“增產(chǎn)”的石油——超聲技術(shù)新應(yīng)用

1、“增產(chǎn)”的石油超聲技術(shù)新應(yīng)用供稿人：卞志昕超聲波作為一種新興技術(shù)用于傳統(tǒng)工藝中往往會有驚奇的作用和非凡的表現(xiàn)。近年來，在石油加工方面超聲波的空化作用已逐漸成為研究的熱點，空化時所形成的微小的氣泡大大增加了兩相間的接觸面積，十分有利于相間反應(yīng)的發(fā)生。同時，空化時因微小氣泡產(chǎn)生和破滅的十分迅速，會產(chǎn)生局部的高溫和高壓，這會使某些反應(yīng)苛刻的反應(yīng)條件溫和化，甚至在常溫常壓下進(jìn)行，大大減少了投資費用。在石油加工行業(yè)有著十分廣闊的前景。目前在石油產(chǎn)業(yè)中用到的超聲波技術(shù)包括：測定石油產(chǎn)品密度，強(qiáng)化原油破乳脫鹽、降低稠油粘度、處理石油污水和超聲波脫硫。 突破SonocrackingTM 最

2、近，一項名為SonocrackingTM的超聲石油氧化脫硫技術(shù)正受到全球各大石油公司的關(guān)注。 美國SulphCo Inc.開發(fā)的這種技術(shù)將石油燃料與非常少量的氧化劑、表面活性劑和水進(jìn)行液體混合，形成一種水相-有機(jī)相的混合介質(zhì)。將這種介質(zhì)連續(xù)注人到超聲波室。經(jīng)超聲波作用后從超聲波室流出來的混合物便可很容易地分層，成為水相和有機(jī)相。其中的有機(jī)相即為脫過硫的石油燃料。該工藝主要通過反應(yīng)器內(nèi)超聲波的空化作用，使油相與水相的劇烈混合，并可在幾ns的超短時問內(nèi)，使混合物料內(nèi)的局部溫度達(dá)到幾千度并且局部壓力超過1013.2 MPa，這使得混合物料產(chǎn)生過氧化氫。過氧化氫參與硫化物的氧化反應(yīng)，將其變成

3、硫酸鹽、亞砜和極少量的砜。溶劑再生后可循環(huán)使用。亞砜和硫酸鹽可生產(chǎn)硫磺或其他產(chǎn)品。據(jù)這項技術(shù)的發(fā)明人Rudolf Gunnerman，也是SulphCo Inc.的主席兼CEO解釋：這種超聲波技術(shù)可使一桶原油的產(chǎn)量提高35%，而且他相信，如果使用性能更先進(jìn)的機(jī)器，甚至將能使石油產(chǎn)量增幅由35%提升至50%。 歷程Rudolf Gunnerman和SulphCo Inc. 今天，眾多石油公司都想與SulphCo Inc.合作，要求獲得其SonocrackingTM技術(shù)專利，發(fā)明者Rudolf Gunnerman幾乎平起平坐地與一些石油公司的老板們談判，但兩年多前，當(dāng)他向工程師

4、們提及他的超聲波故事時，換來的卻是嘲笑。 追述SonocrackingTM的開發(fā)史，Rudolf Gunnerman從1997年就在加利福尼亞大學(xué)建立了一個研究室，并在那里發(fā)展了這種工藝技術(shù)的基礎(chǔ)理論。 2000年12月，他離開校園，自己創(chuàng)業(yè)，在里諾（內(nèi)華達(dá)州）成立了自己的公司SulphCo Inc.。 2004年8月，SulphCo Inc.與ChevronTexaco公司下的ChevronTexaco能源技術(shù)公司合作，共同開發(fā)提高超聲技術(shù)。 2005年5月，SulphCo Inc.為生產(chǎn) SonocrackingTM 超聲波設(shè)備的關(guān)鍵部件與德國 Ma

5、rkisches Werk GmbH（簡稱MWH）簽署了一項協(xié)議。根據(jù)該協(xié)議，MWH 將為 SulphCo 的SonocrackingTM 設(shè)備生產(chǎn)探頭組件和反應(yīng)器，同時提供技術(shù)設(shè)計和開發(fā)協(xié)助。 2005年7月，SulphCo Inc.與臺灣Jaie Haour集團(tuán)簽訂制造協(xié)議。協(xié)議要求JH集團(tuán)生產(chǎn)Sonocracking單元的框架、管道等，并提供部件來源、技術(shù)設(shè)計和開發(fā)幫助，同時也提供設(shè)備安裝支持人員。 2005年8月9月，SulphCo Inc.公司完成其首個日產(chǎn)2000桶的 Sonocracking 設(shè)備的建造和測試。該設(shè)備的部件已經(jīng)運至韓國，在韓國的OIL-SC 客

