RU2412750C1 - Method of destruction of molecular bonds in fluids, and installation to this end - Google Patents
Method of destruction of molecular bonds in fluids, and installation to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2412750C1 RU2412750C1 RU2009134394/05A RU2009134394A RU2412750C1 RU 2412750 C1 RU2412750 C1 RU 2412750C1 RU 2009134394/05 A RU2009134394/05 A RU 2009134394/05A RU 2009134394 A RU2009134394 A RU 2009134394A RU 2412750 C1 RU2412750 C1 RU 2412750C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- liquid medium
- molecular bonds
- destruction
- jets
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области переработки жидких сред, в частности к физико-химическому изменению исходного жидкого углеводородного сырья, например нефти и нефтепродуктов, получению жидких композиционных материалов, в том числе наноструктурированных жидкостей, и может использоваться в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей пищевой, фармацевтической промышленности.The invention relates to the field of processing liquid media, in particular to a physico-chemical change in the initial liquid hydrocarbon feedstock, for example, oil and oil products, to the production of liquid composite materials, including nanostructured liquids, and can be used in the chemical, petrochemical, oil refining, pharmaceutical industries.
Одним из частных случаев разрушения внутримолекулярных связей в жидких средах является крекинг углеводородов. Основное назначение крекинга - переработка нефти и ее фракций с целью получения продуктов меньшей молекулярной массы. Крекинг протекает с разрывом внутримолекулярных химических связей (C-C) и образованием свободных радикалов или карбонионов.One of the special cases of the destruction of intramolecular bonds in liquid media is the cracking of hydrocarbons. The main purpose of cracking is the processing of oil and its fractions in order to obtain products of lower molecular weight. Cracking occurs with the breaking of intramolecular chemical bonds (C-C) and the formation of free radicals or carbonions.
Известны традиционные способы в жидких средах в частности способы термического крекинга, включающие ввод нагретого сырья в ректификационную колонну, вывод через нижнюю часть колонны остатка, нагрев его в печи с последующим вводом в реакционную камеру и далее в испаритель высокого давления, ввод паров через верх испарителя в колонну с выделением в ней газа, бензина и газойлевых фракций (Смидович Е.В. "Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов". - М.: Химия, 1980; Пат. США №4424117, кл. C10G 65/04; Пат. SU №1680760, кл. C10G 47/22; Пат. RU №2068441, кл. C10G 9/00).Traditional methods in liquid media are known, in particular, thermal cracking methods, including introducing heated raw materials into a distillation column, withdrawing the residue through the bottom of the column, heating it in a furnace, and then introducing it into the reaction chamber and then into the high pressure evaporator, introducing vapors through the top of the evaporator into a column with the release of gas, gasoline and gas oil fractions in it (Smidovich E.V. “Cracking of petroleum feedstock and processing of hydrocarbon gases.” - M .: Chemistry, 1980; US Pat. No. 4424117, class C10G 65/04; Pat. SU No. 1680760, class C10G 47/22; Pat. RU No. 2068441, class C10G 9 / 00).
Недостатком этих способов разрушения молекулярных связей является сложность и громоздкость технологического оборудования, а также большая энергоемкость термических процессов с выходом светлых фракций не более 30-35%.The disadvantage of these methods of breaking molecular bonds is the complexity and cumbersomeness of technological equipment, as well as the high energy intensity of thermal processes with the release of light fractions of not more than 30-35%.
Известен также способ разрушения молекулярных связей в жидких средах, который применительно к жидким углеводородам называется способом вихревого крекинга нефти и нефтепродуктов Разделение нефти и нефтепродуктов по данному способу осуществляют путем подачи их насосом в вихревую гидрокавитационную установку. (Пат. RU №2305699 С1, кл. C10G 9/00 B01F 11/00).There is also known a method of breaking molecular bonds in liquid media, which in relation to liquid hydrocarbons is called the method of vortex cracking of oil and oil products. Separation of oil and oil products by this method is carried out by pumping them into a vortex hydro-cavitation unit. (Pat. RU No. 2305699 C1, CL C10G 9/00
Известен также способ разрушения молекулярных связей в жидких органических соединениях, который заключается в обработке сырья акустическим воздействием с интенсивностью колебаний в зоне обработки 1-104 МВт/м2. (Пат. RU 2151165 С1, кл. C10G 15/08, B01J 19/10).There is also known a method of breaking molecular bonds in liquid organic compounds, which consists in processing raw materials by acoustic exposure with an oscillation intensity in the processing zone of 1-10 4 MW / m 2 . (Pat. RU 2151165 C1,
В обоих последних двух способах разрыв молекулярных связей в обрабатываемой жидкости происходит в результате схлопывания образовавшихся кавитационных пузырьков, по существу в результате перехода кинетической энергии движущихся при охлопывании пузырька навстречу друг другу частиц жидкости в энергию разрыва внутримолекулярных связей.In both of the last two methods, the breaking of molecular bonds in the liquid being processed occurs as a result of the collapse of the formed cavitation bubbles, essentially as a result of the transfer of kinetic energy of the liquid particles moving towards the collapse of the bubble into the energy of breaking the intramolecular bonds.
Недостатками последних двух способов является низкая интенсивность процесса крекинга, как следствие необходимость повышения времени обработки сырья или необходимость его многократной обработки, что снижает производительность установки. Кроме того, схлопывающиеся кавитационные пузыри взаимодействуют с элементами конструкции и приводят к их эрозии, что снижает срок службы оборудования для реализации данных способов. Т.е понижение надежности оборудования для реализации данных способов является вторым недостатком этих двух способов.The disadvantages of the last two methods are the low intensity of the cracking process, as a consequence of the need to increase the processing time of the raw material or the need for its multiple processing, which reduces the productivity of the installation. In addition, collapsing cavitation bubbles interact with structural elements and lead to their erosion, which reduces the life of the equipment for implementing these methods. That is, reducing the reliability of equipment for implementing these methods is the second disadvantage of these two methods.
Известен способ разрушения молекулярных и межмолекулярных связей в жидкостях, при котором потоки обрабатываемой жидкости преобразуют в высокоскоростные струи и направляют их навстречу друг другу для обеспечения периодического лобового удара. (Пат. RU №2344874 C1, кл. B01F 7/28).A known method of breaking molecular and intermolecular bonds in liquids, in which the streams of the processed fluid is converted into high-speed jets and direct them towards each other to ensure periodic frontal impact. (Pat. RU No. 2344874 C1,
Данный способ является наиболее близким к заявляемому техническому решению и является его прототипом. Способ согласно сути данного прототипа осуществляется следующим образом.This method is the closest to the claimed technical solution and is its prototype. The method according to the essence of this prototype is as follows.
