RU2726488C2 - Hydro-stabilized fuel, method of production thereof and heat-exchanger reactor - Google Patents

Hydro-stabilized fuel, method of production thereof and heat-exchanger reactor Download PDF

Info

Publication number
RU2726488C2
RU2726488C2 RU2018139798A RU2018139798A RU2726488C2 RU 2726488 C2 RU2726488 C2 RU 2726488C2 RU 2018139798 A RU2018139798 A RU 2018139798A RU 2018139798 A RU2018139798 A RU 2018139798A RU 2726488 C2 RU2726488 C2 RU 2726488C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vortex
flow
mixture
fuel
water
Prior art date
Application number
RU2018139798A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018139798A3 (en
RU2018139798A (en
Inventor
Игорь Викторович Доронин
Original Assignee
Талатай Василий Алексеевич
Ширинян Юрий Хоренович
Игорь Викторович Доронин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Талатай Василий Алексеевич, Ширинян Юрий Хоренович, Игорь Викторович Доронин filed Critical Талатай Василий Алексеевич
Priority to RU2018139798A priority Critical patent/RU2726488C2/en
Priority to PCT/RU2019/000806 priority patent/WO2020101535A1/en
Publication of RU2018139798A3 publication Critical patent/RU2018139798A3/ru
Publication of RU2018139798A publication Critical patent/RU2018139798A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2726488C2 publication Critical patent/RU2726488C2/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • 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
    • 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

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: invention describes a method for producing hydrostabilized fuel, which consists in feeding a mixture of heavy oil products with water into a heat-exchange reactor in form of at least two spatially separated streams under pressure higher than atmospheric pressure; providing vortexing of all said flows in one direction; pushing all swirling flows into common flow with simultaneous vacuum, thereby hydrodynamic cavitation of said mixture; accelerating the total flow to provide pressure below atmospheric pressure. Also described is a heat-exchange reactor for producing hydro-stabilized fuel.EFFECT: technical result is wider range of means, specifically in obtaining hydrostabilized fuel.5 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Группа изобретений относится гидростабизированному топливу, а также к способу его получения и к теплоэнергообменному реактору для осуществления этого способа.The group of inventions relates to hydrostabilized fuel, as well as to a method for its production and to a heat and energy exchange reactor for implementing this method.

Уровень техникиState of the art

В настоящее время весьма актуальны задачи энергосбережения и экологической безопасности при работе энергетических топливных установок. Одним из современных направлений для решения этих задач является применение топливных эмульсий типа вода - мазут, вода - дизельное топливо или вода - бензин.At present, the tasks of energy conservation and environmental safety during the operation of power fuel plants are very relevant. One of the modern directions for solving these problems is the use of fuel emulsions such as water - fuel oil, water - diesel fuel or water - gasoline.

Проведенными во многих странах исследованиями выявлена возможность повышения полноты сгорания и снижения содержания токсичных компонентов (окислов азота и серы, углерода, коксовых остатков и др.) в выхлопных газах за счет смешения в определенном соотношении воды и углеводородного горючего. Например, в патенте РФ №2120471 (опубл. 20.10.1998) получают смесь диспергированной воды с мазутом, а в патенте РФ №2304162 (опубл. 10.08.2007) такую смесь дополняют воздушными пузырьками, что дает основание именовать ее гидростабилизированной горючей смесью.Studies carried out in many countries have revealed the possibility of increasing the completeness of combustion and reducing the content of toxic components (nitrogen and sulfur oxides, carbon, coke residues, etc.) in the exhaust gases by mixing water and hydrocarbon fuel in a certain ratio. For example, in RF patent No. 2120471 (publ. 20.10.1998) a mixture of dispersed water with fuel oil is obtained, and in RF patent No. 2304162 (publ. 10.08.2007) such a mixture is supplemented with air bubbles, which gives reason to call it a hydrostabilized combustible mixture.

Получают водотопливные смеси различными способами, но чаще всего с помощью кавитационных устройств. Так, в патенте РФ №2221633 (опубл. 20.01.2004), как и в заявке Японии №2002-308603 (опубл. 23.10.2002) описан ультразвуковой диспергатор на основе пьезопреобразователя.Water-fuel mixtures are obtained in various ways, but most often with the help of cavitation devices. So, in the patent of the Russian Federation No. 2221633 (publ. 20.01.2004), as in the application of Japan No. 2002-308603 (publ. 23.10.2002), an ultrasonic disperser based on a piezoelectric transducer is described.

Такие устройства сложны как по конструкции - из-за наличия пьезопреобразователя, так и в эксплуатации, поскольку требуют точного подбора частоты ультразвуковых колебаний в зависимости от конкретного состава углеводородного топлива.Such devices are complex both in design - due to the presence of a piezoelectric transducer, and in operation, since they require an accurate selection of the frequency of ultrasonic vibrations depending on the specific composition of the hydrocarbon fuel.

