоожиженным слоем микросферического катализатора крекинга, в котором осуществляется контакт обрабатываемого сырья в парообразной фазе с катализатором и происходит реакция расщепления молекул углеводородов. Устройство для обработки сырья термическим способом представляет собой емкостной аппарат или змеевик, в котором сырье нагревается выше температуры термического крекинга. Устройство для обработки сырья термомеханическим способом представляет собой аппарат, в котором крекинг сырья осуществляют с помощью совместного термического воздействия и волновой обработки различной природы и широкого спектра частот. Устройство для фракционирования конечных нефтепродуктов представляет собой колонный аппарат с организованным внутри каскадом разделительных тарелок. Устройство для охлаждения и конденсации представляет собой теплообменный аппарат любой конструкции, например, кожухотрубчатый. Устройство для сепарации представляет собой емкостной аппарат, часть внутреннего объема которого заполняется разделительной смесью. В верхней части устройства имеется патрубок для отвода газов, в нижней для отвода жидкости. Кроме того, установки оснащены емкостями для исходного сырья и товарных продуктов, трубопроводами, контрольно-измерительными приборами, автоматикой и т.д. (Рудин М.Г. Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика Л. Химия, 1980, с.65-73).

Однако эти установки и способы имеют существенные недостатки, описанные выше, кроме того, с их помощью принципиально нельзя увеличить глубину переработки до 100%.

Наиболее близким аналогом является термический и/или термомеханический крекинг (крекинг сырья происходит в отсутствие катализаторов).

Целью изобретения является увеличение выхода легких целевых продуктов или фракций (газовых, бензиновых, керосиновых и дизельных, а также продуктов или фракций для нефтехимических производств) и, соответственно, увеличение глубины переработки, очистка сырья от серы и других вредных примесей, предотвращение коксования и отравления катализатора процесса сырьем и его примесями, простота и надежность конструкции оборудования и управления и регулировки процессом, непрерывность процесса, улучшение качества сырья и получаемых фракций для их дальнейшей транспортировки и переработки, решение экологических проблем, а также экономия и оптимальное и рациональное использование углеводородных сырьевых ресурсов при их дальнейшей переработке и получении целевых товарных продуктов. Основная цель - увеличение глубины переработки любого углеводородного сырья, что приводит в конечном итоге к увеличению рентабельности всего перерабатывающего производства. Т.к. катализатор не отравляется сырьем при крекинге и не требуется его замена или регенерация, это должно привести к снижению эксплуатационных и капитальных затрат.

Технический результат, на решение которого направлена предлагаемая полезная модель, и поставленная цель достигаются такой организацией схемы процесса, при которой сырье и катализатор не контактируют, вследствие чего катализатор практически не отравляется вредными примесями и не коксуется, что приводит к увеличению долговечности катализатора и отсутствию необходимости процессов регенерации. Для достижения высокой глубины переработки сырье или его часть подвергается процессу обработки по данной полезной модели многократно. Жидкое (например, нефть, мазут и другие остатки нефтепереработки и нефтехимии и т.д.) исходное сырье после блока очистки (обезвоживания, обессоливания, очистки от механических примесей и т.д.) направляют в блок нагрева или в блок нагрева и далее в блок термического и/или термомеханического крекинга без катализатора (можно также использовать и любые другие виды крекинга - с помощью электромагнитного или радиоактивного излучения и т.д.), молекулярный водород или легкие водородсодержащие среды, обогащенные водородом, например, попутный, природный газ, в том числе и газ, получаемый в процессе подготовки и глубокой переработки, пентановые фракции, ксилол, толуол, часть легких фракций, в том числе и получаемых в процессе подготовки и глубокой переработки, и т.д., при необходимости (особенно, если водородсодержащее сырье - это жидкость и ее надо перевести в парогазовую фазу) подогревают в блоке нагрева водорода или водородсодержащих сред отдельно от сырья, направляют при большем, чем давление в блоке нагрева и/или крекинга, давлении для получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов в реактор с нагретым до необходимой температуры катализатором (блок получения атомарного водорода), после которого активный водород и/или легкие радикалы направляют в зону нагрева и/или крекинга для проведения реакции, продукты реакции после блока нагрева или крекинга направляют в блоки получения товарных продуктов, или направляют в блок разделения, легкие целевые фракции реакции после блока разделения, преимущественно с температурой конца кипения до 350-360°С, направляют в блок получения целевых товарных продуктов типа сжиженного газа, бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии и др. на месте подготовки и глубокой переработки сырья по данной полезной модели или транспортируют к удаленному месту переработки получения легких товарных продуктов, тяжелый остаток после блока разделения, преимущественно с температурой начала кипения 350-360°С, направляют в блок получения тяжелых товарных продуктов типа битума, кокса и др., или частично или полностью направляют в блок очистки от вредных примесей, затем на повторную обработку по данной полезной модели в начало процесса вместе с исходным сырьем или отдельно на следующий блок или установку обработки, твердое углеводородное сырье (например, уголь, сланец, продукты растительного происхождения и др.) направляют в блок мелкодисперсного размельчения и вводят в исходное сырье и/или тяжелый остаток разделения перед его повторной обработкой, газообразные углеводороды также вводят в исходное сырье и/или остаток разделения перед его повторной обработкой, жидкие, твердые и газообразные углеводороды могут обрабатываться по данной схеме одновременно, по отдельности или попарно, причем блоки нагрева и крекинга сырья, нагрева водорода или водородсодержащих сред и катализатора, получения активного атомарного водорода и разделения на прореагировавшую легкую часть и тяжелый остаток могут быть совмещены в одном аппарате. Часть газообразных и/или легких продуктов (они обогащены водородом и могут заменять исходные водородсодержащие среды) разделения может быть возвращена в начало процесса в реактор с катализатором для получения активного атомарного водорода и легких радикалов. Кроме того, из газообразной и/или легкой части разделения выделяют непрореагировавшие водород и/или легкие водородсодержащие среды, которые возвращают в начало процесса для вторичного использования, что также приводит к снижению эксплуатационных затрат. Или они возвращаются в начало процесса вместе с частью газообразных и легких продуктов разделения. Газообразные и легкие возвращаемые среды перед вторичным использованием должны быть очищены от вредных примесей, например, от сероводорода, который образуется при крекинге сырья. Очистка производится широко известными способами (ссылки по методам очистки от вредных примесей даны выше). Кроме того, часть газообразных и/или легких фракций может возвращаться в начало процесса и использоваться для повторной обработки вместе с исходным сырьем, что приводит к изменению фракционного и группового состава получаемых фракций и продуктов, например, для увеличения выхода ароматических соединений для дальнейшего производства продуктов нефтехимии. Температура 350-360°С является в настоящее время граничной температурой между легкими и тяжелыми целевыми продуктами, однако со временем могут изменится госты и требования по фракционному составу на моторные топлива и продукты нефтехимии и граничная температура может измениться в какую либо сторону. По данной полезной модели изменившимся требованиям легко удовлетворить, изменив соответственно температуру процесса в блоке разделения. Для осуществления полноты реакций насыщения открытых связей радикалов, получаемых в процессе крекинга сырья, количество атомов водорода и/или легких радикалов должно превышать количество открытых связей радикалов крекинга сырья, а отношение поверхности реактора с катализатором (блока получения атомарного водорода и/или легких радикалов) к объему зоны нагрева или крекинга делают максимальным для того, чтобы активный водород и/или легкие радикалы наиболее полно прореагировал с нагретым или крекируемым сырьем.

Для осуществления указанных выше способов применяют стандартные широко известные установки. Установка для осуществления крекинга нефтепродуктов содержит устройство для обработки сырья, сообщенное с устройством для сепарации, фракционирования конечных продуктов, сообщенное, в свою очередь, с устройством получения и охлаждения конечного продукта (например, бензина). Устройство для обработки сырья каталитическим способом представляет собой емкостной аппарат с организованным внутри него либо плотным, либо движущимся слоем крупносферического катализатора крекинга, либо с псевдоожиженным слоем микросферического катализатора крекинга, в котором осуществляется контакт обрабатываемого сырья в парообразной фазе с катализатором и происходит реакция расщепления молекул углеводородов. Устройство для обработки сырья термическим способом представляет собой емкостной аппарат или змеевик, в котором сырье нагревается выше температуры термического крекинга. Устройство для обработки сырья термомеханическим способом представляет собой аппарат, в котором крекинг сырья осуществляют с помощью совместного термического воздействия и волновой обработки различной природы и широкого спектра частот. Устройство для фракционирования конечных нефтепродуктов представляет собой колонный аппарат с организованным внутри каскадом разделительных тарелок. Устройство для охлаждения и конденсации представляет собой теплообменный аппарат любой конструкции, например, кожухотрубчатый. Устройство для сепарации представляет собой емкостной аппарат, часть внутреннего объема которого заполняется разделительной смесью. В верхней части устройства имеется патрубок для отвода газов, в нижней для отвода жидкости. Кроме того, установки оснащены емкостями для исходного сырья и товарных продуктов, трубопроводами, контрольно-измерительными приборами, автоматикой и т.д. (Рудин М.Г. Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика Л. Химия, 1980, с.65-73).