6、戶點安裝。這個日產(chǎn)2000桶的設(shè)備由若干主要部件組成，包括不銹鋼中間貯槽和管道、自動閥和測量設(shè)備、脫水裝置，以及帶有觸摸屏 PLC邏輯的控制板。該設(shè)備還包括重要的 Sonocracking 超聲波部件和電源。該設(shè)備由 SulphCo 的工程技術(shù)人員設(shè)計，很多部件由SulphCo，以及德國和臺灣的第三方供應(yīng)商共同建造。該設(shè)備的設(shè)計和建造目的是滿足韓國的許可規(guī)范，而該規(guī)范使強(qiáng)制性的防爆設(shè)計參數(shù)的列入成為必要。 如今，SulphCo Inc.已在AMEC上市，公司CEORudolf Gunnerman還計劃到2007年每天煉油60萬桶，2009年達(dá)到2200萬桶。用長遠(yuǎn)的觀點看，Rudol

7、f Gunnerman將成為世界首富，也許在幾個月內(nèi)就能實現(xiàn)。 專利超聲氧化脫硫 一項重大技術(shù)變革的前后，都可通過其申請的專利來透視出技術(shù)發(fā)展過程。SonocrackingTM技術(shù)也不例外。 從2002年起，SulphCo Inc.就開始申請超聲氧化脫硫技術(shù)專利，在技術(shù)逐漸成熟后，又申請了相關(guān)設(shè)備的專利，至今已申請了6項美國發(fā)明專利，5項已授權(quán)。表1列出了SulphCo Inc.公司與超聲氧化脫硫相關(guān)的專利。 表1：SulphCo Inc.公司申請的超聲氧化脫硫相關(guān)專利專利號專利名稱申請日專利族US6402939 B1化石燃料的超聲氧化脫硫Oxidati

8、ve desulfurization of fossil fuels with ultrasound20020611WO 200226916 A1AU 200193043 ANO 200301403 AEP 1335962 A1RU 2235754 C1MX 2003002702 A1US6500219 B1化石燃料超聲氧化脫硫連續(xù)工藝及產(chǎn)品Continuous process for oxidative desulfurization of fossil fuels with ultrasound and products thereof20021231WO 200274884 A1US 2

9、0030014911 A1NO 200304161 AEP 1409614 A1AU 2002254291 A1RU 2233862 C1MX 2003008432 A1US6652992 B1防腐蝕超聲擴(kuò)音器Corrosion resistant ultrasonic horn20031125WO 200462101 A1AU 2003299571 A1NO 200405213 AEP 1573909  A1MX 2004012597 A1US6827844 B2二烷基醚存在下的石油超聲輔助脫硫Ultrasound-assisted desulfurization of fossi

10、l fuels in the presence of dialkyl ethers20041207US 20040079680 A1WO 200437370 A2AU 2003277274 A1NO 200405202 AEP 1554362 A2MX 2004012588 A1US6897628 B2高能超聲發(fā)生器和其在化學(xué)反應(yīng)器中的使用High-power ultrasound generator and use in chemical reactions20050524US 20040227414 A1WO 2004105085 A1US20050205463 A1利用超聲轉(zhuǎn)換石油殘渣成

11、可用油Conversion of petroleum resid to usable oils with ultrasound20050922WO 200591859 A2 在已申請的6項專利中，有2項是關(guān)于超聲氧化脫硫的設(shè)備專利，另5項均為技術(shù)專利。 （1）設(shè)備專利 2項設(shè)備專利分別關(guān)于防腐蝕超聲擴(kuò)音器與高能超聲發(fā)生器。 在其超聲擴(kuò)音器中采用了鈦基材料為外殼，銀基材料為核心，外殼壁厚0.51.0cm，該擴(kuò)音器材料選擇使其能很好的起到防腐蝕的作用。此外，該種擴(kuò)音器最適宜在20 kHz到200kHz的頻率下使用，超聲波聲能強(qiáng)度可在非常廣的范圍內(nèi)變化，最佳時

12、能產(chǎn)生50W/cm2100W/cm2的能量。高能超聲發(fā)生器除包括超聲擴(kuò)音器裝置外，還包括超聲波傳感器，其與超聲波擴(kuò)音器相連，產(chǎn)生機(jī)械震蕩，并傳送震動，以產(chǎn)生所說的超聲波音頻。 （2）技術(shù)專利 從2002年第一份超聲脫硫?qū)＠_始，SulphCo Inc.不斷完善著技術(shù)，并擴(kuò)大應(yīng)用層面。最初的US6402939，主要介紹其工藝：將含水和過氧化氫的化石燃料去除含砜物質(zhì)；之后的專利，應(yīng)用超聲技術(shù)去除柴油中的砜，產(chǎn)生無硫柴油；US6827844則介紹了含水和二烷基醚的化石燃料超聲脫硫工藝；最新的一項美國專利US20050205463則對石油殘渣進(jìn)行脫硫處理，將重油變?yōu)檩p油，整個油品的沸點也由高沸點轉(zhuǎn)變?yōu)榈头悬c，殘渣油變?yōu)榭捎檬汀?#160;另外，發(fā)明人Rudolf Gunnerman在2001年5月22日還申請過一篇美國專利，公開號為US 20030051988，在這篇專利中，最早提出了用超聲的方法對原油進(jìn)行水相與有機(jī)相的分離，此方法可提高原油API值，增加柴油十六烷指數(shù)，還可以減少硫或氮的含量。 超聲脫硫由于降低了原本苛刻的操作條件，使其操作更為簡便