В патенте ЕАПВ №013093 (опубл. 26.02.2010), выданном на основе международной заявки WO 2010/093228 (опубл. 19.08.2010), перед кавитацией разогнанной до большой скорости смеси, выполняемой с помощью решеток, исходную смесь с содержанием воды до 50% нагревают. Однако в данном документе не раскрыты подробности осуществления кавитации.In the EAPO patent No. 013093 (published on February 26, 2010), issued on the basis of the international application WO 2010/093228 (published on August 19, 2010), before cavitation of the mixture accelerated to high speed, performed using gratings, the initial mixture with a water content of up to 50 % is heated. However, this document does not disclose the details of the implementation of cavitation.

Патент РФ №2340656 (опубл. 10.12.2008) выдан на способ получения нанодисперсной водотопливной эмульсии и устройство для его осуществления, содержащее статор и ротор, в которых сделаны отверстия разных размеров, образующих при вращении ротора попеременно узкие и широкие каналы, что и создает кавитацию. В развитие этой идеи в патенте РФ №2594425 (опубл. 20.08.2016) раскрыто устройство, содержащее несколько дисков ротора, чередующихся с дисками статора. В патенте РФ на полезную модель №94482 (опубл. 27.05.2010) описан гомогенизатор для тяжелых топлив, в котором два ротора вращаются в противоположных направлениях. Однако все эти устройства не обеспечивают достаточно интенсивной кавитации.RF patent No. 2340656 (publ. 10.12.2008) issued for a method for producing a nanodispersed water-fuel emulsion and a device for its implementation, containing a stator and a rotor, in which holes of different sizes are made, forming alternately narrow and wide channels during the rotation of the rotor, which creates cavitation ... In the development of this idea, the RF patent No. 2594425 (publ. 08/20/2016) discloses a device containing several rotor disks alternating with stator disks. RF patent for utility model No. 94482 (publ. 05/27/2010) describes a homogenizer for heavy fuels, in which two rotors rotate in opposite directions. However, all these devices do not provide sufficiently intense cavitation.

В патенте США №5679236 (опубл. 21.10.1997) объединены ультразвуковой генератор и вращающийся ротор, который одновременно служит катодом для электролиза воды. Недостатком этого технического решения является его сложность.US Pat. No. 5,679,236 (publ. 10.21.1997) combines an ultrasonic generator and a rotating rotor, which simultaneously serves as a cathode for water electrolysis. The disadvantage of this technical solution is its complexity.

Наиболее близким аналогом можно считать патент РФ №2543182 (опубл. 27.02.2015), в котором раскрыты способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления, содержащее по меньшей мере две вихревые трубы с тангенциальными вводами для подачи в каждую из них смеси углеводородного топлива с водой для формирования в каждой из этих вихревых труб отдельного завихренного потока; общую камеру, сформированную на конечном участке всех вихревых труб за счет их пересечения по образующим и предназначенную для обеспечения столкновения отдельных завихренных потоков и разрежения полученного общего потока; цилиндрические вытеснители, каждый из которых установлен в соответствующей вихревой трубе.The closest analogue can be considered the patent of the Russian Federation No. 2543182 (publ. 02.27.2015), which discloses a method of heat and mass energy exchange and a device for its implementation, containing at least two vortex tubes with tangential inlets for supplying each of them with a mixture of hydrocarbon fuel with water for forming in each of these vortex tubes a separate vortex flow; a common chamber formed at the end section of all vortex tubes due to their intersection along the generatrices and designed to ensure the collision of individual vortex flows and rarefaction of the resulting total flow; cylindrical displacers, each of which is installed in a corresponding vortex tube.

Данное устройство реализует соответствующий способ, позволяющий получать водотопливную смесь за счет ультразвуковой кавитации исходного углеводородного топлива в смеси с водой. Однако интенсивность такой кавитации не может считаться достаточной.This device implements an appropriate method that allows to obtain a water-fuel mixture due to ultrasonic cavitation of the original hydrocarbon fuel mixed with water. However, the intensity of such cavitation cannot be considered sufficient.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Настоящая группа изобретений направлена на получение гидростабилизированного топлива за счет усиленной кавитации. В результате использования данной группы изобретений расширяется арсенал технических средств и преодолевается недостаток ближайшего аналога.The present group of inventions is aimed at obtaining a hydrostabilized fuel due to enhanced cavitation. As a result of using this group of inventions, the arsenal of technical means is expanding and the drawback of the closest analogue is overcome.

В первом объекте настоящего изобретения предложено гидростабилизированное топливо (далее - ГСТ), состоящее из фрагментов высокомолекулярных углеводородных соединений, полученных за счет разрыва внутримолекулярных связей углеводородного топлива в процессе гидродинамической кавитации и по меньшей мере частично соединенных с радикалами Н+ и ОН- молекул воды, диссоциированных в процессе гидродинамической кавитации, при этом молекулы воды, не диссоциированные в процессе гидродинамической кавитации, гомогенизированы в виде капель воды, вокруг которых образованы сольватационные оболочки из фрагментов высокомолекулярных углеводородных соединений.In the first object of the present invention, a hydrostabilized fuel (hereinafter referred to as GST) is proposed, consisting of fragments of high molecular weight hydrocarbon compounds obtained by breaking the intramolecular bonds of hydrocarbon fuel in the process of hydrodynamic cavitation and at least partially combined with the H + and OH radicals - water molecules dissociated in the process of hydrodynamic cavitation, while the water molecules, not dissociated in the process of hydrodynamic cavitation, are homogenized in the form of water droplets, around which solvation shells are formed from fragments of high-molecular hydrocarbon compounds.