Изначально формируют циркулирующий поток жидкости в замкнутом контуре с заданными поперечным сечением и скоростью движения, периодически этот поток перекрывают и тем самым обеспечивают условия для повышения давления за счет возникновения гидравлического удара. Из потока с повышенным давлением забирают часть жидкости, которую делят на два или более парных потоков. В каждой паре потоки направляют в сопла, ориентированные навстречу друг другу. На выходе из сопел формируют высокоскоростные встречные струи, которые испытывают периодическое лобовое столкновение в приемной камере с частотой, равной частоте перекрытия циркулирующего потока. В результате лобового столкновения струи разбиваются, при этом, как показывает опыт, происходит не только раздробление жидкости на мелкодисперсные капли, т.е разрыв межмолекулярных связей, но и, в случае если жидкость представляет собой смесь углеводородов или высокомолекулярных соединений, частичное разрушение внутримолекулярных связей, т.е происходит изменение химического состава жидкости. В случае со смесью с углеводородами, наблюдается расщепление молекул с большим количеством атомов углерода на молекулы меньшей молекулярной массы, т.е. происходит крекинг углеводородов.Initially, a circulating fluid flow is formed in a closed circuit with predetermined cross-section and speed of movement, this flow is periodically blocked, and thereby provide conditions for increasing pressure due to the occurrence of hydraulic shock. Part of the fluid is taken from the overpressure stream, which is divided into two or more paired streams. In each pair, the flows are directed to nozzles oriented towards each other. At the exit from the nozzles, high-speed oncoming jets are formed, which experience a periodic frontal collision in the receiving chamber with a frequency equal to the frequency of overlapping the circulating flow. As a result of a head-on collision, the jets break, and, as experience shows, not only does the liquid break up into fine droplets, i.e., break the intermolecular bonds, but also, if the liquid is a mixture of hydrocarbons or high molecular weight compounds, partially break down the intramolecular bonds, i.e., a change in the chemical composition of the liquid occurs. In the case of a mixture with hydrocarbons, there is a splitting of molecules with a large number of carbon atoms into molecules of lower molecular weight, i.e. hydrocarbon cracking occurs.
При данном способе для увеличения интенсивности разрушения внутримолекулярных связей в жидкости необходимо увеличивать скорость циркулирующего потока, что связано с повышением скорости вращения ротора. Для этого ротор и элементы его крепления (втулки, опоры, подшипники) должны быть выполнены с очень высокой точностью и сбалансированы. Кроме того, должна быть сбалансирована в целом система ротор-циркулирующая присоединенная масса жидкости, что в условиях переменных и турбулентных потоков с увеличением скорости вращения становится затруднительным. Таким образом, данному способу присущи внутренние ограничения, порождающие его недостаток.With this method, to increase the intensity of the destruction of intramolecular bonds in a liquid, it is necessary to increase the speed of the circulating flow, which is associated with an increase in the speed of rotation of the rotor. For this, the rotor and its fastening elements (bushings, bearings, bearings) must be made with very high accuracy and balanced. In addition, the rotor-circulating attached mass of the liquid as a whole should be balanced as a whole, which becomes difficult under conditions of variable and turbulent flows with increasing rotation speed. Thus, this method has inherent limitations that give rise to its disadvantage.
Недостатком данного способа является низкая интенсивность процесса разрушения внутримолекулярных связей, связанная с ограничением потока энергии передаваемой жидкости в единицу времени и обусловленная сложностью значительного увеличения скорости циркулирующего потока в реальных конструкциях.The disadvantage of this method is the low intensity of the process of destruction of intramolecular bonds, associated with the limitation of the energy flow of the transmitted fluid per unit time and due to the complexity of a significant increase in the speed of the circulating flow in real structures.
Известно также устройство для реализации способа - прототипа на основе диспергатора роторного типа.There is also known a device for implementing the method of the prototype based on the dispersant of the rotary type.
Диспергатор состоит из вращающегося двухкамерного ротора и неподвижного статора, между которыми выполнен минимальный рабочий зазор (по цилиндрической поверхности). В статоре размещен входной патрубок для приема входящей жидкости в камеру. Ротор разделен сплошной перегородкой на две камеры: накопительная камера предназначена для приема и передачи циркулирующей жидкости через патрубок (полый вал ротора), а приемная камера - для сбора готовой продукции и вывода ее через патрубок.The dispersant consists of a rotating two-chamber rotor and a fixed stator, between which a minimum working clearance (along a cylindrical surface) is made. An inlet pipe is placed in the stator to receive incoming fluid into the chamber. The rotor is divided by a solid partition into two chambers: the storage chamber is designed to receive and transfer circulating fluid through the pipe (rotor hollow shaft), and the receiving chamber is used to collect finished products and output it through the pipe.
Подачу жидкости из камеры статора осуществляют через канал, из которого жидкость поступает либо в широкий канал, либо в узкий канал с переходом в сопло и приемную камеру. Поток жидкости формируют с помощью насоса, на вход которого по трубопроводу подают исходную обрабатываемую жидкость и по трубопроводу жидкость подают из накопительной камеры через патрубок. Готовый продукт из приемной камеры через патрубок выводят по трубопроводу.The liquid is supplied from the stator chamber through a channel from which liquid enters either a wide channel or a narrow channel with a transition to the nozzle and the receiving chamber. The liquid flow is formed using a pump, the input of which is the source of the processed liquid and the liquid is supplied through the pipeline from the storage chamber through the pipe. The finished product from the receiving chamber through the pipe outlet through the pipeline.
Так как при работе данного устройства поток жидкости периодически перекрывается и образуется гидроударная волна, то элементы конструкции подвергаются гидроударному воздействию, что ведет к постепенному накоплению усталостных деформаций и последующему разрушению конструкции.Since during the operation of this device the fluid flow is periodically blocked and a shock wave is formed, the structural elements are subjected to hydro shock, which leads to the gradual accumulation of fatigue deformations and subsequent destruction of the structure.
Таким образом, недостатком данного устройства является его недостаточная надежность, обусловленная наличием ударного воздействия на элементы конструкции.Thus, the disadvantage of this device is its lack of reliability due to the presence of impact on structural elements.
Целью настоящего изобретения является создание способа разрушения молекулярных связей в жидкостях, обеспечивающего повышение интенсивности разрушения молекулярных связей, а также создание устройства, реализующего данный способ и обеспечивающего большую надежность за счет исключения ударных воздействий на элементы конструкции.The aim of the present invention is to provide a method for the destruction of molecular bonds in liquids, providing an increase in the intensity of the destruction of molecular bonds, as well as the creation of a device that implements this method and provides greater reliability by eliminating shock effects on structural elements.
Поставленная цель достигается следующим образом. Жидкость, межмолекулярные или внутримолекулярные связи которой нужно разрушить, с помощью насоса высокого давления подвергают сжатию, после чего обеспечивают непрерывное столкновение встречных высокоскоростных струй сжатой жидкой среды, при этом в каждой паре взаимодействующих встречных струй постоянно поддерживают по существу равные значения скорости течения и площади поперечного сечения струй жидкой среды.The goal is achieved as follows. The fluid whose intermolecular or intramolecular bonds need to be broken is compressed using a high pressure pump, after which continuous collision of oncoming high-speed jets of a compressed liquid medium is ensured, while in each pair of interacting oncoming jets, substantially equal values of flow velocity and cross-sectional area are constantly maintained jets of liquid medium.
Современные серийно выпускаемые насосы высокого давления способны развивать давления до 6000 атм. при этом держать его в течение, по существу, сколь угодно длительного времени, по существу, на постоянном по времени уровне. Отдельные опытные образцы насосов могут развивать давление до 14000 атм. При этом конструкции данных насосов исключают возникновение гидроударных явлений, что обуславливает их длительную работоспособность, т.е. надежность.Modern commercially available high pressure pumps are capable of developing pressures up to 6000 atm. at the same time keep it for essentially an arbitrarily long time, essentially, at a constant level in time. Separate prototypes of pumps can develop pressures up to 14,000 atm. At the same time, the designs of these pumps exclude the occurrence of hydroshock phenomena, which leads to their long-term performance, i.e. reliability.
Определим типичные параметры процесса столкновения струй.We define typical parameters of the jet collision process.
