RU2304162C1 - Apparatus for producing of combustible mixture - Google Patents

Apparatus for producing of combustible mixture Download PDF

Info

Publication number
RU2304162C1
RU2304162C1 RU2005141196/15A RU2005141196A RU2304162C1 RU 2304162 C1 RU2304162 C1 RU 2304162C1 RU 2005141196/15 A RU2005141196/15 A RU 2005141196/15A RU 2005141196 A RU2005141196 A RU 2005141196A RU 2304162 C1 RU2304162 C1 RU 2304162C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reservoir
water
fuel
mixture
tank
Prior art date
Application number
RU2005141196/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Георгиевич Куликов (RU)
Борис Георгиевич Куликов
Иван Григорьевич Минчен (BY)
Иван Григорьевич Минченя
Максим Иванович Минчен (BY)
Максим Иванович Минченя
Владимир Сергеевич Соломахо (BY)
Владимир Сергеевич Соломахо
Original Assignee
Борис Георгиевич Куликов
Иван Григорьевич Минченя
Максим Иванович Минченя
Владимир Сергеевич Соломахо
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Борис Георгиевич Куликов, Иван Григорьевич Минченя, Максим Иванович Минченя, Владимир Сергеевич Соломахо filed Critical Борис Георгиевич Куликов
Priority to RU2005141196/15A priority Critical patent/RU2304162C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2304162C1 publication Critical patent/RU2304162C1/en

Links

Abstract

FIELD: fuel engineering, in particular, preparing of liquid hydrocarbon fuels.
SUBSTANCE: apparatus has reservoir 6 for basic hydrocarbon fuel and mixing reservoir 9, said reservoirs being connected with one another through pipeline and locking fittings. Reservoir 6 and reservoir 9 are equipped with level measuring devices. Output of mixing reservoir 9 is connected through circulation pump with inlet of disperser 8 whose outlet is connected to inlet of mixing reservoir 9. Apparatus is additionally provided with reservoir 1 for softened water, said reservoir 1 having cooling member, reservoir 3 designed for saturating of softened water with air and provided with level measuring device, pumps for feeding water through meter 4 from above reservoirs into disperser 8 and further to mixing reservoir 9. Disperser 8 is formed as acoustical radiator. Mixing reservoir 9 is joined to sulfur removal unit 10 furnished with separating device and positioned on pipeline for feeding of resultant hydraulically stabilized combustible mixture into accumulating reservoir 11. Apparatus of such construction allows desulphurized liquid aqueous-hydrocarbon mixture to be produced, said mixture being characterized by inseparability with time and being designed for increasing of fuel combusting process.
EFFECT: increased efficiency of fuel combustion process enhanced due to utilization of liquid aqueous-hydrocarbon mixture, and increased ecology controlling of process.
1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области топливной энергетики и касается качества приготовления жидких углеводородных горючих.The invention relates to the field of fuel energy and relates to the quality of the preparation of liquid hydrocarbon fuels.

Развитие энергетических установок в направлении улучшения экономичности, весовых характеристик, надежности и ресурса выдвигает высокие требования к качеству жидких углеводородных горючих.The development of power plants in the direction of improving efficiency, weight characteristics, reliability and resource makes high demands on the quality of liquid hydrocarbon fuels.

В последние годы появились новые сырьевые источники и технологические способы переработки нефти. Это привело к изменению физико-химических и эксплуатационных свойств стандартных углеводородных горючих для энергетических установок. К настоящему времени накоплены новые экспериментальные и расчетные данные об их свойствах (например, характеристиках горения, электрических, термостабильности, влияния растворенной воды на характеристики горения и т.п.), получены также новые материалы по изменению этих свойств в зависимости от различных факторов.In recent years, new raw materials and technological methods of oil refining have appeared. This has led to a change in the physicochemical and operational properties of standard hydrocarbon fuels for power plants. To date, new experimental and calculated data on their properties have been accumulated (for example, characteristics of combustion, electrical, thermal stability, the effect of dissolved water on combustion characteristics, etc.), and new materials have also been obtained on the change in these properties depending on various factors.

Вместе с тем, в настоящее время недостатками известных жидких углеводородных горючих являются:However, currently, the disadvantages of the known liquid hydrocarbon fuels are:

1) установлено прямым наблюдением, что при горении в отдельности таких горючих, как керосин, дизельное топливо, бензин, мазут, печное топливо и др., в зонах возможного недостатка кислорода образуются твердые продукты неполного сгорания, что приводит к закоксованию распыливающих отверстий форсунок и появлению темного дыма. Склонность к дымообразованию определяется структурой горючего, наличием высокомолекулярных соединений и величиной капель распыливания. Чем крупнее капля и меньше содержится растворенной воды в горючем, тем больший размер имеет коксовый остаток, поэтому относительно велики потери тепла от химической неполноты сгорания этих горючих в энергетических установках (коэффициент полноты сгорания составляет 0,85-0,9);1) it was established by direct observation that when burning separately such combustibles as kerosene, diesel fuel, gasoline, fuel oil, heating oil, etc., in the areas of a possible lack of oxygen solid products of incomplete combustion are formed, which leads to coking of the spraying nozzle openings and the appearance of dark smoke. The tendency to smoke is determined by the structure of the fuel, the presence of high molecular weight compounds and the size of atomization droplets. The larger the droplet and the less dissolved water is in the fuel, the larger the coke residue is, therefore the heat loss from the chemical incompleteness of combustion of these fuels in power plants is relatively large (the coefficient of completeness of combustion is 0.85-0.9);

2) свыше 95% углеводородных горючих, потребляемых в энергетических установках, содержит до 4,5% серы, от 0,005 до 0,15% ванадия, а также натрия, кальция, железа и других элементов. В связи с этим при сгорании жидких углеводородных горючих золообразующие вещества дают такие соединения, как окиси различных металлов, серы, кремния, ванадия, а также сульфаты, сульфиды и другие соединения, которые отлагаются на элементах проточной части энергетических установок и вызывают коррозию. Отложения образуются, в основном, за счет натриевых, кальциевых соединений, ванадиевого ангидрида и других более сложных соединений ванадия и натрия, находящихся в потоке газов в расплавленном виде. Коррозия элементов проточной части энергетических установок является химическим процессом, резко интенсифицирующимся при увеличении температуры. Сильнейшую коррозию деталей проточной части энергетических установок вызывает пятиокись ванадия V2O5, а также сульфат натрия Na2SO4. Наиболее опасна ванадиевая коррозия, которая резко интенсифицируется в присутствии сульфата натрия при температуре от 650-700°С и выше.2) over 95% of hydrocarbon fuels consumed in power plants contain up to 4.5% sulfur, from 0.005 to 0.15% vanadium, as well as sodium, calcium, iron and other elements. In this regard, during the combustion of liquid hydrocarbon fuels, ash-forming substances give compounds such as oxides of various metals, sulfur, silicon, vanadium, as well as sulfates, sulfides and other compounds that are deposited on the elements of the flow part of power plants and cause corrosion. Deposits are formed mainly due to sodium, calcium compounds, vanadium anhydride and other more complex compounds of vanadium and sodium, which are in a stream of gases in a molten form. Corrosion of the elements of the flow part of power plants is a chemical process that sharply intensifies with increasing temperature. Strong corrosion of parts of the flowing part of power plants is caused by vanadium pentoxide V 2 O 5 , as well as sodium sulfate Na 2 SO 4 . The most dangerous is vanadium corrosion, which is sharply intensified in the presence of sodium sulfate at a temperature of 650-700 ° C and above.