Однако эти установки и способы имеют существенные недостатки, описанные выше, кроме того, с их помощью принципиально нельзя увеличить глубину переработки до 100%.

Поставленная задача достигается тем, что непосредственно с нагретым катализатором контактирует газообразный молекулярный водород или легкие водородсодержащие фракции, обогащенные водородом, например, попутный или природный газ, или газ процессов нефтепереработки и нефтехимии, метан, пропан - бутановые смеси, пентановые фракции, ксилол, толуол, легкие погоны бензиновых фракций, в том числе газ и фракции предлагаемого процесса, и т.д., используемые для получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов, которые затем вступают в реакцию с нагретым до определенной температуры и/или крекируемым сырьем. Водородсодержащие фракции и катализатор надо нагревать, т.к. реакция отсоединения атом водорода эндотермична и требует затрат энергии. Молекулярный водород или легкие водородсодержащие продукты не содержат асфальтенов, карбенов, смолообразных и коксообразных веществ и др., а также вредных примесей, и их взаимодействие с катализатором не приводит к его коксованию и отравлению. В качестве водородсодержащих фракций для генерации атомарного водорода можно использовать не только углеводороды, но и другие вещества, обогащенные водородом, например, воду и/или водяной пар и т.д. Тяжелое сырье не вступает в непосредственный контакт с катализатором, не происходит его отравление и коксование, отпадает необходимость регенерации катализатора, процесс упрощается и становится более надежным, стоимость процесса и оборудования значительно уменьшается, т.е. происходит снижение капитальных и эксплуатационных затрат, глубина переработки может быть увеличена до 100%. При этом происходит экономия сырья при выработке необходимого количества целевых товарных продуктов, другими словами оптимальное и рациональное использование сырьевых ресурсов при их дальнейшей переработке при реализации данной схемы. Кроме того, различные остатки и отходы, накапливающиеся в процессе, например, добычи и переработки нефти, приводят к ухудшению экологической обстановки, и их переработка по данной полезной модели с получением высоколиквидной продукции позволяет решать экологические проблемы, а также получать дополнительную прибыль.

Сырье нагревают отдельно от водорода или водородсодержащих продуктов, но можно нагревать в одном нагревательном аппарате, например, в одной огневой печи, но в разных змеевиках.

Термический крекинг начинается при нагреве сырья примерно до 420÷450°С и выше. При термомеханическом крекинге сырье нагревают термическим, т.е. самым экономичным в данном случае, способом до определенной температуры, которая ниже температуры начала лавинообразного неуправляемого термического крекинга, т.е. нагревают так, чтобы неуправляемый термический крекинг еще не начался. Нагрев можно осуществлять в огневой или электрической печи, или печи другого типа, а также в теплообменниках различной конструкции, в которых сырье нагревается теплоносителем. Нагретое (например, теплоносителем) до подкритичной температуры сырье (колебательные уровни молекул уже возбуждены, но еще не происходит лавинообразного разрыва связей молекул вследствие этого возбуждения) подвергается механическому (например, кавитационному) и волновому воздействию различной природы (звуковой, ультразвуковой, кавитационной, электромагнитной, световой, радиационной и т.д.) и широкого спектра резонансных частот.

Обработанное с помощью термического или термомеханического воздействия сырье смешивают в блоке крекинга с активным атомарным водородом и/или легкими радикалами для проведения реакции насыщения открытых связей получаемых в процессе крекинга сырья радикалов. Продукты реакции после блока крекинга направляют в блоки получения товарных продуктов или в блок разделения на легкие целевые фракции реакции, преимущественно с температурой конца кипения до 350-360°С, и тяжелый остаток разделения.

При разрыве связей в молекулах углеводородного сырья, с большей вероятностью многоатомных, образуются более маленькие молекулы, т.е. более легкокипящие продукты, но при этом обладающие открытыми ненасыщенными связями, т.е. продукты плохого качества. В дальнейшем это может привести либо к образованию нестабильных продуктов реакции, либо к процессам конденсации, т.е. к образованию тяжелых молекул. Вторичное образование тяжелых молекул приводит к уменьшению ожидаемой глубины переработки. Нестабильные продукты реакции с открытыми связями в дальнейшем, при получении товарных продуктов или транспортировке, при контакте с воздухом могут присоединять, например, кислород, что ведет к образованию смол. Повышенное содержание смол в топливе приводит к усиленному образованию нагара в двигателях и преждевременной их поломке. Поэтому открытые связи необходимо закрыть, т.е. насытить какими - либо элементами, для данной тематики - получения светлых целевых топливных компонентов (бензиновых, керосиновых, дизельных фракций), а также компонентов для дальнейшего получения продуктов нефтехимии - необходимо насытить связи атомами водорода и/или легкими радикалами, т.к. молекулярный водород не очень химически активен, да и к одной открытой связи невозможно присоединить молекулу водорода. При этом качество получаемых фракций значительно улучшается. Вместо непредельных углеводородов получаются насыщенные изомеры с большим октановым числом и ароматические углеводороды как хорошее сырье для химической промышленности.

Атомарный водород значительно активнее молекулярного. Так, атомарный водород уже при обычных условиях соединяется с серой, фосфором, мышьяком и т.д., восстанавливает оксиды многих металлов, вытесняет некоторые металлы (Сu, Pb, Ag и др.) из их солей и вступает в другие химические реакции, на которые при тех же условиях не способен обычный молекулярный водород. Заметная термическая диссоциация водорода начинается примерно с 2000°С и эффективно происходит при достижении температуры 5000°С. Естественно, что для насыщения ненасыщенных связей образовавшихся при крекинге непредельных углеводородов применять термическую диссоциацию для образования атомарного водорода невозможно - требуются слишком высокие температуры. Кроме высоких температур есть много других способов получения активного атомарного водорода. Скорость реакций образования атомарного водорода из молекулярного и легких водородсодержащих сред возрастает при использовании катализаторов (металлы платиновой группы, оксиды переходных или тяжелых металлов, алюмосиликатные, цеолитсодержащие и другие виды катализаторов), методов возбуждения с помощью волнового воздействия широким спектром частот различной природы и интенсивности (свет, электрический разряд, электрическая дуга и др), а также с помощью химических реакций. В атомарном виде водород реагирует практически с любыми элементами и молекулами, кроме благородных газов (Некрасов Б.В. Основы общей химии. М., 1973 г.). Поэтому он реагирует и с углеводородными молекулами, а не только с радикалами. Кроме того, если нагреть исходное сырье до подкритичной температуры, при которой колебательные уровни молекул находятся в возбужденном состоянии, но лавинообразного разрыва связей (крекинга) еще не происходит, то с такими молекулами эффективно может реагировать не только атомарный водород, но и легкие радикалы, полученные в реакторе с катализатором, которые также обладают высокой реакционной способностью. Т.е. процесс подготовки и глубокой переработки углеводородного сырья можно проводить без проведения крекинга сырья, однако этот процесс еще плохо изучен, но имеет широкие перспективы, т.к. может проходить при более низких температурах и энергетических затратах, чем при реализации термического и/или термомеханического крекинга. Также практически исключается процесс коксования нагревательного оборудования. При этом сырье, особенно тяжелое, должно быть нагрето до такой температуры, при которой сырье становится маловязким и хорошо течет, т.е. до температуры выше 20-50°С.

Получение атомарного водорода и/или легких радикалов с помощью методов волнового возбуждения и химических реакций в промышленных условиях нефтеперерабатывающего комплекса пока представляется не самым эффективным способом, хотя при дальнейшем развитии и оптимизации таких процессов имеет хорошую перспективу.