Скорость истечения жидкости оценим по формуле Бернулли:The rate of fluid outflow is estimated by the Bernoulli formula:
где V - (м/с) скорость потока жидкости,where V - (m / s) the fluid flow rate,
ρ - (кг/м3) плотность жидкости,ρ - (kg / m 3 ) the density of the liquid,
P - (Па) давление, развиваемое в насосе,P - (Pa) pressure developed in the pump,
ΔP - (Па) потери полного давления в магистралях и сопле.ΔP - (Pa) loss of total pressure in the lines and nozzle.
При P=2500*105 Па, потерях давления ΔP=500*105 Па и плотности ρ=800 кг/м3 из формулы (1) получим значение скорости:At P = 2500 * 10 5 Pa, pressure loss ΔP = 500 * 10 5 Pa and density ρ = 800 kg / m 3 from formula (1) we obtain the velocity value:
Так как при лобовом столкновении струй относительная скорость струй удваивается, то по той же формуле Бернулли получим значение полного давления, реализуемого в зоне столкновения струй:Since the relative velocity of the jets doubles during a head-on collision of jets, we obtain the value of the total pressure realized in the zone of collision of jets using the same Bernoulli formula:
При расходе жидкости G=10 л/мин=1,67*10-4 м3/с, что является типичным для насосов высокого давления, получим площадь сечения одной струи (при столкновении двух струй):At a fluid flow rate of G = 10 l / min = 1.67 * 10 -4 m 3 / s, which is typical for high pressure pumps, we obtain the cross-sectional area of one jet (in the collision of two jets):
И энергию, передаваемую жидкости в единицу времениAnd the energy transferred to a fluid per unit time
Т.е. поверхностная плотность потока энергии, передаваемая жидкости 
что на порядок больше, чем у аналогов.which is an order of magnitude greater than that of analogues.
Энергия потока в общем случае после столкновения струй распределяется следующим образом:The flow energy in the general case after the collision of the jets is distributed as follows:
где Ut - часть энергии струй, идущая на нагрев жидкости,where U t is the part of the energy of the jets going to heat the liquid,
Us - часть энергии струй, идущая на разрыв межмолекулярных связей в жидкости и переходящая в потенциальную энергию поверхностного натяжения образующихся при столкновении капель жидкости,U s - part of the energy of the jets, going to the breaking of intermolecular bonds in the liquid and passing into the potential energy of the surface tension generated by the collision of liquid droplets,
Ur - энергия, идущая на разрушение и перестройку внутримолекулярных связей,U r is the energy spent on the destruction and rearrangement of intramolecular bonds,
Uk - остаточная кинетическая энергия жидкости после столкновения.U k - residual kinetic energy of the liquid after the collision.
Из данной формулы видно, что энергия, затрачиваемая на разрыв межмолекулярных связей, будет расти, если энергия тормозящихся при столкновении струй будет расти быстрее, чем энергия, затрачиваемая на нагрев жидкости и ее раздробление на капли. Т.е. увеличение потока энергии есть необходимое условие повышения интенсивности процесса разрушения внутримолекулярных связей.From this formula it is seen that the energy spent on breaking the intermolecular bonds will increase if the energy of the jets decelerated by the collision grows faster than the energy spent on heating the liquid and its fragmentation into droplets. Those. an increase in the energy flow is a necessary condition for increasing the intensity of the process of destruction of intramolecular bonds.
Целесообразно в каждой паре взаимодействующих встречных струй постоянно поддерживать по существу равные значения скорости течения и площади поперечного сечения струй жидкой среды. Поведение струй жидкости до и после лобового столкновения проиллюстрировано на примере фиг.1-3.It is advisable in each pair of interacting oncoming jets to constantly maintain essentially equal values of the flow velocity and the cross-sectional area of the jets of the liquid medium. The behavior of the liquid jets before and after a head-on collision is illustrated by the example of FIGS. 1-3.
На фиг.1 изображено столкновение струй жидкости в случае, если их сечения одинаковы, но скорости различны. На фиг.2 скорости одинаковы, но сечения различны. На фиг.3 и скорости, и сечения одинаковы и постоянны. В случае на фиг.1, место столкновения струй смещено в сторону места истечения более медленной струи. В некоторых случаях при нестабильном значении скоростей место столкновения струй может сместиться к месту истечения и в результате может произойти нарушение целостности конструкции, обеспечивающей формирование и столкновение струй. Кроме того, на фиг.1 видно, что скорость струй после соударения имеет составляющую, направленную в сторону места истечения более медленной струи. При одинаковой суммарной кинетической энергии струй, изображенных на фиг.1 и 3, при столкновении, изображенном на фиг.1, кинетическая энергия струи после соударения будет больше, чем при одинаковых скоростях струй, изображенных на фиг.3. Т.е. согласно формуле (4) на разрыв молекулярных связей пойдет меньше энергии и интенсивность процесса разрушения молекулярных связей будет меньше. В случае, изображенном на фиг.2, из - за того, что сечение одного потока больше сечения другого, не вся часть жидкости струи с большим сечением непосредственно сталкивается со встречной струей, что также увеличивает кинетическую энергию струй после столкновения и уменьшает долю общей кинетической энергии, идущей на разрыв связей.Figure 1 shows the collision of the jets of liquid in the case if their cross sections are the same, but the speeds are different. In figure 2, the speeds are the same, but the cross sections are different. In figure 3, both the speeds and the cross sections are the same and constant. In the case of figure 1, the place of collision of the jets is shifted towards the place of the outflow of the slower jet. In some cases, with an unstable value of the speeds, the place of collision of the jets can shift to the place of outflow and, as a result, there may be a violation of the integrity of the structure that ensures the formation and collision of jets. In addition, figure 1 shows that the velocity of the jets after the collision has a component directed towards the direction of the outflow of the slower jet. With the same total kinetic energy of the jets depicted in FIGS. 1 and 3, in the collision shown in FIG. 1, the kinetic energy of the jet after impact will be greater than at the same speed of the jets depicted in FIG. 3. Those. according to formula (4), less energy will be used to break molecular bonds and the intensity of the process of breaking molecular bonds will be less. In the case shown in figure 2, due to the fact that the cross section of one stream is larger than the cross section of the other, not all of the liquid of the jet with a large cross section directly collides with the oncoming jet, which also increases the kinetic energy of the jets after the collision and reduces the fraction of the total kinetic energy going to break ties.
Только в случае, изображенном на фиг.3, максимальная доля общей кинетической энергии идет на разрушение молекулярных связей и при этом исключается возможность разрушения конструкции. Таким образом, обеспечение постоянного равенства скоростей и поперечных сечений сталкивающихся струй способствует повышению интенсивности процесса разрушения межмолекулярных связей, т.е. достижению цели заявляемого изобретения.Only in the case shown in Fig. 3, the maximum share of the total kinetic energy goes to the destruction of molecular bonds and thus eliminates the possibility of destruction of the structure. Thus, ensuring a constant equality of velocities and cross sections of colliding jets helps to increase the intensity of the process of destruction of intermolecular bonds, i.e. achieving the objective of the claimed invention.