Особенность топлива по первому объекту настоящего изобретения состоит в том, что капли воды могут иметь размеры в диапазоне 1-10 мкм, предпочтительно в диапазоне 1-5 мкм.A feature of the fuel according to the first aspect of the present invention is that the water droplets can have a size in the range of 1-10 microns, preferably in the range of 1-5 microns.

Во втором объекте настоящего изобретения предложен способ получения ГСТ по первому объекту, заключающийся в том, что обеспечивают смесь из углеводородного топлива и воды в заданной пропорции; осуществляют гидродинамическую кавитацию смеси, в процессе чего: получают одновременно фрагменты высокомолекулярных углеводородных соединений и радикалы Н+ и ОН- диссоциированных молекул воды; обеспечивают по меньшей мере частичное соединение фрагментов высокомолекулярных углеводородных соединений и радикалов Н+ и ОН-; обеспечивают гомогенизацию не диссоциированных молекул воды в виде капель воды с образованием вокруг них сольватационных оболочек из фрагментов высокомолекулярных углеводородных соединений.In a second aspect of the present invention, there is provided a method for producing GST according to the first aspect, which comprises providing a mixture of hydrocarbon fuel and water in a predetermined proportion; carry out hydrodynamic cavitation of the mixture, in the process of which: fragments of high-molecular hydrocarbon compounds and radicals H + and OH - dissociated water molecules are obtained simultaneously; provide at least partial connection of fragments of high molecular weight hydrocarbon compounds and radicals H + and OH - ; provide homogenization of non-dissociated water molecules in the form of water droplets with the formation of solvation shells around them from fragments of high-molecular hydrocarbon compounds.

Особенность способа по второму объекту настоящего изобретения состоит в том, что в смеси заданная пропорция воды по отношению к углеводородному топливу может составлять от 1 до 30%.A feature of the method according to the second aspect of the present invention is that in the mixture a predetermined proportion of water in relation to the hydrocarbon fuel can be from 1 to 30%.

Еще одна особенность способа по второму объекту настоящего изобретения состоит в том, что гидродинамическую кавитацию могут осуществлять путем: подачи смеси углеводородного топлива с водой в теплоэнергообменный реактор в виде по меньшей мере двух пространственно разделенных потоков под давлением выше атмосферного; завихрения всех потоков в одном направлении; сталкивания всех завихренных потоков в общий поток с одновременным его разрежением; ускорения общего потока для обеспечения в нем давления ниже атмосферного.Another feature of the method according to the second aspect of the present invention is that hydrodynamic cavitation can be carried out by: feeding a mixture of hydrocarbon fuel with water into a heat-and-power exchange reactor in the form of at least two spatially separated streams under a pressure above atmospheric; swirling of all flows in one direction; collision of all vortex flows into a common flow with its simultaneous rarefaction; accelerating the total flow to provide it with a pressure below atmospheric.

При этом давление при подаче смеси по меньшей мере может в 3 раза превышать давление в ускоренном вихревом потоке.In this case, the pressure when feeding the mixture can be at least 3 times higher than the pressure in the accelerated vortex flow.

В третьем объекте настоящего изобретения предложен теплоэнергообменный реактор для осуществления способа по второму объекту, содержащий: по меньшей мере две вихревые трубы с тангенциальными вводами для подачи в каждую из них смеси углеводородного топлива с водой для формирования в каждой из этих вихревых труб отдельного завихренного потока; общую камеру, сформированную на конечном участке всех вихревых труб за счет их пересечения по образующим и предназначенную для обеспечения столкновения отдельных завихренных потоков и разрежения полученного общего потока; вытеснители, каждый из которых установлен в соответствующей вихревой трубе и выполнен так, что соотношение площади сечения вихревой трубы и площади сечения вытеснителя по мере продвижения в направлении протекания соответствующего потока постоянно уменьшается; конфузор, установленный на выходе из общей камеры.In a third aspect of the present invention, there is provided a heat and energy exchange reactor for implementing the method according to the second aspect, comprising: at least two vortex tubes with tangential inlets for supplying each of them with a mixture of hydrocarbon fuel and water to form a separate vortex flow in each of these vortex tubes; a common chamber formed at the end section of all vortex tubes due to their intersection along the generatrices and designed to ensure the collision of individual vortex flows and rarefaction of the resulting total flow; displacers, each of which is installed in a corresponding vortex tube and is made so that the ratio of the cross-sectional area of the vortex tube and the cross-sectional area of the displacer constantly decreases as it moves in the direction of flow of the corresponding flow; confuser installed at the exit from the common chamber.