Наиболее реальных результатов в промышленных условиях можно добиться с помощью применения катализаторов. Для этого газообразный молекулярный водород, водородсодержащие среды и/или реактор с катализатором нагревают до температуры 300-500°С, а иногда и выше (хотя со временем могут быть найдены и более эффективные катализаторы, которые позволят вести процесс образования водорода и/или легких радикалов при более низких температурах, например, при 20-100°С и ниже). Процессы каталитического разложения углеводородов широко известны, некоторые ссылки даны выше. При этом, при взаимодействии водорода и водородсодержащих сред с молибденовыми, кобальтовыми, цинковые, ванадиевыми, никелевыми, алюмосиликатными, цеолитсодержащими и другими катализаторами, например на основе окиси алюминия, или катализаторами другого типа, образуется атомарный водород и/или легкие радикалы, которые эффективно взаимодействует с углеводородными молекулами и насыщает открытые связи легких радикалов, полученных в результате реакции крекинга углеводородного сырья, в результате чего образуются насыщенные легкие целевые фракции хорошего качества. Например, молекула этана, содержащая 2 атома углерода и 6 атомов водорода в реакторе с катализатором (в процессе каталитического крекинга водородсодержащих фракций) может образовать 2 легких радикала, каждый из которых содержит один атом углерода и 3 водорода. Эти легкие радикалы вместе с легкими радикалами крекинга сырья образуют молекулу легкого целевого продукта. Также происходит и с другими легкими водородсодержащими средами. Легкие радикалы, получаемые при отсоединении активного атомарного водорода от используемых водородсодержащих сред, также присоединяются к легким радикалам крекинга сырья, насыщают их открытые связи и образуют целевые фракции. Если же они (или атомарный водород) присоединяются к тяжелым радикалам крекинга сырья, то после блока разделения тяжелый остаток реакций направляется либо частично или полностью на повторную обработку по данной полезной модели, либо частично или полностью на получение тяжелых товарных продуктов типа кокса, битума и др. (в зависимости от поставленной задачи). Однако легких радикалов при крекинге сырья образуется значительно больше, чем тяжелых, т.к. с наибольшей вероятностью длинная молекула сырья разрывается примерно в середине, и с гораздо меньшей вероятностью на очень маленький и очень большой радикал. Об этом свидетельствуют, например, процессы термического крекинга, в результате которых из тяжелого сырья получаются более легкие фракции в большем количестве, чем тяжелые. Поэтому на повторную обработку направляется значительно меньшее количество остатка разделения, чем сырья. При этом остаток разделения может направляться на повторную обработку в начало процесса вместе с исходным сырьем, или отдельно на дополнительный блок обработки по данной полезной модели. Остаток разделения может нагреваться совместно с сырьем или отдельно, в отдельном змеевике печи или в отдельном нагревателе (печи). В последнем случае температура остатка может быть гораздо выше температуры сырья, и термический или термомеханический крекинг сырья производится за счет взаимодействия, например прямого смешивания, с нагретым тяжелым остатком разделения. Если исходно сырье недостаточно очищено, например, от механических примесей, то в тяжелом остатке разделения их концентрация значительно возрастает и перед повторной обработкой остатка необходимо произвести его очистку. При многократной повторной обработке тяжелого остатка разделения исходное сырье будет переработано в легкие целевые продукты с эффективностью до 100%.

Принципиально возможно использование жидких и/или газообразных катализаторов. Смешивая их с водородом и/или водородсодержащими средами можно проводить реакцию крекинга и получать атомарный водород и/или легкие радикалы, которые затем вводить в зону крекинга сырья для проведения реакции. Однако этот процесс еще практически не изучен.

Нагревать водородсодержащие среды и реактор с катализатором для получения атомарного водорода и/или легких радикалов можно с помощью отдельных нагревателей различного типа, но наиболее экономично использовать для этого тепло нагретого сырья или остатка разделения. Температура сырья для проведения реакции термического и/или термомеханического крекинга обычно превышает 400°С и лежит в диапазоне температур применения катализаторов для диссоциации водорода. Для этой цели используются широко известные теплообменные устройства различного типа и конструкции. В этом случае блоки нагрева и крекинга сырья, а также нагрева водорода или водородсодержащих сред и реактора с катализатором могут быть совмещены в одном аппарате.

Кроме увеличения глубины переработки при реализации предлагаемой схемы происходит очистка исходного сырья от серы и других примесей. Энергии связей углерод - гетероатом (углерод - сера, углерод - азот и др.) ниже, чем связей углерод - углерод и углерод - водород (Т.В.Бухаркина, Н.Г.Дигуров. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов. М., 1998). Поэтому, например, атомы серы, очистка исходного сырья от которых проблематична, с большей вероятностью отсоединяются от молекулы углеводорода при крекинге, и при реализации данной полезной модели образуют сероводород. Сероводород легко выделяется в газообразном виде и утилизируется с получением атомарной серы или других серусодержащих товарных продуктов.

Легкие целевые фракции реакции после блока разделения, преимущественно с температурой конца кипения до 350-360°С, которые находятся в основном в парогазовом и капельном виде, содержат газовые, бензиновые, керосиновые и дизельные фракции, а также фракции для получения продуктов химической промышленности. Блок разделения может быть выполнен в виде емкостного аппарата, в который сырье после блока крекинга диспергируют с понижением давления и существенным увеличением межфазной поверхности разделяемых сред для оптимизации процесса разделения. В блоке разделения происходит окончание реакции насыщения атомарным водородом открытых связей радикалов. Газовые фракции очищают, например, от сероводорода, затем направляют для получения товарных продуктов, например сжиженного газа, или используют как топливо для собственных нужд на месте. Кроме того, газовая часть разделения является обогащенным водородом легким продуктом, и частично или полностью может использоваться в процессе получения атомарного водорода и/или легких радикалов совместно с молекулярным водородом или легкими водородсодержащими фракциями, обогащенными водородом, поступающими извне процесса. На эти же цели может использоваться и наиболее легкая часть получаемых легких фракций, получаемых в процессе подготовки и глубокой переработки сырья по данной схеме. Для этого легкая часть после блока разделения, но перед блоками получения легких товарных продуктов, направляется в блок выделения газовой части и наиболее легких фракций, после которой они направляются в реактор с катализатором для получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов. Это можно осуществит с помощью дегазаторов различной конструкции или простейших ректификационных колонн. Это приводит к частичной экономии молекулярного водорода и водородсодержащих фракций, поступающих извне процесса. Вместе с газовыми и легкими фракциями разделения в начало процесса возвращаются водород и/или водородсодержащие среды, которые не успели прореагировать с сырьем, что приводит к сокращению эксплуатационных затрат. Остальные легкие целевые фракции направляют в блок получения целевых товарных продуктов типа бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии и др. на месте подготовки и переработки сырья по данной полезной модели или, после охлаждения и конденсации, транспортируют к удаленному месту получения легких товарных продуктов.

Полезную модель можно использовать и для подготовки и дальнейшей глубокой переработки твердых и газообразных углеводородов.

Твердое углеводородное сырье (например, уголь, сланец, продукты растительного происхождения и др.) предварительно размельчают в мелкодисперсный порошок и вводят в жидкое исходное сырье и/или в остаток разделения перед его повторной обработкой по данной полезной модели (смешивают с сырьем и/или остатком разделения). Для твердых углеводородов жидкое сырье или остаток в данном случае является тепло и массоносителем. При этом под воздействием температур и в присутствии активного атомарного водорода образуются углеводородные молекулы различных размеров. Легкие углеводороды будут выделяться в блоке разделения и использоваться для получения легких целевых товарных продуктов, тяжелые будут возвращаться на повторную обработку и при многократной переработке твердое углеводородное сырье с эффективностью до 100% будет переработано в целевые фракции и продукты. Перспективы такого подхода к подготовке и глубокой переработке твердых углеводородов очевидны, т.к. запасы, например, угля превышают запасы нефти в сотни раз, однако для производства топливных продуктов используют нефть, т.к. нет пока удовлетворительных технологий переработки угля для этих целей. Т.к. в твердом углеводородном сырье присутствуют вредные примеси, в основном неорганические, остаток разделения необходимо очищать от них перед повторной обработкой, например, теми же методами, что и исходное сырье от механических примесей.

Ситуация с переработкой газообразных углеводородов гораздо лучше, однако и здесь все проблемы не решены. Например, при добыче нефти сжигается огромное количество попутного газа, при этом наносится огромный вред окружающей среде и уничтожается ценное углеводородное сырье. Данная модель позволяет эффективно использовать такие углеводороды, подмешивая их в исходное жидкое сырье и/или тяжелый остаток разделения при его повторной обработке (аналогично переработке твердого углеводородного сырья в виде мелкодисперсного порошка), или использовать в качестве водородсодержащих продуктов при получении атомарного водорода. Такие недорогие комплексы можно использовать на месте добычи нефти для улучшения качества и стоимости сырья перед его транспортировкой.