Так как при изменении угла между векторами скоростей сталкивающихся струй изменяется кинетическая энергия струй после столкновения, а также давление в месте столкновения струи, то соответственно изменяется и доля энергии, идущая на разрыв связей. Таким образом, степень разрушения молекулярных связей можно регулировать путем изменения угла встречи взаимодействующих высокоскоростных струй α (фиг.4). Кроме того, при обеспечении углов встречи α в диапазоне 120-180º можно обеспечить исключение взаимного воздействия струй на элементы конструкции в случае возникновения нестабильности параметров струй.Since when the angle between the velocity vectors of the colliding jets changes, the kinetic energy of the jets after the collision, as well as the pressure at the point of collision of the jet, change, respectively, and the fraction of energy that goes to break the bonds changes. Thus, the degree of destruction of molecular bonds can be controlled by changing the angle of encounter of the interacting high-speed jets α (Fig. 4). In addition, while ensuring meeting angles α in the range of 120-180º, it is possible to ensure the elimination of the mutual influence of the jets on the structural elements in case of instability of the parameters of the jets.
Из формул (2), (6) следует также, что изменяя давление сжатия жидкости в насосе высокого давления, можно изменять скорость жидкости в сталкивающихся струях и соответственно изменять долю энергии, идущую на разрыв молекулярных связей. Таким образом, степень разрушения молекулярных связей регулируется путем изменения значения давления сжатия жидкой среды в насосе высокого давления. На практике это можно осуществлять, например, изменяя скорость вращения электродвигателя насоса высокого давления, управляя двигателем посредством преобразователя частоты.From formulas (2), (6) it also follows that by changing the compression pressure of the liquid in the high-pressure pump, it is possible to change the fluid velocity in the colliding jets and, accordingly, change the fraction of energy that goes to breaking molecular bonds. Thus, the degree of destruction of molecular bonds is controlled by changing the pressure value of the liquid in the high pressure pump. In practice, this can be done, for example, by changing the rotation speed of the electric motor of the high-pressure pump, controlling the engine through a frequency converter.
Некоторые вязкие жидкости перед сжатием в насосе высокого давления целесообразно предварительно нагреть. Как правило, это ведет к снижению кинематической вязкости жидкости. Например, для нефти при изменении ее температуры с 20°C до 50°C кинематическая вязкость может уменьшиться более чем в 2 раза. Снижение вязкости способствует увеличению кпд насоса высокого давления, уменьшению потерь давления в магистралях установок. Кроме того, при вязкостях выше 10 мм2/с работа насосов высокого давления вообще становится проблематичной, так как конструкция насосов рассчитана на определенный диапазон вязкостей. Для большинства нефтей вязкость величиной 8 мм2/с достижима при температурах до 50°C. Такая величина вязкости приемлема для насосов высокого давления, поэтому это значение принято за максимально необходимое, что и нашло свое отражение в формулировке одного из пунктов заявляемого изобретения. Таким образом, нагрев жидкости перед сжатием способствует увеличению кпд насоса высокого давления и, следовательно, интенсификации процесса разрушения молекулярных связей, что является целью данного изобретения.It is advisable to pre-heat some viscous fluids before compression in the high pressure pump. As a rule, this leads to a decrease in the kinematic viscosity of the liquid. For example, for oil, when its temperature changes from 20 ° C to 50 ° C, the kinematic viscosity can decrease by more than 2 times. A decrease in viscosity contributes to an increase in the efficiency of the high-pressure pump, to a reduction in pressure losses in the lines of the plants. In addition, with viscosities above 10 mm 2 / s, the operation of high pressure pumps generally becomes problematic, since the design of the pumps is designed for a certain range of viscosities. For most oils, a viscosity of 8 mm 2 / s is achievable at temperatures up to 50 ° C. This viscosity is acceptable for high pressure pumps, so this value is taken as the maximum necessary, which is reflected in the wording of one of the points of the claimed invention. Thus, heating the liquid before compression contributes to an increase in the efficiency of the high-pressure pump and, consequently, to the intensification of the process of breaking molecular bonds, which is the aim of the present invention.
Из формулы (1) видно, что скорость жидкости в сталкивающихся струях зависит от потерь давления в магистралях. При этом потери существенно зависят не только от вязкости жидкости, но и от режима течения, ламинарный или турбулентный. При турбулентном режиме потери давления больше. Из гидродинамики известно, что переход от ламинарного течения в турбулентный происходит, когда число РейнольдсаFrom formula (1) it can be seen that the fluid velocity in the colliding jets depends on the pressure loss in the lines. Moreover, the losses substantially depend not only on the viscosity of the liquid, but also on the flow regime, laminar or turbulent. In turbulent mode, the pressure loss is greater. From hydrodynamics it is known that the transition from laminar to turbulent flows occurs when the Reynolds number
где V - скорость потока в трубе,where V is the flow velocity in the pipe,
d - диаметр трубы,d is the pipe diameter,
ν - кинематическая вязкость жидкости,ν is the kinematic viscosity of the liquid,
становится больше критического. Известно (эффект Томса), что, осуществляя добавки в жидкость некоторых высокомолекулярных полимерных соединений, например полиакриламида, в объеме не более 0,1% можно существенно изменить в сторону увеличения значение критического числа Re и на всей магистрали течения жидкости обеспечить ее ламинарное течение, уменьшив потери давления в магистралях. По формуле (1) это ведет к увеличению скорости истечения жидкости. Из опыта также известно, что значение потерь давления таким образом можно с 500*105 Па снизить примерно до 150-200*105 Па, что по формуле (2) соответствует увеличению скорости на 50-60 м/с. Таким образом, ввод в обрабатываемую жидкость перед ее сжатием высокомолекулярных полимерных добавок способствует увеличению скорости сталкивающихся струй и, следовательно, увеличивает интенсивность разрушения молекулярных связей в жидкости, что является одной из целей заявляемого изобретения.becomes more critical. It is known (Toms effect) that, by adding some high molecular weight polymer compounds, for example polyacrylamide, to a liquid in a volume of not more than 0.1%, the value of the critical number Re can be substantially increased and the laminar flow can be ensured on the entire line of the fluid flow, decreasing pressure loss in the pipelines. According to formula (1), this leads to an increase in the rate of fluid outflow. It is also known from experience that the pressure loss value can thus be reduced from 500 * 10 5 Pa to approximately 150-200 * 10 5 Pa, which according to formula (2) corresponds to an increase in speed by 50-60 m / s. Thus, the introduction of high molecular weight polymer additives into the fluid to be processed before it compresses increases the speed of the colliding jets and, therefore, increases the rate of destruction of molecular bonds in the liquid, which is one of the objectives of the claimed invention.
Оценим в формуле (6) член Us.Let us estimate the term Us in formula (6).
Заметим, что после столкновения струй происходит их распад на капли, т.е по сути происходит диспергирование обрабатываемой жидкости. Примем, что секундный расход жидкости при диспергировании составляет 
Решая это уравнение относительно R, получимSolving this equation with respect to R, we obtain
Величина поверхности этого шара равнаThe surface area of this ball is
S=4·π·R2 S = 4 · π · R 2
Определим поверхность диспергированной частицы до уровня 5·10-9 м, в этом случае размер диспергированной частицы равен 10 нанометрам.We define the surface of the dispersed particle to a level of 5 · 10 -9 m, in this case, the size of the dispersed particle is 10 nanometers.
S=4·3,14·(5·10-9)2=314·10-18·М2,S = 4 · 3.14 · (5 · 10 −9 ) 2 = 314 · 10 −18 · M 2 ,
объем этой частицы равенthe volume of this particle is
Количество дисперсных частичек в расходуемой жидкости, равной 0,17 л, за секунду равноThe number of dispersed particles in the expendable fluid, equal to 0.17 l, per second is equal to
работа, затрачиваемая на увеличение поверхности, равнаthe work spent on increasing the surface is
Us=σ·dS=0,073·3,2·1020·314·10-18=7400 Дж/с.Us = σ · dS = 0.073 · 3.2 · 10 20 · 314 · 10 -18 = 7400 J / s.