Особенность реактора по третьему объекту настоящего изобретения состоит в том, что каждый вытеснитель может быть выполнен с углублениями, проходящими в продольном направлении и предназначенными для повышения турбулентности в соответствующем завихренном потоке.A feature of the reactor according to the third aspect of the present invention is that each displacer can be made with depressions extending in the longitudinal direction and designed to increase turbulence in the corresponding vortex flow.

Еще одна особенность способа по третьему объекту настоящего изобретения состоит в том, что он может содержать пять вихревых труб, четыре их которых могут быть выполнены одинакового диаметра вокруг пятой вихревой трубы большего диаметра.Another feature of the method according to the third aspect of the present invention is that it can contain five vortex tubes, four of which can be made of the same diameter around a fifth vortex tube of a larger diameter.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Настоящее изобретение иллюстрируется приложенными чертежами.The present invention is illustrated in the accompanying drawings.

На Фиг. 1 показана увеличенная фотография распределения частиц в гидростабилизированном топливе по настоящему изобретению.FIG. 1 is an enlarged photograph of the particle distribution in the hydrostabilized fuel of the present invention.

На Фиг. 2 приведен вид в разрезе теплоэнергообменного реактора по настоящему изобретению.FIG. 2 is a cross-sectional view of a heat exchanger reactor of the present invention.

Подробное описание вариантов осуществленияDetailed Description of Embodiments

Предложенное в первом объекте настоящего изобретения гидростабилизированное топливо (ГСТ) состоит из фрагментов высокомолекулярных углеводородных соединений. Такие соединения содержатся в нефтепродуктах, особенно в так называемых тяжелых нефтепродуктах (мазут, битум). Эти фрагменты в предложенном ГСТ получены за счет разрыва внутримолекулярных связей углеводородного топлива в процессе гидродинамической кавитации. Кроме того, в процессе гидродинамической кавитации вода частично (1-3%) диссоциируется на радикалы Н+ и ОН-, причем по меньшей мере некоторые из фрагментов углеводородного топлива соединены с этими радикалами. При этом молекулы воды, не диссоциированные в процессе гидродинамической кавитации, гомогенизированы в виде капель воды, вокруг которых образованы «сольватационные» оболочки из фрагментов высокомолекулярных углеводородных соединений.The hydrostabilized fuel (GST) proposed in the first aspect of the present invention consists of fragments of high molecular weight hydrocarbon compounds. Such compounds are found in petroleum products, especially in the so-called heavy petroleum products (fuel oil, bitumen). These fragments in the proposed GST are obtained by breaking the intramolecular bonds of hydrocarbon fuel in the process of hydrodynamic cavitation. In addition, in the process of hydrodynamic cavitation, water partially (1-3%) is dissociated into radicals H + and OH - , and at least some of the fragments of the hydrocarbon fuel are combined with these radicals. In this case, water molecules, not dissociated in the process of hydrodynamic cavitation, are homogenized in the form of water droplets, around which "solvation" shells are formed from fragments of high molecular weight hydrocarbon compounds.

На Фиг. 1 приведена увеличенная фотография распределения частиц в гидростабилизированном топливе по настоящему изобретению. В левом нижнем углу Фиг. 1 показан отрезок, равный 100 мкм. Как видно на Фиг. 1, лишь некоторые капли воды (белые кружки) имеют размеры не более 10 мкм, а основная масса капель воды имеет размеры 1-5 мкм.FIG. 1 is an enlarged photograph of the particle distribution in the hydrostabilized fuel of the present invention. In the lower left corner of FIG. 1 shows a segment equal to 100 μm. As seen in FIG. 1, only some water droplets (white circles) are no more than 10 microns in size, and the bulk of water droplets are 1-5 microns in size.

Предложенное ГСТ получается в соответствии со вторым объектом настоящего изобретения в ходе гидродинамической кавитации смеси из углеводородного топлива и воды в заданной пропорции. В этой пропорции вода по отношению ко всей смеси может составлять от 1 до 30%.The proposed HST is obtained in accordance with the second aspect of the present invention during hydrodynamic cavitation of a mixture of hydrocarbon fuel and water in a given proportion. In this proportion, water relative to the entire mixture can be from 1 to 30%.

Способ по второму объекту настоящего изобретения, предназначенный для получения ГСТ по первому объекту настоящего изобретения, реализуется с помощью теплоэнергообменного реактора по третьему объекту настоящего изобретения. Этот реактор содержит (Фиг. 2) корпус 1, в котором имеются по меньшей мере две вихревые трубы 2. Вихревые трубы 2, как следует из их названия, предназначены для формирования в каждой из них отдельного завихренного потока поданной смеси. Для этого каждая вихревая труба 2 имеет тангенциальный ввод 3 для подачи смеси углеводородного топлива с водой, благодаря чему подаваемая смесь закручивается по стенкам соответствующей вихревой трубы 2. Тангенциальные вводы 3 всех вихревых труб 2 размещены так, чтобы завихрять потоки во всех вихревых трубах 2 в одном и том же направлении.The method according to the second aspect of the present invention for producing the GST according to the first aspect of the present invention is implemented using a heat and energy exchange reactor according to the third aspect of the present invention. This reactor contains (Fig. 2) a housing 1, in which there are at least two vortex tubes 2. The vortex tubes 2, as their name implies, are designed to form in each of them a separate vortex flow of the supplied mixture. For this, each vortex tube 2 has a tangential inlet 3 for supplying a mixture of hydrocarbon fuel with water, due to which the supplied mixture swirls along the walls of the corresponding vortex tube 2. Tangential inlets 3 of all vortex tubes 2 are located so as to swirl the flows in all vortex tubes 2 in one and the same direction.