При температуре более 800°С сульфат натрия также способен растворять защитный слой металла и вызывать коррозию;At temperatures above 800 ° C, sodium sulfate is also able to dissolve the protective layer of metal and cause corrosion;

3) при горении горючевоздушной смеси в факеле образуется окись азота в результате окисления как азота воздуха (при высоких температурах), так и азота, входящего в органическую массу горючего. В этом и другом случае скорость образования окиси азота и конечная ее концентрация зависят от содержания свободного кислорода в объеме горящего факела и его температуры.3) during combustion of a fuel-air mixture in a flare, nitric oxide is formed as a result of oxidation of both nitrogen in the air (at high temperatures) and nitrogen entering the organic mass of fuel. In this and another case, the rate of formation of nitric oxide and its final concentration depend on the content of free oxygen in the volume of the burning torch and its temperature.

Оксиды азота вызывают заболевание дыхательных путей, нервной системы и зрения человека, усиливают действие других токсичных веществ, в том числе канцерогенных. Кроме того, оксид азота активно доокисляется озоном воздуха по следующей реакции:Nitrogen oxides cause diseases of the respiratory tract, nervous system and human vision, enhance the effects of other toxic substances, including carcinogens. In addition, nitric oxide is actively oxidized by air ozone by the following reaction:

NO+О3→NO22.NO + O 3 → NO 2 + O 2 .

Протекание этой реакции в высоких слоях атмосферы приводит к разрушению слоя озона, защищающего все живое на Земле от вредного воздействия ультрафиолетовой части спектра солнечного излучения.The occurrence of this reaction in high atmospheric layers leads to the destruction of the ozone layer, which protects all life on Earth from the harmful effects of the ultraviolet part of the spectrum of solar radiation.

При повышенной влажности смесь NO2, углеводов, дыма и копоти образует ядовитый фотохимический туман - смог.At high humidity, a mixture of NO 2 , carbohydrates, smoke and soot forms a toxic photochemical fog - smog.

К числу обладающих большой канцерогенной активностью относят 3,4-бензоперен(C20H12) или бензин-α-пирен, который образуется при неполном сгорании жидких углеводородных горючих в результате их высокотемпературного пиролиза. Последний является одним из сильнейших канцерогенных веществ. В естественных условиях C20H12 весьма устойчив и, накапливаясь в почве или присутствуя в воздухе, участвует в биологическом круговороте, вредно воздействуя на биологические процессы в живых организмах.Among those with high carcinogenic activity, 3,4-benzoperen (C 20 H 12 ) or gasoline-α-pyrene, which is formed during incomplete combustion of liquid hydrocarbon fuels as a result of their high-temperature pyrolysis, are attributed. The latter is one of the strongest carcinogens. Under natural conditions, C 20 H 12 is very stable and, accumulating in the soil or present in the air, participates in the biological cycle, adversely affecting biological processes in living organisms.

При сгорании жидкого углеводородного горючего имеющиеся в нем сульфиды металлов, при высокой температуре взаимодействуя с кислородом воздуха, образуют:When liquid hydrocarbon fuel is combusted, the metal sulfides present in it, interacting with atmospheric oxygen at high temperature, form:

2Na2S+3O2→2SO2+2Na2O;2Na 2 S + 3O 2 → 2SO 2 + 2Na 2 O;

4FeS2+11О2→8SO2+2Fe2O3;4FeS 2 + 11O 2 → 8SO 2 + 2Fe 2 O 3 ;

2ZnS+3O2→2SO2+2ZnO2ZnS + 3O 2 → 2SO 2 + 2ZnO

и т.д.etc.

Сернистый газ или сернистый ангидрид SO2, образующийся при сгорании стандартных жидких углеводородных горючих в энергетических установках и выбрасываемый в окружающую среду, губительно действует на растения.Sulfur gas or sulphurous anhydride SO 2 generated during the combustion of standard liquid hydrocarbon fuels in power plants and released into the environment, has a detrimental effect on plants.

Проведенными во многих странах исследованиями выявлена возможность повышения полноты сгорания и снижения содержания токсичных компонентов (окислов азота и серы, углерода, коксовых остатков и др.) в выхлопных газах за счет смешения в определенном соотношении воды и углеводородного горючего. При этом более полное сгорание последнего достигается за счет газификации части углерода и коксовых остатков по уравнению:Studies conducted in many countries have revealed the possibility of increasing the completeness of combustion and reducing the content of toxic components (nitrogen and sulfur oxides, carbon, coke residues, etc.) in exhaust gases by mixing in a certain ratio of water and hydrocarbon fuel. Moreover, a more complete combustion of the latter is achieved due to the gasification of part of the carbon and coke residues according to the equation:

С+Н2О=СО+Н2 C + H 2 O = CO + H 2

и последующего дожигания смеси газов СО и Н2.and subsequent afterburning of a mixture of gases CO and H 2 .

Известно устройство для получения горючей смеси, описанное в заявке РБ 1881, МПК В01F 3/08, 1996, включающее емкость воды, насос для подачи воды, фильтр, регулировочный вентиль, емкость для мазута, подогреватель мазута, топливный насос, топливный фильтр, смеситель, гидродинамический диспергатор, емкость для эмульсии и комплект обвязывающих трубопроводов. Недостатком известного устройства является то, что полученные смеси с течением времени расслаиваются на воду и мазут, а содержание сернистых соединений в них сохраняется.A device for producing a combustible mixture is described in the application RB 1881, IPC B01F 3/08, 1996, including a water tank, a water supply pump, a filter, a control valve, a fuel oil tank, a fuel oil heater, a fuel pump, a fuel filter, a mixer, hydrodynamic dispersant, emulsion tank and bundle of binding pipelines. A disadvantage of the known device is that the resulting mixtures over time are stratified into water and fuel oil, and the content of sulfur compounds in them remains.

Из известных устройств наиболее близким к заявленному является устройство, описанное в пат.RU 2009403, 1994, включающее емкость для жидкого углеводородного горючего, емкость воды, комплект обвязывающих трубопроводов с запорной арматурой, емкость смешивания, выход которой посредством циркуляционного насоса связан с входом диспергатора. Недостатком известного устройства является то, что в получаемых горючих смесях сохраняется содержание сернистых соединений и мехпримесей.Of the known devices, the closest to the claimed one is the device described in US Pat. RU 2009403, 1994, including a tank for liquid hydrocarbon fuel, a water tank, a set of piping with shutoff valves, a mixing tank, the outlet of which is connected through the circulation pump to the inlet of the dispersant. A disadvantage of the known device is that in the resulting combustible mixtures, the content of sulfur compounds and solids remains.

Задачей изобретения является разработка устройства для приготовления обессеренной не разделяющейся с течением времени жидкой водно-углеводородной смеси, повышающей эффективность сгорания и экологичность.The objective of the invention is to develop a device for the preparation of desulfurized non-separable liquid water-hydrocarbon mixture, increasing combustion efficiency and environmental friendliness.

Решение указанной задачи достигается тем, что заявленное устройство снабжено емкостями для умягченной воды с охлаждающим элементом, насыщения умягченной воды воздухом, исходного углеводородного горючего с измерителями уровней, трубопроводами с запорной и запорно-регулировочной арматурой и насосами для подачи из соответствующих емкостей через счетчики воды и углеводородного горючего через диспергатор к емкости смешения, при этом диспергатор выполнен в виде звукового излучателя, выход которого сообщен посредством трубопроводов и запорной арматуры с емкостями смешения и блоком удаления серы с сепарирующим устройством, установленным на трубопроводе для подачи полученной гидростабилизированной горючей смеси в накопительную емкость, которая снабжена насосом и счетчиком.The solution to this problem is achieved by the fact that the claimed device is equipped with containers for softened water with a cooling element, saturation of softened water with air, hydrocarbon feed with level meters, pipelines with shut-off and shut-off and control valves and pumps for supplying from the respective containers through water and hydrocarbon meters fuel through the dispersant to the mixing tank, while the dispersant is made in the form of a sound emitter, the output of which is communicated through pipelines and ornoy reinforcement with the mixing tanks and sulfur removal unit with a separating device mounted on the pipeline for supplying a gas mixture obtained Hydrostabilized to the collecting tank, pump and which is provided with a counter.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежом, где схематически изображен общий вид описываемого устройства.The essence of the invention is illustrated by the drawing, which schematically shows a General view of the described device.