Таким образом, эта доля энергии может составлять при описываемом способе разрушения до 25% общей кинетической энергии. Поэтому изменяя поверхностное натяжение жидкости, можно уменьшить Us и таким образом увеличить долю энергии, идущую на разрыв внутримолекулярных связей. Вводя в жидкость поверхностно-активные вещества, можно в несколько раз уменьшить поверхностное натяжение жидкости и пропорционально уменьшить Ur. Таким образом, вводя в жидкую среду перед сжатием поверхностно-активные вещества, можно увеличить интенсивность разрушения молекулярных связей в жидкости, что является одной из целей заявляемого изобретения.Thus, this fraction of the energy can be up to 25% of the total kinetic energy in the described method of destruction. Therefore, by changing the surface tension of the liquid, it is possible to reduce Us and thus increase the fraction of energy that goes into breaking intramolecular bonds. By introducing surfactants into the liquid, it is possible to reduce the surface tension of the liquid several times and proportionally reduce Ur. Thus, by introducing surfactants into the liquid medium before compression, it is possible to increase the rate of destruction of molecular bonds in the liquid, which is one of the objectives of the claimed invention.
Известно (Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов (ч.2). - М.: Химия, 1980.), что при разрушении внутримолекулярных связей некоторых жидкостей, широко используются катализаторы для ускорения процессов разрушения. Например, при крекинге нефти широко используют алюмосиликаты. При их использовании наблюдается не только значительное ускорение расщепления углеводородов на более мелкие молекулы, но и их изомеризация, т.е. образование углеводородов с разветвленной цепью атомов углерода. Это ведет к увеличению детонационной стойкости получаемых впоследствии бензинов. Таким образом, вводя в жидкость перед столкновением мелкодисперсные твердые катализаторы, можно существенно увеличить интенсивность разрушения внутримолекулярных связей, что является целью данного изобретения. Кроме того, ввод катализаторов в отдельных случаях будет способствовать и повышению качеств выходного продукта. Естественно, для получения чистого продукта после обработки жидкости катализатор необходимо отделить от продукта.It is known (Smidovich E.V. Technology of oil and gas processing. Cracking of oil raw materials and hydrocarbon gas processing (part 2). - M .: Chemistry, 1980.) that when breaking intramolecular bonds of some liquids, catalysts are widely used to accelerate processes destruction. For example, aluminosilicates are widely used in oil cracking. When using them, not only a significant acceleration of the splitting of hydrocarbons into smaller molecules is observed, but also their isomerization, i.e. the formation of branched hydrocarbons of carbon atoms. This leads to an increase in the detonation resistance of subsequently produced gasolines. Thus, by introducing finely dispersed solid catalysts into the liquid before the collision, it is possible to significantly increase the intensity of the destruction of intramolecular bonds, which is the purpose of this invention. In addition, the introduction of catalysts in some cases will contribute to improving the quality of the output product. Naturally, to obtain a pure product after processing the liquid, the catalyst must be separated from the product.
Как показано формулой (4), при столкновении струй часть их энергии будет переходить в тепло. При наличии в составе жидкости горючих веществ, например углеводородов, и при наличии во внешней среде кислорода возможно возгорание обрабатываемой жидкости и собственно нарушение процесса обработки жидкости. Поэтому в отдельных случаях столкновение высокоскоростных струй жидкости целесообразно проводить в среде газа, не поддерживающего горение жидкости, например азота, если речь идет о жидкости-смеси углеводородов. Такое решение способствует повышению надежности устройств, реализующих заявляемый способ разрушения молекулярных связей в жидкостях, что является одной из целей описываемого изобретения.As shown by formula (4), when the jets collide, part of their energy will go into heat. In the presence of flammable substances, for example, hydrocarbons, in the liquid, and in the presence of oxygen in the external environment, the treated liquid may ignite and actually violate the liquid processing process. Therefore, in some cases, the collision of high-speed jets of liquid is advisable to carry out in a gas environment that does not support the combustion of a liquid, such as nitrogen, if we are talking about a liquid mixture of hydrocarbons. This solution helps to improve the reliability of devices that implement the inventive method of breaking molecular bonds in liquids, which is one of the goals of the described invention.
Также поставленная цель достигается тем, что в установке для осуществления способа разрушения молекулярных связей в жидких средах, содержащей соединенные последовательно трубопроводом приемную емкость для хранения жидкой среды, насос подачи жидкой среды, насос высокого давления и камеру, внутри которой осуществляют столкновение высокоскоростных струй, согласно заявляемому изобретению камера выполнена в виде закрытой емкости, внутри которой установлена, по меньшей мере, одна пара струйных головок, соединенных с насосом высокого давления с помощью трубопровода, формирующие струи сопла которых имеют равные диаметры выходных отверстий, а струйные головки сориентированы таким образом, чтобы формируемые их соплами струи пересекались. Такое расположение струйных головок обеспечивает столкновение струй обрабатываемой жидкости, а равенство диаметров выходных отверстий сопел обеспечивает более эффективное торможение струй при столкновении и, как показано выше, приводят к повышению степени (интенсивности) разрушения молекулярных связей при столкновении, что и является целью заявляемого изобретения.The goal is also achieved by the fact that in the installation for implementing the method of breaking molecular bonds in liquid media, comprising a receiving tank for storing a liquid medium connected in series with a pipeline, a pump for supplying a liquid medium, a high pressure pump and a chamber inside which high-speed jets collide, according to the claimed According to the invention, the chamber is made in the form of a closed container, inside of which at least one pair of jet heads is installed connected to a high-pressure pump creation through conduit forming nozzle which jets have equal diameters of outlets, and jet heads are oriented so that their generated jet nozzles intersect. This arrangement of the jet heads provides a collision of the jets of the liquid being treated, and the equality of the diameters of the nozzle outlet openings provides a more effective braking of the jets during a collision and, as shown above, leads to an increase in the degree (intensity) of destruction of molecular bonds in a collision, which is the purpose of the claimed invention.
Целесообразно также приемную емкость для хранения жидкой среды снабдить нагревательным устройством. В случаях, когда вязкость обрабатываемой жидкости снижается с повышением температуры и начальная вязкость обрабатываемой жидкости выше приемлемой для работы насоса высокого давления, такое выполнение установки позволяет снижать вязкость обрабатываемой жидкости до значений, обеспечивающих работоспособность и приемлемый кпд работы насоса высокого давления, что способствует достижению цели заявляемого изобретения.It is also advisable to provide a receiving tank for storing a liquid medium with a heating device. In cases where the viscosity of the treated fluid decreases with increasing temperature and the initial viscosity of the treated fluid is higher than acceptable for the operation of the high pressure pump, this installation allows you to reduce the viscosity of the processed fluid to values that ensure the operability and acceptable efficiency of the high pressure pump, which helps to achieve the objective of the claimed inventions.
Целесообразно также приемную емкость для хранения жидкой среды снабдить устройством перемешивания жидкой среды.It is also advisable to provide a receiving container for storing a liquid medium with a device for mixing a liquid medium.