Кроме того, газообразные углеводороды можно использовать как самостоятельное исходное сырье аналогично жидкому исходному сырью. В этом случае газообразные углеводороды могут быть использованы в качестве тепло и массоносителя при переработке твердых углеводородов в виде мелкодисперсных порошков, а также при переработке жидких углеводородов, вводимых, например, в капельном виде.

В зависимости от поставленной задачи, по данной полезной модели можно обрабатывать жидкое, твердое, газообразное сырье одновременно, или попарно, или отдельно жидкие или газообразные углеводороды. Если, например, сырьем является легкая нефть или газовый конденсат, то оптимально сначала выделить на ректификационной колонне из сырья легкие целевые фракции, а на углубленную переработку по данной полезной модели направить кубовый остаток после.

На фигурах 1-5 представлены укрупненные принципиальные схемы подготовки и глубокой переработки углеводородного сырья.

На фиг.1-5 обозначено: 1 - блок нагрева сырья; 2 - блок крекинга; 3 - блок нагрева водорода или водородсодержащих сред; 4 - блок получения атомарного водорода и/или легких радикалов (реактор с катализатором); 5 - блок разделения (в качестве блока разделения может быть использована атмосферная ректификационная колонна, в которой поступающие на нее продукты разделяются на газовую часть, несколько легких фракций и кубовый остаток); 6 - блок приготовления легких целевых товарных продуктов (бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии и др.); 7 - блок приготовления тяжелых товарных продуктов (битума, битумных эмульсий, покрытий, кокса и др.); 8 - блок мелкодисперсного размельчения твердого углеводородного сырья; 9 - блок нагрева остатка разделения; 10 - блок нагрева сырья остатком разделения и термомеханической (акустической, кавитационной и др.) обработки. Блок предварительной очистки сырья (дегазация, обезвоживание, обессоливание, очистка от механических и других вредных примесей) для простоты на фигурах не представлен. Также для простоты не представлена необходимая инфраструктура - товарно-сырьевые парки, очистные сооружения и т.д. Блоки получения товарных продуктов обычно включают в себя следующие известные процессы: гидроочистка, риформинг, платформинг и др., процессы нефтехимической и химической промышленности, или на первом этапе блок компаундирования, битумный блок для производства окисленного битума или битумный блок, совмещенный с вакуумным блоком для производства неокисленного битума, а также оборудование для производства битумных покрытий, эмульсий, котельного топлива, кокса и других товарных продуктов (Справочник нефтехимика. В двух томах. Том 1, под. ред. Огородникова С.К. Л., Химия, 1978, с.53-55).

Если сырье - тяжелая нефть или нефтяные остатки (мазут, нефтешламы, отработанные масла и т.д.), то целесообразно использовать схему нефтеперерабатывающего производства, представленную на фиг.1. Очищенное сырье (блок очистки не показан) подается в блок нагрева (фиг.1, позиция 1), затем в блок крекинга (фиг.1, позиция 2). Водород или легкие водородсодержащие среды подают в блок нагрева (фиг.1, позиция 3), затем в блок получения атомарного водорода и/или легких радикалов (фиг.1, позиция 4), полученный атомарный водород и/или легкие радикалы подаются в блок крекинга (фиг.1, позиция 2), где происходит смешивание их с крекируемым сырьем и насыщение открытых связей радикалов крекинга сырья. После блока крекинга прореагировавшее сырье направляют для получения товарных продуктов.

Если необходимо увеличить выход легких целевых продуктов практически до 100%, то целесообразно использовать схему нефтеперерабатывающего производства, представленную на фиг.2. Очищенное сырье (блок очистки не показан) подается в блок нагрева (фиг.2, позиция 1), затем в блок крекинга (фиг.2, позиция 2). Водород или легкие водородсодержащие среды подают в блок нагрева (фиг.2, позиция 3), затем в блок получения атомарного водорода и/или легких радикалов (фиг.2, позиция 4), полученный атомарный водород и/или легкие радикалы подаются в блок крекинга (фиг.2, позиция 2), где происходит смешивание его с крекируемым сырьем и насыщение открытых связей радикалов. После блока крекинга прореагировавшее сырье подается в блок разделения (фиг.2, позиция 5), в котором оно разделяется на легкие целевые фракции реакции, преимущественно с температурой конца кипения до 350-360°С, которые транспортируют к месту получения легких товарных продуктов, и тяжелый остаток, преимущественно с температурой начала кипения 360°С и выше, который направляется в начало процесса для многократной повторной переработки вместе с исходным сырьем.

Если необходимо получать товарные продукты на месте, т.е. осуществлять полный цикл переработки по данной модели, а также совместно с жидким сырьем необходимо перерабатывать твердое и и/или газообразное углеводородное сырье, то целесообразно использовать схему, представленную на фиг.3. После блока разделения (фиг.3, позиция 5), часть газовых и легких фракций вместе с непрореагировавшим водородом и/или водородсодержащими средами после очистки от вредных примесей (блок очистки не показана), например, от сероводорода, возвращают в начало процесса, остальные легкие целевые фракции направляют в блок получения целевых товарных продуктов (фиг.3, позиция 6), типа сжиженного газа, бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии и др., тяжелый остаток частично или полностью направляют в блок получения тяжелых товарных продуктов (фиг.3, позиция 7) типа битума, кокса и др., и/или частично или полностью направляют на повторную обработку по данной полезной модели в начало процесса вместе с исходным сырьем. При дополнительной к жидкому сырью переработке газообразных углеводородов, они вводятся в исходно сырье и/или остаток при его повторной переработке (на схеме для простоты не показано). Твердое углеводородное сырье подается в блок мелкодисперсного измельчения (фиг.3, позиция 8), затем вводится в исходное жидкое сырье и/или остаток разделения перед его повторной обработкой. При использовании твердого углеводородного сырья надо учитывать, что в нем много примесей, в частности неорганических, поэтому перед повторной переработкой остатка разделения его надо очищать (на схеме для простоты блок очистки не показан), например также, как очищают сырье от механических примесей.

Тяжелый остаток разделения имеет гораздо большую температуру начала кипения, чем исходное сырье, не содержит легких фракций, поэтому его можно нагреть в отдельном нагревателе (печи) до большей температуры. Тогда это тепло можно использовать для нагрева и крекинга сырья. Такая схема представлена на фиг.4. Сырье в блоке нагрева (фиг.4, позиция 1) подогревается до небольшой температуры (150-200°С) для того, чтобы уменьшить его вязкость, и далее поступает в блок термомеханической (акустической, кавитационной и др.) обработки сырья остатком разделения (фиг.4, позиция 10). Туда же поступает и нагретый (фиг.4, позиция 9) до высокой температуры (400-450°С и более) остаток разделения. Сырье в блоке 10 за счет тепла остатка разделения нагревается до высокой температуры и подвергается термическому и/или термомеханическому крекингу. Теплообмен можно осуществить с помощью теплообменников различного типа, в том числе и за счет прямого контакта сырья и остатка разделения. Для кавитационной обработки нагретого сырья и наложения на него акустического воздействия, используют различные устройства: гидродинамические устройства, роторно-пульсационные аппараты (РПА) и т.д. Наиболее оптимально применять такие специальные устройства, действие которых основано на гидродинамических эффектах движения среды с большой скоростью (более 5 м/с) по каналам с препятствиями и поворотами различной формы, что приводит к возникновению локальных зон сниженного давления, в которых процесс испарения и отделения легкой фазы крекинга идет более интенсивно. При таком подходе процесс кавитации и акустической обработки возникает во всем объеме зоны обработки. Затем прореагировавшие смесь сырья и остатка разделения направляют в блок разделения (фиг.4, позиция 5) и далее по стандартной схеме. В этом случае блоки нагрева и крекинга сырья, смешивания крекируемого сырья с активным водородом и разделения на легкую часть и тяжелый остаток могут быть совмещены в одном аппарате.

