RU2620606C1 - Method of obtaining composite fuel emulsion - Google Patents
Method of obtaining composite fuel emulsion Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620606C1 RU2620606C1 RU2016119879A RU2016119879A RU2620606C1 RU 2620606 C1 RU2620606 C1 RU 2620606C1 RU 2016119879 A RU2016119879 A RU 2016119879A RU 2016119879 A RU2016119879 A RU 2016119879A RU 2620606 C1 RU2620606 C1 RU 2620606C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- fuel
- mixing
- hydrocarbon
- oil
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/32—Liquid carbonaceous fuels consisting of coal-oil suspensions or aqueous emulsions or oil emulsions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области производства водотопливных эмульсий различного назначения с утилизацией промышленных отходов, а также нефтяных остатков, углеводородных компонентов и водосодержащих компонентов (замазученных вод, отработанных СОЖ - смазочно-охлаждающих жидкостей и др.) и может найти применение для переработки и использования отходов жидких и загустевших углеводородов (нефть, мазут, дизельное топливо, растительные и минеральные масла, нефтешламы, шламы мазута, парафины, асфальтены и т.п.).The invention relates to the production of water-fuel emulsions for various purposes with the utilization of industrial wastes, as well as oil residues, hydrocarbon components and water-containing components (oil-contaminated water, spent coolant - cutting fluids, etc.) and can be used for processing and using liquid and thickened hydrocarbons (oil, fuel oil, diesel fuel, vegetable and mineral oils, oil sludge, sludge of fuel oil, paraffins, asphaltenes, etc.).
Человечество использует различные виды энергии: такие как энергия ископаемого топлива, биоэнергия, солнечная энергия, энергия ветра и др. Из этих видов энергии ископаемое топливо используется в течение многих лет во всем мире и, следовательно, обладает наибольшей ценностью.Humanity uses various types of energy: such as fossil fuel energy, bioenergy, solar energy, wind energy, etc. Of these types of energy, fossil fuel has been used for many years around the world and, therefore, has the greatest value.
В настоящее время существует проблема загрязнения окружающей среды, обусловленного потреблением энергии. Известно, что ископаемое топливо включает серосодержащие, азотосодержащие и фенолсодержащие компоненты, которые генерируют опасный газ, приводящий к ухудшению состояния окружающей среды. Неотложная задача также заключается в том, чтобы предпринять меры по предотвращению глобального потепления, связанного с образованием СО2.Currently, there is a problem of environmental pollution caused by energy consumption. It is known that fossil fuels include sulfur-containing, nitrogen-containing and phenol-containing components that generate a hazardous gas, leading to environmental degradation. An urgent task is also to take measures to prevent global warming associated with the formation of CO 2 .
Эффективной мерой предотвращения или приостановки ухудшения состояния окружающей среды является уменьшение количества опасного газа, образующегося в результате использования ископаемого топлива, и повышения его эффективности.An effective measure to prevent or stop environmental degradation is to reduce the amount of hazardous gas generated by the use of fossil fuels and increase its efficiency.
Известен способ получения жидкой топливной композиции путем смешивания отработанного масла с водой или водосодержащим компонентом и нефтяным остатком, их гомогенизацию, причем отработанные масла предварительно подвергают механообработке [RU 2150489 C1, МПК7 C10L 1/32, опубл. 10.06.2000].A known method of producing a liquid fuel composition by mixing the used oil with water or a water-containing component and the oil residue, their homogenization, and the used oils are preliminarily subjected to machining [RU 2150489 C1, IPC7 C10L 1/32, publ. 06/10/2000].
В начале 60-х годов было установлено, смесь топлива с небольшими добавками водяных капель сгорала значительно эффективнее, чем чистое топливо (см., напр.: В.М. Иванов. "Топливные эмульсии", М.: изд-во Академии наук СССР, 1962). Решение задачи по повышению степени диспергирования основано на уменьшении размера распыляемых частиц топлива за счет сил поверхностного натяжения жидкости. Последующие работы позволили более детально изучить этот эффект и даже дать практические рекомендации по промышленному использованию явления. Однако в процессе практической реализации возникли проблемы, связанные с особенностями смешивания двух разнополярных жидкостей и расслоением жидкой смеси на исходные компоненты в процессе длительного хранения. В конечном итоге установлено, что присутствие воды в топливе приводит к увеличению степени диспергирования частиц топлива и повышению эффективности сгорания, но при этом возникает проблема устойчивости топлива или поддержания воды в каплеобразном состоянии. В полном объеме возникшая проблема не решена, но известно, что для ее решения необходимо уменьшать размеры капель воды, входящей в состав топлива, и применять поверхностно-активные вещества (ПАВ), способствующие сохранению капельной структуры эмульсии. В состав водотопливной эмульсии обычно входят жидкое углеводородное топливо - 80-90%, вода - 10-20%, ПАВ - 1-2%. В качестве топлива используют, например, мазут, дизельное топливо, бензин, в качестве ПАВ - вещества дифильного типа, способные размещаться на границе раздела топлива и воды мономолекулярным слоем, например олеат натрия, нефтенол.In the early 60s it was found that a mixture of fuel with small additives of water droplets burned much more efficiently than pure fuel (see, for example: V.M. Ivanov. "Fuel emulsions", M .: publishing house of the USSR Academy of Sciences , 1962). The solution to the problem of increasing the degree of dispersion is based on reducing the size of the sprayed fuel particles due to the surface tension of the liquid. Subsequent work made it possible to study this effect in more detail and even give practical recommendations on the industrial use of the phenomenon. However, in the process of practical implementation, problems arose associated with the peculiarities of mixing two heteropolar liquids and the separation of the liquid mixture into the original components during long-term storage. Ultimately, it was found that the presence of water in the fuel leads to an increase in the degree of dispersion of fuel particles and an increase in combustion efficiency, but this raises the problem of fuel stability or maintaining water in a droplet state. The problem that has arisen in full has not been solved, but it is known that to solve it it is necessary to reduce the size of the water droplets that make up the fuel and use surface-active substances (surfactants) to help maintain the droplet structure of the emulsion. The composition of a water-fuel emulsion usually includes liquid hydrocarbon fuel - 80-90%, water - 10-20%, surfactant - 1-2%. For fuel use, for example, fuel oil, diesel fuel, gasoline, as a surfactant - diphilic type substances that can be placed at the interface between fuel and water in a monomolecular layer, for example, sodium oleate, neftenol.
В 80-х годах для получения высокодисперсных эмульсий стали применяться устройства, использующие эффект гидродинамической кавитации. В устройствах этого типа в жидкости различными способами создают отрицательные давления и условия для развития кавитационных полостей (пузырей) с последующим схлопыванием этих полостей. При схлопывании кавитационного пузыря его противоположные стенки за счет стягивания силами поверхностного натяжения движутся навстречу друг другу с высокой скоростью и сталкиваются. В результате движения и столкновения развивается высокое давление, которое с высокой степенью обеспечивает диспергирование жидкости. Необходимое увеличение скорости сталкивающихся частиц достигается за счет высокой скорости схлопывания кавитационных полостей.In the 80s, devices using the effect of hydrodynamic cavitation began to be used to obtain highly dispersed emulsions. In devices of this type in a liquid in various ways create negative pressures and conditions for the development of cavitation cavities (bubbles) with subsequent collapse of these cavities. When the cavitation bubble collapses, its opposite walls due to constriction by surface tension forces move towards each other with high speed and collide. As a result of motion and collision, high pressure develops, which provides a high degree of dispersion of the liquid. The necessary increase in the speed of colliding particles is achieved due to the high speed of collapse of cavitation cavities.