В случаях, когда вязкость обрабатываемой жидкости снижается с повышением температуры и начальная вязкость обрабатываемой жидкости выше приемлемой для работы насоса высокого давления, такое выполнение установки позволяет обеспечить равномерно распределенное по объему снижение вязкости обрабатываемой жидкости, обеспечить стабильность работы и приемлемый кпд работы насоса высокого давления, что способствует достижению цели заявляемого изобретения.In cases where the viscosity of the processed fluid decreases with increasing temperature and the initial viscosity of the processed fluid is higher than acceptable for the operation of the high pressure pump, this installation allows for a uniformly distributed volume decrease in the viscosity of the processed fluid, to ensure stability and acceptable efficiency of the high pressure pump, which contributes to the achievement of the objectives of the claimed invention.
Целесообразно также установку снабдить устройством ввода высокомолекулярного полимера в жидкую среду, содержащим емкость для хранения высокомолекулярного полимера, соединенную патрубком через насос-дозатор с приемной емкостью для хранения жидкой среды.It is also advisable to equip the installation with a device for introducing a high molecular weight polymer into a liquid medium, containing a container for storing high molecular weight polymer, connected by a pipe through a metering pump to a receiving tank for storing a liquid medium.
В случаях, когда в обрабатываемую жидкость допустимо введение некоторого количества высокомолекулярных полимерных добавок, такое выполнение установки позволит обеспечить ламинарное течение жидкости в трубопроводе на пути от насоса к струйным головкам и в соплах струйных головок, что приводит к снижению потерь давления в трубопроводах, увеличению скорости сталкивающихся струй и, следовательно, к увеличению интенсивности разрушения молекулярных связей обрабатываемой жидкости, что является одной из целей заявляемого изобретения.In cases where it is permissible to introduce a certain amount of high molecular weight polymer additives into the processed fluid, such an installation will ensure a laminar flow of fluid in the pipeline on the way from the pump to the jet heads and in the nozzles of the jet heads, which leads to a decrease in pressure losses in the pipelines, an increase in the speed of colliding jets and, consequently, to increase the intensity of the destruction of the molecular bonds of the processed fluid, which is one of the objectives of the claimed invention.
Целесообразно также струйные головки установить с возможностью поворота и фиксации в плоскости расположения осей сопел, формирующих струи жидкой среды, на угол в пределах 30º.It is also advisable to install the jet heads with the possibility of rotation and fixation in the plane of the axes of the nozzles forming the jet of liquid medium at an angle of 30 °.
Обеспечение такой возможности позволит регулировать степень торможения жидкости при столкновении и, следовательно, регулировать интенсивность разрушения молекулярных связей в обрабатываемой жидкости. Кроме того, возможность поворота струйных головок обеспечивает исключение воздействия встречной струи на конструкцию струйной головки в случаях несанкционированной нестабильности струй и предотвращает в таких случаях разрушение струйных головок. Это обеспечивает в данных случаях работоспособность и повышение надежности установки, что является целью заявляемого изобретения.Providing such an opportunity will allow you to adjust the degree of fluid inhibition in a collision and, therefore, to regulate the intensity of the destruction of molecular bonds in the treated fluid. In addition, the possibility of rotation of the jet heads eliminates the impact of the oncoming jet on the design of the jet head in cases of unauthorized instability of the jets and prevents the destruction of the jet heads in such cases. This ensures in these cases the efficiency and reliability of the installation, which is the purpose of the claimed invention.
Целесообразно также снабдить установку для разрушения молекулярных связей в жидких средах бункером и устройством для дозирования катализатора, каждую струйную головку выполнить со смесительной камерой, в стенке которой выполнено боковое отверстие, соединенное посредством патрубка с дозирующим устройством, а дозирующее устройство посредством патрубка соединить с бункером.It is also advisable to equip the installation for breaking molecular bonds in liquid media with a hopper and a device for dispensing a catalyst, each jet head with a mixing chamber, in the wall of which there is a side hole connected by means of a nozzle to a metering device, and the metering device by means of a nozzle is connected to the hopper.
Такое выполнение устройства позволяет обеспечить ввод в струю обрабатываемой жидкости катализаторов, наличие которых, как показывает опыт, может существенно увеличить скорость физико-химических превращений в сталкивающихся жидкостях и обеспечить повышение интенсивности разрушения внутримолекулярных связей в обрабатываемой жидкости, что также способствует достижению целей заявляемого изобретения.This embodiment of the device allows for the introduction of catalysts into the fluid to be processed, the presence of which, as experience shows, can significantly increase the rate of physicochemical transformations in colliding fluids and increase the rate of destruction of intramolecular bonds in the fluid being treated, which also helps to achieve the objectives of the claimed invention.
Ниже изобретение поясняется на предпочтительных примерах его выполнения, не имеющих ограничительного характера, которые проиллюстрированы сопровождающими чертежами, на которых изображены:Below the invention is illustrated by the preferred examples of its implementation, not having a restrictive nature, which are illustrated in the accompanying drawings, which depict:
фиг.5 - общий вид установки;5 is a General view of the installation;
фиг.6 - вид камеры для столкновения струй;6 is a view of a camera for collision of jets;
фиг.7 - конструкция блока струйных головок.7 is a design of a block of inkjet heads.
Далее со ссылкой на сопровождающие чертежи описываются неограниченные варианты реализации способа разрушения молекулярных связей в жидкостях и установки для его осуществления по настоящему изобретению. По предпочтительному варианту реализация конструкции установки для осуществления заявляемого способа разрушения молекулярных связей в жидкостях содержит:Next, with reference to the accompanying drawings, unlimited embodiments of the method for breaking molecular bonds in liquids and apparatus for its implementation according to the present invention are described. In a preferred embodiment, the implementation of the design of the installation for implementing the inventive method for the destruction of molecular bonds in liquids contains:
- емкость для предварительного хранения обрабатываемой жидкости с водяной рубашкой 1, (фиг.5),- a container for pre-storage of the processed fluid with a water jacket 1, (figure 5),
- насос для циркуляции воды 2, соединенный патрубком одним концом с емкостью 1, а другим с проточным нагревателем 3,- a pump for circulating
- проточный нагреватель 3, соединенный патрубком одним концом с насосом для циркуляции воды 2, другим концом с водяной рубашкой емкости 1,-
- перемешивающее устройство 4, установленное на верхней части емкости 1,- a
- насос-дозатор 5, соединенный патрубком с емкостью для хранения высокомолекулярного полимера 6,-
- емкость для хранения высокомолекулярного полимера 6. В данном конкретном исполнении в качестве высокомолекулярного полимера используется высокомолекулярная противотурбулентная присадка ВИОЛ,- a container for storing high molecular weight polymer 6. In this particular embodiment, a high molecular weight anti-turbulent VIOL additive is used as a high molecular weight polymer,
- насос подкачки 7, вход которого соединен трубопроводом с емкостью 1, а выход - с насосом высокого давления 8,- a
- насос высокого давления 8, соединенный трубопроводом входной частью с насосом подкачки 7, выходной частью с рабочей камерой 10, приводимый в действие электродвигателем 9,- a
- электродвигатель 9, выходной вал которого соединен с входным валом насоса высокого давления 8,- an electric motor 9, the output shaft of which is connected to the input shaft of the
- рабочую камеру 10, соединенную трубопроводом с насосом высокого давления 8.- a working
Рабочая камера 10, в свою очередь, содержит (фиг.6):The working
- корпус 11 с закрывающейся крышкой 12, имеющий сливную полость 13,- the
- опорные салазки (опорная поверхность) 14, смонтированные внутри корпуса 11,- supporting slide (bearing surface) 14 mounted inside the
- блок струйных головок 15, установленный на опорных салазках 14.- a block of inkjet heads 15 mounted on a
Блок струйных головок 15, в свою очередь, содержит (фиг.7):The block of inkjet heads 15, in turn, contains (Fig.7):
- опорную плиту 16,-
- направляющее кольцо 17, закрепленное на опорной плите 16,- a
- поворотное кольцо 18, установленное внутри направляющего кольца 17 на опорной плите 16 с возможностью поворота вокруг своего центра и возможностью фиксации своего положения,- a
- струйную головку 19, с помощью крепежных деталей 20 закрепленную на поворотном кольце 18,- a
- струйную головку 21, с помощью крепежных деталей 22 закрепленную на направляющем кольце 18.- an
При этом струйные головки 19 и 21 трубками соединены через тройник 23 с трубопроводом от насоса высокого давления 8 (фиг.5). Струйные головки 19 и 21 выполнены одинаковыми для обеспечения равенства скоростей и площадей сечений струй, образуемых с помощью данных струйных головок. Ниже описана работа установки, где в качестве обрабатываемой жидкости используется нефть с добавленным в нее некоторым количеством ПАВ, и разрушение молекулярных связей в данной среде означает диспергацию нефти и разрыв внутримолекулярных связей в составляющих нефть углеводородах, т.е крекинг нефти с целью изменения ее фракционного состава в сторону увеличения содержания легких фракций нефти.In this case, the jet heads 19 and 21 are connected via tubes through a tee 23 with a pipeline from a high pressure pump 8 (Fig. 5). The inkjet heads 19 and 21 are made the same to ensure equal speeds and cross-sectional areas of the jets formed using these inkjet heads. The operation of the installation is described below, where oil with a certain amount of surfactant added to it is used as a liquid, and the destruction of molecular bonds in this medium means oil dispersion and breaking of intramolecular bonds in hydrocarbons constituting the oil, i.e. oil cracking in order to change its fractional composition in the direction of increasing the content of light oil fractions.