Если использовать высокую реакционную способность атомарного водорода, то целесообразно использовать схему нефтеперерабатывающего производства, представленную на фиг.5. Очищенное сырье (блок очистки не показан) подается в блок нагрева (фиг.5, позиция 1). Температура нагрева сырья в данных опытах не превышала 400÷420°С. Водород или легкие водородсодержащие среды подают в блок нагрева (фиг.5, позиция 3), затем в блок получения атомарного водорода (фиг.5, позиция 4), полученный атомарный водород подается в блок нагрева (фиг.5, позиция 1). Затем прореагировавшее сырье направляют для получения товарных продуктов. Можно также подавать прореагировавшее сырье на блок разделения и далее согласно предыдущим схемам.

Поставленная задача решена также созданием установки для подготовки и глубокой переработки углеводородного сырья, в которой устройство для нагрева, обработки и крекинга исходного сырья дополнительно содержит реактор с катализатором для получения активного атомарного водорода из молекулярного водорода или легких водородсодержащих сред, обогащенных водородом, например, природного или попутного газа, газа и легких фракций нефтепереработки и нефтехимии, в частности газа и легких фракций, получаемых в процессе подготовки и глубокой переработки по данной полезной модели, при необходимости реактор для получения атомарного водорода и/или легких радикалов снабжен устройствами для нагрева водородсодержащих сред и катализатора, причем давление в реакторе с катализатором больше, чем давление в устройстве нагрева, обработки и крекинга, реактор с катализатором выполнен в виде цилиндра, шара, кольцевого цилиндра, параллепипеда или другой объемной фигуры, например, в виде трубчатого змеевика, с помещенным в него катализатором в виде гранул произвольного размера и формы, поверхность реактора проницаема для атомов водорода и/или легких радикалов, или на поверхности реактора выполнены отверстия произвольной формы, причем размеры отверстий меньше, чем размеры гранул катализатора, причем в устройстве крекинга может быть размещено больше одного реактора с катализатором, т.е. пакет реакторов, причем реактор с катализатором или пакеты реакторов могут быть расположены как вдоль движения потока сырья, так и поперек или в промежуточном положении. Реактор с катализатором может и не содержать гранул или порошка катализатора, при этом оболочка реактора, или весь реактор целиком выполнены из материала, который является катализатором для проведения процесса получения атомарного водорода и/или легких радикалов из молекулярного водорода и/или водородсодержащих сред. В теле катализатора имеется коллектор для распределения водорода и/или водородсодержащих сред. Количество атомов водорода и/или легких радикалов, получаемых в реакторе с катализатором, должно превышать количество открытых связей радикалов крекинга сырья, а отношение поверхности реактора с катализатором к объему зоны нагрева и/или крекинга увеличивают так, чтобы максимально полно провести реакцию сырья и атомарного водорода и/или легких радикалов.

Кроме того, внутри реактора с катализатором можно установить коллектор для равномерного распределения молекулярного водорода или водородсодержащих фракций по сечению и объему реактора.

Можно на поверхности реактора с катализатором изготовить отверстия различного размера для того, чтобы активный водород и/или легкие радикалы попадали в зону реакции с сырьем, а можно стенки реактора с катализатором выполнить из пористого материала с различными размерами пор, например в нанометровом диапазоне.

Прореагировавшие продукты можно сразу подавать на устройства получения целевых конечных продуктов. Но для достижения глубины переработки практически до 100% необходимо дополнить установку устройством разделения, в которой осуществляют окончание реакции, легкие целевые фракции реакции после устройства разделения, преимущественно с температурой конца кипения до 350-360°С, направляют в устройство получения целевых товарных продуктов типа сжиженного газа, бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии и др. на месте подготовки и глубокой переработки сырья по данной полезной модели или транспортируют к удаленному месту получения легких товарных продуктов, или часть из них вместе с непрореагировавшим водородом и/или водородсодержащими средами направляют в начало процесса для получения атомарного водорода и/или легких радикалов. Тяжелый остаток после устройства разделения, преимущественно с температурой начала кипения до 360°С и выше, частично или полностью направляют для получения тяжелых товарных продуктов типа битума, кокса и др., и/или частично или полностью направляют на повторную обработку по данной полезной модели в начало процесса вместе с исходным сырьем или отдельно на следующую ступень обработки. Устройство разделения может представлять собой атмосферную ректификационную колонну, или емкостной аппарат, нижняя часть внутреннего объема которого заполняется тяжелой частью разделения. В верхней части устройства имеется патрубок для отвода газов, в нижней для отвода жидкости. Для эффективного процесса отделения жидкой фазы от парогазовой, обычно прореагировавшее сырье диспергируют с понижением давления в устройство разделения для увеличения межфазной поверхности.

Наиболее экономично устройства нагрева и/или крекинга сырья и/или остатка разделения, нагрева водорода или водородсодержащих сред и катализатора, получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов и разделения на легкую часть и тяжелый остаток совместить в одном аппарате, а нагрев водорода или водородсодержащих сред и катализатора в устройстве получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов осуществлять за счет тепла нагретого сырья и/или остатка разделения.

Атомарный активный водород и/или легкие радикалы можно получать с помощью радиоактивного излучения, волнового воздействия на водород и водородсодержащие среды широким спектром частот различной природы и интенсивности, а также с помощью химических реакций, однако пока применение таких способов в промышленных условиях не так эффективно, как с помощью катализаторов.

Для переработки твердого углеводородного сырья установка дополнительно содержит устройство мелкодисперсного размельчения твердого углеводородного сырья, которое вводят в сырье и/или остаток разделения. Газообразное сырье просто вводят в жидкое сырье и/или остаток разделения.

Т.к. твердое углеводородное сырье, содержит много примесей, в частности неорганических, установка дополнительно содержит устройство очистки от вредных примесей и соединений остатка разделения перед его повторной обработкой.

На фигурах 6-18 представлена разрезы основных узлов установки подготовки и глубокой переработки углеводородного сырья.

На фиг.6-18 обозначено (в соответствие с обозначениями на фиг.1-5): 1 - устройство нагрева сырья; 2 - устройство крекинга (обычно участок нагреваемого змеевика); 4 - устройство получения атомарного водорода и/или легких радикалов (реактор с катализатором); 5 - устройство разделения, как один из вариантов - атмосферная ректификационная колонна; 11 - коллектор для распределения водорода или водородсодержащих фракций по объему и сечению катализатора; 12 - поверхность реактора с катализатором с отверстиями или проницаемая поверхность для прохода водорода или водородсодержащих фракций; 13 - катализатор, обычно засыпанный в реактор в виде гранул. Продольный вертикальный разрез установки показан на фиг.6. В качестве нагревателя (позиция 1) сырья можно использовать электрические, индукционные нагреватели различного типа. В промышленном варианте наиболее часто применяют печи огневого нагрева. Участок змеевика, нагреваемый в огневой печи, показан на фиг.7. Нагреватель водорода или водородсодержащих фракций для простоты не показан. Устройством крекинга сырья может служить емкостной аппарат, но наиболее оптимально термический и/или термомеханический крекинг сырья проводить в устройстве в виде трубы или змеевика в печи нагрева (фиг.6, 7, позиция 2). Устройство нагрева или нагрева и крекинга сырья дополнено устройством получения атомарного водорода и/или легких радикалов (реактор с катализатором), фиг.6, 7, позиция 4, который в данном случае нагревается за счет температуры нагретого сырья. Одновременно с нагревом с целью инициирования крекинга поток продуктов целесообразно подвергать последовательно или одновременно кавитационному, звуковому, ультразвуковому воздействию, создаваемому за счет движения потока, причем смесь углеводородов может подвергаться указанному воздействию многократно, а активный водород и/или легкие радикалы подают в устройства кавитационного, звукового, ультразвуковому воздействия. Для кавитационной обработки нефти и наложения на нее акустического воздействия используют также и специальные устройства, действие которых основано на гидродинамических эффектах движения среды с большой скоростью (более 5 м/с) по каналам с препятствиями различной формы и различной кривизны. Тяжелый остаток разделения может смешиваться с сырьем перед повторной обработкой и нагреваться совместно, или нагреваться отдельно от сырья в том же или отдельном нагревателе. В этом случае его можно нагреть до больших температур, чем сырье, т.к. в тяжелом остатке значительно меньше легких фракций, чем в сырье. В этом случае крекинг сырья можно осуществить за счет взаимодействия его с нагретым до высокой температуры остатком разделения, например прямым смешиванием и дальнейшим совместным движением с большими скоростями по каналам с препятствия различной формы и кривизны. Т.е. дополнительно устройство нагрева и/или термического крекинга сырья может быть оснащено устройством акустической, кавитационной и др. обработки сырья (конструкций устройств много, для простоты на фиг.6 не показано) для осуществления термомеханического крекинга. Устройства обработки, как и нагрева сырья, могут располагаться как вне трубопровода или емкостного аппарата, по которому протекает сырье, так и внутри него. Протекая по трубопроводу, сырье нагревается, или нагревается и подвергается термическому и/или термомеханическому крекингу, при этом в зону нагрева, или нагрева и крекинга сырья подается активный атомарный водород из реактора с катализатором (фиг.6, позиция 4).

