8 495 786-13-14
RU
ENG
中文
اللغة العربية
RU
ENG



Установка для получения эмульсии
из несмешивающихся жидкостей: мазута и воды


Дата публикации 20.01.2021

Авторы изобретения

Доронин Игорь Викторович, Хантов Василий Федорович, Хантов Александр Васильевич, Лобко Владимир Павлович, Ямщиков Андрей Викторович

Раскрытие изобретения.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание установки для получения эмульсии из несмешивающихся жидкостей: мазута и воды, которая обеспечивает получение качественной и стабильной топливной смеси мазут-вода с дисперсностью 10-6 - 10-7, за счет обеспечения условий достижения максимальной интенсивности кавитационного воздействия для получения гомогенного микродисперсного состава эмульсии без необходимости синхронизации работы нескольких насосов, что повышает надежность работы установки и снижает ее энергопотребление.

Задача решается за счет того, что установка для получения эмульсий из несмешивающихся жидкостей: мазута и воды, содержит входной кран на входном трубопроводе и выходной кран на выходном трубопроводе, насосный агрегат, три смесительных устройства и датчики давления, и от прототипа отличается тем, что смесительные устройства выполнены в виде гидродинамических кавитационных реакторов проточного типа, при этом первый кавитационный реактор установлен перед насосным агрегатом, второй кавитационный реактор установлен после насосного агрегата и соединен с выходным краном, а также, через байпасную линию, со входом в насосный агрегат, а третий кавитационный реактор установлен в байпасной линии, при этом входной трубопровод соединен с трубопроводом подачи мазута и трубопроводом подачи воды, и в трубопроводе подачи воды расположен проточный электролизер.

Выполнение смесительных устройств в виде гидродинамических кавитационных реакторов проточного типа, первый из которых выполняет функцию смесителя-диспергатора, осуществляя обработку смеси с входным давлением, второй реактор установлен после насосного агрегата и выполняет функцию гомогенизатора, а третий реактор установлен на байпасной линии и выполняет функцию рециркуляции –интенсификации процесса обработки, позволяет осуществить подготовку качественной и стабильной эмульсии, например, топливной смеси мазут-вода, с дисперсностью 10-6 -10-7. При это получение водомазутной эмульсии ведется без применения каких-либо автоматических устройств, синхронизирующих процессы обработки входной смеси на разных устройствах установки. Кроме того, установка выполнена с возможностью насыщения воды водородом посредством электролизера. Полученный в электролизере водород способствует получению в кавитационных реакторах предельных углеводородов. Кавитационный реактор разрывает длинные мазутные молекулу (парафины) на более мелкие, а водород, полученный в электролизере, закрывает места обрыва молекул, тем самым обеспечивая получения легких предельных углеводородов из непредельных. Тем самым обеспечивается получение качественной и стабильной топливной смеси мазут-вода.

Краткое описание чертежей.

На Фиг. 1 представлена схема установки для получения эмульсий из несмешивающихся жидкостей: мазута и воды.

На Фиг. 2 представлена схема проточного электролизера.

На Фиг. 3 и 4 представлены фото эмульсии, сделанное через микроскоп. На фото видно, что дисперсность эмульсии существенно меньше 1 мкм.

На Фиг. 5 представлено фото установки, которая изготовлена при разработке изобретения.

Осуществление изобретения.

Установка для обработки смеси двух несмешивающихся жидкостей: мазута и воды содержит входной кран 1, дозатор 2, первый гидродинамический кавитационный реактор 3, выход которого соединен со входом в электроприводной насосный агрегат 4. В свою очередь, выход насосного агрегата 4 соединен со входом во второй гидродинамический кавитационный реактор 5. Выход реактора 5 соединен через байпасную линию 6 и кран 7 со входом в третий гидродинамический кавитационный реактор 8, выход которого связан со входом в насосный агрегат 4. Выход реактора 5 также связан с линией 9 выхода готовой эмульсии и выходным краном 10. На выходе из реактора 3, насосного агрегата 4 и на выходной линии 9 установлены датчики давления 11, 12 и 13, соответственно. В свою очередь дозатор 2, расположенный на входном трубопроводе 26 и соединен с трубопроводом подачи мазута 14 и трубопроводом подачи воды 27, и в трубопроводе подачи воды расположен проточный электролизер 16.