Работа представленной установки по способу согласно заявляемому изобретению осуществляется следующим образом.The operation of the installation according to the method according to the claimed invention is as follows.
Перед началом работы емкость 1 заполняется обрабатываемой нефтью, а емкость для хранения полимера 6 заполняется противотурбулентной присадкой ВИОЛ.Before starting work, the tank 1 is filled with the processed oil, and the tank for storing the polymer 6 is filled with an anti-turbulent VIOL additive.
Струйная головка 19, установленная на поворотном кольце, устанавливается под требуемым углом к струйной головке 21.The
Включается насос - дозатор 5, из емкости для хранения полимера в емкость 1 подается дозированное количество полимера. Включаются насос для циркуляции воды 2, проточный нагреватель 3 и перемешивающее устройство 4. Перемешивающее устройство в процессе работы установки обеспечивает равномерное распределение температур и концентрации полимера по объему обрабатываемой нефти, а с помощью проточного нагревателя 3 и насоса для циркуляции воды 2 поддерживается температура обрабатываемой нефти, при которой ее кинематическая вязкость составляет не более 10 мм2/с. Типичное значение этой температуры от 30°C до 50°C. Такое значение вязкости обеспечивает работу насоса подкачки 7 и насоса высокого давления 8 в штатном режиме, без нарушений сплошности потока обрабатываемой нефти. Далее включаются насос подкачки 7 и электродвигатель 9, приводящий в действие насос высокого давления 8. При этом подогретая нефть из емкости 1 через насос подкачки 7 по трубопроводу начинает поступать в насос высокого давления 8. Насос подкачки 7 в данном случае обеспечивает штатное заполнение насоса высокого давления нефтью без нарушения сплошности потока. Далее нефть в насосе высокого давления 8 сжимается до давления не менее 600 атм. Как показывает опыт, при данном значении давления обеспечиваются скорости встречных струй около 390 м/с, при которых начинается заметное разрушение внутримолекулярных связей в молекулах углеводородов, составляющих нефть. Величина давления регулируется путем изменения скорости вращения электродвигателя 9, посредством, например, преобразователя частоты. Способы регулирования скоростей вращения электродвигателей общеизвестны для соответствующих специалистов и не являются существенными для сущности данного изобретения. Далее сжатая нефть по трубопроводу высокого давления подается в рабочую камеру 10. Поток сжатой нефти разделяется на два потока, проходя через тройник 23, и в виде двух встречных струй проходит через сопла струйных головок, происходит столкновение струй.The pump-
В пространстве рабочей камеры между струйными головками происходит столкновение струй и формирование радиально расходящегося шлейфа из нефти, диспергированной на капли при столкновении. Поскольку насосом высокого давления обеспечивается непрерывный во времени поток обрабатываемой нефти, также непрерывно происходит и столкновение струй. При выходе из струйных головок происходит резкое ускорение потока нефти и падение его давления практически от значения давлений в насосе высокого давления (600-4000 атм) до 1 атм, происходящее за время порядка 2*10-6-5*10-6 с, и резкое его торможение при столкновении с ростом давления от 1 атм до 2400-16000 атм (четырехкратное увеличение давления) за время, при расстоянии между выходными сечениями головок около 10 мм, в диапазоне 5*10-6-13*10-6 с. Такое «стрессовое» воздействие на нефть приводит к образованию ультрадисперсных капель нефти с поглощением энергии на разрушение межмолекулярных связей (раздробление на капли, диспергирование) и с поглощением энергии на разрушение внутримолекулярных связей, т.е на разрушение тяжелых молекул углеводородов - крекинг. Заметим, что несмотря на то, что в зоне столкновения струй реализуются давления до 16000 атм, эти давления ни воздействуют на элементы конструкции установки и принципиально могут быть обеспечены в течение сколь угодно длительного времени.In the space of the working chamber between the jet heads there is a collision of the jets and the formation of a radially diverging plume of oil dispersed into droplets in a collision. Since a high-pressure pump provides a continuous flow of oil during processing, a collision of jets also occurs continuously. Upon exiting the jet heads, the oil flow sharply accelerates and its pressure drops almost from the pressure in the high pressure pump (600-4000 atm) to 1 atm, which takes place over a period of about 2 * 10 -6 -5 * 10 -6 s, and its sharp braking in a collision with an increase in pressure from 1 atm to 2400-16000 atm (a four-fold increase in pressure) during the time when the distance between the output sections of the heads is about 10 mm in the range of 5 * 10 -6 -13 * 10 -6 s. Such a “stressful” effect on oil leads to the formation of ultrafine droplets of oil with energy absorption for the destruction of intermolecular bonds (fragmentation into droplets, dispersion) and with energy absorption for the destruction of intramolecular bonds, that is, the destruction of heavy hydrocarbon molecules - cracking. Note that despite the fact that pressures up to 16,000 atm are realized in the zone of collision of jets, these pressures do not affect the structural elements of the installation and can be provided in principle for an arbitrarily long time.
