Способ кавитационной обработки жидких нефтепродуктов. Кавитационная обработка бензина


Институт нефти УАН - О нас

Інститут нафти Української Академії наук

Створений 29 грудня 1992 р.  Адреса: 630128, Київ, вул. Семашка, 15 Тел.: (044)  423 4538; (04497) 93 888 Факс. (04497) 92-336 E-mail:  [email protected] 

Директор — акад. УАН Войтович Олександр Васильович. Перший заступник - Дунець Ігор Ілліч; заступник з виробництва – Забийворота Євген Олександрович; головний інженер - Копилов Євген Васильович.   

Загальна численність інституту — 202 чол.; наукових співробітників — 91, академік — 1, член-корреспондент — 1, докторів наук — 1, кандидатів наук — 12.

Загальний науковий напрямок: — фундаментальні і прикладні проблеми у галузі розвідки, розробки родовищ нафти, інтенсифікації розробки родовищ, інтенсифікації видобутку, нафтопереробки у тому числі механохімія, кавітація, пошук шляхів керування хімічними реакціями в рідинному стані вуглеводневої сировини с метою створення нових технологій и матеріалів.

            Інститут нафти Української Академії наук є відома науково-виробнича організа­ція. Заснований  29.12.1992 р. як спі­льне підприємство з колективною власні­стю „Інститут нафти Українсь­кої Академії наук на­ціонального про­гресу”, а з 2005 р. перереєстрований як підприємство з суспі­льною фор­мою власності „Ін­ститут нафти УАН”. свою  практичну  діяльність з ви­конання нау­ково – дослідницьких робіт він розпочинає з 1993 р. у галузі геологічної розвідки, зокрема  сейс­моакустичної міжсвердловинної то­мографії нафтових та газових по­кладів, які попере­дньо були замо­влені відомими нафтовими компаніями „ВНИ­Инефть” та „Роснефть” (м. Москва). Водночас, розвиває інші нові технології у теоретичних та конструкторсь­ких напрямках. Це стосується технологій буріння, інтенсифікації розробки виснаже­них нафтових покладів, реанімації ”старих” свердло­вин і інтенсифікації видобутку з них вуглеводнів, оптимізації режимів трубопровідного транспорту та ін.

Інститут з дня заснування (1992 р.) веде науково – дослідницькі  роботи для вирі­шення широкого спектру проблем у нафтогазовій галузі, що стосуються інтенсифіка­ції видобутку вуглеводневої сировини з надр, інтенсифікації розробки нафтогазових покладів та інших споріднених проблем шляхом розробки найсучасніших технологій. Кожна з них, по оцінкам фахівців, найефективніша серед відомих на цей час у нафто­газовій галузі, а саме:

-          технологія міжсвердловинної 3D або 4D томографії (детальної сейсмоакустич­ної розвідки) геологічних характеристик гірських порід;

-          технологічна програма „Цільник”, яка дає змогу інтенсифікувати розробку висна­женого нафтового та газоконденсатного родовища за допомогою керова­ного, експертованого, масованого впровадження систем коротких горизонталь­них стовбурів із „старих” свердловин;

-          технологія електробуріння горизонтальних та похилих стовбурів нових свердло­вин багаторесурсним буровим снарядом;

-          технологія акустичного інтерактивного моніторингу траєкторії руху  бурового ін­струменту;

-          технологія видобутку нафти за допомогою „думаючого” насосу НД-80;

-          технологія акустичної дії на привибійну зону та внутрішньосвердловинної пере­робки високоглейкої нафти та іншої нафти за допомогою керованого та дозо­ваного ультразвукового її крекінгу безпосередньо у вибої свердловини;

-          технології „кавітаційного” крекінгу нафти для забезпечення глибокого (більш як 90%) виходу світлих нафтопродуктів і обладнання, що її реалізує у вигляді міні - НПЗ;

-          та інших технологій, які наведені у Пояснювальній записці.

На жаль, тільки деякі з цих технологій використовують, в основному,  виклю­чно за кор­до­ном на нафтогазових підприємствах Російської Федерації та ін. країн.

Інститутом проведені випробування та ліцензування у РФ технології детальної просторової розві­дки нафтогазо­вих покладів. Її можна використати не тільки на верти­кальних, але й на викривлених стовбурах нафтогазових свердловин. Проведено пате­нтування системи сейсмоакустич­ної міжсвердловинної томографії – „ГЕОЗОР” та апаратури, що її реалізує. Вказана технологія дає змогу не тільки побудувати довільні міжсвердло­винні розрізи, а зокрема уточнити геологічне уявлення про весь поклад і то­чно підраху­вати його запаси.

У 1994 – 1996рр проводились промислові експерименти на нафтогазових ро­дови­щах України і Росії, щодо визначення спроможності вказаної технології та тех­но­логі­чного обладнання. І вже починаючи з 2001р по 2006р ця технологія використову­ється нами на 7 родовищах вуглеводневої сировини у Росії як альтернативна геофізична технологія моніторингу геологічного стану.

У період 1996 – 1997 рр. проводились роботи з томографування підземної час­тини Саркофагу (об’єкту „Укриття” ЧАЕС) з метою визначення напружено – деформаційного стану ґрунтів підвалин. Синхронно проводились роботи з інженерної геофізики ще на декількох об’єктах. Фахівцями Інституту проведені роботи з перекладу на Українську та Російську мову основної міжнародної нормативної технічної документації ЮНЕСКО.

З 1998 р. по 2001 р. в інституті розроблялась нова технологія інтроскопії замкне­них з зовні технологічних реакторів. Прилад, який реалізовував цю технологію, дістав назву – „Ультразвуковий томограф реактору”. В дещо зміненому варіанті ця техноло­гія була за­стосована для розробляння медичного ультразвукового томографа дантиста.

У 2001р фахівцями інституту, на підставі теоретичного аналізу сучасних тех­нологій „глибокої” переробки нафти, були проведені всебічні тео­ретичні і експе­риментальні дослі­дження по проектуванню та виготовленню лабо­раторного устат­кування – стенду „СГА 2 - 25 - 7”. На стенді проводилось відпрацювання термогід­роди­намічних та акустичних режимів ультразвукового крекінгу зразків ви­сокоглейкої на­фти. Результати експеримента­льних та теоретичних дослі­джень перетворень вугле­водне­вої сировини кавітаційними методами обумовили можливість, спочатку крекі­нгу, а у подальшому синтезу сирої нафти у най поширені види моторного палива.

У тому ж 2001 р. фахівцями інституту розроблялась технологія керованого, до­зова­ного ультразвукового крекінгу сирої, високоглейкої нафти. Проводяться дослі­дження режимів такої технології на вказаному гідроакустичному сте­нді „СГА 2- 25-7”, який, водночас, є прототипом нафтоперегінного міні заводу МЗХКН 20-2-25. На підставі тих же результатів експериментів розроблений свердловинний при­стрій, який отримав назву „Кавітатор”, шифр ПСК 2-25-10М та подаються заявки на отримання патенту  до відповідних відомств України, Росії та інш. країн.  

З 2002 р. проведена розробка промислової технології внутрішньосвердловин­ного ультразвуко­вого крекінгу нафти, виготовлення свердловинного приладу – ка­віта­тор, відпра­цювання технологічних ре­жимів, патентування цієї техно­логії.

З 1991 р. і на сьогодні проводиться розробка та впровадження методу видо­бування на­фти, інтенсифікації та підвищення нафтовіддачі на ви­снажених та об­воднених нафтових родовищ згідно з технологією „ЦІ­ЛЬНИК”. У тому числі: побу­дови методичної інформа­ційної та апаратурної ос­нови автоматизованої сис­теми експерту­вання та керування розробки – „ГЕОЕКСПЕРТ”, спеціальних ме­тодів буріння розгалужених стовбурів свердловин, інтенсифікації видобутку на­фти з недіючих свердловин за допомогою технологій, що отримали назву – „ЗУМПФ”, „ШКАРАЛУПА”, „ГІДРОТОК”, „ГІДРОГОРИЗОНТ”, „ТЕП­ЛОГОРИЗОНТ” та багато інших. Проводиться відпрацювання та па­тен­тування всіх елементів вказаних споріднених тех­нологій.