Устройство содержит накопительную емкость 1 умягченной воды с закрепленными в ней охлаждающим элементом и измерителями уровня (верхнего и нижнего). Емкость 1 оснащена подводящими, отводящими трубопроводами, запорной и запорно-регулировочной арматурой, указателем температуры и насосом для подачи через счетчик 2 умягченной воды. Наружная поверхность емкости 1 и трубопроводов покрыта теплоизоляцией. В качестве насоса может быть использован центробежный.The device comprises a storage tank 1 of softened water with a cooling element fixed therein and level meters (upper and lower). Capacity 1 is equipped with inlet, outlet pipelines, shut-off and shut-off and control valves, a temperature gauge and a pump for supplying softened water through the meter 2. The outer surface of the tank 1 and pipelines is covered with thermal insulation. As a pump, a centrifugal pump can be used.

Емкость 1 предназначена для накопления, хранения, охлаждения и выдачи через счетчик 2 умягченной воды в емкость насыщения 3.Capacity 1 is intended for the accumulation, storage, cooling and delivery of softened water through the counter 2 to the saturation tank 3.

Счетчик 2 служит для мгновенного показания расхода и отключения подачи при выдаче заданной дозы продукта.Counter 2 serves to instantly indicate the flow rate and turn off the feed when a given dose of the product is issued.

Емкость насыщения 3 содержит подводящий и отводящие трубопроводы, запорную и запорно-регулировочную арматуру, измерители уровня (верхний и нижний), измерители давления, закрепленный в ней распылитель воды, счетчик воды 4 и циркуляционный насосный агрегат, который предназначен для циркуляционной прокачки умягченной воды в емкости.Saturation tank 3 contains inlet and outlet pipelines, stop and shut-off and control valves, level meters (upper and lower), pressure meters, a water spray attached to it, a water meter 4 and a circulation pump unit, which is designed for circulating pumping of softened water in the tank .

Емкость 3 предназначена для накопления, насыщения умягченной воды воздухом, хранения и выдачи через счетчик 4 потребного количества воды с заданным расходом в насосный агрегат 5.Capacity 3 is intended for accumulation, saturation of softened water with air, storage and delivery through the counter 4 of the required amount of water with a given flow rate to the pump unit 5.

Счетчик воды 4 служит дозировать расход и количество выдаваемой насыщенной умягченной воды в насосный агрегат 5.The water meter 4 serves to dose the flow rate and the amount of saturated softened water to the pump unit 5.

Емкость 6 оснащена подводящими и отводящими трубопроводами, запорной и запорно-регулировочной арматурой, измерителями уровня (верхнего и нижнего), насосным агрегатом в пожаровзрывобезопасном исполнении, счетчиком.Capacity 6 is equipped with inlet and outlet pipelines, shut-off and shut-off and control valves, level meters (upper and lower), a pump unit in fire and explosion-proof design, meter.

Емкость 6 предназначена для накопления, хранения и выдачи через счетчик 7 исходного углеводородного горючего.Capacity 6 is intended for accumulation, storage and delivery through the counter 7 of the original hydrocarbon fuel.

Насосный агрегат содержит насос высокого давления (до 40 кгс/см2), электропривод, подводящие и отводящие трубопроводы, запорную, запорно-регулировочную, контрольно-измерительную арматуру и предназначен для предварительного смешивания подаваемых на вход насоса умягченной насыщенной воздухом воды и исходного углеводородного горючего и последующей подачи под давлением 10-40 кгс/см2 водно-углеводородной смеси в гидродинамический ультразвуковой диспергатор 8 с заданным расходом.The pump unit contains a high pressure pump (up to 40 kgf / cm 2 ), an electric drive, inlet and outlet pipelines, shut-off, shut-off, control and measuring valves and is intended for preliminary mixing of softened water saturated with water and initial hydrocarbon fuel supplied to the pump inlet and subsequent supply under a pressure of 10-40 kgf / cm 2 of a water-hydrocarbon mixture into a hydrodynamic ultrasonic dispersant 8 with a given flow rate.

Гидродинамический ультразвуковой диспергатор 8 предназначен для создания звукового поля с характеристиками: частотой 15-365 кГц, переменным звуковым давлением 0,5-20,0 кгс/см2 и силой звука 0,16-365 Вт/см2 в прокачиваемой жидкости.The hydrodynamic ultrasonic dispersant 8 is designed to create a sound field with characteristics: a frequency of 15-365 kHz, a variable sound pressure of 0.5-20.0 kgf / cm 2 and a sound force of 0.16-365 W / cm 2 in the pumped liquid.

Емкость смешения 9 оснащена подводящими и отводящими трубопроводами, запорной, запорно-регулировочной арматурой, измерителями уровня (верхнего и нижнего) и давления. Одновременно емкость смешения через запорную арматуру, обвязывающие трубопроводы, насосный агрегат 5, гидродинамический ультразвуковой диспергатор 8 закольцована сама с собой и через запорную арматуру, обвязывающий трубопровод состыкована с блоком удаления серы 10.The mixing tank 9 is equipped with inlet and outlet pipelines, shut-off, shut-off and control valves, level meters (upper and lower) and pressure. At the same time, the mixing tank through the stop valves, the binding pipelines, the pump unit 5, the hydrodynamic ultrasonic disperser 8 is looped around by itself and through the stop valves, the piping is connected to the sulfur removal unit 10.

Емкость смешения 9 предназначена для прокачки водно-углеводородной смеси по замкнутому контуру (емкость смешения - насосный агрегат - гидродинамический ультразвуковой диспергатор - емкость смешения).Mixing tank 9 is designed for pumping a water-hydrocarbon mixture in a closed circuit (mixing tank - pumping unit - hydrodynamic ultrasonic dispersant - mixing tank).

Блок удаления серы 10 оснащен внутри сепарирующим устройством (например, ультрафильтрующими элементами), подводящими и отводящими трубопроводами, запорно-регулировочной арматурой, измерителями уровня (верхнего и нижнего) и давления.The sulfur removal unit 10 is equipped inside with a separating device (for example, ultrafiltration elements), inlet and outlet pipelines, shut-off and control valves, level meters (upper and lower) and pressure.

Блок удаления серы 10 предназначен для удаления серы и других механических примесей из водно-углеводородной смеси и выдачи полученной гидростабилизированной горючей смеси, очищенной от серы и механических примесей, в накопительную емкость 11.The sulfur removal unit 10 is designed to remove sulfur and other mechanical impurities from the water-hydrocarbon mixture and transfer the resulting hydrostabilized combustible mixture purified from sulfur and mechanical impurities to the storage tank 11.

Накопительная емкость гидростабилизированной горючей смеси 11 содержит подводящие и отводящие трубопроводы, запорно-регулировочную арматуру, измерители уровня (верхнего-нижнего), вспомогательный насосный агрегат (например, центробежного типа), счетчик горючей смеси.The storage tank of the hydrostabilized combustible mixture 11 contains inlet and outlet pipelines, shut-off and control valves, level meters (upper-lower), an auxiliary pump unit (for example, a centrifugal type), and a meter for the combustible mixture.

