СПОСОБ ОЧИСТКИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF DIESEL FUEL DECONTAMINATION AND EQUIPMENT FOR IT

Изобретение относится к способам и устройствам для очистки дизельного топлива и может быть использовано для повышения качества как стандартного, так и некондиционного топлива путем очистки его от вредных примесей.
Известен способ выделения сероорганических соединений нефти из нефтепродуктов, заключающийся в том, что процесс проводят в центробежном поле путем совместного вращения дисперсной смеси адсорбента и исходного нефтепродукта в роторе-барабане, при этом количество адсорбента и количество нефтепродукта берут в соотношении (1,5-2,0):1,0, а вращение ротора-барабана устанавливают в пределах 2000-2500 об/мин. В течение 30-40 минут (патент РФ №2171826, МПК C10G 25/00, опубл. 10.08.01 г.). Основным недостатком этого способа является его дороговизна.
Известен способ очистки дизельного топлива, включающий дозированное перемешивание топлива с питьевой водой, кавитационное воздействие на раствор и его разделение в отстойнике (патент РФ №2196902, МПК F02B 47/02, F02M 43/00, опубл. 20.01.2003 г.).
Известна установка для очистки дизельного топлива, реализующая вышеуказанный способ, содержащая смеситель, у которого вход соединен с дозированными емкостями для воды и дизельного топлива, а выход - с кавитатором, и отстойник, верхняя часть которого соединена с емкостью для очищенного топлива (патент РФ №2196902, МПК F02B 47/02, F02M 43/00, опубл. 20.01.2003 г.).
Вышеуказанный способ и установка достаточно просты, однако не обеспечивают высокий уровень очистки дизельного топлива, в связи с чем их применение достаточно ограничено.
Задача изобретения - обеспечить высокую степень очистки при достаточно низких затратах.
2
Указанная задача достигается тем, что в способе очистки дизельного топлива, включающем дозированное перемешивание исходного топлива с водой, кавитационное воздействие на раствор и его разделение в отстойнике на дизельное топливо и осадок в воде отстоя, перед дозированным перемешиванием с исходным топливом питьевую воду насыщают ионами железа до получения раствора желто-бурого цвета с pH>6, кавитационное воздействие на раствор осуществляют ультразвуком при барботировании в него CO с температурой 75-80°С и избыточным относительно раствора давлением >0,2 ати, после чего на раствор воздействуют фотонами света с энергией 60-70 ккал/моль, пропускают через магнитное поле и направляют в отстойник. Кроме того, возможно:
а) для насыщения питьевой воды ионами железа прокачивать ее сначала через электролизер с диафрагмой до получения pH до 4-5, а затем через электролизер с железным расходуемым анодом и инертным катодом, например, угольным до получения раствора желто-бурого цвета с pH>6;
б) одновременно с воздействием на раствор фотонами света дополнительно воздействовать на него высокочастотными колебаниями с частотой >60 кГц, для чего последние отбирать из общего частотного спектра кавитационного воздействия;
в) сепарировать осадки в воде отстоя и после сепарации направлять очищенную от осадка воду в емкость для очищенной от осадка воды, а осадок собирать в сборнике осадка через фильтр-пресс;
г) очищенную от осадка воду пропускать через электролизер, раствор у угольного электрода отсасывать и направлять для приготовления водного раствора ионов железа перед его смешиванием с исходным дизельным топливом, а раствор с железного электрода отсасывать для утилизации серы;
д) периодически - не реже 2-х раз в году, очищенное топливо подвергать магнитной обработке и сепарации.
+
2
Указанная задача достигается и тем, что в установке для очистки дизельного топлива, содержащей смеситель, у которого вход соединен с дозированными емкостями для воды и дизельного топлива, а выход - с кавитатором, и отстойник, верхняя часть которого соединена с емкостью для очищенного топлива, а нижняя - со сборником осадка в воде отстоя, между емкостью с водой и смесителем размещена емкость-смеситель для приготовления ионов Fe, через запорные краны закольцованная на электролизер с диафрагмой и на электролизер с железным расходуемым анодом и угольным катодом, кавитатор выполнен в виде ультразвукового модуля, между ультразвуковым модулем и отстойником последовательно установлены световой и электромагнитный модули, причем ультразвуковой модуль дополнительно сообщен с емкостью CO через нагреватель.
Кроме того, возможно:
а) что ультразвуковой модуль выполнен в виде емкости с магнитострикционным преобразователем в нем, электрически соединенным с ультразвуковым генератором;
б) световой модуль выполнен в виде емкости с электролампой сине-зеленого спектра, отделенной от емкости ультразвукового модуля акустическим фильтром;
в) на выходе сборника осадка в воде отстоя установлен сепаратор, соединенный выходами с емкостью для очищенной от осадка воды и со сборником осадка;
г) сборник осадка соединен с фильтром-прессом;
д) емкость для очищенной от осадка воды соединена через электролизер с емкостью для раствора ионов железа в воде и с емкостью для раствора серы в воде;
е) емкостью для раствора ионов железа в воде соединена с емкостью-смесителем для приготовления раствора ионов железа.