 

Треба підкреслити, що розроблені Інститутом технології, в першу чергу спря­мовані на „реанімацію” вітчизняної нафтогазової промисловості і визнані найефекти­внішими серед споріднених у цій га­лузі, але, за браком держа­вної підтримки та коштів не всі за­патентовано, тому багато фірм вико­ристовують деякі з них без посилання на нас. Переговори щодо застосування наших технологій Інститут проводить виключно за кордоном, а саме у РФ.

Інститут нафти УАН постійно бере участь у наукових і практичних конферен­ціях з проблем геофізики, нафтової геофізики та нафтогазовидобування.

Впродовж всього періоду розвитку Інститут підтримує ділові стосунки з відо­мими фірмами та організаціями. Зокрема з ТОВ „Лукойл – Західна Сибір”, „Татна­фта”, „Башнафта” та ін. і виконує спільні науково – дослідницькі та практичні роботи з ними.

З тематики науково – дослідницьких робіт науковцями інституту надруковано понад 40 робіт, отримано 3 патенти, подано 6 заявок на отримання патентів.

Хоч за 13 років свого існування Інститут нафти, спочатку як ІН УАН НП (з 1992 р.), а в останній час – ІН УАН (з 2004 р.), пізнавав і злети, і падіння, поєднані з еко­номічними процесами розвитку нашої держави, але опрацювання оригінальних наф­тогазових технологій фахівці Інституту ніколи не зупиняли.

У 2006 р. Інститут отримав Дозвіл Держпромгірнагляду України на право виконання робіт підвищеної небезпеки у нафтогазовій галузі та Ліцензію Державної геологічної служби Міністерства охорони навколишнього природного середовища України на право виконання робіт з пошуку (розвідки) корисних копалин та інших робіт.

У діяльності організації приймало участь понад 320 фахівців. Це — нафтовики, буровики, геологи, електронники, математики, програмісти, фізики, термодинаміки, геофізики, зв’язківці, хіміки–органіки, конструктори, металурги, матеріалознавці, акус­тики, економі­сти, юристи, фотографи, художники, дизайнери та багато інших, фахів­ців, менш визначних професій.

ОТРИМАНІ РЕЗУЛЬТАТИ

Набула теоретичного і практичного розвитку технологія автоматизованої ін­терактивної по­будови детальних геологічних розрізів нафтогазових та ін. покладів, зокрема, дослі­дження міжсвердловинного простору на великих відстанях до 2000м та глибинах до 2400м при довільному, зокрема, у кущо­вому розташуванні свердловин, на суші та у морі. Основні виробничі проблеми, які вирішені за допомогою даної тех­нології – визначення напрямку вибурювання нових похилих, викривлених та розга­лужених гори­зонтальних стовбурів нафтових свердловин, уточнення побудови про­дуктивних пластів, контроль наслідків гідророзривів та ін. Можливості цієї технології дають змогу не тільки побудувати окремі розрізи, а й створити просторові математи­чні моделі гірських властивостей цих покладів. На таких моделях можна визначити окремі особливості генезису покладу і визначити деякі його характеристики, зокрема запаси сировини. На даний момент виготовлені дослід­ницькі взірці систем – „ГЕО­ЗОР 1.58” та „ГЕОЗОР 3D”, що реалізують цю технологію. 

прове­дені теоретичні дослідження, проектування і виготовлення лабо­ратор­ного устаткування – гідроакустичного стенду „СГА 2 - 25 - 7” для від­працювання на ньому оптимальних термогідроди­намічних та акустичних режимів ультразвуко­вого крекінгу ви­сокоглейкої нафти. Здійснені повномасштабні експериментальні дослі­дження термогідродинамічних перетворень вуглеводневої сировини у найпоширені види мотор­ного палива за допомогою вивчення кавітаційних процесів у нафті, про­ведено патенту­вання технології. На підставі цих резуль­татів буде створений робо­чий прототип нафтоперегінного міні-заводу з вдвічі біль­шою спро­можністю пере­робки нафти.

Для одного з обводнених до рівня 90 – 98% нафтового родовища України, на вибраній ділянці запроектований метод інтенсифікації його розробки згідно з технологією „ЦІЛЬНИК”. У тому числі побудована методична, інформа­ційна, програмна та апаратурна основа автоматизованої системи експерту­вання та керу­вання розробки нафтового покладу – „ГЕОЕКСПЕРТ”, по оцінкам якої буде створена система коротких горизонтальних стовбурів із „старих” свердловин. Технологія дозволить в декілька раз підвищити нафтовіддачу дослідної ділянки.

На Коханівському „безперспективному”, з точки зору деяких поважних органі­зацій, родовищі високоглейкої нафти, де коефіцієнт нафтовіддачи затверджений у ДКЗ складає близько 5%, запроектоване впровадження нашої технології внутрішньосве­рдловинного уль­тразвукового крекінгу нафти у поєднанні з програмою „ЦІЛЬНИК”. Основна мета – інтенсифікація розробки родовища шляхом оптима­льного видобу­вання сировини використовуючи розгалужені короткі стовбури, розрідження та перетворення нафти у малов’язкі ву­глеводні безпосередньо у вибої свердло­вини за допомогою запропоно­ваних нами ка­вітаційних методів. Від­працювання  оптимальних технологічних ре­жимів розробки родовища з „важкою” нафтою. Ця технологія перспективна не тільки для двох родо­вищ України - Бугруватівському та Коханівському, а також і за кордоном. Наприклад, у РФ, Арланське нафтове родовище, що розташоване між Башкортостаном та Татарстаном має видобувні запаси майже у 4 млрд. т, але практичний видобуток скла­дає не більш як 10%. Якщо буде відпрацьована ця технологія у нас і проведено її па­тентування, то вона буде використана не тільки в РФ на вказаному родовищі, а і багатьох країнах світу.

Вказані технології направлені на багатократне підвищення ефективності розро­бки нафтових покладів України та найбільш повну переробку добутої вуглевод­невої сировини.

НАУКОВА НОВИЗНА РОБІТ

Новизну науково-дослідних робіт Інституту складають:

•         методи, методики і сучасні технології дослідження покладів вуглеводневої та ін. сировини, експертування їх стану розробки та оптимальному керу­ванню режимами видобутку при їх реанімації;

•         методики побудови ефективних технологій переробки вуглеводневої сиро­вини (нафти та конденсату) як на земній поверхні, так і в свердловині;

•         нормативно-методологічні основи організації розвідки, буріння, видобу­вання, розробки, конструювання та ефективної переробки вуглеводневої сировини із виснажених, обводнених родовищ України.

Інститут нафти УАН проводить фундаментальні та прикладні дослідження в галузі створення ефективних нафтогазових технологій. Практичні розробки Інсти­туту спрямовані на вирішення задач, які сформульовані у Національній програмі розвитку нафтогазової промисловості України, Законі „Про пріоритетні напрями роз­витку науки і техніки”.

Зазначимо, що творча діяльність Інституту триває упродовж останніх 15 років але була б неможливою без сприяння провідних російських та вітчизняних нафтових організацій: «РОСНЕФТЬ», «ВНИ­ИНЕФТЬ», м. Москва, «Полюс», м. Радужний, Пре­зидії УАН, м. Київ, НГВУ «Чернігівнафтогаз», м. Прилуки, «Укрнафтогазінвест», м. Київ та ба­гатьох інших організацій та приватних осіб.