Реактор с катализатором для получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов может иметь произвольную форму - стержневую цилиндрическую, в виде кольцевого цилиндра, параллепипеда, шара, трубчатого змеевика и т.д., в виде объемной фигуры произвольной формы, в которую помещен катализатор, например в виде гранул небольшого размера, обычно до нескольких миллиметров (в процессах каталитического крекинга применяют и катализаторы с размерами 50-100 микрометров). Реактор с катализатором может и не содержать гранул или порошка катализатора, при этом оболочка реактора, или весь реактор целиком выполнены из материала, который является катализатором для проведения процесса получения атомарного водорода и/или легких радикалов из молекулярного водорода и/или водородсодержащих сред. В теле катализатора имеется коллектор для распределения водорода и/или водородсодержащих сред. Поверхность реактора с катализатором должна быть развита по отношению к зоне нагрева, крекинга сырья так, чтобы максимально увеличить область взаимодействия (реакции) атомарного водорода и/или легких радикалов и нагретого или крекируемого сырья для эффективного использования реагирующих продуктов, а количество атомов водорода и/или легких радикалов должно превышать количество открытых связей радикалов крекинга сырья. На фиг.8 представлен продольный вертикальный разрез реактора с катализатором в виде стержневого цилиндра с поперечным коллектором, на фиг.9-11 показан разрез реакторов с продольным коллектором. Нагретый молекулярный водород или водородсодержащие фракции подают в поперечный (фиг.8, позиция 11) или продольный (фиг.9-11, позиция 11) коллектор, из которого водород или водородсодержащие фракции через поры или отверстия (фиг.8-11, позиция 12) произвольной формы и размеров попадают в объем с катализатором (фиг.8-11, позиция 13). Это может быть катализатор в виде гранул или порошка, помещенного между поверхностями коллектора и реактора, или в виде твердого с отверстиями или пористого катализатора процесса, который и образует тело и стенки реактора с катализатором. Образующийся в нем активный атомарный водород и/или легкие радикалы через соответствующие поры или отверстия на внешних поверхностях реактора с катализатором (фиг.8-11, позиция 12) попадает в зону реакции с сырьем. Размеры отверстий должны быть меньше, чем размеры гранул катализатора. Т.к. процесс образования атомарного водорода и/или легких радикалов при крекинге водородсодержащих сред имеет вероятностный характер и требует некоторого времени (в процессах гидрокрекинга до нескольких секунд), начальная часть внешней поверхности реактора с катализатором может быть закрыта для прохода активного водорода и легких радикалов, как это показано на фиг.9. Форма внешней поверхности реактора с катализатором может иметь обтекаемую форму как в конце реактора (фиг.8, 10), так и в начале (фиг.11), т.е. весь реактор имеет сглаженную форму для лучшего обтекания сырьем. Перспективной формой для реактора с катализатором является такая, при которой внешняя поверхность имеет форму аэродинамического крыла, особенно двухстороннего, как это примерно показано на фиг.11. В этом случае при обтекании реактора сырьем на его внешней поверхности возникают зоны пониженного давления, что способствует оттоку активного водорода и/или легких радикалов от поверхности реактора и препятствует налипанию сырья на поверхность реактора. На фиг.12 представлен продольный вертикальный разрез реактора в виде кольцевого цилиндра с катализатором. Нагретый молекулярный водород или водородсодержащие фракции подают в поперечный кольцевой коллектор (фиг.12, позиция 11), из которого водород или водородсодержащие фракции через поры или отверстия (фиг.12, позиция 12) произвольной формы и размеров попадают в объем с катализатором (фиг.12, позиция 13). Коллектор может быть и продольный (фиг.13), или смешанный, или другой формы. Образующийся в реакторе активный атомарный водород (и легкие радикалы) через соответствующие отверстия на внешних поверхностях реактора с катализатором (фиг.12, 13, позиция 12) попадает в зону реакции с сырьем. Отличие этого варианта реактора от предыдущего (в виде стержневого цилиндра) заключается в том, что сырье обтекает реактор с двух сторон (внешней и внутренней) и зона взаимодействия водорода и сырья используется более эффективно. Могут использоваться и реакторы другой формы (шаровые, в виде параллепипедов, трубчатых змеевиков и т.д.) или пакеты стержней, кольцевых цилиндров и т.д. На фиг.14-16 показан поперечный разрез пакета стержневых реакторов (фиг.14), пакета кольцевых реакторов (фиг.15), и реактора, состоящего из нескольких реакторов в виде кольцевых цилиндров, расположенных соосно (фиг.16). Пакеты реакторов, как и отдельные реакторы с катализатором, могут быть расположены как вдоль потока сырья, так и поперек или под углом. Прореагировавшее с активным водородом и легкими радикалами сырье можно сразу направлять для получения товарных продуктов. Если необходимо увеличить выход легких целевых продуктов практически до 100%, то целесообразно дополнить установку устройством разделения прореагировавшего сырья на легкие целевые фракции реакции, преимущественно с температурой конца кипения до 350-360°С, и тяжелый остаток разделения, преимущественно с температурой начала кипения 360°С и выше. На фиг.17 показан вертикальный продольный разрез установки, дополненной устройством разделения (позиция 5). Обычно простейшее устройство разделения выполняют в виде емкостного аппарата, в который, для увеличения межфазной поверхности и более эффективного разделения парогазовой и жидкой фазы, диспергируют прореагировавшее сырье с понижением давления. Устройство снабжено патрубками для вывода парогазовой фазы (легкие целевые фракции) и жидкой фазы (остатка разделения). Иногда эффективнее присоединять устройство крекинга с реактором с катализатором к устройству разделения тангенциально к его корпусу (горизонтальный поперечный разрез показан на фиг.18). При этом из-за образования вихревого движения в корпусе устройства разделения и понижения давления во внутренней части вихря, происходит более эффективное разделения жидкой и парогазовой фазы. Кроме того, в качестве устройства разделения перспективно использовать широко известную атмосферную ректификационную колонну, в которой прореагировавшее сырье разделяется на газовую часть, несколько узких легких фракций и тяжелый кубовый остаток типа мазута. В этом случае часть газовых и наиболее легких фракций (в зависимости от поставленной задачи и цели переработки) целесообразно направить в начало процесса вместе с водородом и/или водородсодержащими средами для получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов с целью экономии водорода и/или водородсодержащих сред, поступающих извне процесса. Тяжелый остаток или его часть (в зависимости от поставленной задачи и цели переработки) направляют в начало процесса для повторной обработки с целью увеличения глубины дальнейшей переработки сырья и увеличения выхода легких целевых продуктов.

Реализовать предлагаемый процесс переработки легко можно как в промышленных, так и в стендовых условиях. В качестве исходного сырья использовалась тяжелая нефть месторождений Среднего Поволжья, а также тяжелая нефть других месторождений и нефтяные остатки.