2
Новым в способе является то, что перед дозированным перемешиванием с исходным топливом питьевую воду насыщают ионами железа до получения раствора желто-бурого цвета с pH>6, кавитационное воздействие на раствор осуществляют ультразвуком при барботировании в него CO с температурой 75-80°С и избыточным относительно раствора давлением >0,2 ати, после чего на раствор воздействуют фотонами света с энергией 60-70 ккал/моль, пропускают через магнитное поле и направляют в отстойник.
Кроме того, возможно, что:
а) для насыщения питьевой воды ионами железа ее прокачивать сначала через электролизер с диафрагмой до получения pH до 4-5, а затем через электролизер с железным расходуемым анодом и угольным катодом до получения pH>6 и помутнения воды до желто-бурого цвета;
б) одновременно с воздействием на раствор фотонами света дополнительно воздействовать на него высокочастотными колебаниями с частотой >60 кГц, для чего последние отбирать из общего частотного спектра кавитационного воздействия;
в) осадки в воде отстоя сепарировать и после сепарации направлять очищенную от осадка воду в емкость для очищенной от осадка воды, а осадок собирать в сборнике осадка через фильтр-пресс;
г) очищенную от осадка воду пропускать через электролизер, раствор у угольного электрода отсасывать и направлять для приготовления водного раствора ионов железа перед его смешиванием с исходным дизельным топливом, а раствор у железного электрода отсасывать для утилизации серы;
д) периодически - не реже 2-х раз в году, очищенное топливо подвергать магнитной обработке и сепарации.
+
2
Новым в устройстве является то, что между емкостью с водой и смесителем размещена емкость-смеситель для приготовления ионов Fe, через запорные краны закольцованная на электролизер с диафрагмой и на электролизер с железным расходуемым анодом и угольным катодом, кавитатор выполнен в виде ультразвукового модуля, между ультразвуковым модулем и отстойником последовательно установлены световой и электромагнитный модули, причем ультразвуковой модуль дополнительно сообщен с емкостью CO через нагреватель.
Кроме того, возможно:
а) что ультразвуковой модуль выполнен в виде емкости с магнитострикционным преобразователем в нем, электрически соединенным с ультразвуковым генератором;
б) световой модуль выполнен в виде емкости с электролампой сине-зеленого спектра, отделенной от емкости ультразвукового модуля акустическим фильтром;
в) на выходе сборника осадка в воде отстоя установлен сепаратор, соединенный выходами с емкостью для очищенной от осадка воды и со сборником осадка;
г) сборник осадка соединен с фильтром-прессом;
д) емкость для очищенной от осадка воды соединена через электролизер с емкостью для раствора ионов железа в воде и с емкостью для раствора серы в воде;
е) емкость для раствора ионов железа в воде соединена с емкостью-смесителем для приготовления раствора ионов железа.
Насыщая перед дозированным перемешиванием с исходным топливом питьевую воду ионами железа до получения раствора желто-бурого цвета с pH>6, получают раствор ионов железа в воде. Такое насыщение воды ионами железа позволяет создавать предпосылки для образования соединений типа FeS и выведения серы из дизельного топлива.
+
Прокачивая перед дозированным перемешиванием с топливом питьевую воду через электролизер с железным расходуемым анодом и угольным катодом до получения pH>6 и помутнения воды до желто-бурого цвета, получают насыщенный раствор ионов Fe, о чем свидетельствует помутнение раствора до желто-бурого. Однако такой электролизер начинает работать лишь при pH 4-5, поэтому воду сначала пропускают через электролизер с диафрагмой до получения pH 4-5.
+
2
2
Осуществляя кавитационное воздействие на раствор, состоящий из перемешанных между собой исходного дизельного топлива и водного раствора ионов Fe ультразвуком в ультразвуковом модуле, выполненном в виде емкости с магнитострикционным преобразователем в ее днище, электрически соединенном с ультразвуковым генератором, обеспечиваем ввод в зону нахождения раствора колебательной акустической мощности. В режиме кавитации обеспечивается обработка ударными волнами схлопывания каверн воды, которые имеют на фронте давление до 1000 атмосфер. Барботирование в раствор CO с температурой 75-80°С избыточным относительно раствора давлением >0,2 ати еще более увеличивает перемешивание раствора пузырьками СО и выполняет роль подкисления раствора на фоне увеличенных концентраций углерода, положительных ионов железа и отрицательных ионов серы. При этом в растворе теперь появляются соединения типа FeS, забирающие серу из раствора.