Оценку степени разрушения внутримолекулярных связей произведем из общеэнергетических соображений. Представим для простоты оценки нефть в виде смеси предельных углеводородов с общей формулой CnH2n+2. В нефти число n может быть в диапазоне от 5 до 50. При скорости столкновения молекул, достаточной для их разрушения, происходит разрушение молекулы углеводорода с образованием более легких молекул по общей формуле:The degree of destruction of intramolecular bonds will be estimated from general energy considerations. For simplicity, let us imagine oil in the form of a mixture of saturated hydrocarbons with the general formula C n H 2n + 2 . In oil, the number n can be in the range from 5 to 50. At a collision speed of molecules sufficient to destroy them, a hydrocarbon molecule is destroyed with the formation of lighter molecules according to the general formula:
CnH2n+2→CkH2k+2+C(n-k)H2(n-k) C n H 2n + 2 → C k H 2k + 2 + C (nk) H 2 (nk)
При этом происходит поглощение энергии в количестве 80 кДж/моль. Количество вещества, которое можно разрушить в единицу времени используя энергию Ur:In this case, energy absorption in the amount of 80 kJ / mol occurs. The amount of substance that can be destroyed per unit time using energy U r :
где ν - количество вещества молекулы, в котором можно расщепить (моль),where ν is the amount of substance of the molecule in which it can be split (mol),
Ur=kW - энергия, идущая на разрушение межмолекулярных связей в единицу времени (Вт),U r = kW is the energy spent on the destruction of intermolecular bonds per unit time (W),
k - кпд установки - доля мощности насоса высокого давления, затрачиваемая на разрушение молекулярных связей,k is the efficiency of the installation is the fraction of the power of the high-pressure pump spent on the destruction of molecular bonds,
W- мощность насоса высокого давления (Вт),W is the power of the high pressure pump (W),
Er - тепловой эффект реакции разрушения углеводорода (Дж/моль). Er is the thermal effect of the hydrocarbon destruction reaction (J / mol).
Количество вещества, истекающего из струйных головок в единицу времени (моль/с):The amount of substance flowing from the jet heads per unit time (mol / s):
где G - объемный расход насоса высокого давления (л/мин),where G is the volumetric flow rate of the high pressure pump (l / min),
ρ - плотность нефти (г/см3),ρ is the density of oil (g / cm 3 ),
Mn - условная молярная масса нефти (г/моль).M n - conditional molar mass of oil (g / mol).
За степень разрушения внутримолекулярных связей примем отношение количества разрушенных молекул к их общему количеству:For the degree of destruction of intramolecular bonds, we take the ratio of the number of broken molecules to their total number:
Здесь Na - число Авогадро. При к в пределах от 0,25 до 0,5, при W=40000 Вт, Er=80000 Дж/моль, G=10 л/мин, p=0,8 г/см3 Mn=250 г/моль получим степень разрушения молекулярных связей от 0,23 до 0,47, что на практике означает увеличение доли легкой фракции нефти, из которой можно путем перегонки получить бензин и дизельные топлива, с 50% до 60-75% при однократной обработке, а при двукратной обработке это значение может составить до 90%. При этом энергозатраты на 1 кг нефти составят не более 0,6 мДж/кг, что существенно меньше энергозатрат при других способах переработки нефти. Это говорит об эффективности данного технического решения.Here N a is the Avogadro number. With k ranging from 0.25 to 0.5, with W = 40,000 W, Er = 80,000 J / mol, G = 10 l / min, p = 0.8 g / cm 3 M n = 250 g / mol the degree of destruction of molecular bonds from 0.23 to 0.47, which in practice means an increase in the proportion of the light oil fraction, from which gasoline and diesel fuels can be obtained by distillation, from 50% to 60-75% with a single treatment, and with a double treatment this value can be up to 90%. At the same time, energy consumption per 1 kg of oil will be no more than 0.6 mJ / kg, which is significantly less than energy consumption with other methods of oil refining. This indicates the effectiveness of this technical solution.
Подводя итог вышеизложенному описанию изобретения, следует заметить, что для специалиста в данной области техники, в общем, очевидны различные модификации и усовершенствования изобретения, не выходящие из его объема, который определяется исключительно формулой изобретения.Summarizing the above description of the invention, it should be noted that for a person skilled in the art, in general, various modifications and improvements of the invention are apparent without departing from its scope, which is determined solely by the claims.
Изобретение может найти применение на предприятиях химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, пищевой, фармацевтической промышленности, при получении жидких композиционных материалов, в том числе наноструктурированных жидкостей, или при разрушении молекул смесей жидкостей, таких как, например, нефть.The invention may find application in enterprises of the chemical, petrochemical, oil refining, food, pharmaceutical industries, in the production of liquid composite materials, including nanostructured liquids, or in the destruction of molecules of liquid mixtures, such as, for example, oil.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009134394/05A RU2412750C1 (en) | 2009-09-14 | 2009-09-14 | Method of destruction of molecular bonds in fluids, and installation to this end |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009134394/05A RU2412750C1 (en) | 2009-09-14 | 2009-09-14 | Method of destruction of molecular bonds in fluids, and installation to this end |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2412750C1 true RU2412750C1 (en) | 2011-02-27 |
Family
ID=46310521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009134394/05A RU2412750C1 (en) | 2009-09-14 | 2009-09-14 | Method of destruction of molecular bonds in fluids, and installation to this end |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2412750C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU178732U1 (en) * | 2017-09-29 | 2018-04-18 | Виталий Владимирович Ряшенцев | Reactor for water purification by oxidation of impurities |
| RU2686144C1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-04-24 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | High-paraffin oil and / or oil products by pipelines transportation method |
-
2009
- 2009-09-14 RU RU2009134394/05A patent/RU2412750C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU178732U1 (en) * | 2017-09-29 | 2018-04-18 | Виталий Владимирович Ряшенцев | Reactor for water purification by oxidation of impurities |
| RU2686144C1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-04-24 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | High-paraffin oil and / or oil products by pipelines transportation method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7762715B2 (en) | Cavitation generator | |
| US8042989B2 (en) | Multi-stage cavitation device | |
| US9776159B2 (en) | Device for conducting sonochemical reactions and processing liquids | |
| US10065167B2 (en) | Rotor and channel element apparatus with local constrictions for conducting sonochemical reactions with cavitation and methods for using the same | |
| WO2012133736A1 (en) | Method and device for producing composition having dispersed phase finely dispersed in continuous phase | |
| US9782741B2 (en) | Method for conducting sonochemical reactions and processes | |
| RU2412750C1 (en) | Method of destruction of molecular bonds in fluids, and installation to this end | |
| JP2013530033A (en) | Method and apparatus for cavitation generation for mixing and emulsification | |
| US9752082B2 (en) | Treatment process and apparatus for reducing high viscosity in petroleum products, derivatives, and hydrocarbon emulsions, and the like | |
| RU2207449C2 (en) | Device for acting onto flow of fluid medium | |
| CN111523194B (en) | Modeling method of reaction rate and conversion rate regulation model under MIHA pure pneumatic operation condition | |
| CN201906579U (en) | Multi-stage emulsification device for blended fuel | |
| EP1501626B1 (en) | Device and method of creating hydrodynamic cavitation in fluids | |
| RU2336123C1 (en) | Plate multi-channel cavitation reactor | |
| RU2726488C2 (en) | Hydro-stabilized fuel, method of production thereof and heat-exchanger reactor | |
| RU152794U1 (en) | MIXING DEVICE FOR THE GAS-LIQUID SYSTEM | |
| RU2340656C2 (en) | Method of obtaining nano-dispersed hydro-fuel emulsion and device to that end | |
| RU2772137C1 (en) | Ultrasonic cavitation transducer | |
| RU86114U1 (en) | LIQUID GAS CONTACT DEVICE | |
| GB2487602A (en) | Diesel-water emulsions for improved engine operation | |
| RU89417U1 (en) | LIQUID GAS CONTACT DEVICE | |
| CN102527284A (en) | Oil-water emulsifying device | |
| RU2309789C2 (en) | Method of dispersion of the liquid | |
| RU152989U1 (en) | LIQUID GAS CONTACT UNIT WITH COMBINED NOZZLE ELEMENT | |
| RU2568612C1 (en) | Device for oil preparation for processing and its implementation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110915 |