Накопительная емкость гидростабилизированной горючей смеси 11 предназначена, с одной стороны, для накопления очищенной от серы и механических примесей горючей смеси, а с другой - обеспечивает насосную выдачу заданных объемов горючей смеси. Одновременно накопительная емкость обеспечивает слив горючей смеси и самотеком.The storage capacity of the hydrostabilized combustible mixture 11 is intended, on the one hand, for the accumulation of a combustible mixture purified from sulfur and mechanical impurities, and on the other hand, provides a pump output of predetermined volumes of a combustible mixture. At the same time, the storage tank provides a drain of the combustible mixture and by gravity.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Подготовительные работы включают:Preparatory work includes:

- открывается запорная арматура, и производится заполнение умягченной (обессоленной) охлажденной до 0-20°С водой накопительной емкости 1 до определенного верхнего уровня. Контроль заполнения емкости осуществляется по измерителям уровня (нижнего и верхнего). По достижении предельного уровня заполнение емкости прекращается, запорная арматура закрывается;- the stop valves are opened, and the storage tank 1 is softened (desalted) cooled to 0-20 ° C with water to a certain upper level. Monitoring the filling of the tank is carried out by level meters (lower and upper). Upon reaching the limit level, the filling of the tank stops, the shut-off valve closes;

- открывается запорная арматура, и производится заполнение исходным жидким углеводородным горючим накопительной емкости 6 до предельного верхнего уровня. Контроль заполнения емкости осуществляется по измерителям уровня (верхнего и нижнего). По достижении предельного уровня заполнение емкости прекращается, запорная арматура закрывается.- the stop valves are opened, and the storage liquid 6 is filled with the initial liquid hydrocarbon fuel to the maximum upper level. Monitoring the filling of the tank is carried out by level meters (upper and lower). Upon reaching the limit level, the filling of the tank stops, the shut-off valve closes.

После подготовительных работ на накопительной емкости 1 открывается выдающая запорная арматура, включается в работу вспомогательный насосный агрегат и производится выдача через счетчик 2 расчетного количества умягченной воды в емкость насыщения 3. После выдачи расчетного количества охлажденной умягченной воды в емкость насыщения выключается вспомогательный насосный агрегат, закрывается на накопительной емкости 1 запорная арматура и производится наддув емкости насыщения 3 очищенным от механических примесей воздухом до давления 1,5-4,5 кгс/см2. После наддува емкости насыщения открывается запорная арматура и включается в работу вспомогательный насосный агрегат, который осуществляет прокачку воды по замкнутому контуру (насосный агрегат - распылитель воды в емкости насыщения - насосный агрегат), и во время прокачки осуществляется непрерывный контроль за насыщением воды воздухом. При достижении предельного насыщения умягченной воды воздухом вспомогательный насосный агрегат выключается и закрывается запорная арматура емкости насыщения.After preparatory work on the storage tank 1, the dispensing valves are opened, the auxiliary pump unit is turned on, and the calculated amount of softened water is fed into the saturation tank 3 through the counter 2. After the calculated amount of chilled softened water is delivered to the saturation tank, the auxiliary pump unit is turned off and closed storage tank 1 shut-off valves and pressurization of the saturation tank 3 is made with air purified from mechanical impurities to a pressure of 1.5-4.5 gf / cm 2. After pressurizing the saturation tank, the shutoff valves open and the auxiliary pumping unit is turned on, which pumps water in a closed circuit (pumping unit - a water atomizer in the saturation tank - pumping unit), and during pumping, water is continuously monitored for air saturation. Upon reaching the maximum saturation of softened water with air, the auxiliary pump unit is turned off and the shut-off valves of the saturation tank are closed.

После завершения процесса насыщения умягченной воды воздухом на емкости насыщения 3, емкости смешения 9 открывается запорная выдающая арматура и насыщенная воздухом умягченная вода избыточным давлением воздуха через счетчик воды 4, насосный агрегат диспергатора 5, диспергатор 8 выдается в емкость смешения 9. При выдаче заданного объема воды в емкость смешения выдача воды из емкости насыщения прекращается, закрывается запорная арматура на емкостях. Открывается выдающая запорная арматура на емкости смешения 9, включается в работу насосный агрегат диспергатора 5, и осуществляется прокачка выданного объема насыщенной воздухом умягченной воды по замкнутому контуру: емкость смешения 9 - насосный агрегат диспергатора 5 - диспергатор 8 - емкость смешения 9. Во время кольцевой прокачки при прохождении воды под давлением через гидродинамический ультразвуковой диспергатор 8 в воде возникает звуковое поле с выбранными характеристиками звука за счет настройки диспергатора.After completion of the process of saturating softened water with air at saturation tank 3, mixing tank 9, shut-off dispensing valves and air-saturated softened water with excess air pressure open through the water meter 4, the pump unit of dispersant 5, dispersant 8 is discharged into the mixing tank 9. When a predetermined volume of water is dispensed in the mixing tank, the water supply from the saturation tank is stopped, the shutoff valves on the tanks are closed. The outstanding shut-off valves on the mixing tank 9 are opened, the pump unit of the dispersant 5 is turned on, and the discharged volume of the air-saturated softened water is pumped in a closed circuit: the mixing tank 9 is the pump unit of the dispersant 5 - dispersant 8 is the mixing tank 9. During ring pumping when water under pressure passes through a hydrodynamic ultrasonic dispersant 8 in water, a sound field arises with the selected sound characteristics due to the dispersant setting.

При действии звукового поля на воду в ней возникает кавитация, которая характеризуется высокими локальными давлениями и температурами, возникающими при схлопывании кавитационных пузырьков.Under the action of a sound field on water, cavitation arises in it, which is characterized by high local pressures and temperatures that occur during the collapse of cavitation bubbles.

На режиме мощной кавитации, не прекращая обработки ультразвуком, открывают на накопительной емкости 6 выдающую запорную арматуру и через счетчик горючего 7 при перемешивании насыщенной воздухом умягченной воды вводят 70-97 частей исходного углеводородного горючего, после чего закрывают на накопительной емкости горючего выдающую запорную арматуру и смесь перемешивают до достижения степени дисперсности 105-108 см-1 и снижения в перемешиваемой смеси содержания общей серы до менее 0,001% (мас.).In the powerful cavitation mode, without stopping the ultrasonic treatment, the dispensing valves are opened on the storage tank 6 and 70-97 parts of the original hydrocarbon fuel are introduced through the fuel meter 7 while stirring with air saturated with softened water, after which the shutoff valves and the mixture are closed on the fuel storage tank mix to achieve a degree of dispersion of 10 5 -10 8 cm -1 and reduce in the mixed mixture the total sulfur content to less than 0.001% (wt.).

После достижения степени дисперсности смеси 105-108 см-1 и снижения в ней содержания серы до менее 0,001% (мас.) на блоке удаления серы 10 открывается входная и выходная запорная арматура, открывается на накопительной емкости 11 входная запорная арматура, затем на емкости смешения закрывается входная запорная арматура и водно-углеводородная смесь под давлением пропускается через сепарирующее устройство блока 10, в котором происходит отделение серы и механических примесей и далее полученная гидростабилизированная горючая смесь направляется в накопительную емкость 11.After reaching the degree of dispersion of the mixture 10 5 -10 8 cm -1 and reducing the sulfur content in it to less than 0.001% (wt.), The inlet and outlet shut-off valves open on the sulfur removal unit 10, the inlet shut-off valves open on the storage tank 11, then the mixing tank closes the inlet valves and the water-hydrocarbon mixture under pressure is passed through the separating device of block 10, in which sulfur and solids are separated and the resulting hydrostabilized combustible mixture is sent to akopitelnuyu capacity of 11.

После выдачи из емкости смешения 9 всего объема полученной гидростабилизированной горючей смеси в накопительную емкость 11 выключается насосный агрегат диспергатора 5, производится отбор проб для проведения контрольных анализов смеси. Одновременно открывается запорная арматура на блоке 10 и производится слив отстоя мехпримесей с серой. Затем процесс приготовления гидростабилизированной горючей смеси повторяется до достижения в накопительной емкости 11 предельного верхнего уровня. Контроль заполнения емкости 11 осуществляется по измерителям уровня.After delivery of the total volume of the obtained hydrostabilized combustible mixture from the mixing tank 9 to the storage tank 11, the dispersing pump unit 5 is turned off, and samples are taken for carrying out control analyzes of the mixture. At the same time, shutoff valves on block 10 are opened and sludge of mechanical impurities with sulfur is drained. Then the process of preparing a hydrostabilized combustible mixture is repeated until reaching the maximum upper level in the storage tank 11. Monitoring the filling of the tank 11 is carried out by level meters.