Известен способ получения топливных смесей [RU 2256696 C1, МПК7 C10L 1/32, опубл. 20.07.2005], основанный на проталкивании жидкости через последовательно расположенные пластины с уменьшающимся диаметром отверстий.A known method of producing fuel mixtures [RU 2256696 C1, IPC7 C10L 1/32, publ. July 20, 2005], based on pushing fluid through successively arranged plates with a decreasing hole diameter.
Недостатком известного способа является ограничение по дисперсности, связанное с минимальным размером отверстий, через которые проникает жидкость. Ограничение связано с наличием сил поверхностного натяжения и образованием упругого приграничного слоя жидкости, который ограничивает проницаемость отверстий диаметром 100 нм и менее.The disadvantage of this method is the dispersion limitation associated with the minimum size of the holes through which the liquid penetrates. The restriction is associated with the presence of surface tension forces and the formation of an elastic boundary liquid layer, which limits the permeability of holes with a diameter of 100 nm or less.
Известен способ приготовления водотопливной эмульсии [RU 2054572 C1, МПК6 F02M 43/00, 27/00, опубл. 20.02.96], включающий подогрев обводненного топлива до температуры 90°С, нагнетание, сепарацию и гомогенизацию под действием центробежных сил при движении топлива сверху вниз в вихревом аппарате, последующую фильтрацию и стабилизацию путем ввода в топливо подогретых депрессионных присадок на основе раствора сополимера этилена с винилацетатом в углеродном растворителе. Топливная эмульсия, полученная этим способом, имеет недостаточно высокое качество, т.к. проходит одностадийную обработку в вихревом аппарате, а присадки в нее вводятся после основной обработки.A known method of preparing a water-fuel emulsion [RU 2054572 C1, IPC6 F02M 43/00, 27/00, publ. 02/20/96], which includes heating the flooded fuel to a temperature of 90 ° C, injecting, separating, and homogenizing under the action of centrifugal forces when the fuel moves from top to bottom in a vortex apparatus, subsequent filtering and stabilization by introducing heated depressant additives based on a solution of ethylene copolymer with vinyl acetate in a carbon solvent. The fuel emulsion obtained by this method is of insufficient quality, because passes one-stage processing in a vortex apparatus, and additives are introduced into it after the main processing.
Известен способ приготовления микроэмульсий, в частности жидких топлив, таких как углеводородные топлива, с дополнительными жидкостями, например водой [патент США 4597671, МПК B01F 15/02, опубл. 01.07.86]. Способ включает стадии предварительной механической обработки дополнительной жидкости (воды) пропусканием ее через коридор высокого давления; подачи обработанной дополнительной жидкости и топливной жидкости на смешение и обработку в устройстве механической кавитации (сжатием - расширением) с получением предварительно обработанной промежуточной эмульсии; последующей гомогенизации промежуточной эмульсии в устройстве объединенного действия механической кавитации и электромагнитного воздействия и окончательной гомогенизации полученной жидкости в устройстве механической кавитации до получения топливной эмульсии высокой степени диспергации и гомогенизации.A known method of preparing microemulsions, in particular liquid fuels, such as hydrocarbon fuels, with additional liquids, such as water [US patent 4597671, IPC
Такой способ отличается повышенной сложностью, т.к. требует сначала предварительной обработки дополнительной жидкости (воды), затем, по меньшей мере, трехстадийной кавитационной обработки смеси, одна из которых выполняется с использованием дополнительного электромагнитного воздействия. Кроме того, способ требует подачи на обработку компонентов смеси только высокой чистоты, обеспечивающей требуемое качество полученных эмульсии.This method is characterized by increased complexity, because requires first preliminary treatment of additional liquid (water), then at least three-stage cavitation treatment of the mixture, one of which is performed using additional electromagnetic exposure. In addition, the method requires the submission to the processing of the components of the mixture only high purity, providing the required quality of the resulting emulsion.
Известен способ получения топливной композиции [RU №2030447 C1, МПК6 C10L 1/32, опубл. 1995] путем смешивания тяжелой нефтяной фракции с нефтешламом, очищенным предварительно от механических примесей размером более 200 мкм и избытка воды, и эмульгированием смеси при содержании нефтешлама в полученном целевом продукте 1-50%.A known method of producing a fuel composition [RU No. 2030447 C1, IPC6 C10L 1/32, publ. 1995] by mixing the heavy oil fraction with oil sludge, previously purified from mechanical impurities larger than 200 microns and excess water, and emulsifying the mixture when the oil sludge content in the obtained target product is 1-50%.
Недостатками этого способа являются нестабильность получаемой топливной композиции из-за расслоения, повышенная коррозионная активность и высокая вязкость.The disadvantages of this method are the instability of the resulting fuel composition due to delamination, increased corrosion activity and high viscosity.
Известен способ получения водотопливной эмульсии и композиционного многокомпонентного топлива [заявка WO 2010093228 А2], включающий разогрев исходного углеводородного сырья и обработку под давлением в эмульгирующем устройстве, отличающийся тем, что исходное углеводородное сырье с содержанием воды до 50% нагревают до температуры 50-120°С и подвергают кавитационной обработке под давлением до 50 атмосфер для образования тонкодисперсной водотопливной эмульсии, содержащей частицы воды размером 0,5-5,0 мкм.A known method of producing a water-fuel emulsion and composite multicomponent fuel [application WO 2010093228 A2], comprising heating the feedstock and processing under pressure in an emulsifying device, characterized in that the feedstock with a water content of up to 50% is heated to a temperature of 50-120 ° C and subjected to cavitation treatment under pressure up to 50 atmospheres to form a finely dispersed water-fuel emulsion containing water particles with a size of 0.5-5.0 microns.
Известно, что использование водотопливных эмульсий в качестве топлива двигателей внутреннего сгорания энергетических установок приводит к уменьшению расхода топлива, снижению теплонапряженности двигателя и содержания продуктов загрязнения атмосферы в выхлопных газах. При этом наиболее предпочтительным является использование "обратных" эмульсий ("вода в масле"), т.к. "прямые" эмульсии ("масло в воде") оказывают сильное коррелирующее действие на элементы топливных систем двигателей. Однако "обратные" эмульсии на основе жидких углеводородных топлив (tкип 120-360°С), полученные непосредственным смешением исходных компонентов с использованием различных смешивающих устройств, как правило, являются малостабильными (низкая устойчивость к коалесценции), что представляет определенные трудности при их хранении и использовании. В этой связи для получения стабильных "обратных" эмульсий используют способы, основанные на специальных приемах их образования, например проведение процесса эмульгирования с "обращением" фаз.It is known that the use of water-fuel emulsions as the fuel of internal combustion engines of power plants leads to a decrease in fuel consumption, a decrease in the thermal stress of the engine and the content of atmospheric pollution products in exhaust gases. The most preferred is the use of "reverse" emulsions ("water in oil"), because "direct" emulsions ("oil in water") have a strong correlating effect on the elements of the fuel systems of engines. However, “inverse” emulsions based on liquid hydrocarbon fuels (t bales 120-360 ° C) obtained by direct mixing of the starting components using various mixing devices, as a rule, are unstable (low resistance to coalescence), which presents certain difficulties in their storage and use. In this regard, to obtain stable "reverse" emulsions using methods based on special techniques for their formation, for example, the process of emulsification with the "reversal" of the phases.
