[发明专利]使用射频电磁波加工烃

说明书

技术领域

本发明涉及使用电磁场，特别是射频电磁场来裂解和改良重烃。改良重烃有利于在烃的提取和加工中变为有价值的燃料。特别地，本发明涉及一种可以用于裂解重烃的有利的射频(RF)高频发热电极和方法。本发明使通常非反应性的芳香分子的碳-碳(C-C)键断裂，其可以用于改良沥青，降低汽油中的芳香烃的含量，或协助石化合成。

背景技术

随着世界上标准原油储备的减少，以及对油的持续需求，导致油价上升，油制造商尝试由沥青矿、油砂、沥青砂、油页岩和重油田加工烃。这些材料通常存在于沙或粘土的天然存在的混合物中。由于沥青矿、油砂、油页岩、沥青砂和重油(简称重烃)的极高粘度，在提取标准原油中使用的钻井和精炼方法通常不适用。需要提高原油采收率(EOR)的方法。

目前的EOR技术通过使用蒸汽加热烃地层或有时通过使用RF能量加热或预加热地层。蒸汽已经用于提供原位加热，例如通过蒸汽辅助重力泄油(SAGD)系统。由于表面融化，蒸汽提高采油率可能不适合于永久冻土区，在具有岩石层的分层和薄贮藏区，其中具有不足的盖层。在井开始运转时，例如，最初的蒸汽对流可能较慢且不可靠，因为在烃矿中进行加热缓慢。水资源可能不足以制造蒸汽。

RF加热方法使用原位原生的水，例如，孔隙水，其通常存在于烃地层中。水通过电磁场容易地被加热，因而地下天线可以加热烃地层。

电磁场加热的孔隙水将传导地加热烃。由于电磁场以近光速传播，RF加热通过传导和对流提供了大大增加的速率和穿透性。RF能量还可以穿透不可渗透的岩石以加热远处。原位裂解和改良油的射频电磁装置是有价值的，特别是伴随有油井增产措施时。

重烃，例如原油和沥青，通常包含芳香族分子，其使得油粘稠和沉重，因此难以提取。芳族分子为其中原子以环状连接在一起的分子，例如苯。使芳香环断裂，其还已知为裂解，产生成更轻而因此更易于提取的极性烃分子。该过程称作将油“改良”。芳族分子异常稳定，而因此非常难以裂解。因此，使用射频磁场以裂解芳族分子是有利的。

RF电磁(EM)场可以与一些分子强烈地相互作用，而与其它分子较弱地作用。在分子混合物中，RF EM加热可以增加一类分子的动态能量，而不会增加其它分子类型的动态能量，其导致选择性加热。因此，可以实现高局部化的温度而不会过分加热整体材料。温度在确定化学反应发生的速率和程度方面起到非常重要的作用。因此，RF EM场可以有效引起涉及烃分子的反应。

汽油为用于汽车运输的普遍的燃料。美国在2005年使用了1400亿加仑的汽油。为了满足这种需求，现代的汽油通常为4至12个碳原子(C4至C12)的烃分子的混合物。许多种类汽油分子，例如，芳族分子，被美国和其它地方规定为有害物质。尽管芳族分子对高辛烷值(苯具有101的辛烷值)有利，但是他们从发动机废气中排放出来，以及当泵吸汽油时蒸发。

因此，汽油配方包括选择烃分子的种类、排放物水平、和这些排放物的毒性水平的折衷。

在1990的US Clean Air Act，苯已经确认为有毒的空气污染物和潜在的致癌物。在污染的城市大气中测量量苯已知引起白血病、肺癌和皮肤癌。鉴于这种严重的健康影响，在2011年美国环境保护机构制定了将汽油中的苯含量降低至0.62%(Control of Hazardous Air Pollutants From Mobile Sources,U.S.Environmental Protection Agency,2006-03-29.p.15853

(http://www.epa.gov/EPA-AIR/2006/March/Day-29/a2315b.htm))的规定。从汽油中除去芳族分子降低有毒排放，进而减少白血病和其它癌症的发病率。需要降低苯水平的技术。

现代的汽油是多种精炼方法的产品。流化催化裂化装置(FCCU)为使大的高沸点范围的烃断裂为汽油范围的产品的方法的实例。FCCU输出可包含30%的芳香烃。在典型的FCCU中，芳香烃，例如，苯，可能很少裂解。催化石脑油重整装置(CNRU)将饱和的低辛烷值的烃转化为包含60%以上的芳香烃的高辛烷值的产品。因此，在CNRU中，实际上产生了有毒的芳香烃，如果在原料中包含C₆，特别是如此。调节FCCU和CNRU的输出的芳香烃水平的方法是有利的。