Гидродинамический генератор ультразвука для снижения вязкости высокомолекулярных остаточных продуктов нефтепереработки

Полезная модель относится к области интенсификации физико-химических процессов и иных обработок текучей среды, в частности к устройствам для диспергирования компонентов жидких сред и интенсификации физико-химических процессов, и предназначена для использования в нефтеперерабатывающей, химической, энергетической, пищевой и других отраслях промышленности.
В процессе переработки нефти образуется большое количество (до 30% от количества нефти, поступившей на переработку) высокомолекулярных остаточных продуктов. К ним относятся гудрон, остаточные продукты висбрекинга, каталитического крекинга и др. Эти материалы не являются товарными продуктами. Для придания им требуемых потребительских характеристик используют дополнительные технологические мероприятия - компаундирование с различными дорогостоящими разбавителями, например, с газойлем.
Однако, в современных условиях особую актуальность приобретает снижение издержек производства перечисленных выше процессов. Одним из способов решения этой задачи является использование гидродинамических устройств, создающих в потоке жидкости эффект кавитации. Возникающие при этом локальные давление и температура разрушают молекулярную структуру остаточных нефтепродуктов, что приводит к снижению молекулярной массы углеводородов. Это позволяет улучшить такие потребительские характеристики как, кинематическая вязкость, температура вспышки и др. Как следствие, снижается количество дорогостоящего разбавителя, вовлекаемого в процесс получения конечного товарного продукта, и достигается экономический эффект.
Известен гидродинамический излучатель с пластинчатым резонансным элементом (RU 74317, 27.06.2008). Гидродинамический излучатель состоит из подводящего патрубка, переходящего в сопло с цилиндрическим входом и выходом, заканчивающимся плоской щелью и на против которого в цилиндрическом корпусе расположена резонансная пластина с клиновидной заточкой.
Недостатком указанного излучателя является невысокое значение показателя конверсии углеводородов при ультразвуковом воздействии - 1-2%. Этой величины недостаточно для существенного улучшения характеристик высокомолекулярных остаточных продуктов. Так кинематическая вязкость гудрона снижается менее чем на 5%.
Из анализа технологических процессов производства топочного мазута методом компаундирования гудрона с газойлем следует, что величина снижения кинематической вязкости гудрона после обработки ультразвуком, должна быть не менее 10%. В таком случае величина экономии газойля составляет не менее 25 кг при производстве 1 тонны топочного мазута и этот эффект можно считать существенным.
Техническая проблема, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в расширении арсенала технических средств и создание гидродинамического генератора ультразвука для обработки высокомолекулярных остаточных продуктов нефтепереработки, параметры которого обеспечивают увеличение конверсии углеводородов при ультразвуковом воздействии и улучшения характеристик высокомолекулярных остаточных продуктов.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в повышении акустической мощности, вырабатываемой гидродинамическим генератором при обработке ультразвуком высокомолекулярных остаточных продуктов.
Указанный технический результат в гидродинамическом генераторе ультразвука, содержащем отводящий патрубок, переходящий в сопло подводящий патрубок, напротив которого закреплена резонансная пластина, свободная концевая часть которой в продольном направлении имеет клинообразную форму, достигается тем, что на каждой стороне концевой части выполнены две выемки. Концевую часть, которая в продольном сечении выполнена в виде клинообразной части с острой кромкой на конце с углом ее заточки менее 30°. Боковые поверхности резонансной пластины профилированы по форме экспоненты. Резонансная пластина, с одной стороны, закреплена в узле крепления, представляющем собой параллельные друг другу стойки. Сопло на входе выполнено цилиндрической формы, а на выходе - в виде плоской щели. Каждая выемка имеет полуовальную форму и выполнена по всей длине концевой части.
Данное конструктивное выполнение гидродинамического генератора ультразвука с закрепленной напротив сопла подводящего патрубка резонансной пластиной, которая с одной стороны закреплена и имеет свободную (незакрепленную) концевую часть, выполненную в продольном сечении в виде клинообразной части (формы) с острой кромкой на конце, при этом каждая сторона концевой (клиновидной) части имеет по всей длине две выемки (выемок может быть и более двух), обеспечивает повышение акустической мощности, надежности эксплуатации при повышенной мощности потока обрабатываемого высокомолекулярного остаточного продукта (гудрона, остаточных продуктов висбрекинга, каталитического крекинга и др.) и эффективности процесса компаундирования
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен гидродинамический генератор ультразвука; на фиг. 2 - свободная концевая часть с выемками на каждой ее стороне.
Гидродинамический генератор ультразвука содержит отводящий патрубок 1, подводящий патрубок 2, переходящий в сопло 3, узел крепления 4, представляющий собой две параллельные друг другу стойки, закрепленные на подводящем патрубке 2, и резонансную пластину 5.
Сопло 3 на входе выполнено цилиндрической формы (имеет цилиндрический вход), а заканчивается плоской щелью, то есть сопло 3 выполнено сужающимся.
Резонансная пластина 5 с одной стороны выполнена с возможностью консольного крепления в узле крепления 4. Другая сторона не закреплена и имеет свободную концевую часть 6, которая расположена напротив сопла 3 и в продольном сечении выполнена в виде клинообразной части с острой кромкой 7 на конце, заточенной под углом менее 30°. Каждая сторона концевой части 6 имеет, по меньшей мере, две выемки 8 (пазы), выполненные по всей ее длине полуовальной формы.
Боковые поверхности резонансной пластины профилированы по форме экспоненты.
2
Гидродинамическом генератор ультразвука работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость через подводящий патрубок поступает в сопло, на выходе из которого поток приобретает форму плоской струи. При натекании жидкости на концевую (клиновидную) часть резонансной пластины происходит образование и следующих один за другим срыв вихрей на острой кромке и на поверхности выемок, что приводит к интенсификации процесса образования кавитационных каверн и, как следствие, к увеличению акустической мощности гидродинамического генератора. Периодически изменяющееся давление в зоне вихрей приводит к образованию звуковых волн. При прохождении фазы волны, создающей разряжение, жидкость рвется, и в ней образуется большое количество разрывов в виде пузырьков. После кратковременного существования часть пузырьков захлопывается и при этом развиваются большие местные мгновенные давления, достигающие 10000 кгс/см.
Компоненты жидкости, попадающие в зону срыва вихрей (кавитационное облако), подвергаются мощному воздействию, и происходит процесс диспергирования, в том числе разрыв химических связей «углерод - углерод». Кинематическая вязкость обработанных высокомолекулярных остаточных продуктов снижается, что приводит к снижению количества разбавителя (например, газойля), вовлекаемого в процесс производства топочного мазута. Обработанная жидкость отводится через отводящий патрубок.
2
2
Лабораторно-стендовые испытания гидродинамического генератора с резонансной пластиной, имеющей выемки на концевой (клинообразной) части, показали, что акустическая мощность увеличивается с 1,5-2 Вт/см до 3,8 Вт/см.
3
2
В процессе опытно-промышленного пробега гидродинамического генератора с пропускной способностью 30 м/час на установке АВТ были получены следующие результаты. В качестве сырья использовался гудрон с вакуумной колонны. Кинематическая вязкость исходного продукта при 100С° составляла 630 мм/с, после обработки на гидродинамическом генераторе снизилась на 22%.
3
В настоящее время ведется проектирование и изготовление промышленного образца гидродинамического генератора с пропускной способностью до 100 м/час для обработки гудрона на установке АВТ.