Стабильность "обратных" эмульсий во многом обусловлена именно способом ее получения, т.к. стабильные эмульсии, как правило, являются высокодисперсными продуктами (средний диаметр капель дисперсной фазы ≤0,2-0,6 мкм). При этом очень важно, чтобы такая высокодисперсная "обратная" эмульсия образовывалась практически за один цикл смешения (обработки) исходных продуктов, т.к. последующая обработка зачастую приводит к разрушению "обратной" эмульсии и/или к уменьшению дисперсности, что связано с протеканием процессов коалесценции (слиянию капель) при вторичной обработке готовой эмульсии.The stability of the “reverse” emulsions is largely due to the method of its preparation, because stable emulsions, as a rule, are highly dispersed products (average droplet diameter of the dispersed phase ≤0.2-0.6 μm). It is very important that such a highly dispersed "reverse" emulsion is formed in almost one cycle of mixing (processing) of the starting products, because subsequent processing often leads to the destruction of the "reverse" emulsion and / or to a decrease in dispersion, which is associated with the occurrence of coalescence processes (droplet fusion) during the secondary processing of the finished emulsion.
Известен способ получения "обратной" водотопливной эмульсии для двигателей внутреннего сгорания на основе дизельного топлива, воды и поверхностно-активного вещества (ПАВ). Процесс получения эмульсии ведут в две стадии. На первой получают "прямую" эмульсию путем смешения 30-35% топлива с водным раствором ПАВ - Na соли диэтилгексилового эфира сульфоянтарной кислоты; на второй смешивают 65-70% топлива с полученной на первой стадии "прямой" эмульсией до получения "обратной" эмульсии, при этом на второй стадии используют дополнительно ПАВ - смесь сорбита и олеиновой кислоты [SU 816524 A1, МПК5 B01F 3/02, С10L 10/32, опубл. 1981].A known method of obtaining a "reverse" water-fuel emulsion for internal combustion engines based on diesel fuel, water and surface-active substances (surfactants). The process of obtaining emulsions is carried out in two stages. In the first, a “direct” emulsion is obtained by mixing 30-35% of the fuel with an aqueous solution of a surfactant - Na salt of diethylhexyl ether sulfosuccinic acid; in the second, 65-70% of the fuel is mixed with the “direct” emulsion obtained in the first stage until a “reverse” emulsion is obtained, while in the second stage an additional surfactant is used - a mixture of sorbitol and oleic acid [SU 816524 A1, IPC5
Недостатком указанного способа является сложность получения и низкая стабильность эмульсии, не превышающая нескольких десятков минут.The disadvantage of this method is the difficulty of obtaining and low stability of the emulsion, not exceeding several tens of minutes.
Известен способ получения "обратных" водотопливных эмульсий на основе керосина путем непосредственного смешения топлива и воды с помощью роторной мельницы со скоростью вращения ротора 1650 об/мин (патент США 4394131, М.кл8 С10L 1/32).A known method of producing "reverse" water-fuel emulsions based on kerosene by directly mixing fuel and water using a rotary mill with a rotor speed of 1650 rpm (US patent 4394131, M.cl 8 C10L 1/32).
К недостаткам этого способа относится то, что в процессе смешения получают эмульсии с низкой устойчивостью при хранении, не превышающей нескольких минут.The disadvantages of this method include the fact that in the process of mixing emulsions with low storage stability are obtained, not exceeding several minutes.
Наиболее близким к изобретению является способ получения водотопливных эмульсий на основе дизельного топлива путем смешения топлива, воды и поверхностно-активного вещества в узле эмульгирования, причем топливо и воду первоначально смешивают при одинаковом исходном соотношении в присутствии ПАВ с последующей принудительной циркуляцией формируемой эмульсии и дальнейшим постепенным введением в формируемую эмульсию дополнительного количества топлива до образования целевой эмульсии с заданным соотношением топлива и воды [RU 2100413 C1, МПК6 C10L 1/32, опубл. 27.12.97]. По известному способу получают стабильную водотопливную эмульсию "множественного" типа ("масло в воде" + "вода в масле") с содержанием воды до 25% и сроком хранения (до расслоения) до 4 месяцев.Closest to the invention is a method for producing water-fuel emulsions based on diesel fuel by mixing fuel, water and a surfactant in an emulsification unit, the fuel and water being initially mixed at the same initial ratio in the presence of a surfactant, followed by forced circulation of the emulsion formed and subsequent gradual introduction in the formed emulsion of an additional amount of fuel until the formation of the target emulsion with a given ratio of fuel and water [RU 2100413 C1, IPC6 C10L 1/32, publ. 12/27/97]. According to the known method receive a stable water-fuel emulsion of the "multiple" type ("oil in water" + "water in oil") with a water content of up to 25% and a shelf life (until separation) of up to 4 months.
К недостаткам способа относится низкая эффективность и сложность проведения процесса получения эмульсий, по которому водотопливные эмульсии в узле эмульгирования получают в процессе многократной циркуляции исходных продуктов при определенном соотношении скоростей их потоков. Кроме того, по двухстадийному способу получают водотопливные эмульсии с нежелательной резко выраженной зависимостью вязкости от количества содержащейся в ней воды, (а вследствие этого и от температуры), что вызывает трудности при ее использовании в топливных системах двигателей энергетических установок, особенно при эксплуатации в условиях низких температур.The disadvantages of the method include the low efficiency and complexity of the process for producing emulsions, according to which water-fuel emulsions in the emulsification unit are obtained in the process of multiple circulation of the starting products at a certain ratio of their flow rates. In addition, in a two-stage method, water-fuel emulsions are obtained with an undesirable sharply expressed dependence of the viscosity on the amount of water contained in it (and, consequently, on temperature), which causes difficulties in its use in fuel systems of engines of power plants, especially when operating in low temperatures.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка способа получения топливной эмульсии, обеспечивающего получение ценных топливных смесей высокого качества из дешевого исходного сырья (продукта) с обеспечением высокой эффективности топлива, предотвращения расслоения и ухудшения состояния окружающей среды.The task to which the claimed technical solution is directed is to develop a method for producing a fuel emulsion that provides valuable high quality fuel mixtures from cheap feedstock (product) with high fuel efficiency, preventing stratification and environmental degradation.
В связи с вышеизложенным задачей изобретения является получение устойчивых во времени высокоэкологичных водоуглеродных эмульсий, полученных методом гомогенизации, имеющих высокое содержание воды (до 50%) и высокую степень дисперсности, в которой при сжигании в энергетических установках остаточное содержание СО2 сводится к минимуму.In connection with the foregoing objective of the invention is to obtain time-stable, highly environmentally friendly water-carbon emulsions obtained by homogenization, having a high water content (up to 50%) and a high degree of dispersion, in which, when burning in power plants, the residual CO 2 content is minimized.
С точки зрения экологии, утилизация замазученных вод, энергонесущих водных стоков, отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей представляет серьезную техническую проблему. Разделение воды и углеводородов на сегодняшний день дорого. В связи с этим заявляемое техническое решение направлено на утилизацию мелкодисперсных водоуглеводородных смесей в качестве водосодержащего компонента, в которые входят замазученные воды, энергонесущие жидкости, смазочно-охлаждающие жидкости, техническая вода. Также в состав водной составляющей мелкодисперсных водоуглеводородных смесей могут входить жидкости, имеющие в своем составе не только водонерастворимые вещества, но и поверхностно-активные вещества. Утилизация может производиться не только путем сжигания упомянутых углеводородных отходов в составе водоуглеводородных смесей, с выделением тепла, но и в двигателях внутреннего сгорания как экологически чистого топлива.From an environmental point of view, the disposal of oil-contaminated water, energy-bearing water effluents, waste cutting fluids is a serious technical problem. Separation of water and hydrocarbons is expensive today. In this regard, the claimed technical solution is aimed at the disposal of finely dispersed water-hydrocarbon mixtures as a water-containing component, which includes oiled water, energy-carrying liquids, cutting fluids, process water. Also, the aqueous component of finely divided water-hydrocarbon mixtures may include liquids containing not only water-insoluble substances, but also surfactants. Disposal can be made not only by burning the hydrocarbon waste mentioned in the composition of water-hydrocarbon mixtures with heat, but also in internal combustion engines as environmentally friendly fuel.