Ссылочная позиция 4 обозначает общую камеру, сформированную на конечном участке всех вихревых труб 2 за счет их пересечения по образующим. Иными словами, на дальнем от тангенциального ввода 3 конце каждая вихревая труба 2 соприкасается с соседней вихревой трубой. Это касание всех вихревых труб 2 предназначено для обеспечения столкновения отдельных завихренных потоков, проходящих в месте касания в противоположных направлениях. Образованная всеми вихревыми трубами 2 общая камера 4, за счет резко увеличенного сечения по сравнению с суммарным сечением всех вихревых труб 2, обеспечивает разрежение полученного общего потока.Reference numeral 4 denotes a common chamber formed at the end portion of all vortex tubes 2 by crossing them along generatrices. In other words, at the end far from the tangential inlet 3, each vortex tube 2 is in contact with an adjacent vortex tube. This contact of all vortex tubes 2 is intended to ensure the collision of individual vortex flows passing at the point of contact in opposite directions. The common chamber 4 formed by all the vortex tubes 2, due to the sharply increased cross-section compared to the total cross-section of all the vortex tubes 2, provides a rarefaction of the total flow obtained.

Для принудительного создания вихря в каждой вихревой трубе 2 установлен вытеснитель 5, наличие которого заставляет завихренный поток отжиматься к стенке вихревой трубы 2. При этом каждый вытеснитель 5 выполнен так, что соотношение площади сечения вихревой трубы 2 и площади сечения вытеснителя 5 по мере продвижения в направлении протекания соответствующего потока (сверху вниз на Фиг. 2) постоянно уменьшается. То есть просвет в вихревой трубе 2 из-за расширяющегося вытеснителя 5 (либо - при постоянном сечении вытеснителя 5 - из-за сужающейся вихревой трубы 2) постоянно уменьшается, заставляя завихренный поток ускоряться.For the forced creation of a vortex, a displacer 5 is installed in each vortex tube 2, the presence of which forces the vortex flow to be squeezed out to the wall of the vortex tube 2. In this case, each displacer 5 is made so that the ratio of the the flow of the corresponding flow (from top to bottom in Fig. 2) is constantly decreasing. That is, the clearance in the vortex tube 2 due to the expanding displacer 5 (or - with a constant cross-section of the displacer 5 - because of the converging vortex tube 2) is constantly decreasing, causing the vortex flow to accelerate.

На выходе из общей камеры 4 установлен конфузор 6, представляющий собой, например, расширяющийся конус, обеспечивающий дополнительное ускорение выходного потока.At the exit from the common chamber 4, a confuser 6 is installed, which is, for example, an expanding cone that provides additional acceleration of the output flow.

Вытеснитель 5 может быть выполнен с углублениями, проходящими в продольном направлении и предназначенными для повышения турбулентности в соответствующем завихренном потоке (на Фиг. 2 не показано).The displacer 5 can be made with recesses extending in the longitudinal direction and designed to increase turbulence in the corresponding vortex flow (not shown in Fig. 2).

В принципе, теплоэнергообменный реактор по третьему объекту настоящего изобретения может содержать четыре вихревых трубы 2 одинакового диаметра, расположенных равномерно вокруг пятой вихревой трубы 2 большего диаметра.In principle, the heat and energy exchange reactor according to the third aspect of the present invention may comprise four vortex tubes 2 of the same diameter, spaced uniformly around a fifth vortex tube 2 of a larger diameter.

Способ по второму объекту настоящего изобретения реализуется в теплоэнергообменном реакторе по третьему объекту настоящего изобретения следующим образом.The method according to the second aspect of the present invention is implemented in a heat and energy exchange reactor according to the third aspect of the present invention as follows.

Смесь углеводородного топлива и воды в заданной пропорции поступает под давлением выше атмосферного на общий вход (не показано), откуда распределяется по тангенциальным вводам 3 каждой вихревой трубы 2. Благодаря тому, что входной поток направлен по касательной (тангенциально) к стенке вихревой трубы 2, этот поток начинает завихряться в заданном направлении, причем одинаково во всех вихревых трубах 2. Наличие вытеснителя 5 постепенно уменьшает сечение просвета в вихревой трубе 2, поэтому поток практически несжимаемой жидкости имеет постоянное ускорение. Если же вытеснитель 5 выполнен с продольными углублениями, то турбулентность потока в вихревой трубе 2 еще более возрастает.A mixture of hydrocarbon fuel and water in a given proportion is supplied under pressure above atmospheric to a common inlet (not shown), from where it is distributed over the tangential inlets 3 of each vortex tube 2. Due to the fact that the inlet flow is directed tangentially (tangentially) to the wall of the vortex tube 2, this flow begins to swirl in a given direction, and is the same in all vortex tubes 2. The presence of a displacer 5 gradually reduces the cross-section of the lumen in the vortex tube 2, so the flow of an almost incompressible fluid has a constant acceleration. If the displacer 5 is made with longitudinal depressions, then the turbulence of the flow in the vortex tube 2 increases even more.