Воздействие на раствор фотонами света с энергией 60-70 ккал/моль в световом модуле, выполненном в виде емкости с электролампой сине-зеленого спектра, отделенной от емкости ультразвукового модуля лишь акустическим фильтром, позволяет существенно повысить эффективность вырыва атомов серы из органических соединений дизельного топлива. При этом по причине пристыковки светового модуля к ультразвуковому через акустический фильтр, пропускающий высокочастотные колебания с частотой >60 кГц, отпадает необходимость в высокочастотном ультразвуковом генераторе. Повышенное число соударений в световом модуле из-за действия ультразвукового ветра увеличивает эффективность очистки топлива.
Пропуская раствор через магнитный модуль, где его подвергают действию магнитного поля, получают дополнительные центры коагуляции в растворе.
В отстойнике коагулирующий раствор дает ускоренную седиментацию, обусловленную динамикой при переходе неравновесных состояний к равновесным с образованием на дне осадка в воде отстоя.
Сепарирование осадка в воде отстоя позволяет отделить очищенную от осадка воду и направить ее в емкость для очищенной от осадка воды, а осадок собрать в сборнике осадка и пропустить через фильтр-пресс для дальнейшего использования, например для производства средства для ремонта асфальтовых дорог.
При пропускании очищенной от осадка воды через электролизер получаем возможность отсосать раствор у угольного электрода электролизера, раствор ионов железа и направить его для приготовления водного раствора ионов железа, то есть использовать его для повторного использования в процессе очистки топлива.
За счет периодической магнитной обработки и сепарации топлива - не реже 2-х раз в году, в процессе хранения можно повысить эксплуатационные свойства дизельного топлива.
На чертеже показана схема установки, реализующей способ очистки дизельного топлива.
+
2
Установка для очистки дизельного топлива содержит смеситель 1 с мешалкой 2, подсоединенный своим входом к дозированной емкости для исходного дизельного топлива 3 и к дозированной емкости для питьевой воды 4 через емкость-смеситель 5 для приготовления раствора Fe, а выходом с последовательно соединенными кавитатором в виде ультразвукового модуля 6, световым модулем 7, электромагнитным модулем 8 и отстойником 9, верхняя часть которого соединена с емкостью для очищенного топлива 10, а нижняя - со сборником осадка в воде отстоя 11. Емкость-смеситель для приготовления ионов железа 5, через запорные краны 12, 13 и 14 закольцованная на электролизер с диафрагмой 15 и на электролизер с железным расходуемым анодом и угольным катодом 16. Ультразвуковой модуль 6 выполнен в виде емкости 17 с магнитострикционным преобразователем 18 в нем, электрически соединенным с ультразвуковым генератором 19, и дополнительно сообщен с емкостью CO 20 через нагреватель 21. Световой модуль 7 выполнен в виде емкости 22 с электролампой сине-зеленого спектра 23 внутри него. Емкость 22 пристыкована к емкости 17 ультразвукового модуля 6 и отделена от последней акустическим фильтром 24. На выходе сборника осадка в воде отстоя 11 установлен сепаратор 25, соединенный выходами с емкостью для очищенной от осадка воды 26 и со сборником осадка 27 с фильтром-прессом 28 на его выходе. Емкость для очищенной от осадка воды 26 соединена через дополнительный электролизер 29 с емкостью для раствора ионов железа в воде 30 и с емкостью для раствора ионов серы в воде 31. Емкость для раствора ионов железа в воде 30 через насос 32 соединена с емкостью-смесителем для приготовления ионов железа в воде 5. Связи между модулями выполняются трубопроводами с установленными на них насосами 32, 33, 34, 35, 36 и запорными кранами 12, 13, 14, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44 и 45.
Способ с помощью устройства для его реализации осуществляют следующим образом.