При осуществлении заявляемого технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении эффективности и упрощении способа получения стойких при хранении "обратных" водотопливных эмульсий на основе жидкого углеводородного топлива, а именно фракции нефти, выкипающей в пределах 120-360°С за счет уменьшения стадии кавитационной обработки водотопливной эмульсии без ухудшения степени ее гомогенизации; возможности подачи на обработку компонентов любой степени чистоты; расширения спектра применения получаемых эмульсий путем введения в процесс обработки целевых добавок и присадок; утилизации тепла получаемой горячей эмульсии направлением его на подогрев исходного жидкого топлива, повышения степени гомогенизации при использовании реструктурированных подогретых исходных компонентов, прошедших механическую фильтрацию и с любой степенью химической чистоты; обеспечения возможности получения высококачественной водотопливной эмульсии и композиционного обогащенного кислородом многокомпонентного топлива из углеводородного сырья - отработанных масел, мазута, печного топлива, нефтешламов, тяжелых остаточных фракций переработки нефти, утилизированных подтоварных вод, загрязненных углеводородами, и исключение введения газообразных углеводородов.When implementing the claimed technical solution, the task is solved by achieving a technical result, which consists in increasing the efficiency and simplifying the method of obtaining storage-stable "reverse" water-fuel emulsions based on liquid hydrocarbon fuel, namely, the fraction of oil boiling in the range 120-360 ° C by reducing the stage of cavitation treatment of the fuel-oil emulsion without compromising the degree of its homogenization; the possibility of applying for processing components of any degree of purity; expanding the range of applications of the resulting emulsions by introducing target additives and additives into the processing process; heat recovery of the resulting hot emulsion by directing it to preheat the initial liquid fuel, increase the degree of homogenization when using restructured preheated initial components that have undergone mechanical filtration and with any degree of chemical purity; providing the possibility of obtaining high-quality water-fuel emulsion and composite oxygen-enriched multicomponent fuel from hydrocarbon raw materials - used oils, fuel oil, heating oil, oil sludge, heavy residual oil refining fractions, utilized produced water contaminated with hydrocarbons, and the elimination of the introduction of gaseous hydrocarbons.
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения композитной эмульсии топлива из нефтяных остатков и углеводородного компонентов включает подогрев водосодержащего и углеродного компонентов, очистку от механических примесей с последующим смешиванием в турбулентном режиме таким образом, чтобы водосодержащий и углеводородный компоненты были распределены при факторе однородности не менее 0,5, при этом температура смешивания водосодержащего компонента и углеводородного компонента отличается друг от друга на 25°С, после чего смешанный продукт подвергают гомогенизации в роторно-механическом диспергаторе так, чтобы максимальный размер частиц дисперсной фазы не превышал 40 мкм при среднем размере 1-8 мкм. Суммарное содержание водосодержащего компонента в топливе находится в интервале 50-60%. Целесообразно чтобы в качестве водосодержащего компонента использование замазученных вод, энергонесущих водных стоков, отработанных СОЖ, технической воды, а вязкость используемых компонентов на первой стадии перед смешиванием выравнить. В качестве углеводородного компонента используют отработанные масла, собранные после разлива нефтяные компоненты, некондиционное дизельное топливо, мазут, керосин или тяжелый бензин. Водосодержащий и углеводородный компоненты реструктурируют и подогревают за счет использования тепла, полученного на последующих стадиях гомогенизации. При необходимости дополнительно вводят поверхностно-активные вещества.The specified technical result is achieved in that the method of producing a composite emulsion of fuel from oil residues and hydrocarbon components involves heating the water-containing and carbon components, purification from mechanical impurities, followed by mixing in a turbulent mode so that the water-containing and hydrocarbon components are distributed with a uniformity factor of at least 0.5, while the temperature of mixing the water-containing component and the hydrocarbon component differs from each other by 25 ° C, p It follows that the mixed product is subjected to homogenisation in a mechanical rotor disperser to a maximum particle size of the dispersed phase does not exceed 40 microns with an average size of 1-8 microns. The total content of the water-containing component in the fuel is in the range of 50-60%. It is advisable that, as a water-containing component, the use of oil-contaminated water, energy-bearing water effluents, spent coolant, industrial water, and equalize the viscosity of the components used in the first stage before mixing. As the hydrocarbon component, used oils, oil components collected after the spill, substandard diesel fuel, fuel oil, kerosene or heavy gasoline are used. The water-containing and hydrocarbon components are restructured and heated through the use of heat obtained in the subsequent stages of homogenization. If necessary, surfactants are additionally administered.
В способе получения водотопливных эмульсий смешение производят в зазоре между статором и вращающимся ротором при значениях градиентов скорости (2,3-÷6,9)*105 мм/(с*мм).In the method for producing water-fuel emulsions, mixing is performed in the gap between the stator and the rotating rotor at values of the velocity gradients (2.3- ÷ 6.9) * 10 5 mm / (s * mm).
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана технологическая схема процесса приготовления водотопливной эмульсии; на фиг. 2 - осевой разрез динамического кавитационного устройства вместе с реструктуризаторами водосодержащего и углеводородного компонентов.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a flow chart of a process for preparing a water-fuel emulsion; in FIG. 2 is an axial section through a dynamic cavitation device together with restructuring agents of water-containing and hydrocarbon components.
С целью стабилизации во времени получаемой эмульсии производят предварительную реструктуризацию водосодержащего и углеводородных компонентов раздельно с последующим их смешиванием. Затем перед первой ступенью гомогенезации смешенных компонентов с целью стабилизации во времени вводят в водоуглеводородную эмульсию эмульгатор (например, олеат натрия или нефтетенол). При этом смешение и гомогенизация осуществляется с использованием способа микровихревого измельчения в гидродинамическом устройстве.In order to stabilize the resulting emulsion over time, preliminary restructuring of the water-containing and hydrocarbon components is carried out separately, followed by their mixing. Then, before the first stage of homogenization of the mixed components, an emulsifier (for example, sodium oleate or nefetenol) is introduced into the water-hydrocarbon emulsion to stabilize the mixed components. In this case, mixing and homogenization is carried out using the micro-vortex grinding method in a hydrodynamic device.
Для реализации способа микровихревого измельчения в вязкой среде в микровихревых гидродинамических структурах необходимо генерировать микровихри, что реализуется в пограничном слое при перемешивание вязкой жидкой среды относительно твердой (стальной) поверхности и в результате перемешивания вязкой среды относительно самой себя. При этом выполняется условие не только существования микровихрей, но и условия, при которых, с одной стороны, углеводородная составляющая водоуглеводородных эмульсий переходит в жидкое состояние, а с другой стороны, вода (водосодержащий компонент) не переходит в газообразное состояние. Таким условием соответствует суммарный температурный диапазон от 40 до 80°С. Для выполнения условий возникновения и осуществления микровихрей в период деструкции молекулярных объединений в воде и углеводородных составляющих в зоне гомогенизации поддерживается давление от 0,5 кг/см2 до 10 кг/см2. Это необходимо для предотвращения кавитационных процессов, разрушающих микровихревые структуры и препятствующих молекулярной деструкции и гомогенизации.To implement the method of microvortex grinding in a viscous medium in microvortex hydrodynamic structures, it is necessary to generate microvortices, which is realized in the boundary layer when mixing a viscous liquid medium with respect to a solid (steel) surface and as a result of mixing the viscous medium with respect to itself. In this case, the condition not only of the existence of microvortices is satisfied, but also the conditions under which, on the one hand, the hydrocarbon component of the water-hydrocarbon emulsions transforms into a liquid state, and on the other hand, water (the water-containing component) does not transform into a gaseous state. The total temperature range from 40 to 80 ° C corresponds to this condition. To fulfill the conditions of occurrence and implementation of microvortices during the period of destruction of molecular associations in water and hydrocarbon components, a pressure of 0.5 kg / cm 2 to 10 kg / cm 2 is maintained in the homogenization zone. This is necessary to prevent cavitation processes that destroy microvortex structures and interfere with molecular destruction and homogenization.
