СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
PROCEDURE FOR THERMAL DEHYDRATION OF OIL PRODUCTS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к энергосберегающим и экологически безопасным технологиям нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для перевода загустевших нефтепродуктов (мазута, битума и др.) в текучее состояние с целью дальнейшей переработки или транспортировки.
В условиях низких температур и при длительном хранении в результате взаимодействия некоторых органических веществ, входящих в состав нефтепродуктов с водой, протекают различные процессы: гидратация, образование коллоидных систем, эмульгирование, образование слизи и пр., происходит стабилизация системы вода-мазут, увеличивается плотность продукта. Обводненные нефтепродукты теряют текучесть (их просто невозможно извлечь из емкостей) и качество. Использование некачественного топлива на энергетических установках приводит к быстрому отложению нефтешлама на трубопроводах, аварийному загрязнению деталей и узлов дизелей.
В настоящее время для разогрева и обезвоживания загустевших нефтепродуктов используют стационарные паровые или электрические нагреватели /1, 2/.
Известен способ термического обезвоживания нефтепродуктов, например битума, нагреванием до текучего состояния при перемешивании с обезвоженным битумом и добавкой поверхностно-активного вещества при 100-150°C (авторское свидетельство СССР 1747467, кл. C10G 33/04, 1990).
Известный способ является очень трудоемким и энергоемким из-за использования специальных мешалок при температуре 100-150°C, кроме того, он не может быть использован для обезвоживания мазута, температура вспышки которого порядка 110°С.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ термического обезвоживания мазута путем локального нагрева до текучего состояния в резервуаре с помощью нагревателя, установленного в нижней части резервуара, с температурой поверхности 150- 190°C (патент России № 2127298, МКИ C10G 33/00, 1997).
Известный способ имеет большой расход электроэнергии, т.к. имеет место только локальный разогрев, и для улучшения теплопередачи необходимы затраты на перемешивание разогреваемой массы. Кроме того, осаждение продуктов распада нефтепродуктов на поверхности нагревателей приводит к значительному снижению КПД нагревания и выходу из строя.
Технический результат предлагаемого способа обезвоживания нефтепродуктов - сокращение длительности разогрева нефтепродуктов до текучего состояния и обезвоживания, снижение энергоемкости и возможность реализации с использованием существующих резервуаров.
Технический результат достигается предлагаемым способом термического обезвоживания нефтепродуктов нагреванием до текучего состояния благодаря использованию в нагревателе кварцево-галогенных ламп в диапазоне ИК-излучения 1,8-5.0 мкм в импульсном режиме с частотой 100-500 герц.
Известно устройство для разогрева до жидкого состояния загустевших нефтепродуктов /3/, в котором в рефлекторах нагревателя использованы кварцево-галогенные лампы, однако это лишь опытная модель в незавершенном недоработанном варианте, в котором не установлены рабочие режимы для достижения технического результата.
В предлагаемом способе термического обезвоживания нефтепродуктов выявлены и отработаны конкретные режимы эффективного использования ИК-излучения в нагревателе.
Сущность предложения заключается в подборе интервалов длин волн и интенсивности ИК-излучения, при которых достигнуто наложение волнового/электромагнитного объемного разогрева мазута с локальным разогревом. Происходит отражение волн ИК-излучения внутри теплового излучателя в и контуре нагреваемого резервуара в горизонтальных и вертикальных плоскостях. Создаваемый при этом эффект способствует ускорению разогрева нефтепродуктов благодаря контакту разогреваемой массы как с нагревателем, так и с разогретыми в результате волновой/электромагнитной обработки стенками резервуара.
Импульсный режим подачи ИК-излучения, достигаемый посредством изменения полярности токов и интенсивности установленной длины волны, с частотой 100-500 герц (в зависимости от температуры окружающей среды), позволяет регулировать (и выравнивать без дополнительного перемешивания) тепловой режим нагревания разогреваемой смеси по всему объему нагреваемого резервуара.
Благодаря заявленной совокупности существенных признаков, а именно: использованию локального нагрева в диапазоне ИК-излучения от 1.8 мкм до 5,0 мкм и проведением нагрева в импульсном режиме с частотой 100-500 герц, предлагаемый способ термического обезвоживания нефтепродуктов позволяет значительно сократить время разогрева их до текучего состояния и уменьшить затраты электроэнергии на 50-65%.
При значениях длины волны ИК-излучения ниже 1,8 мкм не достигается эффект наложения локального и волнового (электромагнитного) нагревания массы мазута, а при превышении значения 5,0 мкм не исключена возможность неконтролируемого перегревания разогреваемой массы нефтепродуктов.
При частоте импульсной подачи тока на кварцево-галогенные лампы менее 100 герц не обеспечивается возможность регулирования температурного режима по всему объему разогреваемого резервуара с заданной точностью, а использование частот выше 500 герц нецелесообразно.