В упрощенных стендовых условиях исходное сырье нагревают с помощью электрического нагревателя (фиг.1, 6, позиция 1) и подвергают термическому крекингу в нагреваемом змеевике (фиг.1, 6, позиция 2), при этом блок нагрева и блок крекинга совмещены в одном аппарате. Температура в блоке крекинга была в диапазоне 420÷450°С и более. Молекулярный водород из баллона нагревают и подают (при большем давлении, чем давление в блоке крекинга, чтобы сырье не попадало в реактор с катализатором) в реактор (фиг.1, 6, позиция 4) с засыпанным в него никелевым, молибденовым или платиновым катализатором (в виде гранул диаметром до 3 миллиметров). Водород и реактор с катализатором, который находится внутри нагретого сырья в зоне крекинга, нагреваются в данном варианте до необходимой температуры за счет тепла нагретого сырья. Реактор с катализатором устроен в виде цилиндра, в который засыпан катализатор, установленного в потоке нагретого сырья, с подводящим водород патрубком и коллектором, с распределенными по поверхности реактора отверстиями для распределения получаемого атомарного водорода по сечению и объему зоны крекинга. Конструкция реактора с катализатором может быть цилиндрическая, кольцевая, шарообразная и т.д., принципиального значения это не имеет. В данном конкретном случае использовался реактор стержневого цилиндрического типа, как наиболее простой в изготовлении. Образующийся в реакторе с катализатором атомарный водород поступает непосредственно в зону крекинга исходного сырья, где происходит реакция насыщения открытых связей радикалов. Прореагировавшее сырье охлаждается (для простоты на схеме не показано) и анализируется. В этом варианте блоки нагрева и крекинга сырья, нагрева водорода или водородсодержащих сред и катализатора, получения активного атомарного водорода совмещены в одном аппарате. Некоторые результаты приведены в таблице 1. Глубина переработки достигает 81%, а содержание серы уменьшилось почти в 10 раз. Потенциал (содержание легких целевых фракций) сырья вырос более чем в 2 раза, количество вредных примесей значительно уменьшилось, т.е. улучшилось качество сырья для переработки и получения товарных легких продуктов. При добавке в исходное сырье 4% размельченного до размеров 0,05-1 микрометра сланца, выход светлых целевых фракций увеличился до 82,7%, т.е. часть твердых углеводородов была переработана в легкие жидкие углеводороды. Для достижения практически тех же результатов по данной полезной модели вместо водорода можно использовать пропан - бутановую смесь из баллона и другие легкие, обогащенные водородом продукты или фракции.

При переработке мазута (кубового остатка после атмосферной колонны) по данному способу количество легких целевых фракций с температурой кипения до 360°С составило 67,3% масс., а в исходном мазуте это количество составляло всего лишь 2,6% масс. Это понятно, т.к. легкие фракции подвергаются крекингу гораздо труднее, чем тяжелые, состоящие из длинных многоатомных молекул. На такой установке по данному способу можно перерабатывать непосредственно на месте добычи тяжелую нефть, мазут и другие остатки нефтепереработки и нефтехимии для получения высокопотенциальной и более качественной нефти (сырья) для транспортировки на нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы для дальнейшей переработки и получения легких целевых товарных продуктов известными способами, или получать товарные продукты на месте использования предлагаемого способа, достроив установку необходимыми устройствами. Для увеличения глубины переработки необходима многократная обработка остатка разделения.

В условиях, максимально приближенных к промышленным, предлагаемая полезная модель реализована на стендовой установке производительностью до 30 кг/ч. Схема стендовой установки приведена на фиг.2, основные узлы - на фиг.17. Установка оснащена различным емкостным оборудованием для хранения сырья и сбора получаемых продуктов, теплообменным оборудованием для нагрева сырья и остатка разделения и охлаждения продуктов, насосным оборудованием и контрольно-измерительными приборами. Сырье насосом подается в змеевик электрического нагревателя 1 (аналог промышленной печи), затем нагретое сырье подается в блок крекинга 2 (обычно участок нагреваемого змеевика). Водород из баллона нагревают (фиг.2, позиция 3), пропускают через нагретый реактор с катализатором 4, и также подают в блок крекинга (фиг.2, 17, позиция 2), прореагировавшую смесь направляют в блок разделения 5, например, диспергируют с понижением давления в емкостной аппарат. В этом варианте блоки и устройства нагрева и крекинга сырья, нагрева водорода или водородсодержащих сред и катализатора, получения активного атомарного водорода и разделения совмещены в одном аппарате, а водород или водородсодержащие фракции и реактор с катализатором для получения атомарного водорода нагревают за счет температуры сырья и остатка разделения. После блока разделения (фиг.2, 17, позиция 5) остаток разделения полностью возвращается в начало процесса на повторную многократную обработку, хотя и предусмотрен патрубок для подачи части остатка разделения на блоки получения тяжелых товарных продуктов.

Процесс непрерывный. Некоторые результаты, полученные на стендовой установке по реализации предлагаемой полезной модели, приведены в таблице 2. Глубина переработки достигает 97%. С учетом образующихся несконденсированных газов можно уверенно говорить практически о 100% глубине переработки сырья с помощью данной полезной модели.

Для достижения практически тех же результатов по данному способу вместо водорода можно использовать пропан - бутановую смесь из баллона и другие легкие, обогащенные водородом продукты или фракции. При использовании пропан - бутановой смеси из баллона вместо водорода общий выход легких целевых фракций практически не изменился и составил 97,0% масс. При этом количество бензиновых фракций (с температурой кипения до 180°С) уменьшилось на 1,8% масс., а количество дизельных фракций (с температурой кипения от 240°С до 360°С) увеличилось на 1,5% масс., количество керосиновых фракций (с температурой кипения от 180°С до 240°С) практически не изменилось. При добавлении пропан - бутановой смеси в исходное сырье в пределах до 3%, незначительно (до 1%) увеличился выход бензиновой фракции.

Если использовать высокую реакционную способность атомарного водорода, то целесообразно использовать схему нефтеперерабатывающего производства без крекинга, представленную на фиг.5. Очищенное сырье (блок очистки не показан) подается в блок нагрева (фиг.5, 6, позиция 1), при этом температура нагрева сырья в данных опытах не превышала 400÷420°С, т.е. термический крекинг не происходит. Водород или легкие водородсодержащие среды подают в блок нагрева (фиг.5, позиция 3), затем в блок получения атомарного водорода (фиг.5, 6, позиция 4), полученный атомарный водород подается в блок нагрева (фиг.5, 6, позиция 1). Затем прореагировавшее сырье охлаждают и анализируют (в промышленных условиях направляют для получения товарных продуктов). Т.е. процесс подготовки и глубокой переработки углеводородного сырья можно проводить без проведения крекинга сырья, однако этот процесс еще плохо изучен, но имеет широкие перспективы, т.к. может проходить при более низких температурах и энергетических затратах, чем при реализации термического и/или термомеханического крекинга. Некоторые результаты представлены в таблице 3.

Результаты хорошие, хотя и хуже, чем в предыдущих случаях. Выход светлых целевых фракций увеличился в 1,48 раза по сравнению с исходным сырьем. Более высокий выход целевых фракций можно получить при использовании блока разделения и повторной многократной обработки остатка разделения, как было показано ранее.

Таким образом, технический результат - увеличение выхода легких целевых продуктов или фракций (газовых, бензиновых, керосиновых и дизельных, а также фракций для нефтехимических и химических производств) и, соответственно, увеличение глубины переработки, улучшение качества получаемых фракций для их дальнейшей транспортировки и переработки - достигается такой организацией процесса подготовки и глубокой переработки, при которой сырье и катализатор не контактируют, вследствие чего катализатор не отравляется вредными примесями и практически не коксуется, что приводит к увеличению долговечности катализатора и отсутствию необходимости процессов регенерации, причем углубление переработки практически до 100% можно достичь по данной полезной модели за счет повторной, возможно многократной, обработки тяжелой части разделения продуктов реакции. Предлагаемая установка проста в эксплуатации и не требует больших капитальных и эксплуатационных затрат.