По достижении конечного участка всех вихревых труб 2 потоки в соседних вихревых трубах начинают частично сталкиваться «лоб в лоб». Такое - фактически ударное - столкновение вызывает гидродинамические удары, приводящие к «схлопыванию» кавитационных каверн. За счет их постоянного схлопывания возникающие механические силы разрывают внутримолекулярные связи, формируя фрагменты углеводородного топлива. Можно сказать, что длинная молекула углеводородного топлива, условно образованная двумя радикалами R1-R2, разрывается на свои составные части R1 - и R2 +.Upon reaching the final section of all vortex tubes 2, the flows in adjacent vortex tubes begin to partially collide "head-on". This - actually shock - collision causes hydrodynamic shocks, leading to the "collapse" of cavitation cavities. Due to their constant collapse, the arising mechanical forces break the intramolecular bonds, forming fragments of hydrocarbon fuel. We can say that a long molecule of hydrocarbon fuel, conventionally formed by two radicals R 1 -R 2 , breaks into its constituent parts R 1 - and R 2 + .

Одновременно за счет кавитационной диссоциации некоторых молекул воды в смеси образуются радикалы Н+ и ОН-. Эти радикалы Н+ и ОН- присоединяются к по меньшей мере части фрагментов высокомолекулярных углеводородных соединений, закрывая их открытые вследствие разрыва связи. То есть, происходит образование достаточно устойчивых соединений R1⎯Н и R2⎯ОН. В результате появления таких устойчивых фрагментов конечное гидростабилизированное топливо может храниться достаточно долго.Simultaneously, due to the cavitation dissociation of some water molecules in the mixture, H + and OH - radicals are formed. These radicals Н + and ОН - are attached to at least some of the fragments of high molecular weight hydrocarbon compounds, closing them open due to the breaking of the bond. That is, the formation of sufficiently stable compounds R 1 ⎯Н and R 2 ⎯ОН occurs. As a result of the appearance of such stable fragments, the final hydrostabilized fuel can be stored for a long time.

Недиссоциированные молекулы воды, объединенные в капли сверхмалого размера (с диаметром от 1 до 10 мкм, предпочтительно от 1 до 5 мкм при более интенсивной кавитации) гомогенизируются с образованием вокруг них «сольватационных» оболочек из фрагментов высокомолекулярных углеводородных соединений. Термин «сольватационная оболочка» использован здесь по аналогии со следующим. Как известно специалистам (https://ru.wikipedia.org/wiki/сольватация), сольватация состоит в том, что молекула растворенного вещества оказывается окруженной сольватной оболочкой, состоящей из более или менее тесно связанных с ней молекул растворителя. В данном случае окруженной является капля воды, а в качестве растворителя, окружающего каплю воды, выступает смесь фрагментов углеводородного топлива, к примеру, смолисто-асфальтеновых фракций. Окруженные такими оболочками капли воды сохраняются достаточно долго.Non-dissociated water molecules, combined into ultra-small droplets (with a diameter of 1 to 10 microns, preferably from 1 to 5 microns with more intense cavitation), homogenize with the formation of "solvation" shells around them from fragments of high-molecular hydrocarbon compounds. The term "solvation shell" is used here by analogy with the following. As experts know (https://ru.wikipedia.org/wiki/solvation), solvation consists in the fact that a molecule of a solute is surrounded by a solvation shell, consisting of more or less closely related solvent molecules. In this case, a water drop is surrounded, and a mixture of hydrocarbon fuel fragments, for example, resinous asphaltene fractions, acts as a solvent surrounding the water drop. Water droplets surrounded by such shells persist for a long time.

Имеющийся на выходе из общей камеры 4 конфузор 6 обеспечивает дополнительное падение давления, а, следовательно, увеличение скорости истечения результирующего потока, благодаря чему повышаются и скорости соударений молекул в общей камере 4, интенсифицируя кавитационные процессы.The confuser 6 available at the outlet of the common chamber 4 provides an additional pressure drop, and, consequently, an increase in the flow rate of the resulting flow, due to which the speed of collisions of molecules in the common chamber 4 increases, intensifying the cavitation processes.

Таким образом, на выходе рассмотренного теплоэнергообменного реактора выделяется гидростабилизированное топливо, внутренняя структура которого позволяет хранить его в течение по меньшей мере 1 года.Thus, at the outlet of the considered heat and energy exchange reactor, hydrostabilized fuel is released, the internal structure of which allows it to be stored for at least 1 year.