Для выдачи полученной гидростабилизированной горючей смеси из накопительной емкости 11 открывается выдающая запорная арматура, включается вспомогательный насосный агрегат и смесь выдается в заданном количестве в тару потребителя. После выдачи горючей смеси выключается насос и закрывается запорная арматура.For the delivery of the obtained hydrostabilized combustible mixture from the storage tank 11, an outlet stop valve is opened, an auxiliary pump unit is turned on, and the mixture is discharged in a predetermined quantity into the consumer's container. After the delivery of the combustible mixture, the pump turns off and the shut-off valve closes.

Контроль выдаваемой дозы горючей смеси из накопительной емкости 11 осуществляется по измерителям уровня.The control of the issued dose of the combustible mixture from the storage tank 11 is carried out by level meters.

При смешивании в ультразвуковом поле при схлопывании кавитационных пузырьков за короткое время (менее 1 мкс) происходит разогрев газа в пузырьке до высоких температур (более 1000°С) и развиваются высокие давления (1500 кгс/см2). Повышение температуры и давления, в свою очередь, способствует образованию и рекомбинации радикалов, распаду крупных молекул и синтезу новых химических соединений. Таким образом, под воздействием кавитации в исходном сырье протекают звукохимические реакции.When mixing in an ultrasonic field during the collapse of cavitation bubbles in a short time (less than 1 μs), the gas in the bubble is heated to high temperatures (more than 1000 ° C) and high pressures develop (1500 kgf / cm 2 ). An increase in temperature and pressure, in turn, promotes the formation and recombination of radicals, the decay of large molecules, and the synthesis of new chemical compounds. Thus, under the influence of cavitation, sound chemical reactions proceed in the feedstock.

Сектор этих реакций чрезвычайно разнообразен, как и набор внешних факторов, влияющих на их термодинамику и кинетику. Исходя из значений энергии разрыва различных связей в молекулах, а также энергии активации тех или иных превращений преимущественно развиваются реакции крекинга, изомеризации, а также демеризации и тримеризации имеющихся в смеси высокомолекулярных парафиновых углеводородов (алканов), моно- и полициклических ароматических углеводородов (аренов), непредельных углеводородов (алкенов), различных гетероорганических соединений, содержащих атомы серы (сульфидов, полисульфидов, тиофанов и др.), кислорода (нафтеновых кислот), металлопорфинированных и других металлоорганических компонентов, содержащих атомы натрия, кальция, железа, цинка, меди, ванадия и других микроэлементов, смолистосульфатеновых веществ.The sector of these reactions is extremely diverse, as is the set of external factors affecting their thermodynamics and kinetics. Based on the values of the breaking energy of various bonds in the molecules, as well as the activation energy of certain transformations, cracking, isomerization, and demerization and trimerization reactions of high molecular weight paraffin hydrocarbons (alkanes), mono- and polycyclic aromatic hydrocarbons (arenes) predominantly develop unsaturated hydrocarbons (alkenes), various hetero-organic compounds containing sulfur atoms (sulfides, polysulfides, thiophanes, etc.), oxygen (naphthenic acids), metalloporphins data and other organometallic components containing atoms of sodium, calcium, iron, zinc, copper, vanadium and other trace elements, resinous sulfatene substances.

Кинетика этих звукохимических реакций определяется скоростью образования и расходования радикалов.The kinetics of these sonochemical reactions is determined by the rate of formation and expenditure of radicals.

Особенностью этих звукохимических реакций является импульсный характер образования радикалов вследствие синфазного схлопывания кавитационных пузырьков. Температура внутри пузырька распределена не равномерно, с максимум в его центре. Соответственно и пространственное распределение радикалов имеет аналогичную форму (сферически симметричное гауссово распределение). Пузырек представляет собой автономную с точки зрения характера протекающих реакций систему - радикалы, образовавшиеся в соседних пузырьках, практически не взаимодействуют между собой. Минимальный радиус кавитационного пузырька (Rmin≥10-5 см), и первоначальное число радикалов в нем (~104-106).A feature of these sonochemical reactions is the pulsed nature of the formation of radicals due to the in-phase collapse of cavitation bubbles. The temperature inside the bubble is not evenly distributed, with a maximum at its center. Accordingly, the spatial distribution of radicals has a similar shape (spherically symmetric Gaussian distribution). The bubble is an autonomous system from the point of view of the nature of the reactions taking place - the radicals formed in neighboring bubbles practically do not interact with each other. The minimum radius of the cavitation bubble (R min ≥10 -5 cm), and the initial number of radicals in it (~ 10 4 -10 6 ).

В промышленной практике этот наукоемкий и высокоэнергетический метод пока не нашел широкого применения, что в первую очередь связано с отсутствием высокопроизводительного технологического оборудования, а именно - аппаратов, генерирующих высокоэнергетическую кавитацию и одновременно осуществляющих передачу этой энергии в обрабатываемую технологическую среду.In industrial practice, this high-tech and high-energy method has not yet found wide application, which is primarily due to the lack of high-performance technological equipment, namely, devices that generate high-energy cavitation and at the same time transfer this energy to the processed technological environment.

К настоящему времени нами такое оборудование разработано и освоено его производство.To date, we have developed such equipment and mastered its production.

Таким образом, под воздействием ультразвука с указанными характеристиками не только возникают, но и ускоряются массообменные, теплообменные химические процессы в сырье (жидкое углеводородное горючее+вода), сопровождающиеся глубокими изменениями на молекулярно-ионном уровне и приводящие к получению качественно новой углеводородной горючей смеси. Подтверждением этого является заключение Всероссийского научно-исследовательского института по переработке нефти №23/45-2217 от 17.10.2001 г.Thus, under the influence of ultrasound with the indicated characteristics, not only the mass transfer, heat transfer chemical processes in the feedstock (liquid hydrocarbon fuel + water) are accelerated, but are accompanied by profound changes at the molecular-ion level and resulting in a qualitatively new hydrocarbon fuel mixture. Confirmation of this is the conclusion of the All-Russian Research Institute for Oil Processing No. 23 / 45-2217 of 10/17/2001.

Понижение температуры воды от 20 до 0°С увеличивает уровень кавитационной активности и степень насыщения ее воздухом, а соответственно диоксидом углерода, кислородом и инертными газами, максимум которой достигается при 0°С.Повышение температуры воды снижает ее уровень кавитационной активности и степень насыщения воздухом, и при 65°С кавитация в воде практически отсутствует.Lowering the water temperature from 20 to 0 ° C increases the level of cavitation activity and the degree of saturation of it with air, and accordingly carbon dioxide, oxygen and inert gases, the maximum of which is achieved at 0 ° C. An increase in water temperature reduces its level of cavitation activity and the degree of saturation of air, and at 65 ° C, cavitation in water is practically absent.

Увеличивая одновременно статическое (Р0) и переменное звуковое (Ра) давления при оптимальном значении Р0а=0,4, можно многократно увеличивать уровень кавитационной активности воды и степень насыщения ее воздухом. Верхний предел уровня кавитационной активности воды в этом случае ограничивается лишь уровнем звукового давления, который может быть достигнут при использовании современных источников звуковой энергии.By simultaneously increasing the static (P 0 ) and variable sound (P a ) pressures at the optimum value of P 0 / P a = 0.4, one can repeatedly increase the level of cavitation activity of water and its degree of saturation with air. The upper limit of the level of cavitation activity of water in this case is limited only by the level of sound pressure that can be achieved using modern sources of sound energy.

Повышение статического давления очень сильно влияет на характер кавитационной области и степень насыщения воды воздухом. Рост Р0, с одной стороны, приводит к уменьшению числа кавитационных «зародышей», а с другой стороны - к сохранению числа пульсирующих пузырьков. При определенном соотношении Р0а крупных пульсирующих пузырьков в жидкости может вообще не быть.The increase in static pressure greatly affects the nature of the cavitation area and the degree of saturation of water with air. The growth of P 0 , on the one hand, leads to a decrease in the number of cavitation “nuclei”, and on the other hand, to the preservation of the number of pulsating bubbles. At a certain ratio of P 0 / P a large pulsating bubbles in the liquid may not exist at all.