2
2
Воду питьевого качества с pH 6,5-7,5 из дозированной емкости для воды 4 закачивают насосом 32 в емкость-смеситель 5 и далее насосом 34 прокачивают через электролизер с диафрагмой 15 до получения в емкости - смесителе 5 воды с pH 4-5, после чего этим же насосом 34, закрыв запорный кран 13 и открыв запорный кран 14, обеспечивают прокачку воды с pH 4-5 через электролизер с железным расходуемым анодом и угольным катодом 16 до получения pH>6 и помутнения воды до желто-бурого цвета. Полученный раствор ионов железа из емкости-смесителя 5 насосом 34 подают в смеситель 1 с мешалкой 2. Туда же из дозированной емкости для исходного топлива 3 насосом 33 закачивают исходное дизельное топливо, где оно перемешивается с раствором ионов железа, и насосом 35 подают в емкость 17 ультразвукового модуля 6. В ультразвуковом модуле 6 осуществляют кавитационное воздействие на раствор ударными волнами схлопывания каверн воды, получаемыми с помощью магнитострикционного преобразователя 18, электрически связанного с ультразвуковым генератором 19. Кавитационное воздействие на раствор осуществляют в емкости 17 при барботировании в раствор CO, открывая запорный кран 40 и пропуская CO из емкости 20 через нагреватель 21, поднимают его температуру до 75-80°С, обеспечивая избыточное относительно раствора давление >0,2 ати. Уже на этой стадии в растворе появляются соединения типа FeS. Далее поток раствора поступает в емкость 22 светового модуля 7, где на раствор воздействуют фотонами света с энергией 60-70 ккал/моль, получаемыми от лампы сине-зеленого спектра 23, размещенной в потоке раствора. Одновременно с воздействием на раствор фотонами света на него дополнительно воздействуют высокочастотными колебаниями с частотой >60 кГц, для чего последние отбирают из общего кавитационного воздействия путем пристыковки светового модуля 7 к ультразвуковому модулю 6 и установки между ними акустического фильтра 24, пропускающего в световой фильтр высокочастотных колебаний с частотой >60 кГц. Эти колебания и ультразвуковой ветер в световом модуле 7 увеличивают число соударений молекул в растворе. Из светового модуля 7 раствор подают на электромагнитный модуль 8 для получения дополнительных центров коагуляции в среде раствора и далее раствор подают в отстойник 9. В нем за счет ускоренной седиментации, обусловленной динамикой при переходе из неравновесных состояний в равновесные, происходит разделение раствора в отстойнике на дизельное топливо и осадок в воде отстоя. В отстойнике 9 верхний слой очищенного дизельного топлива снимают и направляют в емкость для очищенного топлива 10, а осадок в воде отстоя из сборника осадка в воде отстоя 11 сепарируют в сепараторе 25. Очищенную от осадка воду направляют в емкость для очищенной от осадка воды 26, а осадок собирают в сборнике осадка 27 и подают на фильтр-пресс 28. Этот осадок можно использовать для получения средства для ремонта асфальтовых дорог. Очищенную от осадка воду из емкости 26 пропускают через дополнительный электролизер 29, в котором раствор у угольного электрода отсасывают и направляют насосом 36 в емкость для раствора ионов железа в воде 30. Раствор у железного электрода также отсасывают и направляют в емкость для раствора ионов серы в воде 31 для ее утилизации.
Предлагаемый способ и установка для его реализации позволяют без потери стабильности топлива очищать его до получения параметров по ЦЧ ниже 53, ароматикой ниже 20% по массе. Кроме того, значительно снижены концентрации металлов и смолистых соединений.
Пример конкретного выполнения способа очистки дизельного топлива.
3
3
3
+
3
3
3
3
В емкость-смеситель для приготовления ионов железа объемом 5 м закачали воду питьевого качества из дозированной емкости для воды объемом 5 м насосом с производительностью 12 м/ч и напором в 3 атмосферы. Прокачка воды через электролизер с растворимым железным анодом и угольным катодом производилась в течение 10 минут при параметрах питания электролизера в 5 вольт и 600-700 амперах от выпрямителя типа ТВР. Сигналом к завершению получения раствора ионов Fe служило окрашивание раствора в желто-бурый цвет при pH воды 6-6,5. Раствор ионов железа объемом 5 м подавали в смеситель с мешалкой объемом 12 м. Туда же подавали 5 м исходного дизельного топлива из дозированной емкости для исходного дизельного топлива и 5 минут перемешивали. Ультразвуковой модуль работал от ультразвукового генератора УЗГ-4М при прокачке через него углекислоты с температурой 70-80°С с расходом в 2 л/мин при давлении 0,2 ати относительно давления раствора. В зоне кавитации в раствор 1,25 Вт/см электрической мощности. Раствор облучался светом сине-зеленого спектра от двух киловаттных ламп ДРТ-1000.
3
Способ с помощью предлагаемой установки дал производительность в 3,3 м/ч очищенного дизельного топлива.
В таблице 1 приведены характеристики очищенного дизельного топлива при разных соотношениях в растворе воды и исходного дизельного топлива.
Таблица 1
ЦЧ
Сера в мас.%
Аромат. соедин. мас.%
Содерж. H<sub>2</sub>S/H<sub>2</sub>O
Испыт. на медн. пласт.
исходное дизельное топливо
45
0,2
32
0,01-0,001
выдерж.
№ варианта
Соотношение воды и исходного топлива в %
ЦЧ
Сера в мас.%
Аромат. соедин. мас.%
Содерж. H<sub>2</sub>S/H<sub>2</sub>O
Испыт. на медн. пласт.
1
50/50
53
0,03
22
нет
выдерж.
2
55/45
55
0,01
20
нет
выдерж.
3
57/43
54
0,014
23
нет
выдерж.
4
56/44
55
0,002
20
нет
выдерж.
5
54/46
56
0,03
19
нет
выдерж.