[发明专利]用移动电荷载体处理介电流体

说明书

相关申请的交叉引用

背景技术

发明领域

提供了一种通过使用移动电荷载体在流体中产生放电，由此处理介电流体，特别是烃流体的方法。该方法可以进一步精制该流体和/或改进该流体的粘度和流动性。

现有技术描述

介电介质中带电颗粒的动力学已经由以下几位作者进行了描述：Melcher，James R.Continuum Electromechanics，Cambridge，MA：MIT Press，1981；和Jones，Thomas B.Electromechanics of Particles，Cambridge University Press1995。在这些流体中的颗粒运动(其中颗粒可以为气体、液体或固体)可以解释为：电泳，由于均匀电场而在带电颗粒上的力；介电电泳，由于变化电场而在介电颗粒上的力。尽管这些系统的动力学已经众所周知，但是颗粒间的碰撞电荷交换的机理还没有完全描述。在不发生放电的低电场，仅有一些过程在最近得到了描述[W.D.Ristenpart，J.C.Bird，A.Belmonte，F.Dollar&H.A.Stone，“Non-coalescence of oppositely charged drops”，Nature461，377-380(2009)]。现有技术中没有对发生在高电场的等离子体放电过程和控制策略，以及当电荷载体碰撞时形成的放电的应用的切实可行的理解。

重质原油是不易流动的石油燃料。它们被分类为API比重(API°=141.5/SG-131.5，其中SG为油的比重)小于20°。许多地下地层含有重质(即粘稠的)油。已知这些地层存在于加拿大亚伯达省和委内瑞拉的主要为焦油砂的矿床中，以及其他地方(例如加利福尼亚州、犹他州和德克萨斯州)的较少的矿床中。这些矿床中该油的API比重通常为，在加拿大Athabasca砂中的10°-6°，乃至在德克萨斯州San Miguel砂中更低的值，这表明该油在性质上高度粘稠。通常，从这些地区出产的原油在无机杂质(例如盐)之外还有大量水。这些原油密度和粘度高，这使得它们难以运输。此外，在常规炼油厂中处理它们是不可能的。加氢处理通常用作提质重质油的方法，通常采用化学品、催化剂和超声波。这些加氢处理方法公开于多篇美国专利中，例如3,576,737；7,651,605；5,824,214，不一而足。

这些高密度油与传统油相比，粘度高得多。重质油和超重质油比在环境条件下不流动的沥青(焦油)高一个等级。这些原油密度和粘度高，使得它们难以运输，此外，处理它们需要在常规精制之外的步骤，包括：将该油加热至超过500℃，多步分馏，热裂解和加氢处理。这些处理步骤取得约5的低能量投资回报率(EROEI)(相比之下，常规油一般为～10，历史上高至20)。由于世界上有大量的重质油储量，但是缺少成本有效的技术，所以如上所述，许多技术被整合起来以更有效地提质重质油。重质油的一个问题是，除了运输成本之外，提质它消耗大量的热能和昂贵的催化剂。因此，出于几个原因寻求新技术：1)在较低温度在炼油厂中实施，2)对油杂质较低的敏感性，3)在运输之前，在井下或在井口实施，而不是在炼油厂中实施，因为这会降低运输成本。

热裂解是长的烃链(重质烃)断裂为较短较简单的分子(轻质烃)的过程。它通过原始分子中的碳-碳键断裂而发生。通常这由温度和催化剂来进行。在氢存在下进行，叫做加氢处理，得到饱和烃如烷烃和环烷烃。在短停留时间反应器中用蒸汽进行(加氢裂化)，该过程用来处理较重质烃以在高温(～900℃)生成乙烯，或者在较低温度生成液烃用于汽油或燃料油中。在裂解中，通过如表1所示形成对于简单烃的自由基而引发，发生多种链的反应(不过对于较长的烃也发生类似的过程)。单个引发反应可以在结束前给几个另外的分解和提取反应供料。

表1：烃裂解中的主要反应