В обговоренні наших проектів, ухваленні рішень щодо принципів технологій, підтримці та розробці і засто­суванні технологій брали ак­тивну участь наші колеги із багатьох організацій: Абрамов Ю.Д., Айзікович О.М., Архіпов А.А, Безхижко М. М., Білоусов Е.Л., Бернш­тейн А.М., Боксерман А.А., Боксерман Ю.А., Братухін Ю.Н., Бульбас В.М., Бялюк Б.О., Валуй­ский А.А., Верес С.П., Войтович Я.О., Войцеховськая С. А., Вя­хирєв Р.І., Гавура В.Е., Гаріпов В.З., Гогоненков Р.Н., Григо­рян О.М., Давутов В.А., Дворецький П. І., Демехін Е.А., Дерев'я­них В.Ф., Довжок Є.М., Дунець І.І., Ду­мік В.І., Дундій О.С., Диблєнко В. П., Єрьомін Н. А., Жаркова Л.В., Желтов Ю. П., Жукова Н. А, Забиймоорота Є. О., Зариць­кий Б.Н. В., Зарубін Ю.А., Золотухін А.Б., Зубов М.В., Ільченко А. І.,  Ілюхін А.Г., В Кама­лов Р. Н., Качкін А.А., Качура І.Б., Кашек М.П., Климкін В.Л., Ко­бря Н.В., Кова­лко М.П., Колєв А.А., Колонін А. Г., Ко­ноп­льов Ю.В., Короленко В. П., Костюк Л.М., Кузнє­цов Ф.А., Кривуша Л.С., Купний В. І., Курі­люк Л. В., Кучернюк В.А., Лернер Р.А., Лігоць­кий Н.В., Лисицький В.М., Логацький В. М., Ло­зюк Д.П., Мазка С.О., Марухняк М.Й., Матвєєв І.В., Мацера Б.І., Миронов Л.С., Моісеєв В.М., Моргунюк В.С, Моргунюк П.В., Музичко І.І., Невінний О.В., Никіфоров А.І, Окрепкий Р.Н., Онипко О.Ф., Оснач А.М., Ост­ровський С.А., Паснік В.Й.,  Печьоркін М.Ф., Погорєлов В.Е., Порошков В.С., Прибишін В.І., Прокопе­нко І.Г., Пи­льова Н.Я., Пильов Ю.П., Прокопів М.Г., Са­зонов В.П., Сини­цін А.Г., Скріпачов В.В., Степанов В.П., Сургу­чов М.Л., Тамко О.П., Тернавсь­кий А.А., Тімонін А.Б., Ткаченко І.М., Трошин О.Ф., Тупихін В.І., Фадєєв Є.О., Фір­сов В. М., В Хайруллін Р., Хві­льовицький М.О, Ходаков В.П., Ца­турянц Г.А., Чашкін Ю.Г., Чепіков Г.М., Щелкарін Ю.В., Ширяєв Ю.Х., Шпак П.Ф. та ба­гато інших.

У цьому переліку іншим шрифтом виділені прізвища тих колег, хто, на жаль, вже ніколи не побачить і не оцінить результати виконаної нами роботи.

Особливої подяки заслуговують колеги, аспіранти та співробітники, зусилля яких були спрямовані на ство­рення та реалізацію технологій.

На підставі наведеного вважаю за необхідність організацію Державного науково-дослідного полігону Інституту на Гнідинцівському родовищі для відпрацювання та подальшого розширеного впровадження перелічених технологій на інші родовища.

  Генеральний директор ІН УАН

   Академік   УАН            

   О.В. Войтович

oil-institute.com

Способ кавитационной обработки жидких нефтепродуктов

Изобретение относится к управлению процессами переработки жидких нефтепродуктов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности. Изобретение касается кавитационной обработки жидких нефтепродуктов, включающей эмульгирование нефтепродукта путем интенсивного кавитационного воздействия с последующей рециркуляцией. Обрабатывают непрерывный поток нефтепродукта, при этом часть обработанного нефтепродукта направляют на дальнейшую переработку или сжигание, а остальную часть смешивают с потоком входного необработанного нефтепродукта, причем пропорцию смешения, а также мощность кавитационного устройства регулируют в соответствие со значениями измерительной информации (значениями коэффициентов оптического поглощения и преломления жидкого углеводорода, его диэлектрической проницаемости, температуры, по которым вычисляется вязкость и содержание низкомолекулярных углеводородов), являющейся показателями качества нефтепродуктов, полученными с поточных анализаторов на входе и выходе кавитационного устройства и содержащими данные о свойствах обработанного и необработанного нефтепродукта. Технический результат - снижение затрачиваемой на обработку энергии и одновременное повышение технологических и теплотехнических характеристики нефтепродукта. 1 ил., 2 табл., 1 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к управлению процессами переработки жидких нефтепродуктов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности для предварительной подготовки нефти перед крекингом для повышения выхода легких низкомолекулярных соединений.

Известен способ подготовки жидкого топлива (патент РФ №2143312), включающий эмульгирование смеси мазута с водой, подогрев и введение в состав топлива до или в процессе эмульгирования пиролизной смолы в количестве 2-10 мас.%. Эмульгирование осуществляют путем гидродинамической кавитационной обработки при определенных режимах.

Недостатками известного изобретения являются:

1) сложность устройства для реализации способа, т.к. оно содержит три гидродинамических кавитационных аппарата, подогреватели и т.д.;

2) устройство для реализации способа неприменимо в технологической трубе при непрерывном течении топлива.

Кроме того, техническим результатом от использования изобретения является снижение количества вредных выбросов в атмосферу и повышение КПД котлоагрегатов при сжигании жидкого топлива, а также расширение функциональных возможностей в части использования различных режимов приготовления топлива различного состава. Указанный результат достигается введением в состав топлива до или в процессе эмульгирования пиролизной смолы в количестве 2-10 мас.%. Т.е. кавитационная обработка не является обязательной для достижения заявленного технического результата, возможно использование иных устройств для эмульгирования.

Известен способ подготовки углеводородных высоковязких жидких топлив, преимущественно мазута, к сжиганию в котельных установках (патент РФ №2307152, МПК C10L 1/32 (2006.01), C10L 1/04 (2006.01), опубл. 27.09.2007), включающий подогрев и эмульгирование топлива путем интенсивного кавитационного воздействия с последующей рециркуляцией при перепаде давления в зоне кавитации кавитационного устройства в диапазоне 2-25 кгс/см2, отбор пробы обработанного углеводородного высоковязкого жидкого топлива после каждого кавитационного воздействия при давлении на выходе из кавитационного устройства 50-70 кПа, его фракционирование и определение процентного содержания низкомолекулярных фракций углеводородов в сравнении с их содержанием в исходном топливе по достижении максимального содержания в обработанном топливе низкомолекулярных фракций углеводородов, прекращение рециркуляции и направление топлива на сжигание.

Недостатки этого способа заключаются в следующем:

1) способ неприменим в условиях производства товарных нефтепродуктов, подготовке топлива к сжиганию в котельных установках или при обработке сырой нефти перед фракционированием, когда обрабатываемая жидкость непрерывно течет по технологической трубе, т.к. ее обработка ведется порционно, т.е. обрабатывается часть нефтепродукта до тех пор, пока содержание низкомолекулярных углеводородов не увеличится до заданного уровня;

2) эффективность кавитационного воздействия оценивается по повышению выхода низкомолекулярных, низкокипящих фракций углеводородов, отобранных при термическом фракционировании в заданном температурном интервале, например от 20 до 200°C (350°C) по стандартной методике, например, на аппарате АРН-2. Производимая в это время обработка нецелесообразна, т.к. время фракционирования, т.е. время до получения измерительной информации о значении содержания низкомолекулярных углеводородов, велико;

3) отсутствует возможность регулировки мощности кавитационного устройства с учетом свойств обрабатываемой жидкости и, следовательно, нельзя достичь максимальной интенсивности кавитационного процесса.

Известны способ крекинга органических соединений в жидкой и газообразной фазах и установка для его осуществления (патент РФ №2151165, МПК C10G 15/08, B01J 19/10, опубл. 20.06.2000). Способ заключается в обработке сырья акустическим воздействием путем формирования по меньшей мере двух встречных фронтов воздействия, например объемно-сферических, одновременно по меньшей мере на двух частотах со сдвигом фаз в диапазоне частот 1-104 кГц с интенсивностью колебаний в зоне обработки 1-104 МВт/м2.