Для получения стабильных технологических характеристик в процессе гомогенизации, скорость перемешивания вязкой жидкой среды относительно твердой поверхности варьировалась от 10 м/с до 400 м/с. А скорость относительного перемешивания вязкой жидкой среды относительно самой себя варьировалось от 10 м/с до 1200 м/с.To obtain stable technological characteristics during homogenization, the mixing speed of a viscous liquid medium relative to a solid surface was varied from 10 m / s to 400 m / s. And the speed of relative mixing of a viscous liquid medium relative to itself varied from 10 m / s to 1200 m / s.
Для стабилизации процесса гомогенизации все исходные компоненты водоуглеводородных эмульсий использовались в одном агрегатном состоянии и равной вязкости.To stabilize the homogenization process, all the initial components of water-hydrocarbon emulsions were used in the same state of aggregation and equal viscosity.
С целью получения установок, способных работать в полевых условиях, при сборе разливов нефти, оборудование для получения мелкодисперсных водоуглеводородных смесей можно устанавливать на универсальные транспортные платформы.In order to obtain installations capable of working in the field when collecting oil spills, equipment for producing finely dispersed water-hydrocarbon mixtures can be installed on universal transport platforms.
Для максимально эффективного получения однородной и стабильной по показателям и во времени смеси необходима постадийная обработка смешиваемых компонентов (вода и углеводороды).For the most efficient production of a homogeneous and stable mixture in terms of performance and time, stepwise processing of the components to be mixed (water and hydrocarbons) is necessary.
Для создания раствора «вода-углеводороды» (не эмульсии, а именно раствора) первым необходимым этапом является создание начальных условий для включения в работу смешиваемых жидкостей. Первое - выравнивание вязкости. Для этого углеводороды необходимо нагреть до значительного уменьшения вязкости, температуру водосодержащего компонента доводят до 40°С, а углеводородного компонента до 65°С. То есть необходимо сбалансировать вязкость смешиваемых компонентов для достижения близких по значению величин.To create a water-hydrocarbon solution (not an emulsion, but a solution), the first necessary step is to create the initial conditions for inclusion in the work of mixed liquids. The first is viscosity equalization. For this, hydrocarbons must be heated to a significant decrease in viscosity, the temperature of the water-containing component is brought to 40 ° C, and the hydrocarbon component to 65 ° C. That is, it is necessary to balance the viscosity of the mixed components to achieve similar values.
Дальнейшая работа с жидкостями требует подходов и механизмов, разработанных в «механохимии жидкостей» или «сонохимии» (механохиимия - раздел химии, изучающий изменение свойств веществ и их смесей, а также физико-химические превращения при механических воздействиях (в мельницах, дезинтеграторах, на вальцах, экструдерах и т.п.), при деформировании, трении, ударном сжатии).Further work with liquids requires approaches and mechanisms developed in the "mechanochemistry of liquids" or "sonochemistry" (mechanochemistry is a section of chemistry that studies the change in the properties of substances and their mixtures, as well as physicochemical transformations during mechanical stresses (in mills, disintegrators, rollers , extruders, etc.), during deformation, friction, shock compression).
Обработка жидкости может осуществляться в механических кавитационных аппаратах - гомогенезатор, называемых «смеситель-диспергатор», на рынке они представлены большим набором различных вариантов.Liquid processing can be carried out in mechanical cavitation devices - a homogenizer, called a “mixer-dispersant”, they are represented on the market by a large set of different options.
Самый главный смысл этой обработки - посредством активного механического воздействия на жидкости разбить длинные полимерные цепочки углеводородов на короткие цепочки и радикалы.The main point of this treatment is to break long polymer chains of hydrocarbons into short chains and radicals by means of active mechanical action on liquids.
Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении ее скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырек схлопывается, излучая при этом ударную волну.Cavitation occurs as a result of a local decrease in pressure in the liquid, which can occur either with an increase in its velocity (hydrodynamic cavitation), or with the passage of a high-intensity acoustic wave during the rarefaction half-cycle (acoustic cavitation), and there are other reasons for the effect to occur. Moving with the flow to a region with a higher pressure or during a half-compression period, the cavitation bubble collapses, emitting a shock wave.
Жидкая вода, согласно многочисленным исследованиям и публикациям, рассматривается как квазиполимер. Так называемые «кластеры» воды достигают достаточно больших размеров и связывают водородные и ковалентные связи молекул воды, образуя некое подобие жидкого кристалла. Подобное связывание снижает активность и реакционность воды.Liquid water, according to numerous studies and publications, is considered as a quasi-polymer. The so-called "clusters" of water reach a sufficiently large size and bind hydrogen and covalent bonds of water molecules, forming a kind of liquid crystal. Such binding reduces the activity and reactivity of water.
Дробление и обработка воды в механических «активаторах» позволяет не только уменьшить размер «полимер-кластера» (сопряженного по размерам с короткими полимерными цепочками «активированного» углеводорода), но и образовать активные водородные ковалентные связи, что в свою очередь создает «активность» воды.The crushing and treatment of water in mechanical “activators” allows not only to reduce the size of the “polymer cluster” (conjugated by size with short polymer chains of the “activated” hydrocarbon), but also to form active hydrogen covalent bonds, which in turn creates the “activity” of water .
В результате подготовки жидкостей происходит:As a result of the preparation of liquids,
- уравнивание вязкостей;- equalization of viscosities;
- создание соразмерных полимерных цепочек;- the creation of proportionate polymer chains;
- создание свободных (активных) радикалов в углеводородной жидкости;- the creation of free (active) radicals in a hydrocarbon liquid;
- создание свободных водородных и ковалентных связей в коротких полимерных кластерах воды.- creation of free hydrogen and covalent bonds in short polymer water clusters.
Показатель готовности жидкости к смешиванию: увеличенный градиент раздельного повышения температуры воды и углеводорода, как следствие разрыв связей и образование качественного состояния жидкостей.Indicator of liquid readiness for mixing: increased gradient of a separate increase in the temperature of water and hydrocarbon, as a result of breaking bonds and the formation of a qualitative state of liquids.
Смешивание подготовленных и активированных жидкостей с последующей передачей их на ступени динамического гомогенизатора и последующим переходом через ультразвуковой генератор.Mixing prepared and activated liquids with their subsequent transfer to the stages of a dynamic homogenizer and subsequent transition through an ultrasonic generator.