1. Установка подготовки и глубокой переработки углеводородного сырья, включающая блоки нагрева сырья и водорода, блоки получения конечных продуктов, отличающаяся тем, что в установку включен блок термического и/или термомеханического (некаталитического) крекинга жидкого (например нефти, мазута, остатков нефтепереработки и нефтехимии) исходного сырья, включен блок нагрева молекулярного водорода или легких водородсодержащих сред, обогащенных водородом, например, природного или попутного газа, газа и легких фракций нефтепереработки и нефтехимии, в частности газа и легких фракций, получаемых в процессе переработки по данной полезной модели, дополнительно в установку включен реактор или пакет реакторов с нагретым до необходимой температуры катализатором для получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов (блок получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов) для реакции с нагретым и/или крекируемым сырьем, причем давление в блоке нагрева водорода и/или водородсодержащих сред в реакторе или пакете реакторов с катализатором больше, чем давление в блоке нагрева и/или крекинга сырья, продукты реакции используют в блоках получения товарных продуктов для их выработки, и/или установка дополнена блоком разделения для окончания реакции крекируемого сырья и активного водорода и/или легких радикалов и разделения продуктов реакции на легкие целевые фракции реакции, преимущественно с температурой конца кипения до 350-360°С, которые частично или полностью используют в блоках получения легких целевых товарных продуктов для выработки сжиженного газа, бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии и других легких продуктов на месте подготовки и переработки сырья по данной полезной модели или на удаленных блоках получения легких товарных продуктов, и/или частично используют в реакторе с катализатором для получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов, и/или частично используют вместе с исходным сырьем, и тяжелые фракции (остаток) после блока разделения, преимущественно с температурой начала кипения 360°С и выше, которые частично или полностью используют в блоках получения тяжелых товарных продуктов для выработки битума, кокса и других тяжелых продуктов на месте переработки по данной полезной модели или на удаленном блоке получения тяжелых товарных продуктов, и/или частично или полностью используют для повторной обработки по данной полезной модели вместе с исходным сырьем или отдельно на следующем блоке подготовки и переработки по данной полезной модели, а отношение поверхности реактора или реакторов с катализатором к объему зоны нагрева и/или крекинга сырья должно быть увеличено так, чтобы максимально увеличить область взаимодействия (реакции) атомарного водорода и/или легких радикалов и нагретого или крекируемого сырья для эффективного использования реагирующих продуктов.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что количество полученных в реакторе или реакторах с катализатором атомов водорода и/или легких радикалов должно превышать количество открытых связей радикалов крекинга сырья.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в схему дополнительно включен блок мелкодисперсного размельчения твердых углеводородов (например угля, сланца, продуктов растительного происхождения), причем размельченные твердые углеводороды вводят (смешивают) в исходное сырье и/или тяжелый остаток разделения перед его повторной обработкой, газообразные углеводороды также вводят (смешивают) в исходное сырье и/или остаток разделения перед его повторной обработкой.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блоки нагрева и/или крекинга сырья, нагрева водорода или водородсодержащих сред и катализатора, получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов и разделения на легкую часть и тяжелый остаток совмещены в одном аппарате.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для нагрева водорода или водородсодержащих сред и катализатора в блоке получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов используют тепло нагретого сырья и/или остатка разделения.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для получения атомарного активного водорода и/или легких радикалов используют радиоактивное облучение, волновое воздействие на водород и водородсодержащие среды широкого спектра частот различной природы и интенсивности, а также химические реакции.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве исходного сырья используют газообразные углеводороды, причем газообразные углеводороды могут быть использованы в качестве теплоносителя и массоносителя при переработке твердых углеводородов в виде мелкодисперсных порошков, а также жидких углеводородов.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве водородсодержащих сред для получения атомарного водорода используют неуглеводородные вещества, в частности воду и/или водяной пар.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве блока разделения используют ректификационную колонну.

10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в схему включен блок выделения части газовых и легких фракций, а также непрореагировавшего водорода и/или легких водородсодержащих исходных сред из легких целевых фракций реакции после блока разделения, которые совместно используют в начале схемы для получения атомарного водорода и/или легких радикалов, и/или частично используют вместе с исходным сырьем.

11. Установка по пп.1 и 10, отличающаяся тем, что в схему включен блок очистки от вредных примесей и соединений остатка разделения перед его повторной обработкой, а также непрореагировавших водорода и/или легких водородсодержащих исходных сред и части газовых и легких фракций, которые используют в начале процесса для получения атомарного водорода и/или легких радикалов.

12. Установка подготовки и глубокой переработки углеводородного сырья, включающая устройства для нагрева сырья, устройства для получения конечных продуктов, отличающаяся тем, что устройство нагрева и/или термического, и/или термомеханического (некаталитического) крекинга жидкого исходного сырья дополнительно содержит реактор или пакет реакторов с катализатором для получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов из молекулярного водорода и/или легких водородсодержащих сред, обогащенных водородом, например, природного или попутного газа, газа и легких фракций нефтепереработки и нефтехимии, в частности газа и легких фракций, получаемых в процессе переработки по данной полезной модели, при необходимости реактор для получения атомарного водорода и/или легких радикалов снабжен устройствами для нагрева водородсодержащих сред и катализатора, причем давление в реакторе с катализатором больше, чем давление в устройстве нагрева и/или крекинга, реактор с катализатором выполнен в виде цилиндра, шара, кольцевого цилиндра, пластины, трубчатого змеевика или другой объемной фигуры с помещенным в него катализатором в виде гранул произвольного размера и формы, поверхность реактора с катализатором выполнена из материала, свободно проницаемого для активного атомарного водорода и/или легких радикалов, или на поверхности реактора выполнены отверстия произвольной формы, размеры отверстий меньше, чем размеры гранул катализатора, причем в устройстве крекинга может быть размещено больше одного реактора или пакета реакторов с катализатором, а отношение поверхности реактора или реакторов с катализатором к объему зоны нагрева и/или крекинга сырья должно быть увеличено так, чтобы максимально увеличить область взаимодействия (реакции) атомарного водорода и/или легких радикалов и нагретого или крекируемого сырья для эффективного использования реагирующих продуктов.

13. Установка по п.12, отличающаяся тем, что количество полученных в реакторе или реакторах с катализатором атомов водорода и/или легких радикалов должно превышать количество открытых связей радикалов крекинга сырья.

14. Установка по п.12, отличающаяся тем, что внутри реактора с катализатором выполнен коллектор с отверстиями для распределения молекулярного водорода или водородсодержащих сред по сечению и объему реактора.

15. Установка по пп.12 и 14, отличающаяся тем, что стенки коллектора и реактора с катализатором выполнены из пористого материала с произвольными размерами пор, например, в нанометровом диапазоне.

16. Установка по п.12, отличающаяся тем, что нагрев водорода или водородсодержащих сред и катализатора в устройстве получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов осуществляют за счет тепла нагретого сырья и/или остатка разделения.

17. Установка по п.12, отличающаяся тем, что реактор с катализатором или пакеты реакторов могут быть расположены как вдоль движения потока сырья, так и поперек или в промежуточном положении.

18. Установка по п.12, отличающаяся тем, что реактор с катализатором имеет сглаженную форму поверхности для лучшего обтекания сырьем, например такую, при которой внешняя поверхность имеет форму аэродинамического крыла, особенно двухстороннего.

19. Установка по п.12, отличающаяся тем, что оболочка реактора или весь реактор целиком выполнены из материала, который является катализатором для проведения процесса получения атомарного водорода и/или легких радикалов из молекулярного водорода и/или водородсодержащих сред.

20. Установка по п.12, отличающаяся тем, что устройство нагрева и/или крекинга сырья с реактором с катализатором сообщено с устройством разделения, в котором осуществляют окончание реакции, легкие целевые фракции реакции после устройства разделения, преимущественно с температурой конца кипения до 350-360°С, частично или полностью направляют на устройства получения легких целевых товарных продуктов типа сжиженного газа, бензина, керосина, дизельного топлива, продуктов нефтехимии на месте переработки сырья по данной полезной модели, или после охлаждения транспортируют к удаленному месту получения легких товарных продуктов, и/или частично возвращают в начало процесса в реактор с катализатором для получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов, и/или частично возвращают и вводят в исходное сырье, тяжелый остаток после устройства разделения, преимущественно с температурой начала кипения 360°С и выше, частично или полностью направляют для получения тяжелых товарных продуктов типа битума, кокса, и/или частично или полностью направляют на повторную обработку по данной полезной модели в начало процесса вместе с исходным сырьем или отдельно на следующую установку обработки.

21. Установка по п.20, отличающаяся тем, что устройства нагрева и/или крекинга сырья и/или остатка разделения, нагрева водорода или водородсодержащих сред и катализатора, получения активного атомарного водорода и/или легких радикалов и разделения на легкую часть и тяжелый остаток совмещены в одном аппарате.

22. Установка по п.12 или 20, отличающаяся тем, что для переработки твердого углеводородного сырья (например угля, сланца, продуктов растительного происхождения) установка дополнительно содержит устройство мелкодисперсного размельчения твердого углеводородного сырья, после которого размельченные углеводороды вводят в исходное сырье и/или тяжелый остаток разделения перед его повторной обработкой.

23. Установка по п.12 или 20, отличающаяся тем, что дополнительно содержит устройство выделения непрореагировавшего водорода и/или легких водородсодержащих исходных сред, а также части газовых и легких фракций процесса после устройства разделения, которые совместно возвращают в начало процесса для получения атомарного водорода и/или легких радикалов, и/или частично возвращают и вводят в исходное сырье.

24. Установка по п.12 или 20, отличающаяся тем, что дополнительно содержит устройства очистки от вредных примесей и соединений остатка разделения перед его повторной обработкой, а также непрореагировавших водорода и/или легких водородсодержащих исходных сред и части газовых и легких фракций, перед их возвратом в начало процесса для получения атомарного водорода и/или легких радикалов.

25. Установка по п.20, отличающаяся тем, что в качестве устройства разделения используют ректификационную колонну.