Работа установки осуществляется следующим образом.

Обрабатываемая смесь из несмешивающихся жидкостей, например, мазута и воды, подается через входной кран 1 и далее поступает на вход первого гидродинамического кавитационного реактора 3, где происходит первичное кавитационное воздействие на смесь, при которой фаза (мазут) и среда (вода) смешиваются с образованием дисперсной системы. Интенсификация кавитационной обработки в первом реакторе 3 обеспечивается разрежением на выходе из него. После реактора 3 смесь через насосный агрегат 4 поступает на вход второго кавитационного реактора 5, где происходит гомогенизация и стабилизация продукта. Из реактора 5 продукт поступает на выходную линию 9.

Для интенсификации физико-химических процессов и глубины обработки эмульсии кран 10 на выход продукции из установки закрывают, а кран 7 выхода в байпасную линию открывают. При этом смесь из реактора 5 поступает на вход третьего реактора 8, где производится дополнительная кавитационная обработка, являющаяся наиболее интенсивной, ввиду наибольшего перепада давления на входе и выходе из реактора. С выхода из реактора 5 обрабатываемая смесь вновь поступает на вход насосного агрегата 4. Как говорилось выше, мазута и воды, поступают на входной кран 1. Перед этим мазут и вода смешиваются в определенной пропорции в дозаторе 2. Мазут движется к дозатору 2 по трубопроводу 14, а вода движется к дозатору по трубопроводу 27. В трубопроводе 27 расположен проточный электролизер. В электролизере часть воды (порядка 0.1% по весу) подвергается разложению на водород и кислород. После чего газо-водяная смесь (воды, водорода и кислорода) поступает в кавитационный реактор 3, где водород закрывает обрывы мазутных молекул, преобразуя не предельные углеводороды – в предельные. Тем самым существенно повышается стабильность водомазутной эмульсии.

Посредством крана 25 перекрывается подача воды в электролизер и установку.

На Фиг. 1 позицией 15 показано направление движения мазута, позицией 17 показано направление движения воды, позицией 18 показано направление движения водомазутной эмульсии из установки.

На Фиг. 2 представлена схема проточного электролизера. Позициями обозначены:

19 – выходной трубопровод из электролизера. Может быть патрубком;

20 – направление движения воды (с газом) из электролизера;

21 – корпус металлический. На него подается отрицательное напряжение;

22 – стержень, анод. Может быть выполнен из титана со стойким покрытием, например, покрытием из иридия или платины, золота или др.;

23 – направление движения жидкости на входе в электролизер;

24 – входной трубопровод электролизера.

В предлагаемой установке последовательная обработка сырья в трех гидродинамических кавитационных реакторах способствует проявлению дополнительного синергетического эффекта В «тяжелом» топливе (мазуте) после кавитационной обработки образуются мицелы размером водной глобулы примерно 10-7м. Такое топливо обладает стабильной микроструктурой, не проявляющей тенденции к коалесценции и седиментации и позволяет работать на малых избытках воздуха, близких к стехиометрическим.

На Фиг. 3 и 4 представлены фото эмульсии, сделанное через микроскоп. На фото видно, что дисперсность эмульсии существенно меньше 1 мкм. Размер в 1 мкм показан позицией 28. Исследование образца эмульсии выполнено методом оптической микроскопии на основании РД 34.44.215-96. «Руководящий документ. Методы определения качества водомазутных эмульсий, используемых в виде жидкого котельного топлива». Образец характеризуются однородным пространственным распределением капель воды в объеме мазута, характерные размеры капель воды составляют 10-6 - 10-7 и менее.