Недостатком этого способа является большое время обработки порции исходного продукта (нефти) до достижения заявленной концентрации целевого продукта (бензиновой фракции). В описании приводится потребляемая мощность установки для реализации способа, но нет данных о длительности акустического воздействия. Следовательно, нельзя однозначно судить о достижении технического результата, заключающегося в снижении энергозатрат. Кроме того, схема установки содержит устройство для обработки сырья, на входе и выходе которого установлены датчики-анализаторы составов исходного и конечного продукта соответственно. Однако в описании не раскрываются характеристики или физические свойства, определяемые этими датчиками-анализаторами, и не ясно, по каким параметрам происходит регулирование техпроцесса (на фиг.1 не показаны связи датчиков-анализаторов с многоканальным генератором, фильтрующим узлом и блоком управления и защиты). Более того, в примере конкретного осуществления способа анализ готового продукта для подтверждения технического результата проводится методом ЯМР высокого разрешения, газожидкостной хроматографией и ИК-спектроскопией, являющимися дорогостоящими, длительными и требующими дополнительного оборудования. Таким образом, экспериментальные данные получены с использованием дополнительных устройств, не входящих в установку для осуществления способа.

Известна установка углубленной переработки углеводородного сырья (патент РФ 88670, МПК C10G 15/00, опубл. 20.11.2009), включающая подготовку (предварительную очистку от воды и вредных примесей), подачу и нагрев сырья, разделение сырья на фракции, отвод продуктов разделения и содержащая аппарат разделения, в котором углеводородную смесь разделяют на две части - легкую парогазовую часть разделения (низкокипящие фракции НКФ) и тяжелую высокомолекулярную жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ), сырье предварительно нагревают в рекуперативных теплообменниках за счет тепла одного или всех продуктов разделения (НКФ и ВКФ) и/или в отдельной или общей (но в отдельном от нагрева ВКФ змеевике) с нагревом ВКФ печи нагрева (нагревателе) до температуры выше 20°C или нагревают и подвергают термическому крекингу, высокомолекулярную жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ), получаемую после аппарата разделения, нагревают в печи нагрева (нагревателе) отдельно от сырья до температуры выше 300°C или нагревают и подвергают термическому крекингу, массовая доля ВКФ, подвергшихся термическому крекингу в печи нагрева или нагревателе, не превышает 50%, затем сырье окончательно нагревают в устройстве прямого смешивания сырья с нагретой высокомолекулярной жидкой частью разделения (высококипящими фракциями ВКФ), причем смесь нагревают до определенной подкритичной температуры, которая ниже температуры начала лавинообразного неуправляемого термического крекинга, но не более чем на 300°C (в зависимости от состава и свойств исходного сырья), т.е. нагревают так, чтобы неуправляемый термический крекинг еще не начался, затем смесь сырья и ВКФ направляют в устройство термомеханического крекинга, в котором смесь для инициирования управляемого процесса разрыва связей молекул (термомеханического крекинга) подвергают механическому и волновому воздействию различной природы и широкого спектра частот, например кавитационному воздействию, звуковым, ультразвуковым колебаниям, причем для кавитационной обработки нагретого до подкритичной температуры сырья и наложения акустического воздействия используют такие устройства, действие которых основано на гидродинамических эффектах движения многофазных сред со скоростями более 5 м/с по каналам различной формы, обработанную в устройстве термомеханического крекинга смесь сырья и ВКФ для увеличения межфазной поверхности разделяющихся сред и более эффективного и быстрого их разделения диспергируют (распыляют) в аппарат разделения с понижением давления, высокомолекулярную жидкую часть разделения (высококипящие фракции ВКФ) после аппарата разделения, преимущественно с температурой начала кипения выше 350-360°C, частично направляют в блок получения тяжелых товарных продуктов на месте подготовки и переработки сырья, а частично возвращают на повторную обработку в начало процесса для увеличения выхода легких продуктов и глубины переработки, причем соотношение расходов циркулирующих ВКФ и сырья находится в диапазоне 1÷100.

Недостатком известного технического решения является то, что возвращаемая на повторную обработку высокомолекулярная жидкая часть разделения (высококипящие фракции ВКФ) обладает высокой вязкостью и смесь, поступающая на кавитационную обработку, также обладает повышенной вязкостью и, следовательно, высокой кавитационной прочностью (кавитационная прочность характеризует устойчивость жидкости к растягивающим напряжениям (отрицательным давлениям) и напрямую зависит от вязкости и силы поверхностного натяжения). Кавитационный процесс протекает тем менее эффективно, чем выше вязкость жидкости. Таким образом, смешение сырья на входе технологической установки с ВКФ повышает вязкость и кавитационную прочность смеси и снижает степень развития кавитации. При определенных соотношениях циркулирующих ВКФ и сырья процесс кавитации может прекратиться и немалая энергия, потребляемая в кавитационном устройстве, будет расходоваться на перемешивание смеси и не будет способствовать достижению технического результата, т.е. разрушению молекулярных связей и повышению выхода легких целевых продуктов. Кроме того, исходное сырье содержит зародыши кавитации в виде пузырьков нерастворенного газа, воды и твердых несмачиваемых частиц, а предварительная очистка от воды и вредных примесей (удаление зародышей кавитации) также способствует повышению порога давления, при котором начинается процесс кавитации. Обезвоживание сырья перед кавитационной обработкой нецелесообразно, т.к. содержащаяся в нем вода вовлекается в химические реакции, сопровождающие кавитацию и приводящие к образованию спиртов, простых и сложных эфиров, при этом повышаются теплотворные свойства топлива при снижении его себестоимости.

Целью изобретения является повышение эффективности кавитационной обработки нефтепродуктов при одновременном сокращении энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известных технических решений обрабатывают непрерывный поток нефтепродукта, при этом часть обработанного нефтепродукта направляют на дальнейшую переработку или сжигание, а остальную часть смешивают с потоком входного необработанного нефтепродукта, причем пропорцию смешения, а также мощность кавитационного устройства регулируют в соответствии со значениями измерительной информации (значениями коэффициентов оптического поглощения и преломления жидкого углеводорода, его диэлектрической проницаемости, температуры, по которым вычисляется вязкость и содержание низкомолекулярных углеводородов), являющейся показателями качества нефтепродуктов, полученными с поточных анализаторов на входе и выходе кавитационного устройства и содержащими данные о свойствах обработанного и необработанного нефтепродукта.

Повышение эффективности кавитационной обработки заключается в том, что кавитационному воздействию подвергается смесь обработанного и необработанного нефтепродуктов. Обработанный продукт имеет меньшую вязкость и большее содержание легких низкомолекулярных соединений. В смесителе часть обработанного продукта и исходное сырье смешиваются. Смесь имеет меньшую вязкость и кавитационную прочность и кавитация носит более развитый характер при той же мощности кавитационного устройства, т.е. при той же затрачиваемой энергии. Либо можно снизить мощность кавитационного устройства, но степень развития кавитации останется неизменной. Сущность заявляемого изобретения в том, что установка для реализации данного способа инвариантна к свойствам и составу исходного сырья и автоматически поддерживает степень развития кавитации на заданном уровне посредством изменения одного из двух или обоих параметров (мощность кавитационного устройства или соотношение рецикла и исходного сырья).

Использование заявленного способа дает возможность обрабатывать непрерывный поток нефтепродукта, снизить затрачиваемую на обработку энергию и одновременно повысить технологические и теплотехнические характеристики нефтепродукта, т.е. оптимизировать процесс кавитационной обработки.

На фиг.1 изображена структурная схема, иллюстрирующая способ кавитационной обработки жидких нефтепродуктов.

Схема содержит последовательно соединенные трубопроводом расходомер 1, поточные анализаторы качества входного 2 и выходного 7 нефтепродуктов, смеситель 3, кавитационное устройство 6, регулирующий вентиль 8, насос 9, информационные входы и выходы, которые подключены к устройству управления 5.