Однако следует помнить, что при Р0≥Ра нет условий для возникновения кавитации в жидкости и размер всех пузырьков становится меньше критического размера, в результате чего они пульсируют в звуковом поле, мало меняясь в размерах.However, it should be remembered that at Р 0 ≥Р а there are no conditions for cavitation in the liquid and the size of all bubbles becomes smaller than the critical size, as a result of which they pulsate in the sound field, changing little in size.

Повышение Ра двояко влияет на динамику кавитационной плотности - с одной стороны, затягивается фаза расширения пузырька и увеличиваются радиусы кавитационных пузырьков Rmax, время захлопывания пузырьков Δt и время сдвига фазы захлопывания tmax по отношению к периоду колебания Т (рост этих параметров выше некоторых определенных значений) снижает кавитационную активность пузырьков; с другой стороны, повышение Ра до значений выше пороговых безусловно необходимо, так как в противном случае кавитация не возникает. Кроме того, с ростом Ра увеличивается время, в течение которого силы, удерживающие пузырек в равновесном состоянии, уравновешиваются звуковым давлением, и пузырек может неограниченно расширяться. Следовательно, увеличение Ра до некоторого предела оказывает на динамику полости воздействие, аналогичное снижению частоты.An increase in P a has a double effect on the dynamics of cavitation density - on the one hand, the expansion phase of the bubble is delayed and the radii of cavitation bubbles R max , the time of collapse of the bubbles Δt, and the time of shift of the phase of collapse t max with respect to the oscillation period T increase (these parameters increase above some certain values) reduces cavitational activity of the bubbles; on the other hand, an increase in P a to values above the threshold is certainly necessary, since otherwise cavitation does not occur. In addition, with an increase in P a , the time increases during which the forces that keep the bubble in equilibrium are balanced by sound pressure, and the bubble can expand indefinitely. Therefore, an increase in P a to a certain limit has an effect on the dynamics of the cavity, similar to a decrease in frequency.

Движение парогазовых пузырьков в звуковом поле становится неустойчивым, если Δt≥T/2. В этом случае кавитационный пузырек вырождается в пульсирующий. Следовательно, повышая Ра, можно ждать увеличения кавитационной активности единичного пузырька лишь при условии Δt≤T/2.The motion of vapor-gas bubbles in a sound field becomes unstable if Δt≥T / 2. In this case, the cavitation bubble degenerates into a pulsating one. Therefore, increasing P a , we can expect an increase in the cavitational activity of a single bubble only under the condition Δt≤T / 2.

Повышение частоты колебаний приводит к уменьшению Rmax кавитационной полости при постоянном амплитудном значении звукового давления. Такой результат ясен, если учесть, что с ростом частоты φ при постоянном Ра сокращается время, в течение которого величина звукового давления превышает внешние силы, удерживающие пузырек в состоянии равновесия, когда он может неограниченно расширяться за счет содержащегося в нем газа. Естественно, что при этом пузырек успевает вырасти до меньших размеров, если же радиус его был близок к критическому, то он может выродиться в пульсирующий при условии, что амплитуда звукового давления Ра сохраняется постоянной.An increase in the oscillation frequency leads to a decrease in R max of the cavitation cavity at a constant amplitude value of sound pressure. Such a result is clear if we take into account that with increasing frequency φ at a constant Р а the time is reduced during which the sound pressure exceeds the external forces that keep the bubble in equilibrium, when it can expand unlimitedly due to the gas contained in it. Naturally, in this case, the bubble manages to grow to smaller sizes, if its radius was close to critical, then it can degenerate into a pulsating one, provided that the amplitude of sound pressure P a remains constant.

Уменьшение Rmax кавитационных полостей с ростом φ способствует росту давления парогазовой смеси в пузырьке и началу захлопывания, что снижает интенсивность ударных волн.A decrease in R max of cavitation cavities with increasing φ contributes to an increase in the pressure of the vapor – gas mixture in the bubble and to the beginning of collapse, which reduces the intensity of the shock waves.

Изменение частоты колебаний влияет на динамику кавитационной полости, распределение полостей кавитации в объеме жидкости и на порог кавитации. Снижение максимальных размеров кавитационных пузырьков с ростом частоты уменьшает эффект экранировки на границе излучатель - жидкость и способствует более равномерному распределению пузырьков в объеме жидкости. Одновременно с повышением частоты увеличивается коэффициент поглощения звуковой энергии в жидкости, обусловленный наличием сил вязкого трения, а следовательно, растет скорость акустических течений, которые к тому же становятся более мелкомасштабными. Однако с ростом частоты растет порог кавитации и увеличиваются потери в преобразователях, а это приводит к ослаблению эффективности кавитации.Changing the frequency of oscillations affects the dynamics of the cavitation cavity, the distribution of cavitation cavities in the fluid volume and the threshold of cavitation. A decrease in the maximum size of cavitation bubbles with increasing frequency reduces the screening effect at the emitter – liquid interface and contributes to a more uniform distribution of bubbles in the liquid volume. Simultaneously with an increase in the frequency, the absorption coefficient of sound energy in a liquid increases, due to the presence of viscous friction forces, and, consequently, the speed of acoustic flows increases, which also become smaller. However, with increasing frequency, the cavitation threshold increases and losses in the converters increase, and this leads to a weakening of the cavitation efficiency.

Чрезмерно понижать частоту нежелательно, так как при этом резко возрастает шум и усложняется звукоизоляция, а также увеличивается вес преобразователя за счет его активного звена. Подавляющее большинство промышленных установок работает в диапазоне частот от 15 до 365 кГц. Это оптимальный диапазон в смысле технологического эффекта, экономичности процесса и техники безопасности.It is undesirable to lower the frequency too much, as this sharply increases the noise and makes sound insulation more complicated, and also increases the weight of the converter due to its active link. The vast majority of industrial plants operate in the frequency range from 15 to 365 kHz. This is the optimal range in terms of technological effect, process efficiency and safety.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлены переменное звуковое давление и сила звука, необходимые для возбуждения кавитации в водопроводной воде при различных частотах 15-365 кГц, которые представлены в таблице 1.Theoretical and experimental studies have established the alternating sound pressure and sound strength necessary to excite cavitation in tap water at various frequencies of 15-365 kHz, which are presented in table 1.

Таблица 1
Переменное звуковое давление и сила звука, необходимые для возбуждения кавитации в водопроводной воде при различных частотах
Table 1
Variable sound pressure and sound strength required to induce cavitation in tap water at various frequencies
Частота кГцKHz frequency Для возбуждения кавитации необходимоTo stimulate cavitation, it is necessary Звуковое давление, кгс/см2 Sound pressure, kgf / cm 2 Сила звука, Вт/см2 Sound power, W / cm 2 15,015.0 0,5-2,00.5-2.0 0,16-2,60.16-2.6 175,0175.0 4,04.0 10,010.0 365,0365,0 7,0-20,07.0-20.0 33,0-270,033.0-270.0

Из анализа данных в таблице следует, что для возбуждения кавитации при более высоких частотах требуется большая сила звука. Увеличение необходимой силы звука при повышении частоты обусловлено тем, что образование кавитации требует известного времени, которое зависит от величины и формы зародышей кавитации, а также от действующего статического давления.From the analysis of the data in the table it follows that in order to excite cavitation at higher frequencies, a greater sound power is required. The increase in the necessary sound power with increasing frequency is due to the fact that the formation of cavitation requires a certain time, which depends on the size and shape of the cavitation nuclei, as well as on the existing static pressure.