Динамическое кавитационное устройство для эмульгирования жидких подогретых смесей, включающих углеводородные (УВ) смеси, добавки, присадки и водосодержащий компонент, может представлять собой корпус в виде перевернутого гриба, выполненный из высококачественной стали. Входные патрубки, оснащенные электромагнитными временными клапанами, ориентированы таким образом, чтобы реструктурированные компоненты поступали на центральную часть роторно-конусной вихревой разгонной шестерни, обеспечивающей равномерное перемешивание реструктурированных водосодержащего и углеводородного компонентов, одновременно создающей осевое избыточное давление на ниже расположенные конструктивные элементы гомогенизатора. Разгонная шестерня, расположенная на роторе гомогенизатора, приводится во вращение от электродвигателя через соединительную муфту.The dynamic cavitation device for emulsification of liquid heated mixtures, including hydrocarbon (HC) mixtures, additives, additives and a water-containing component, can be an inverted mushroom body made of stainless steel. The inlet nozzles equipped with electromagnetic temporary valves are oriented so that the restructured components enter the central part of the rotor-cone vortex accelerating gear providing uniform mixing of the restructured water-containing and hydrocarbon components, while simultaneously creating axial overpressure on the lower located homogenizer structural elements. The accelerating gear located on the rotor of the homogenizer is driven by an electric motor through a coupling.
Водосодержащий и углеводородный компоненты, поступившие на разгонную шестерню, предварительно прошли реструктуризацию в устройствах (насосах, аналогичных друг другу по конструкции), имеющих корпус со статорными лопатками. Внутри корпуса на подшипниках размещены роторы с лопатками, приводимые во вращение от электродвигателей. Водосодержащий компонент, проходящий реструктурированную обработку рециркулируется из бака в насос и обратно в течение 10 минут и нагревается до 40°С. Углеводородный компонент при аналогичной рециркуляции реструктуризируется в течение 5 минут и нагревается до температуры 65°С. В течение времени реструктуризации электромагнитные клапаны смесительной камеры закрыты. По окончании процесса реструктуризации электромагнитные клапаны открываются и водосодержащий и углеводородный компоненты по трубопроводам поступают на разгонную шестерню.The water-containing and hydrocarbon components that entered the accelerating gear have previously been restructured in devices (pumps similar to each other in design) that have a housing with stator vanes. In the housing on the bearings rotors with blades are placed, driven in rotation by electric motors. The water-containing component undergoing a restructured treatment is recycled from the tank to the pump and back for 10 minutes and heated to 40 ° C. The hydrocarbon component with similar recirculation is restructured for 5 minutes and heated to a temperature of 65 ° C. During the restructuring time, the solenoid valves of the mixing chamber are closed. At the end of the restructuring process, the solenoid valves open and the water-containing and hydrocarbon components are piped to the accelerating gear.
Вращательно-поступательное движение смешанного продукта направлено сверху вниз, а при дальнейшем движении смешанный продукт - жидкая смесь поступает на статорную конусную направляющую тарелку, где собирается в центральной части около ротора гомогенизатора и попадает на роторную пропеллерную крыльчатку, создающую дополнительное давление для продвижения смеси на статорные и динамические решетки первой ступени гомогенизатора. Сложное движение жидкости через кавитационные секции осуществляется по кольцевой полости, что способствует максимальной гомогенизации получаемой топливной смеси. При продвижении через статорную и динамическую многодырчатые решетки, имеющие отверстия, происходит динамический разгон и дробление молекул воды и углеводорода, т.е. происходит «разрезание» молекул смеси между статорными и динамическими решетками, что приводит к первичной (первая секция) гомогенизации смеси.The rotational-translational movement of the mixed product is directed from top to bottom, and with further movement of the mixed product - the liquid mixture enters the stator cone guide plate, where it is collected in the central part near the homogenizer rotor and gets on the rotor propeller impeller, which creates additional pressure to move the mixture to the stator and dynamic lattices of the first stage of the homogenizer. The complex movement of fluid through the cavitation sections is carried out along the annular cavity, which contributes to the maximum homogenization of the resulting fuel mixture. When moving through the stator and dynamic multi-hole lattices having openings, dynamic acceleration and fragmentation of water and hydrocarbon molecules occurs, i.e. there is a “cutting” of the mixture molecules between the stator and dynamic gratings, which leads to the primary (first section) homogenization of the mixture.
После первой секции жидкая смесь поступает на статорную конусную направляющую тарелку сбора гомогенизированной жидкости, где на ней одновременно происходит схлопывание кавитационных пузырей.After the first section, the liquid mixture enters the stator cone guide plate for collecting homogenized liquid, where it simultaneously collapses cavitation bubbles.
Собранная в центральной части ротора жидкая смесь проталкивается теперь вначале на динамическую решетку второй секции, где повторяется процесс разгона и гомогенизации смеси на 2-ступенчатых решетках.The liquid mixture collected in the central part of the rotor is now first pushed onto the dynamic lattice of the second section, where the process of acceleration and homogenization of the mixture on 2-stage lattices is repeated.
После второй секции процесс сбора и схлопывания кавитационных пузырей повторяется на конусной направляющей тарелке.After the second section, the process of collecting and collapsing cavitation bubbles is repeated on a conical guide plate.
Третья заключительная стадия гомогенизации жидкой смеси осуществляется на финишной 2-ступенчатой секции с выходом после статорной решетки на центрифугу, где происходит максимальный разгон гомогенизированной жидкости на центрифуге, вращающейся вместе с ротором 3000 об/мин. В результате жидкость ударяется о стенки нижней камеры гомогенизатора, где происходит финишная операция получения высококачественной топочной жидкости.The third final stage of homogenization of the liquid mixture is carried out at the finish 2-stage section with the exit of the centrifuge after the stator grating, where the homogenized liquid is maximally accelerated in the centrifuge rotating together with a rotor of 3000 rpm. As a result, the liquid hits the walls of the lower chamber of the homogenizer, where the final operation of obtaining high-quality combustion fluid takes place.
Готовая топочная жидкость собирается в нижней полости гомогенизатора, где происходит ее полная дегазация и затем через магнитный временной клапан она проталкивается через двойной ультразвуковой генератор с последующим транспортированием в накопительную емкость.The finished fuel fluid is collected in the lower cavity of the homogenizer, where it is completely degassed and then pushed through a magnetic temporary valve through a double ultrasonic generator with subsequent transportation to a storage tank.