Кавитационное устройство может быть гидродинамическим или акустическим. Принцип действия гидродинамических кавитаторов основан либо на модуляции потока жидкости (роторно-импульсные аппараты), либо на обтекании потоком жидкости плохо обтекаемого тела. Акустические кавитаторы представляют собой участок трубопровода с фланцами, с наружной стороны которого установлены излучатели звуковых колебаний (пьезоэлектрические, магнитострикционные). В заявляемом изобретении возможно использование любого кавитационного устройства.

Способ реализуется следующим образом. Нефтепродукт подается на обработку через расходомер 1, определяющий расход, и поточный анализатор электрофизических параметров жидких углеводородов 2, определяющий параметры нефтепродукта. Далее через смеситель 3 нефтепродукт поступает в кавитационное устройство 6 и через поточный анализатор электрофизических параметров жидких углеводородов 7 обработанный нефтепродукт подается на выход в виде готового продукта. При этом первоначальная мощность кавитационного устройства устанавливается устройством управления 5 в зависимости от сигналов расходомера 1 и поточного анализатора 2. Качество готового продукта контролируется поточным анализатором 7 и если оно недостаточно, то устройство управления 5 выдает сигнал на открытие регулирующего вентиля 8, через который часть готового продукта ответвляется и насосом 9 через расходомер 4 подается на смеситель 3, в котором смешивается с исходным нефтепродуктом и вновь подается на кавитатор 6. Таким образом, автоматически достигается требуемое качество готового продукта и оптимизируется мощность кавитационного устройства.

Устройство управления и обработки информации 5 контролирует расход входного нефтепродукта через расходомер 1, выдает управляющие воздействия на поточные анализаторы электрофизических параметров жидких углеводородов 2, 7 и получает с них измерительную информацию (коэффициенты оптического поглощения и преломления жидкого углеводорода, его диэлектрическую проницаемость, температуру, по которым вычисляется вязкость и содержание низкомолекулярных углеводородов), по которой регулирует интенсивность кавитационной обработки в кавитационном устройстве 6 и управляет регулируемым вентилем 8 и рециркуляционным насосом 9, плавно открывая или закрывая вентиль и изменяя производительность насоса, тем самым изменяя количество выходного обработанного жидкого углеводорода, подаваемого в смеситель 3 для смешения с входным жидким углеводородом. Пропорция смешения обработанный продукт/сырье может находиться в пределах от 1/10 до 10/1 и зависит от производительности установки. Выход за пределы указанного интервала нецелесообразен, т.к. при малой концентрации обработанного продукта снижение вязкости смеси в смесителе очень незначительно, а при большой концентрации уменьшается производительность установки. Расходомер 4 контролирует расход жидкого углеводорода, направляемого на повторную обработку.

Эффективность заявленного способа кавитационной обработки соответствует выбору оптимального режима работы установки. Поточный анализатор на входе 2 определяет коэффициенты оптического поглощения n и преломления α жидкого углеводорода, его диэлектрическую проницаемость ε, температуру Т, по которым вычисляется вязкость и содержание низкомолекулярных углеводородов по заранее записанной в памяти устройства управления 5 программе. Поточный анализатор на выходе 7 определяет эти параметры у обработанного продукта. В устройстве управления 5 определяется отношение параметров n, α, ε, Т входного и выходного продуктов и посредством изменения мощности кавитационного устройства и пропорции смешения сырья и обработанного продукта выбирается такой режим работы установки, при котором каждое из указанных отношений имеет максимальное значение. Изменение каждого из указанных отношений параметров соответствует изменению физических свойств жидкости и, следовательно, изменению фракционного состава. Максимальное изменение всех параметров совместно соответствует максимально возможному изменению физических свойств жидкости и, следовательно, максимальному изменению фракционного состава. Максимальное изменение фракционного состава говорит о том, что процесс кавитации максимально эффективен. Таким образом достигается повышение эффективности кавитационной обработки.

Пример реализации способа.

Обработке подвергалась сырая нефть перед крекингом. В установке применялось роторно-импульсное кавитационное устройство, пропорция смешения обработанный продукт/сырье 2,4/1-3,6/1, в качестве поточных анализаторов использовалось устройство измерения показателей качества нефтепродуктов (патент РФ 34014). Изменения коэффициентов оптического поглощения и преломления на входе и выходе установки были 2,5% и 3% соответственно, изменение диэлектрической проницаемости было 8%. Результаты крекинга нефти без предварительной обработки по заявленному способу приведены в таблице 1, с обработкой - в таблице 2.

Таблица 1
Давление, кг/см2 Температура, °C Выход, вес, % Содержание карбидов в жидких продуктах крекинга, % Содержание непредельных углеводородов в бензиновой фракции, %
газа бензиновой фракции с т.к. до 205°C фракции с т.к. до 350°C
20 430 0,34 4,46 6,4 0,046 23,5
40 430 0,43 3,85 7,1 0,022 29,3
50 430 0,32 4,37 10,34 0,064 23,8
20 450 0,554 4,55 4,5 0,017 33,5
40 450 0,751 5,9 12,47 0,02 27,4
50 450 0,824 11,4 16,5 0,035 17,4
20 465 0,726 5,95 5,2 0,036 30,3
40 465 0,825 8,85 10,8 0,018 28,2
50 465 0,7 10,95 4,8 0,024 22,9
Таблица 2
Давление, кг/см2 Температура, °C Выход, вес, % Содержание карбидов в жидких продуктах крекинга, % Содержание непредельных углеводородов в бензиновой фракции, %
газа бензиновой фракции с т.к. до 205°C фракции с т.к. до 350°C
20 430 0,36 4,75 6,1 0,071 20,8
40 430 0,514 4,91 7 0,043 27,5
50 430 0,35 5,4 10,8 0,075 24,1
20 450 0,531 4,86 3,8 0,028 28,6
40 450 0,79 5,2 10,8 0,045 28,9
50 450 0,663 7,23 10 0,06 25,5
20 465 0,675 5,44 3,5 0,055 20,4
40 465 0,682 5,45 6,5 0,05 31,3
50 465 0,6 7,1 3,47 0,074 31,9

Способ кавитационной обработки жидких нефтепродуктов, включающий эмульгирование нефтепродукта путем интенсивного кавитационного воздействия с последующей рециркуляцией, отличающийся тем, что обрабатывают непрерывный поток нефтепродукта, при этом часть обработанного нефтепродукта направляют на дальнейшую переработку или сжигание, а остальную часть смешивают с потоком входного, необработанного нефтепродукта, причем пропорцию смешения, а также мощность кавитационного устройства регулируют в соответствии со значениями измерительной информации (значениями коэффициентов оптического поглощения и преломления жидкого углеводорода, его диэлектрической проницаемости, температуры, по которым вычисляется вязкость и содержание низкомолекулярных углеводородов), являющейся показателями качества нефтепродуктов, полученными с поточных анализаторов на входе и выходе кавитационного устройства и содержащими данные о свойствах обработанного и необработанного нефтепродукта.

www.findpatent.ru

Перспективы применения энергосберегающей кавитационной обработки

Перспективы применения энергосберегающей кавитационной обработки материалов в технологических процессах АПК

Докт. техн. наук Л.П. Карташов, канд. техн. наук  А.В. Колпаков (Отдел биотехнических систем ГУ Оренбургский НЦ УрО РАН)

 

В настоящее время кавитационная технология обработки широчайшего ряда материалов интенсивно внедряется и начинает применяться во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства развитых экономик стран мира. Это объясняется существенной энергоэффективностью всех технологических процессов, которые включают в себя кавитационную обработку. В результате повышается качество (рациональные конструктивно-режимные параметры и технологические способы воздействия), ресурсосбережение (энергосбережение, оптимальные структурно-реологические свойства материалов) и масштабы (производительность отраслевой технологии, мощность производства) технологических процессов. Для кавитационного воздействия на материалы используются гидродинамические, электродинамические, пьезоэлектрические, магнитострикционные и механические генераторы кавитации [1-5].