Следует отметить, что до завершения внешнего электронного слоя атому серы недостает всего двух электронов. Отсюда следует ожидать, что сера будет соединяться с элементами, атомы которых легко отдают электроны, т.е. с металлами, находящимися в жидких углеводородных горючих, и водородом.It should be noted that until the completion of the outer electron layer, the sulfur atom lacks only two electrons. Hence, it should be expected that sulfur will combine with elements whose atoms easily give up electrons, i.e. with metals in liquid hydrocarbon fuels, and hydrogen.

При действиях ультразвукового поля с выбранными характеристиками звука (частотой 15-365 кгц, переменным звуковым давлением 0,5-20 кгс/см2 и силой звука 0,16-270 Вт/см2) на воду, насыщенную воздухом, в ней возникает кавитация. Благодаря кавитации и связанной с ней сильной ионизации в воде образуются свободные радикалы ОН и Н, т.е. вода активизируется, высвобождает из воды растворенный кислород и диоксид углерода. Повышение при схлопывании кавитационных пузырьков температуры и давления, в свою очередь, способствует образованию и рекомбинации радикалов, распаду молекул жидких углеводородных горючих и синтезу новых химических соединений в виде ассоциатов и выделению серы. Спектр этих реакций следующий:When an ultrasonic field acts with the selected sound characteristics (frequency 15-365 kHz, variable sound pressure 0.5-20 kgf / cm 2 and sound power 0.16-270 W / cm 2 ) on water saturated with air, cavitation occurs in it . Owing to cavitation and the strong ionization associated with it, free radicals OH and H are formed in water, i.e. water is activated, releases dissolved oxygen and carbon dioxide from water. The increase in temperature and pressure during the collapse of cavitation bubbles, in turn, promotes the formation and recombination of radicals, the decomposition of liquid hydrocarbon fuels, and the synthesis of new chemical compounds in the form of associates and the release of sulfur. The spectrum of these reactions is as follows:

Na2S+Н2О+CO2=H2S+Na2CO3;Na 2 S + H 2 O + CO 2 = H 2 S + Na 2 CO 3 ;

CaS+Н2О+СО2=H2S+С2СО3;CaS + H 2 O + CO 2 = H 2 S + C 2 CO 3 ;

FeS+Н2O+CO2=H2S+FeCO3;FeS + H 2 O + CO 2 = H 2 S + FeCO 3 ;

ZnS+Н2О+CO2=H2S+ZnCO3;ZnS + H 2 O + CO 2 = H 2 S + ZnCO 3 ;

Al2S3+6Н2O=2Аl(ОН)3+3H2S;Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al (OH) 3 + 3H 2 S;

2H2S+O2=2S+2Н2O.2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O.

Высвобождающуюся серу вместе с солями отделяют ультразвуком.Released sulfur along with salts is separated by ultrasound.

Энергия связи в ассоциатах молекул горючей смеси предложенного состава значительная, поэтому они достаточно устойчивы и не разрушаются механическим путем и при повышении температуры.The binding energy in the associates of the molecules of the combustible mixture of the proposed composition is significant, therefore, they are quite stable and do not break down mechanically and with increasing temperature.

При нагреве гидростабилизированной углеводородной горючей смеси до 150-250°С физическое состояние воды и горючих компонентов в ассоциатах изменяется. Температура кипения воды на 170-200°С ниже кипения жидких углеводородных горючих, в результате этого горючая часть капли ассоциата еще остается в жидком состоянии, тогда как вода уже превращается в пар. Благодаря этому капля ассоциата под действием расширяющегося водяного пара разрывается на более мелкие части, происходит микровзрыв. Такое дополнительное дробление капель интенсифицирует процесс горения горючего за счет увеличения поверхности испарения, улучшения процесса перемешивания горючего с воздухом и каталитического влияния водяных паров на горение топлива.When a hydrostabilized hydrocarbon combustible mixture is heated to 150-250 ° C, the physical state of water and combustible components in the associates changes. The boiling point of water is 170-200 ° C lower than the boiling point of liquid hydrocarbon fuels; as a result, the combustible part of the associate drop still remains in a liquid state, while water is already turning into steam. Due to this, a drop of associate under the action of expanding water vapor breaks into smaller parts, microexplosion occurs. Such additional droplet crushing intensifies the fuel combustion process by increasing the evaporation surface, improving the process of mixing fuel with air and the catalytic effect of water vapor on fuel combustion.

Пары воды под действием высоких температур частично соединяются с углеродом горючего, а частично - с частицами коксового остатка неполного сгорания по реакции газификации:Water vapor under the influence of high temperatures partially combines with the carbon of the fuel, and partially with the particles of the coke residue of incomplete combustion by the gasification reaction:

С+Н2О=СО+H2-131,4 кДж.C + H 2 O = CO + H 2 -131.4 kJ.

В этом случае оксид углерода и водород будут легко окисляться в конце факела (во вторичном пламени), а прочие углеводородные соединения (бензопирен) не будут образовываться. Это обеспечивает практически полное сгорание углеводородного горючего, что компенсирует затраты тепла на газификацию водой части углерода и коксовых остатков. Кроме того, в результате сравнительно низких температур (1700-1900°С) в ядре факела резко снижается образование окислов азота - в 3-4 раза по сравнению с обычными способами сжигания.In this case, carbon monoxide and hydrogen will easily oxidize at the end of the flame (in the secondary flame), and other hydrocarbon compounds (benzopyrene) will not form. This ensures almost complete combustion of hydrocarbon fuel, which compensates for the heat consumption for gasification of part of the carbon and coke residues with water. In addition, as a result of relatively low temperatures (1700-1900 ° C), the formation of nitrogen oxides in the core of the torch sharply decreases - by 3-4 times in comparison with conventional combustion methods.

Оксид натрия, находящийся в факеле в газообразном состоянии, связывается избытком паров воды по реакцииSodium oxide, which is in a flare in a gaseous state, is bound by an excess of water vapor by reaction

Na2O+Н2О=2NaOH,Na 2 O + H 2 O = 2NaOH,

в результате которой образующийся гидрооксид натрия, взаимодействуя с диоксидом углерода по реакции:as a result of which the resulting sodium hydroxide, interacting with carbon dioxide by the reaction:

2NaOH+СО2=Na2СО32O,2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O,

образует карбонат натрия. Аналогично этому связываются оксид серы и пятиокись ванадия гидрооксидом натрия по реакции:forms sodium carbonate. Similarly, sulfur oxide and vanadium pentoxide are bound by sodium hydroxide by the reaction:

SO2+2NaOH=Na2SO42O;SO 2 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O;

V2O5+2NaOH=2NaVO32O.V 2 O 5 + 2NaOH = 2NaVO 3 + H 2 O.

Полученные карбонат, сульфат и ванадат натрия выбрасываются с отходящими газами в атмосферу.The resulting sodium carbonate, sulfate and vanadate are emitted with exhaust gases into the atmosphere.

По мере снижения температуры отходящих газов ниже 100°С происходит гидролиз карбоната натрия по уравнению:As the temperature of the exhaust gases decreases below 100 ° C, sodium carbonate is hydrolyzed according to the equation:

Na2CO3+H2O→NaHCO3+NaOH.Na 2 CO 3 + H 2 O → NaHCO 3 + NaOH.

При этом образовавшаяся при горении двуокись азота NO2 вступает во взаимодействие с гидрооксидом натрия NaOH с образованием смеси солей азотной и азотистой кислот по уравнению:In this case, the nitrogen dioxide formed during combustion of NO 2 interacts with sodium hydroxide NaOH with the formation of a mixture of salts of nitric and nitrous acids according to the equation:

2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO22O,2NO 2 + 2NaOH = NaNO 3 + NaNO 2 + H 2 O,

тем самым снижается совместный эффект коррозийного воздействия сульфата натрия, пятиокиси ванадия, окиси натрия и окислов азота примерно в 3-4 раза на элементы проточной части энергоустановок.thereby reducing the combined effect of the corrosive effects of sodium sulfate, vanadium pentoxide, sodium oxide and nitrogen oxides by about 3-4 times on the elements of the flow part of power plants.