Для получения высококачественной водотопливной эмульсии, включающей использование нефтяных отходов (отработанных масел), мазута, воды, дополнительных целевого назначения добавок, смешение в гомогенизаторе обеспечивает начальную обработку в реструктуризаторах, затем эмульгирование на разгонной шестерне, что обеспечивает начальную обработку смешиваемых жидкостей и окончательную последовательную трехсекционную гомогенизацию жидкостей, осуществляемую в гидродинамическом устройстве, состоящем из набора стальных кавитационных решеток.To obtain a high-quality water-fuel emulsion, including the use of petroleum waste (used oils), fuel oil, water, and additional intended use of additives, mixing in a homogenizer provides initial processing in restructuring machines, then emulsification on an accelerating gear, which provides initial processing of mixed liquids and final sequential three-section homogenization liquids carried out in a hydrodynamic device consisting of a set of steel cavitation sieves OK.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает многостадийную последовательную кавитационную обработку смеси при использовании высокоэффективных гидродинамических секций устройства. Первичная обработка водосодержащего компонента и отфильтрованных углеводородов осуществляется в реструктуризаторах с нагревом воды до 40°С, жидких углеводородов до 65°С. Смешение подготовленных компонентов и добавок осуществляется на разгонной шестерне, обеспечивающей первичное давление для продвижения смешанного продукта (смеси) через конусную тарелку на роторную крыльчатку пропеллерного типа, которая обеспечивает осевое давление смеси на первую и последующие ступени в 3-секционном гомогенизаторе. Такая гомогенизация получаемой смеси происходит в первой и последующих секциях смесительного устройства, которое имеет ротор с динамическими и статическими решетками. После прохождения смеси через первую секцию получают первичную тонкую гомогенизацию эмульсии. На первой межсекционной конической тарелке происходит «отдых» гомогенной эмульсии с одновременным схлопыванием кавитационных пузырьков. Тонкая гомогенизация эмульсии выполняется многократно при поступательном продвижении в кавитационных секциях, каждая из которых имеет роторы и статоры, при этом ротор с решетками играет роль кавитационного насоса. В результате максимальный размер частиц дисперсной фазы не превышает 40 мкм при среднем размере 1-8 мкм. Проводимая кавитационная обработка производит не только тонкое диспергирование и гомогенизацию компонентов жидкой среды, но и оптимизирует обработку и интенсифицирует химические процессы, приводящие к активации частиц топлива, влияющей на его более длительную стабилизацию.Thus, the proposed method provides a multi-stage sequential cavitation treatment of the mixture using highly efficient hydrodynamic sections of the device. The primary processing of the water-containing component and filtered hydrocarbons is carried out in restructuring machines with heating of water to 40 ° C, liquid hydrocarbons to 65 ° C. Mixing the prepared components and additives is carried out on an accelerating gear providing primary pressure for moving the mixed product (mixture) through a conical plate onto the rotor impeller of the propeller type, which provides axial pressure of the mixture to the first and subsequent stages in a 3-section homogenizer. Such homogenization of the resulting mixture occurs in the first and subsequent sections of the mixing device, which has a rotor with dynamic and static lattices. After passing the mixture through the first section, primary thin homogenization of the emulsion is obtained. On the first intersectional conical plate, a “rest” of the homogeneous emulsion takes place with the simultaneous collapse of cavitation bubbles. Thin homogenization of the emulsion is performed repeatedly during progressive advancement in cavitation sections, each of which has rotors and stators, while the rotor with gratings plays the role of a cavitation pump. As a result, the maximum particle size of the dispersed phase does not exceed 40 microns with an average size of 1-8 microns. The cavitation treatment carried out not only finely disperses and homogenizes the components of the liquid medium, but also optimizes the treatment and intensifies the chemical processes leading to the activation of fuel particles, affecting its longer stabilization.
Введение дополнительных добавок и присадок целевого назначения при эмульгировании смеси и последующей обработки в многосекционном гидродинамическом кавитаторе, каждая секция которого имеет статоры и роторы, обеспечивающие более тонкую гомогенизацию, позволяет получать нанокомпозитную эмульсию с повышенным содержанием кислорода и степенью стабилизации, устойчивые к действию отрицательных температур и с другими ценными свойствами, при этом имеется возможность использования тепла получаемой горячей смеси для подогрева исходных компонентов - воды и углеводорода.The introduction of additional additives and additives for the purpose of emulsification of the mixture and subsequent processing in a multi-section hydrodynamic cavitator, each section of which has stators and rotors that provide finer homogenization, allows one to obtain a nanocomposite emulsion with a high oxygen content and degree of stabilization, resistant to negative temperatures and with other valuable properties, while it is possible to use the heat of the resulting hot mixture to heat the original com Ponents - water and hydrocarbon.
На разгонной шестерне происходит смешение поступающих из трубопроводов компонентов, где им придается вращательное и поступательное движения, а роторная крыльчатка пропеллерного типа поток турбулизированной смеси под давлением проталкивает в гомогенизирующие секции. В ступенях секций за счет вращения стальных роторных решеток относительно статорных происходит сечение молекул смеси, их гомогенизация с одновременным появлением кавитационных пузырьков, которые схлапываются на промежуточных конических тарелках. Финишная операция в подготовке высокосортного топлива происходит при соударении гомогенной смеси о стенку нижней камеры гомогенизатора, которому способствует центрифуга. В нижней камере гомогенизатора смесь проходит дегазацию и последующую ультразвуковую обработку с целью стабилизации ее и создания низкотемпературной устойчивости (до -70°С).On the accelerating gear, the components coming from the pipelines are mixed, where they are given rotational and translational motion, and the rotor impeller of the propeller type is forced to flow the turbulent mixture under pressure into the homogenizing sections. In the steps of the sections, due to the rotation of the steel rotor lattices relative to the stator ones, the cross-section of the mixture molecules occurs, they are homogenized with the simultaneous appearance of cavitation bubbles that collapse on the intermediate conical plates. The final operation in the preparation of high-grade fuel occurs when a homogeneous mixture collides with the wall of the lower chamber of the homogenizer, which is facilitated by a centrifuge. In the lower chamber of the homogenizer, the mixture undergoes degassing and subsequent ultrasonic treatment in order to stabilize it and create low-temperature stability (to -70 ° C).
В результате полученный продукт обладает следующими новыми качествами: пожаробезопасность (температура воспламенения гораздо выше температуры воспламенения существующих топлив); положительная экологическая составляющая: полное сгорание, минимальные расход воздуха для окисления топлива, в связи с увеличенным количеством активного кислорода в новом топливе; переработка отходов и утилизация нового продукта возможна в местах размещения отходов; возможность использования топлива на территории Северных широт в зимнее время года.As a result, the resulting product has the following new qualities: fire safety (ignition temperature is much higher than the ignition temperature of existing fuels); positive environmental component: complete combustion, minimal air consumption for fuel oxidation, due to the increased amount of active oxygen in the new fuel; waste recycling and disposal of a new product is possible at the waste disposal sites; the possibility of using fuel in the Northern latitudes in the winter season.
Для приготовления топочной жидкости можно применить технологическую схему и оборудование, представленное на (фиг. 1, 2), где электродвигатель 1 приводит в действие реструктуризатор 2 водосодержащего компонента, из которого оборотная вода по трубопроводу 3 перекачивается в бак 4, а из бака 4 по трубопроводу 5 в реструктуризатор, т.е. первично реструктурированная вода повторно поступает в реструктуризатор 2. По мере получения сверхтекучего состояния до температуры 40°С водосодержащий компонент по трубопроводу 6 через открытый временной клапан 7 поступает в смесительную камеру 29 гомогенизатора 18. Параллельно в работе находится электродвигатель 8, приводящий в действие реструктуризатор 9 углеводородного компонента, который по трубопроводу 10 сливается в бак 11, а из него по трубопроводу 12 повторно углеводородный компонент обрабатывается в рестуктуризаторе 9 до достижения температуры 65°С. По мере готовности углеводородный компонент по трубопроводу 13 через открытый временной клапан 14 поступает в смесительную камеру 29 гомогенизатора 18. При поступлении компонентов вода-углеводород в смесительную камеру 29 из бака 15 по трубопроводу 16 в камеру смешения вводится поверхностно-активное вещество (ПАВ). Электродвигатель 17 приводит в действие гомогенизатор 18. Из гомогенизатора 18 готовая топливная смесь по трубопроводу 19 прокачивается через ультразвуковой генератор 20, например 2-ступенчатый, и по трубопроводу 21 сливается в накопительную емкость 22.To prepare the fuel fluid, you can apply the technological scheme and equipment shown in (Fig. 1, 2), where the electric motor 1 drives the