Основная сложность (проблема) при разработке технологических комплексов и получении новых качественных эффектов заключается в выборе технологических способов воздействия и определении конструктивно-режимных параметров при обработке конкретного материала.

Технологические процессы кавитационной обработки материалов эффективно используются в следующих перспективных направлениях:

1. Кавитационная технология обеззараживания и дистиллирования загрязненной воды. Обеззараживание воды происходит при одновременном воздействии высоковольтного разряда между двумя электродами в воде и мельчайших кумулятивных струй жидкости при схлопывании кавитационных микропузырьков. Бактерицидное действие ударных волн на бактерии типа Сальмонеллы и E-coli уменьшает их численность в тысячи раз [6]. Затраты на обеззараживание воды составляют: кавитационная очистка – 162 у.е., УФ-обработка – 261 у.е., хлорирование – 482 у.е., озонирование – 1600 у.е. [7].

Технология дистиллирования основана на кавитационном эффекте активации и нагрева воды, не требующая ее предварительной подготовки, т.е. очистки и хим. обработки. Генератором тепла в установке служит роторно-импульсный аппарат. Нагрев жидкости происходит за счет преобразования кинетической и акустической энергии в тепловую энергию. Многофакторное интенсивное воздействие на жидкость приводит к изменению ее физико-химических свойств: повышению PH, изменению химического состава, поверхностного натяжения, вязкости, плотности, диалектрической проводимости, электрической проницаемости и др. Эти эффекты повышают теплообмен, относительный коэффициент теплоотдачи, уменьшают солеотложение и накипеобразование в гидравлической системе. Удельный расход энергии в модульно-пилотной установке (34 л/ч), разработанной в Тамбовском ГТУ, составляет 0,68 кВт/л дистиллята, что ниже, чем для электрических дистилляторов [5].

2. Кавитационная технология очистки внутренних поверхностей технологического оборудования и трубопроводов от накипеобразования, различных отложений и загрязнений изменяет физико-химические свойства жидкостей (происходит активация и увеличивается PH воды) [8, 9], в результате чего вода временно становится активным растворителем прочных адгезивных отложений без введения хим. реагентов [10].  

3. Кавитационная технология консервации пищевых и биологически активных эмульсий и суспензий (овощные и фруктовые соки, пюре, пасты, майонезы, молоко, йогурты, мази кремы, системы содержащие биологически активные вещества). Под термином «консервация» нами понимаются такие технологические операции как пастеризация, гомогенизация, диспергирование, дегазация эмульсий и суспензий.

Использование испарительно-конденсационного режима (паровая кавитация) обработки молока, путем многократного вакуумирования при температуре 70оС позволяет повысить срок хранения пастеризованного молока до 10 суток (при 4оС), снизить кислотность до 2-4оТ, сохранить природные качества (незначительное снижение концентрации витамина С), повысить питательность (средний размер жировых шариков 1 мкм) и снизить общее микробное число в 103 – 105 раз [11]. При этом происходит полное уничтожение вегетативных форм дрожжей и плесени, а также патогенных микроорганизмов группы кишечной палочки и нейтрализация фосфатазы.

Способ позволяет получить пастеризованное молоко продленного срока хранения (в неасептической упаковке при температуре 9-12оС не менее 5 суток без признаков скисания), за счет глубокой дегазации, дезодорации и удаления продуктов жизнедеятельности микроорганизмов [9, 12].

4. Кавитационная технология интенсификации процессов растворения и экстрагирования ценных биологических веществ (пектин, каротин, танин и др.) из сырья растительного происхождения. Кавитация изменяет свойства водных растворов и гидрогелей полисахаридов (крахмал, амилопектин, альгинат натрия, хитозан, натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы и т.д.) [5]. Кроме того, применение кавитационных технологий позволяет повысить качество мягких лекарственных форм суспензионного и эмульсионного типов [2, 4].

5. Кавитационная технология импульсной обработки растительных масел (рапсового, подсолнечного) в лабораторной установке РИА-150 [5] показали, что обработанное масло имеет отличные от исходного новые качественные физико-химические характеристики (пониженная вязкость и плотность) и по своим параметрам может быть приближено к дизельному топливу, для получения которого проводится реакция этерификации с использованием вредных и опасных катализаторов.

Использование биологического топлива вместо или в смеси с минеральным дизельным топливом позволит улучшить экологические параметры дизельных двигателей, получить энергоноситель на основе возобновляемых источников.

6. Кавитационная технология обработки отходов растениеводства в кормопроизводстве  позволяет получить высокопитательные кормовые смеси из бросовых отходов растениеводства (пшеничная солома, шелуха гречихи и т.д.). При этом дисперсность биологического сырья значительно увеличивается, а его частицы уменьшаются до 0,1-8 мкм. Высокая степень измельчения и гомогенизации повышает кормовую ценность биомассы на 20-30% [13].

7. Кавитационная технология получения органоминераль-ных удобрений из растительных отходов дешевого сырья: сельского хозяйства (лузга подсолнечника, гречихи, костра льна) и лесоперерабатывающей отрасли (опилки), торфа и сульфата аммония [14].

8. Кавитационная технология переработки жидких отходов во всем диапазоне человеческой деятельности, в том числе сельхозотходов животноводческих комплексов КРС, птицефабрик и свиноферм (навоза КРС, птичьего помета и свиного навоза) в белковые добавки в комбикорм, органические удобрения, биологически активные добавки, СОЖ, закалочные среды, буровые промывочные жидкости.

Экспериментальные исследования на ультразвуковой установке гидродинамического генератора звука роторного типа подтверждают возможность осуществления кавитационной деструкции материи в широком диапазоне, вплоть до полного превращения материи в энергию (полевая форма материи) [15].

Компоненты сельхозотходов подвергаются на установке воздействиям гидравлических ударов и кавитационной обработки. Вследствие этого происходит растворение, эмульгирование и диспергирование вещества. Конечными этапами являются синтезирование, разделение и извлечение полезных веществ (азот общий и аммиачный, фосфор PO, калий KO, органическое вещество и микроэлементы) [13]. Предлагаемая технология приготовления органоминеральных удобрений и получаемые свойства не имеют аналогов в мире.

9. Кавитационная технология производства биогаза в деструкторах биомассы, на основе исходного органического сырья (органические отходы, остатки продуктов питания и т.д.) измельчаемого до однородной и гомогенной консистенции. В органическом сырье рвутся сложные связи волокон на молекулярном уровне (лигнин, целлюлоза). Дисперсность увеличивается так, что частицы уменьшаются в размерах до 0,1 мкм. Поэтому штаммам бактерий, участвующих в процессах образования биогаза легче разлагать биогенные материалы. Это позволяет увеличить и интенсифицировать производство биогаза на 30-50%. В  итоге, процентное содержание метана в биогазе увеличивается до 70-75% (соответствует содержанию метана в природном газе) [16].

10. Кавитационная технология обогрева помещений. В настоящее время создается новое поколение тепловых машин, преобразующих гидроакустическое воздействие на жидкость в тепловую энергию нагревающую жидкость. Такие кавитационные насосы-теплогенераторы (КНТГ) обладают следующими достоинствами: энергосбережение (эффективность преобразования электрической энергии в тепловую достигает 1,5 и более раз), высокая безопасность и экологичность работы, надежность, простота в обслуживании и компактность.

При схлопывании кавитационных пузырьков в рабочей камере КНТГ, между поверхностями ротора и статора происходит выброс энергии в жидкость. В результате жидкость нагревается и перекачивается по системе горячего водоснабжения [5, 17]. Энергосберегающие КНТГ должны быть использованы для обогрева жилых, производственных и складских помещений, теплиц и др. построек сельского хозяйства страны.