Для стандартных марок жидких углеводородных горючих, например керосина, низшая теплота сгорания составляет 42900-43400 кДж/кг, а для полученной гидростабилизированной многокомпонентной смеси на основе керосина она находится в пределах 37514-41084 кДж/кг, что на 5,34-12,55% ниже керосина. Однако в связи с тем, что полученная гидростабилизированная углеводородная многокомпонентная смесь на основе керосина имеет химический недожог, практически равный нулю, то это снижение теплоты сгорания смеси полностью компенсируется ее полнотой сгорания.For standard grades of liquid hydrocarbon fuels, for example kerosene, the net calorific value is 42900-43400 kJ / kg, and for the resulting hydrostabilized multicomponent mixture based on kerosene, it is in the range 37514-41084 kJ / kg, which is 5.34-12.55 % lower than kerosene. However, due to the fact that the obtained hydrostabilized hydrocarbon multicomponent mixture based on kerosene has a chemical underburning practically equal to zero, this decrease in the calorific value of the mixture is completely compensated by its completeness of combustion.

Предлагаемое устройство реализовано в промышленных условиях. На этом устройстве полученная гидростабилизированная углеводородная горючая смесь испытывалась в производственных условиях на котле-парообразователе Д-900 с горелкой блочно-жидкостной БГЖ - 0,5. Расход смеси составил на 4,8 кг/час меньше по сравнению с часовым расходом применяемого стандартного горючего (дизельного топлива). Полученная смесь также испытывалась на дизеле Д-243Л в соответствии с техническими условиями завода-изготовителя. Результаты положительны.The proposed device is implemented in an industrial environment. On this device, the obtained hydrostabilized hydrocarbon combustible mixture was tested under production conditions on a steam boiler D-900 with a block-liquid burner BGZ - 0.5. The consumption of the mixture was 4.8 kg / h less compared to the hourly consumption of the standard fuel used (diesel fuel). The resulting mixture was also tested on a D-243L diesel engine in accordance with the manufacturer's specifications. The results are positive.

Использование предлагаемого устройства позволяет получить гидростабилизированные неразделяющиеся горючие смеси жидких углеводородных горючих с водой (устойчивые ассоциаты). Применение полученных посредством предлагаемого устройства гидростабилизированных углеводородных горючих в горелочно-топочных агрегатах снижает сажеобразование в 2-3 раза, а в некоторых режимах горения даже полностью его исключает, снижаются потери тепла от химического недожога топлива и становятся равными нулю при коэффициенте избытка воздуха, равном 1,05, в 3-4 раза снижается образование окислов азота, и в 3 раза уменьшается скорость коррозии элементов горелочно-топочных аппаратов, раскоксовываются распылители форсунок.Using the proposed device allows to obtain hydrostabilized non-separable combustible mixtures of liquid hydrocarbon fuels with water (stable associates). The use of hydrostabilized hydrocarbon fuels obtained by the proposed device in burner-combustion units reduces soot formation by a factor of 2–3, and even eliminates it completely in some combustion modes, heat losses from chemical underburning of fuel are reduced, and become equal to zero with an excess air coefficient of 1, 05, the formation of nitrogen oxides is reduced by a factor of 3-4, and the corrosion rate of elements of the burner-furnace apparatus is reduced by a factor of 3, nozzle nozzles are coked.

Claims (1)

Устройство для получения горючей смеси, включающее связанные между собой посредством трубопровода и запорной арматуры емкость для исходного углеводородного горючего с измерителями уровня и емкость смешения, снабженную измерителями уровня, выход которой посредством циркуляционного насоса связан с входом диспергатора, выход которого, в свою очередь, соединен с входом емкости смешения, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено емкостью для умягченной воды с охлаждающим элементом и емкостью для ее насыщения воздухом с измерителями уровней, насосами для подачи воды через счетчик из вышеуказанных емкостей в диспергатор и далее к емкости смешения, при этом диспергатор выполнен в виде звукового излучателя, а емкость смешения состыкована с блоком удаления серы, оснащенным сепарирующим устройством и установленным на трубопроводе для подачи полученной гидростабилизированной горючей смеси в накопительную емкость.A device for producing a combustible mixture, including a container for a source of hydrocarbon fuel interconnected by a pipeline and shutoff valves with level meters and a mixing tank equipped with level meters, the output of which by means of a circulation pump is connected to the input of the dispersant, the output of which, in turn, is connected to the entrance of the mixing tank, characterized in that it is additionally equipped with a tank for softened water with a cooling element and a tank for its saturation with air from the meter and levels, pumps for supplying water through the meter from the above tanks to the dispersant and then to the mixing tank, the dispersant is made in the form of a sound emitter, and the mixing tank is docked with a sulfur removal unit equipped with a separating device and installed on the pipeline for supplying the obtained hydrostabilized fuel mixtures in the storage tank.
RU2005141196/15A 2005-12-29 2005-12-29 Apparatus for producing of combustible mixture RU2304162C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005141196/15A RU2304162C1 (en) 2005-12-29 2005-12-29 Apparatus for producing of combustible mixture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005141196/15A RU2304162C1 (en) 2005-12-29 2005-12-29 Apparatus for producing of combustible mixture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2304162C1 true RU2304162C1 (en) 2007-08-10

Family

ID=38510838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005141196/15A RU2304162C1 (en) 2005-12-29 2005-12-29 Apparatus for producing of combustible mixture

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2304162C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2797502C1 (en) * 2022-10-13 2023-06-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" Biodiesel production system based on rapeseed oil for automotive diesel engines

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ШИМКОВ Н.Д. Раскоксовывание отверстий распылителей форсунок. Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1990, № 11, с.53, 54. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2797502C1 (en) * 2022-10-13 2023-06-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" Biodiesel production system based on rapeseed oil for automotive diesel engines

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7416715B2 (en) Method and apparatus for the production of gaseous ammonia from a urea solution
US7435330B2 (en) Heavy oil reforming method, an apparatus therefor, and gas turbine power generation system
EP1482243A1 (en) Method of incinerating waste liquid utilizing industrial combustion equipment, and mixed liquid
JPH0314688A (en) Method and apparatus for performing chemical reaction, method for changing carbonaceous material into product gas, method and apparatus for recovering energy and chemical contents ofblack liquor, and method and apparatus for steam reforming heavy liquid hydrocarbon
JP2013237867A (en) Catalytic cellulignin fuel
JP2011503347A (en) Method and apparatus for changing the bond angle of molecules and use thereof
TW201243244A (en) Fuel emulsification device
CN1328186C (en) New processing method for indusrial toxic harmful waste liquid
EA013093B1 (en) Method for producing water-fuel emulsion and composite multi-component fuel
RU2304162C1 (en) Apparatus for producing of combustible mixture
CA2893447A1 (en) Methods and equipment for hydrothermal processing and disposal of highly toxic substances, waste and metal powders
US11383995B2 (en) Apparatus and method for treating hydrogen sulfide and ammonia in wastewater streams
RU2143312C1 (en) Method and installation for handling liquid fuel
TWI621705B (en) Method and device for manufacturing water-added fuel
JP5007999B2 (en) Gas-liquid separator
CA2650466C (en) Equipment and process for upgrading oil
EP3950606A1 (en) Biomass treatment process and plant
NO20230723A1 (en) Chemical compositions and methods of using same for remediating sulfur-containing compositions and other contaminants in fluids
RU2455341C1 (en) Method of cavitation treatment of liquid oil products
WO2012167185A2 (en) Pyrolysis-based apparatus and methods
JPH11140470A (en) Water-fossil fuel mixed emulsion
JP4792574B2 (en) Heavy oil reforming system and gas turbine power generation system using heavy oil
RU2772137C1 (en) Ultrasonic cavitation transducer
Kaldas et al. Treatment of ship sludge oil using a plasma arc waste destruction system (PAWDS)
WO2018003033A1 (en) Gas-liquid separator and supercritical-water gasification system using same

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20081230