Электродвигатель 17 (фиг. 2), расположенный в верхней части гомогенизатора 18, через разделительную муфту 23 приводит во вращение ротор 41 гидродинамического гомогенизатора 18 совместно с динамическими решетками, разгонной роторной шестерней и роторной крыльчаткой пропеллерного типа. В смесительную камеру 29 через временные клапаны 7 и 14 соответственно поступают реструктурированные водосодержащий и углеводородный комопоненты. Реструктуризатор 2 имеет статорные 25 и роторные 24 лопатки, реструктуризатор 9 имеет статорные 26 и роторные 27 лопатки. Из бака 15 при необходимости одновременно через трубопровод 16 в смесительную камеру 29 поступают ПАВы, например аниогенные поверхностно-активные вещества.The electric motor 17 (Fig. 2) located in the upper part of the
При вращении ротора 41 совместно с разгонно-роторной шестерней 28 происходит активное перемешивание введенных компонентов с первичным появлением кавитационных пузырей, полученных в результате соударения вводимых жидкостей и со стенкой корпуса гомогенизатора 18. Одновременно с этим разгонно-роторная шестерня 28 создает первичное повышенное осевое давление на гомогенизирующуюся смесь, которая поступает на статорную направляющуюся конусную тарелку 30, на которой происходит схлопывание кавитационных пузырей и концентрация смеси в центральной части около ротора 41 гомогенизатора 18. Из центральной части смесь подхватывается лопастями роторной крыльчатки 31 пропеллерного типа и по осевому и центробежному направлению с избыточным давлением проталкивает смесь на статорные 32, роторные 33 решетки, где осуществляется гомогенизация смеси, а в результате гидродинамического воздействия в смеси снова образуются кавитационные пузырьки, которые схлапываются на конусной статорной направляющей тарелке 34. Описанная первая ступень при взаимодействии смеси с роторными 33 и статорными 32 многодырчатыми решетками позволяет при рассечении молекул получать гомогенную смесь достаточно высокого качества, а для получения нанокомпозитной многокомпонентной смеси необходимо еще дважды повторить описанные операции во 2-й и 3-й аналогичных секциях. После прохождения смеси через направляющую конусную тарелку 34 первой секции она поступает вначале на роторную динамическую решетку 35, где получает дополнительную энергию для осуществления осевого и центробежного движения и при взаимодействии со статорными решетками 36. Повышается качество гомогенизации и снова в смеси образовываются кавитационные пузырьки, которые схлапываются на конусной статорно направляющей тарелке 37. После прохождения второй секции высокогомогенная смесь поступает на динамические 38 и статорные 39 кавитационные решетки. После получения дополнительной энергии гомогенная смесь поступает на центрифугу 40, опирающуюся вместе с роторным валом на опорноупорный подшипник 42 и вращающуюся со скоростью 3000 об/мин. Под действием центробежных сил происходит соударение гомогенной смеси со стенками нижней части гомогенизатора 18, где она получает дополнительное смешивание. В нижней опорной части корпуса гомогенизатора 18 имеется полость 43, служащая дегазатором полученной топочной жидкости. Для получения высокачественной и для долговременного хранения гомогенизированной смеси ее через клапан 19 и трубопровод 21 пропускают через ультразвуковое устройство 20 и затем через трубопровод 21 перекачивают в накопительную емкость 22.When the
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет производить ценные топливные смеси высокого качества из дешевого исходного сырья (продукта), обеспечить достижение условий сгорания этой жидкости с максимальным экологическим эффектом: в продуктах сгорания остается вода и углекислый газ и минимизируются выбросы, связанные с токсическими соединениями серы и оксидов азота.Thus, the claimed technical solution allows the production of valuable fuel mixtures of high quality from cheap feedstock (product), to ensure that the combustion conditions of this liquid are achieved with the maximum environmental effect: water and carbon dioxide remain in the combustion products and emissions associated with toxic sulfur compounds are minimized and nitrogen oxides.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016119879A RU2620606C1 (en) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | Method of obtaining composite fuel emulsion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016119879A RU2620606C1 (en) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | Method of obtaining composite fuel emulsion |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2620606C1 true RU2620606C1 (en) | 2017-05-29 |
Family
ID=59031843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016119879A RU2620606C1 (en) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | Method of obtaining composite fuel emulsion |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2620606C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1979000211A1 (en) * | 1977-10-14 | 1979-04-19 | Entoleter | Combustion fuel emulsion |
| FR2576907A1 (en) * | 1985-01-31 | 1986-08-08 | Gradient | Reduced-viscosity composition based on residues from the distillation of oil and process for preparing it |
| RU2205203C1 (en) * | 2002-04-18 | 2003-05-27 | Негосударственный фонд "Институт промышленной политики" | Fuel composition production method |
| EA013093B1 (en) * | 2009-02-10 | 2010-02-26 | Товарищество С Ограниченной Ответственностью "Эко Газ Ойл Групп" | Method for producing water-fuel emulsion and composite multi-component fuel |
| RU2489202C1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-08-10 | Владимир Иванович Клешканов | Fine emulsion based on water and water-soluble substances and method of its production |
-
2016
- 2016-05-23 RU RU2016119879A patent/RU2620606C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1979000211A1 (en) * | 1977-10-14 | 1979-04-19 | Entoleter | Combustion fuel emulsion |
| FR2576907A1 (en) * | 1985-01-31 | 1986-08-08 | Gradient | Reduced-viscosity composition based on residues from the distillation of oil and process for preparing it |
| RU2205203C1 (en) * | 2002-04-18 | 2003-05-27 | Негосударственный фонд "Институт промышленной политики" | Fuel composition production method |
| EA013093B1 (en) * | 2009-02-10 | 2010-02-26 | Товарищество С Ограниченной Ответственностью "Эко Газ Ойл Групп" | Method for producing water-fuel emulsion and composite multi-component fuel |
| RU2489202C1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-08-10 | Владимир Иванович Клешканов | Fine emulsion based on water and water-soluble substances and method of its production |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Debnath et al. | A comprehensive review on the application of emulsions as an alternative fuel for diesel engines | |
| US8381701B2 (en) | Bio-diesel fuel engine system and bio-diesel fuel engine operating method | |
| CN109821435B (en) | Hydrodynamic cavitation device for preparing blending lubricating oil through oil-water mixing | |
| KR100896999B1 (en) | Heavy fuel oil inline blending machine utilizing automatic ratio controller with motor driven back wash filtering homogenizer | |
| US20230203393A1 (en) | Process for Producing Clean Coal Using Chemical Pre-Treatment and High Shear Reactor | |
| RU2202406C2 (en) | Method of preparation of water-and-fuel emulsion, static cavitation unit for emulsification and hydrodynamic multi-section cavitation unit for homogenization of emulsion | |
| JP2016534275A (en) | Apparatus and method for reducing the amount of pollutant content in the exhaust gas of a liquid fuel combustion engine | |
| US5989436A (en) | Method and device for dehydrating heavy oils | |
| RU2620606C1 (en) | Method of obtaining composite fuel emulsion | |
| RU2689493C1 (en) | Device for homogenizing heavy fuel hydrodynamic treatment for marine diesels | |
| RU2196902C1 (en) | Method of and plant for processing of diesel fuel | |
| WO2000029518A1 (en) | Water/oil mixed fuel and process for producing the same | |
| CN113631690B (en) | Method for producing improved diesel fuel | |
| RU2726488C2 (en) | Hydro-stabilized fuel, method of production thereof and heat-exchanger reactor | |
| Mondal et al. | Combustion and performance characteristics of a diesel engine using emulsified diesel prepared by ultrasonicator | |
| CN103740420B (en) | Water-oil ultrasonic treatment method and device thereof | |
| RU2613957C1 (en) | Device for preparing firing liquid | |
| GB2487602A (en) | Diesel-water emulsions for improved engine operation | |
| Dluska et al. | Simple and Multiple Water Fuel Emulsions Preparation in Helical Flow. | |
| US20110194374A1 (en) | Stirring, emulsifying and small molecule clustering apparatus for producing oil-water fuel | |
| RU2245898C1 (en) | Water-fuel emulsion manufacture process | |
| CN112915837A (en) | Chemical oil emulsification equipment | |
| RU2489202C1 (en) | Fine emulsion based on water and water-soluble substances and method of its production | |
| JP4564256B2 (en) | Hydrous petroleum fuel and method for producing the same | |
| GB2618155A (en) | Mixer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190524 |