11. Кавитационная технология помола твердых механических частиц в биотехнических установках. При течении жидкости через сопла Вернури, вихревые трубки, кавитаторы происходит схлопывание кавитационных полостей (кумулятивный эффект). Локально возникают огромные давления, достигающие 100 МПа и тела высокой прочности (например, механические частицы мела, песка и даже кварца), попавшие в зону кавитации, дробятся, разрушаются, достигая тонкодисперсного состояния (1-100 мкм) в зависимости от времени обработки [8]. Применение таких биотехнических объектов позволяет: снизить себестоимость помола механических частиц (в сравнении с технологией помола в шаровых мельницах), отказаться от химических реагентов, применяемых при очистке (промывке) трубопроводов [9].

12. Кавитационная технология получения цементно-водной суспензии для бетонной смеси. Использование кавитации для получения устойчивых и высокодисперсных эмульсий и паст, вводимых в бетон, позволяет увеличить прочность бетона на 15-20% [5]. Для получения железобетона с высокими эксплуатационными свойствами проводят химизацию бетона комплексными добавками смесей из гидрофобилизирующих ПАВ, применяют коллоидную парафиновую пасту. При этом объемная гидрофобилизация бетона частицами парафина снижает водопоглощение на 40-50%, повышает его коррозионную стойкость и долговечность в условиях воздействия жидких агрессивных сред (например, жидкий навоз на животноводческих комплексах КРС и свинофермах).

13. Кавитационная технология обработки дисперсионных водотопливных систем является эффективным способом получения альтернативных видов топлив. А именно, использование качественных угле-мазутных и водо-угольных суспензий позволяет уменьшить расход мазута на 20-25%, снизить вредные выбросы (COx, NOx), утилизировать угольный шлам, снизить себестоимость тепловой и электрической энергии [18].

Приготовление водотопливных эмульсий (ВТЭ) на основе мазута, дизельного топлива, бензина и угольной пыли позволяет добиться достаточно стабильного процесса сгорания ВТЭ при достаточно высоком содержании воды (40-50%), в зависимости от вида топлива. При сжигании ВТЭ открывается возможность уничтожения (огневого обезвреживания) жидких стоков производства, достигается существенный экономический эффект, повышается к.п.д. на 3-5%, снижается эмиссия загрязняющих веществ (СО, сажи, окислов азота, бензапирена и др. канцерогенных полициклических ароматических углеводородов) в атмосферу [19].

14. Кавитационная технология импульсной многофакторной обработки нефти и нефтепродуктов в роторно-импульсных аппаратах (РИА) позволяет получить из тяжелой нефти 20-30% бензина, 40-50% дизельного топлива, 20-30% мазута, битума и др. тяжелых товарных продуктов [9]. Воздействие РИА-150 на мазут позволяет снизить вязкость на 20-30%, увеличить температуру вспышки на 5-10% [20].

Кавитационное воздействие на смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) способствует повышению их качества, снижает затраты на производство. Размер частиц дисперсной фазы СОЖ достигает 1 мкм, что позволяет уменьшить расход режущего аппарата, повысить качество обработки поверхности, уменьшить коррозию станочного оборудования. Кавитационная обработка силикатного масла в пульсационных аппаратах роторного типа позволяет получить масла с высокими эксплуатационными свойствами применяющиеся в редукторных механизмах транспортных энергетических средств [5].

Для достижения требуемых энергосберегающих эффектов от применения кавитационных технологий нами выбраны в качестве объектов исследования гидродинамические кавитационные генераторы, а также устройства для создания кумулятивных эффектов в  потоке многофазных сред (сопла Вентури, вихревые трубки, кавитаторы и пр.). При этом выбор в пользу гидродинамического оборудования объясняется преимуществами по сравнению с другими видами акустических излучателей: унифицированность, простота конструкций и невысокая материалоемкость; высокая производительность оборудования и скорость технологического процесса обработки материалов; высокое качество обрабатываемого материала; низкие удельные энергозатраты; экологическая безопасность.

Нашей конечной целью научных исследований является внедрение биотехнических объектов кавитационной обработки материалов в отрасли сельского хозяйства, разработанных и созданных на основе фундаментальных исследований кавитационных и кумулятивных эффектов в многофазных средах. Нами выбран эффективный метод достижения цели исследований – структурно-параметрический синтез биотехнических объектов на основе системного подхода и математического моделирования.

 

Таким образом, проводимый синтез биотехнических объектов кавитационной обработки материалов в технологических линиях АПК позволит значительно повысить ресурсо- и энергосбережение, качество и масштабы выполняемых операций. 

shidnaftapostach.ru

Анализ обработанного дизельного топлива

Здравствуйте Олег. Пишет Вам Суворов Алексей г. Нижнекамск РТ. Технологией механоактивации Дезинтеграторные технологии я занимаюсь лет 8. По данной технологии обработывали корма и кормовые добавки для животных, сам кормил, стаили опыты на привесах, оздоровлении, поедаемости. Получен патент: механоактивация отходов перерабатывающих предприятий. Обрабатывали синтетический каучук СКИ-3, получен патент. В настоящее время производим структурированную воду для жителей г.Нижнекамска, так сказать лечим людей, результаты прекрасные. В настоящее время по данной технологии обрабатываю нефтепродукты: солярка, абсорбенты, бензины и многое другое. В качестве реагента применяю католит (живая вода) рН-10-11 ед., в пределах 2,5 - 5 %. Частично вода выпадает в осадок вместе с продуктом, которого много в продукте-смолы, парафин и др. Продукт становится чище, ярче.

За основу взял роторно-пульсационный аппарат РПА-15 и на разных режимах от 50 до 80 Гц, обрабатываю продукт. Данной энергии на получение водо топливной смеси не хватает, решаю с заводом вопрос по увеличению диаметра роторов и рядов пальцев с 5 до 10, с тем чтобы ускорение равнялось 75 м./сек и выше, на сегодня около 42 м/сек. Активация сухих веществ увеличивается и притом резко при ускорении от 100 м/сек, сразу в 2 раза, а это совершенно другой продукт, он получает мощный электрический заряд и меняется физико химический и биологический состав продукта. В 2004 году я сдал в институт г.Казани анализы зерновых, у лаборанта от контакта с продуктом, руки покрылись красными пятнами.

Высылаю анализы обработки дизельного топлива с применением католита.

Данные проверки Т на приборе Шаток 150, обработанного диз. топлива Л в Самаре.

 

                       Контрольная                                Опытная 1.                                Опытная 2.

Т продукта             20,8                                            20,8                                          20,8

Цетан                      53,8                                            52,2                                           52,0

Т помутнения        -5,5                                           -17,4                                          -19,8

 

  Одним их эффективных методов интенсификации химико-технологических процессов (ХТП) в жидкостях является кавитационное воздействие на обрабатываемую среду. Кавитация представляет собой средство локальной концентрации энергии низкой плотности в высокую плотность энергии, связанную с пульсациями и захлопыванием кавитационных пузырьков. В фазе разрежения акустической волны или за счет местного понижения давления при обтекании твердого тела, в жидкости образуются каверны (кавитационные пузырьки), которые заполняются насыщенным паром данной жидкости. В фазе сжатия под действием повышенного давления и сил поверхностного натяжения каверна захлопывается, а пар конденсируется на границе раздела фаз. Через стены каверны в нее диффундирует растворенный в жидкости газ, который затем подвергается сильному адиабатическому сжатию. Чтобы избежать захлопывания кавитационных пузырьков, надо подать в область пониженного давления какой-нибудь газ, например воздух.

  В момент схлопывания кавитационной каверны, давление и температура газа локально могут достичь значительных величин (по расчетным данным до 100 МПа и до 10000 К соответственно). После схлопывания каверны в окружающей жидкости распространяется сферическая ударная волна, быстро затухающая в пространстве. При генерировании импульсных растягивающих напряжений в жидкости, присутствующие в ней зародыши кавитации (устойчивые паровые и газовые пузырьки малых размеров) начинают расти, образуя кавитационный кластер, форма и размеры которого определяются начальным спектром размеров кавитационных зародышей, характером прикладываемого напряжения и граничными условиями.