Рециркуляционный режим работы установки позволяет достигнуть режима аналогичных режимов гидрокрекинга, в результате которого в кавитационном поле, где в качестве источника водорода служит вода, продукты диссоциации воды радикалы Н+ - ОН- присоединяются к разрушенным в результате кавитационной обработки высокомолекулярным смолисто-асфальтеновым фракциям, тем самым удаляя из сырья сернистые и азотсодержащие соединения и насыщая водородом непредельные углеводороды и, как следствие, качественно улучшая структуру жидких углеводородов.

Установка дополнительно позволяет получать различные эмульсии в зависимости от требуемой глубины переработки, например, многокомпонентные масла, смазки, различные присадки (химические компоненты). Применение данной установки позволяет в несколько раз сократить время производственного процесса. Более чем в 4,5-12 раз позволяет повысить качество продукции (стабильность и дисперсность эмульсии), за счет гомогенизации компонентов на уровне 0,3 - 0,5 мкм. Кроме того, установка позволяет вводить присадки в поток движущейся основы под масла, что позволяет сократить время приготовления масел и в сравнении с применяемыми смесителями сокращает расходы на электроэнергию. Также за счет качественного смешения, сокращается расход вводимых присадок и повышается качество выпускаемой продукции.

Предлагаемая установка позволяет также эффективно компаундировать тёмные и светлые нефтепродукты (без добавления присадок или с их добавлением) с существенной экономией затрат, за счет уменьшения расхода светлых нефтепродуктов (на 3-5 % и выше). Такое снижение содержания "светлых" нефтепродуктов в смесевом топливе уменьшает абсолютный расход и денежные затраты нефтеперерабатывающего завода на светлые нефтепродукты на 20-25 % и выше.

На фиг. 5 представлено фото установки, которая изготовлена при разработке изобретения.

Проведенные эксперименты показали, что если выход установки подключен к котлу, то для повышения эффективности горения водомазутной эмульсии количество вырабатываемого в электролизере водорода может быть увеличена до 10% от веса воды и более. Проведены эксперименты по увеличению содержания газообразного и атомарного водорода в эмульсии показали, что такой режим работы чистит форсунки горелки. Были подтверждены положения книги Л.И.Друскина (см. стр. 71-75 книги: Л.И. Друскин. Сжигание газа в промышленных печах и котлах. Гос. Научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, М.:1962) о возможности эффективной работы горелок на мазуте и газе. В нашем случае – эффективной работы горелки на смеси водомазутной эмульсии, водорода и кислорода. Также проведены успешные эксперименты по переводу котла с эмульсии на смесь газов водорода и кислорода без его остановки.

Таким образом предлагаемая установка, обладая высокой производительностью и надежностью эксплуатации, обеспечивает в проточном режиме и в промышленных масштабах получение высококачественных эмульсий из несмешивающихся жидкостей.


Формула изобретения.

Установка для получения эмульсий из несмешивающихся жидкостей: мазута и воды, содержащая входной кран на входном трубопроводе и выходной кран на выходном трубопроводе, насосный агрегат, три смесительных устройства и датчики давления, отличающаяся тем, что смесительные устройства выполнены в виде гидродинамических кавитационных реакторов проточного типа, при этом первый кавитационный реактор установлен перед насосным агрегатом, второй кавитационный реактор установлен после насосного агрегата и соединен с выходным краном, а также, через байпасную линию, со входом в насосный агрегат, а третий кавитационный реактор установлен в байпасной линии, при этом входной трубопровод соединен с трубопроводом подачи мазута и трубопроводом подачи воды, и в трубопроводе подачи воды расположен проточный электролизер.


Чертежи





Фиг.1
Фиг.2
Фиг.3
Фиг.5
Фиг.5
Close
Остались вопросы? Ответим!