Реализацию предлагаемого способа осуществляли на предлагаемом устройстве, в котором нагреватель выполнен в виде рефлекторов закрытого типа, объединенных в один и более модулей, смонтированных на штанге этажерочной конструкции для обеспечения возможности постепенного погружения в разогреваемую массу и связанных через указанную штангу с источником питания.
Реализацию предлагаемого метода пробовали провести с помощью известного устройства для разогрева до жидкого состояния загустевших нефтепродуктов /3/, однако это не удалось.
Известное устройство имеет существенные недостатки, характерные для незавершенной опытной установки: низкую надежность, сложность монтажа, большие потери мощности внутри рефлекторов закрытого типа несовершенной конструкции.
Быстро выходит из строя изоляция монтажных проводов, проходящих от цоколей кварцево-галогенных ламп, при температуре нагрева (порядка 500°C). Продукты распада компонентов мазута осаждаются на поверхности ламп, приводя к снижению КПД и выходу нагревателя из строя.
Сложность монтажа и применения известного устройства обусловлена тем, что несущей конструкцией является вертикальная штанга. При установке и извлечении ее из разогреваемой массы возникающие консольные перегрузки гнут штангу и ломают рефлекторы.
Предлагаемое устройство для реализации предлагаемого способа термического обезвоживания нефтепродуктов представляет собой нагреватель, состоящий из модулей, соединенных между собой так называемой этажерочной конструкцией. Каждый модуль образует многоугольную конструкцию, образуемую попарно соединенными секциями, имеющими форму равносторонних треугольников (или квадратов).
Устройство нагревательной системы и общий вид нагревателя с блоками подключения к питающей системе приведены на фиг.1 и фиг.2 соответственно.
В варианте треугольной формы секция снабжена тремя общими горизонтальными рефлекторами закрытого типа. Рефлектор 1 герметично приварен своими торцами, имеющими две вертикальные муфты 2, к верхним 3 и нижним 4 фланцам. Муфты 2 снабжены герметически закрывающимися крышками 5, необходимыми для установки внутрь рефлекторов 1 кварцево-галогенных инфракрасных ламп 6. Один вывод ламп монтируют на изолированную от корпуса контактную группу 7 и через двухпозиционное термореле 8 подключают к одному из силовых проводов. Второй вывод кварцево-галогенных ламп монтируют на такую же контактную группу 7, установленную в другой муфте 2 и непосредственно соединяют со вторым силовым проводом. Только нижний модуль не снабжен термореле и постоянно включен на разогрев.
Общий вид предлагаемого устройства с блоками подключения к питающей сети показан на фиг.2.
В подготовленное место резервуара на поверхность застывшего нефтепродукта устанавливают предлагаемое устройство и подключают его к источнику питания. При этом (для экономии электроэнергии) включается только нижняя секция рефлекторов. Мощность нагревания регулируется блоком регулирования мощности 9. Фланцы 4 нижней секции закрыты заглушками 10 для предотвращения попадания разогреваемой массы внутрь установки. При нагревании установка постепенно погружается вглубь резервуара благодаря разжижению разогреваемой массы. В каждом модуле по мере погружения при достижении определенного значения температуры для каждого нефтепродукта (нижний температурный интервал), показываемого датчиком температуры 11, включается термореле 8. При достижении определенного значения температуры для каждого нефтепродукта (верхний температурный интервал) электронный блок оптимизации напряжения 12 плавно понижает мощность излучения кварцево-галогенных ламп 6 и выбирает необходимый режим работы для каждого модуля из нескольких оптимальных до полного перевода последнего в текучее состояние или достижения заданного влагосодержания продукта. Электронный блок оптимизации напряжения 12 может быть оснащен блоком дистанционного управления 13.
Верхние фланцы 2 самой верхней секции герметизированы с помощью платформы 14, имеющей внутреннюю полость, в которой устанавливают распределительные и монтажные колодки для подключения силовых проводов. Платформа обеспечивает механическую прочность конструкции, кроме того, на ней размещают крепежные элементы 15 для подключения к подъемному устройству.
Заявленный способ и устройство обеспечивают экономичный и пожаробезопасный процесс разогрева загустевших нефтепродуктов до текучего состояния и обезвоживания. На разогрев обводненного мазутного шлама до текучего состояния предлагаемым способом затрачено 2 часа (вместо 8-10 часов в известном способе). При этом удалось достичь снижения влагосодержания мазута до 5-7%.
Литература
1. Авторское свидетельство СССР № 1747467, МКИ C10G 33/04, 1990.
2. Патент России № 2127298, МКИ C10G 33/00, 1997.
3. Патент Белоруссии на полезную модель № 3505, МКИ C10G 33/00, 2006