  В кавитационную каверну могут проникать пары жидкости, растворенные газы, а также вещества с высокой упругостью пара и не могут проникать ионы или молекулы нелетучих растворенных веществ. Выделяющейся в процессе схлопывания каверны энергии достаточно для возбуждения, ионизации и диссоциации молекул воды, газов и веществ с высокой упругостью пара внутри кавитационной каверны. Длинные молекулярные цепи преобразовываются в легкие углеводородные радикалы газовых, дистиллятных топливных фракций.

  Кавитационное воздействие на нефть и нефтепродукты позволяет увеличить выход легколетучих фракций при атмосферной перегонке. Кавитация ускоряет диффузию нефти в полости парафина, интенсифицирует процесс его разрушения.

  Кавитация разрывает непрерывную цепочку, разрушая связи между отдельными частями молекул, влияет на изменение структурной вязкости, то есть на временный разрыв ван-дер-ваальсовых связей. Под воздействием кавитации большой интенсивности на протяжении длительного времени нарушаются С–С-связи в молекулах парафина, вследствие чего происходят изменения физико-химического состава (уменьшение молекулярного веса, температуры кристаллизации и др.) и свойств нефтепродуктов (вязкости, плотности, температуры вспышки и др.).

  При разрыве связи С–Н от углеводородной молекулы отрывается водород, при разрыве связи С–С углеводородная молекула разрывается на две неравные части.

  При кавитационной обработке углеводородного сырья происходит деструкция молекул, вызванная микрокрекингом молекул и процессами ионизации. В результате протекания этих процессов в системе накапливаются «активированные» частицы: радикалы, ионы, ионно-радикальные образования. Кавитационная обработка воды изменяет ее физико-химические свойства, увеличивает рН воды, способствует ее активации. Теоретическая прочность воды на разрыв равна 1500 кг/см. Максимальная прочность на разрыв тщательно очищенной воды, достигнутая при растяжении воды при 10 град. составляет 260 кг/см.  В результате кавитационного воздействия вода временно становится активным растворителем труднорастворимых веществ без введения химических реагентов. Применение водных растворов, мы видим на примере обработки дизельного топлива Л.в механоактиваторе.   

Анализ разгонки дизельного топлива летнее, обработанное на оборудовании ООО «ЛАВР».

17.11.2010 г.

№ п/п

Дизельное топливо Л. (исходное).

Дизельное топливо Л. (обработанное) 50 Гц.

 

%

Т гр. С.

%

Т гр. С.

1

ТНК

49,5

ТНК

54,9

2

10

88,7

10

82,5

3

20

112,0

20

99,8

4

30

129,7

30

125,5

5

40

148,3

40

150,2

6

50

175,3

50

175,0

7

60

202,1

60

225,0

8

70

249,5

70

253,9

9

80

249,4

80

275,0

10

90

229,0

90

247,5

11

94

185,0

95

219,2

 

КК

185,0

КК

219,2

 

Р-0,825

 парафина немного

Р-0,826

 парафина много

 

№ п/п

Дизельное топливо Л.

(обработанное, очищенное) 50 Гц.

Дизельное топливо Л.

(обработанное с 2,5 % вод. р-ром) 50 Гц.

 

%

Т гр. С.

%

Т гр. С.

1

ТНК

53,6

ТНК

44,8

2

10

94,2

10

71,0

3

20

111,8

20

83,1

4

30

132,2

30

104,0

5

40

154,2

40

113,3

6

50

182,7

50

126,3

7

60

226,4

60

135,3

8

70

252,4

70

144,3

9

80

243,0

80

147,2

10

90

229,0

90

155,7

11

98

170,0

95

155,5

 

КК

170,0

97

142,8

 

Р-0,829

 парафина нет

КК

142,8

 

Р-0,825

парафина немного

 

 

№ п/п

Дизельное топливо Л.

(обработанное с 5,0 водным р-ром) 50 Гц.

Дизельное топливо Л. (обработанное с водным р-ром, очищенное) 50 Гц.

 

%

Т гр. С.

%

Т гр. С.

1

ТНК

65,5

ТНК

65,6

2

10

84,4

10

83,2

3

20

108,1

20

132,1

4

30

130,5

30

166,2

5

40

146,8

40

186,7

6

50

162,9

50

209,3

7

60

177,8

60

237,0

8

70

180,3

70

258,4

9

80

182,9

80

262,0

10

90

198,1

90

251,4

11

95

197,6

95

230,0

 

96

180,0

98

184,0

 

КК

180,0

КК

184,0

 

Р-0,828

парафина немного

Р-0,828

 парафина немного

               

 

№ п/п

Дизельное топливо Л. (обработанное с  5% водным р-ром, очищенное) 70 Гц.

 

%

Т гр. С.

1

ТНК

47,8

2

10

57,4

3

20

72,0

4

30

87,3

5

40

111,1

6

50

139,1

7

60

171,6

8

70

196,1

9

80

193,8

10

90

183,6

11

95

170,0

12

100

120,0

 

КК

120,0

 

Р-0,828

 парафина немного

 

  Обработка дизельного топлива выполнялась на механоактиваторе, использовался водный раствор на структурированной воде. Очистка выполнялась на трубчатых фильтрах. Данные фильтра, которые можно собирать в блоки разной производительности, фильтра успешно работают по очистке нефтепродуктов, очищая частично от серы, парафинов, смол. Данные по очистке продукта видны при разгонке продукта, с уменьшением количества парафина в продукте, увеличивается выход светлых продуктов до 98-100 %. 

В данных анализах мы видим, изменение процесса разгонки при разных режимах обработки: меняется температура, выход светлых продуктов, плотность.

Максимальный выход светлых продуктов, составлял на обработанном и очищенном печном топливе: 98 и 100 %, а на исходном топливе, только 94 %. Разница составляет от 4 до 6 %.

  Работы выполнялись в лаборатории НХТИ г. Нижнекамск.

 Данные работы выполнялись при непосредственном участии Суворова А.А. ООО «ЛАВР».

 

 

Фото от 20.11.2010 г.

В течение 3х суток продукты осветлились и очистились от водного раствора, который выпал в осадок. (Данные не фиксированы по времени, а взяты визуально).

 

Обработка дизельного топлива  ОАО ТАИФ.

6.02.11 г.

 

 

Данные проверки, на приборе Шаток 150, обработанного дизельного топлива.

                               Контрольная                                Опытная.                              

 Т продукта                     -0,8                                             -0,8

 Цетан                              49,9                                            47,7                                          

Т помутнения                -10,5                                           -14,4                                         

 

В левой пробирке исходное дизельное топливо Л., в правой пробирке обработанное дизельное топливо.

 

 

Дизельное топливо.

Дизельное топливо, обработанное в механоактиваторе от 23 июля 2010 г.

В колбе слева, контрольное дизельное топливо, плотность 0,831, при 28 гр. С.

В бутылках справа, дизельное топливо, обработанное и в смеси с водяным р-ром, плотность 0,826, при 29 гр. С.

1.      Справа бутылка обработанное дизельное топливо без осадка.

2.      Вторая бутылка справа: смесь дизельного топлива 98,75 % и водный р-р 1,25 % или 0,5 литра в 40 литрах смеси. Выпал осадок светлого цвета, в середине темная полоса.

3.      Третья бутылка справа: смесь дизельного топлива 96,5 % и водный р-р 3,5 %. Выпал осадок светлого цвета, в середине темная полоса.

4.      Четвертая бутылка справа: смеси дизельного топлива 85 % и водный р-р 5 %. Выпал осадок светлого цвета, в середине темная полоса.

С увеличением ввода водного р-ра на структурированной воде с 1,25 % до 5 % осадок остается одинаковым  до 13 октября 2010 года. Обработанное топливо чище, цвет ярче, чем необработанное топливо.

 

Дизельное топливо летнее:

 -  слева топливо обработанное, не очищенное на фильтрах; без осадка.

 справа топливо исходное, цвет не прозрачный, слегка мутноватый.

Обработанное дизельное топливо  стало чище, цвет ярче, чем необработанное дизельное топливо.

www.o8ode.ru


Смотрите также