Claims (13)

1. Способ получения гидростабилизированного топлива, заключающийся в том, что:1. A method of obtaining a hydrostabilized fuel, which consists in that: - подают смесь тяжелых нефтепродуктов с водой в теплоэнергообменный реактор в виде по меньшей мере двух пространственно разделенных потоков под давлением выше атмосферного;- a mixture of heavy oil products with water is fed into the heat and power exchange reactor in the form of at least two spatially separated streams under a pressure above atmospheric; - обеспечивают завихрение всех упомянутых потоков в одном направлении;- provide swirling of all the mentioned flows in one direction; - сталкивают все завихренные потоки в общий поток с одновременным его разрежением, благодаря чему осуществляют гидродинамическую кавитацию упомянутой смеси;- pushing all the vortex flows into the general flow with its simultaneous rarefaction, due to which the hydrodynamic cavitation of the said mixture is carried out; - ускоряют общий поток для обеспечения в нем давления ниже атмосферного.- accelerate the overall flow to provide it with a pressure below atmospheric. 2. Способ по п. 1, в котором давление при упомянутой подаче смеси по меньшей мере в 3 раза превышает давление в упомянутом ускоренном вихревом потоке.2. A method according to claim 1, wherein the pressure at said feed of the mixture is at least 3 times the pressure in said accelerated vortex flow. 3. Теплоэнергообменный реактор для осуществления способа по п. 1, содержащий:3. Heat and power exchange reactor for implementing the method according to claim 1, comprising: - по меньшей мере две вихревые трубы с тангенциальными вводами для подачи в каждую из них смеси тяжелых нефтепродуктов с водой для формирования в каждой из этих вихревых труб отдельного завихренного потока с общим для всех направлением завихрения;- at least two vortex tubes with tangential inlets for supplying each of them with a mixture of heavy oil products with water to form in each of these vortex tubes a separate vortex flow with a common vortex direction for all; - общую камеру, сформированную на конечном участке всех упомянутых вихревых труб за счет их пересечения по образующим и предназначенную для обеспечения столкновения упомянутых отдельных завихренных потоков и разрежения полученного общего потока;- a common chamber formed at the end section of all the said vortex tubes due to their intersection along the generatrices and designed to ensure the collision of the said individual vortex flows and the rarefaction of the resulting total flow; - вытеснители, каждый из которых установлен в соответствующей вихревой трубе и выполнен так, что соотношение площади сечения упомянутой вихревой трубы и площади сечения упомянутого вытеснителя по мере продвижения в направлении протекания соответствующего потока постоянно уменьшается;- displacers, each of which is installed in a corresponding vortex tube and is made so that the ratio of the cross-sectional area of the said vortex tube and the cross-sectional area of the said displacer constantly decreases as it moves in the direction of the corresponding flow; - конфузор, установленный на выходе из упомянутой общей камеры.- a confuser installed at the exit from the said common chamber. 4. Реактор по п. 3, в котором каждый упомянутый вытеснитель выполнен с углублениями, проходящими в продольном направлении и предназначенными для повышения турбулентности в соответствующем завихренном потоке.4. Reactor according to claim 3, wherein each said displacer is provided with longitudinally extending depressions designed to increase turbulence in the corresponding vortex flow. 5. Реактор по п. 3, содержащий пять упомянутых вихревых труб, четыре из которых выполнены одинакового диаметра вокруг пятой вихревой трубы большего диаметра.5. Reactor according to claim 3, comprising five said vortex tubes, four of which are made of the same diameter around a fifth vortex tube of larger diameter.
RU2018139798A 2018-11-12 2018-11-12 Hydro-stabilized fuel, method of production thereof and heat-exchanger reactor RU2726488C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139798A RU2726488C2 (en) 2018-11-12 2018-11-12 Hydro-stabilized fuel, method of production thereof and heat-exchanger reactor
PCT/RU2019/000806 WO2020101535A1 (en) 2018-11-12 2019-11-12 Hydrostabilized fuel, method for producing same and heat and energy exchange reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139798A RU2726488C2 (en) 2018-11-12 2018-11-12 Hydro-stabilized fuel, method of production thereof and heat-exchanger reactor

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018139798A3 RU2018139798A3 (en) 2020-05-13
RU2018139798A RU2018139798A (en) 2020-05-13
RU2726488C2 true RU2726488C2 (en) 2020-07-14

Family

ID=70731852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018139798A RU2726488C2 (en) 2018-11-12 2018-11-12 Hydro-stabilized fuel, method of production thereof and heat-exchanger reactor

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2726488C2 (en)
WO (1) WO2020101535A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU206204U1 (en) * 2021-06-03 2021-08-31 Игорь Викторович Доронин Device for obtaining hydrostabilized fuel

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2220767C1 (en) * 2002-03-28 2004-01-10 Гинько Игорь Сёменович Method and device for treatment of liquid
RU2228791C2 (en) * 2001-05-30 2004-05-20 Владимир Николаевич Рыжков Method of hydrodynamic activation of the raw materials (variants) and installation for its realization
WO2009041854A1 (en) * 2007-08-02 2009-04-02 Ovchenkova, Oksana Anatoliyevna Fluid media heat-mass-and-energy exchange method and device for carrying out said method
KZ22398A4 (en) * 2009-02-10 2010-03-15 Tovarischestvo S Ogranichennoj METHOD FOR PRODUCING WATER-FUEL EMULSION AND COMPOSITE MULTI-COMPONENT FUEL
RU2391384C2 (en) * 2008-06-24 2010-06-10 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ РООССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) Method and device for preparing fuel mixture
RU129925U1 (en) * 2013-01-29 2013-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ТехноИнновации ДВ" (ООО "ТехноИнновации ДВ") INSTALLATION FOR PREPARING FUEL MIXTURES
RU134076U1 (en) * 2013-06-05 2013-11-10 Сергей Николаевич Тумаков DEVICE FOR HEAT AND MASS AND ENERGY EXCHANGE
RU2543182C2 (en) * 2013-06-04 2015-02-27 Сергей Николаевич Тумаков Heat-mass-energy exchange method and device for its implementation

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2268772C1 (en) * 2004-12-21 2006-01-27 Закрытое Акционерное Общество "Вектор" Method of the heat-mass-power exchange and a device for its realization

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2228791C2 (en) * 2001-05-30 2004-05-20 Владимир Николаевич Рыжков Method of hydrodynamic activation of the raw materials (variants) and installation for its realization
RU2220767C1 (en) * 2002-03-28 2004-01-10 Гинько Игорь Сёменович Method and device for treatment of liquid
WO2009041854A1 (en) * 2007-08-02 2009-04-02 Ovchenkova, Oksana Anatoliyevna Fluid media heat-mass-and-energy exchange method and device for carrying out said method
RU2391384C2 (en) * 2008-06-24 2010-06-10 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ РООССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) Method and device for preparing fuel mixture
KZ22398A4 (en) * 2009-02-10 2010-03-15 Tovarischestvo S Ogranichennoj METHOD FOR PRODUCING WATER-FUEL EMULSION AND COMPOSITE MULTI-COMPONENT FUEL
RU129925U1 (en) * 2013-01-29 2013-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ТехноИнновации ДВ" (ООО "ТехноИнновации ДВ") INSTALLATION FOR PREPARING FUEL MIXTURES
RU2543182C2 (en) * 2013-06-04 2015-02-27 Сергей Николаевич Тумаков Heat-mass-energy exchange method and device for its implementation
RU134076U1 (en) * 2013-06-05 2013-11-10 Сергей Николаевич Тумаков DEVICE FOR HEAT AND MASS AND ENERGY EXCHANGE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Эмульгированные топлива: проблемы и перспективы". 8-1, 16.04.2012, технические науки Геллер Сергей Владимирович (https://novainfo.ru/article/1464). Журнал "Новости теплоснабжения" 04 (116), 2010 "Приготовление водомазутных эмульсий посредством волновой диспергации" С.В. Геллер. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU206204U1 (en) * 2021-06-03 2021-08-31 Игорь Викторович Доронин Device for obtaining hydrostabilized fuel

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018139798A3 (en) 2020-05-13
RU2018139798A (en) 2020-05-13
WO2020101535A1 (en) 2020-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8381701B2 (en) Bio-diesel fuel engine system and bio-diesel fuel engine operating method
WO2011162751A1 (en) Process for producing biodiesel through lower molecular weight alcohol-targeted cavitation
RU2553861C1 (en) Hydrodynamic mixer
RU2726488C2 (en) Hydro-stabilized fuel, method of production thereof and heat-exchanger 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
JP2008169250A (en) Apparatus for producing liquid fuel mixed with micro fluid
US9400107B2 (en) Fluid composite, device for producing thereof and system of use
RU2600998C1 (en) Hydraulic jet mixer
RU2411074C1 (en) Combined static mixer-activator
RU2488432C2 (en) Making of water-fuel emulsion
RU180014U1 (en) Jet mixer
RU2689493C1 (en) Device for homogenizing heavy fuel hydrodynamic treatment for marine diesels
RU2613957C1 (en) Device for preparing firing liquid
RU2124550C1 (en) Method and installation for processing heavy hydrocarbon material
RU2021005C1 (en) Hydrodynamic homogenizer-mixer
US20210213399A1 (en) Cavitation process for water-in-fuel emulsions
RU2412750C1 (en) Method of destruction of molecular bonds in fluids, and installation to this end
RU2335337C2 (en) Rotary-oscillatory device
RU2340656C2 (en) Method of obtaining nano-dispersed hydro-fuel emulsion and device to that end
RU2619783C1 (en) Acoustic mixer
RU2646270C1 (en) Method of initiation of the cavitation-hydrodynamic microdisintegration of the mineral composition of hydrosum
RU2633671C1 (en) Mixer-turbulator
RU54816U1 (en) DEVICE FOR PREPARING A WATER-MASSOUS EMULSION
US20050270900A1 (en) Device for producing emulsions, suspensions and the like
RU2245898C1 (en) Water-fuel emulsion manufacture process

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20220225

Effective date: 20220225