SU1664815A1 - Способ ввода депрессорных присадок - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к нефтехимии, в частности к вводу депрессорных присадок в поток нефтепродукта. С целью снижени  температуры застывани  нефтепродуктов процесс ведут в режиме суперкавитационного смешивани  при скорости потока нефтепродукта 5 - 15 м/с, числе кавитации 0,1 - 1,5 и давлении за зоной смешивани  2 - 10 атм. Предпочтительно поток нефтепродукта подвергают предварительной суперкавитационной обработке при непрерывной рециркул ции потока с кратностью 1,5 - 6,0. 2 з.п.ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Description

Изобретение относитс  к нефт ной промышленности , точнее к способам получени  жидких топлив, содержащих присадки, а именно к способам введени  в нефтепродукты присадок, снижающих температуру застывани ,

Целью изобретени   вл етс  снижение температуры застывани  нефтепродукта.

При кавитационной обработке нефт ных дисперсных систем происходит резкое снижение температуры застывани  нефтепродуктов . Это  вление объ снимо с точки зрени  физико-химических нефт ных дисперсных сред. При кавитационной обработке происходит резкий рост коллоидной стабильности нефтепродукта (способность удерживать дисперсную фазу (парафины) в микрогетерогенном состо нии), При этом дисперсна  фаза стремитс  к монодисперсии , т.е. частички парафинов станов тс  од- нородными по размеру, что обеспечивает высокую коллоидную стабильность. Стремление к монодисперсности .объ снимо с физической точки зрени . Кумул тивные микроструи легко разрушают более крупные частицы (обладающие значительной инерцией) и незначительно разрушают мелкие частицы.

Наличие монодисперсной структуры парафинов в нефтепродуктах обеспечивает стабильную по времени коллоидную устойчивость нефтепродукта (до 35 - 40 сут) и как следствие пониженную температуру застывани . Однако при длительном хранении процесс коагул ции все таки происходит. Дл  исключени  этого  влени  в нефтепродукт ввод т присадку.,

При введении присадки непосредственно в режиме суперкавитационного смешени  достигаетс  обволакивание монодисперсных частиц парафина присадкой, что существенно затрудн ет образование кристаллической решетки.

Использование предварительной кавитационной обработки позвол ет разрушить кристаллическую решетку парафинов и в зависимости от необходимой величины достигаемой температуры застывани , поддержива  заданную кратность рециркул ции в диапазоне 1,5 - 6,0, добиватьс  не

Ё

о о

4 00

СЛ

обходимых размеров частиц парафина. Подача присадки в нефтепродукт в режиме суперкавитационного смешени  позвол ет равномерно диспергировать частицы парафина в нефтепродукте и обеспечивает обво- лакивание частиц парафина наиболее тонкой пленкой присадки, а следовательно, наиболее экономичное и эффективное ис- пользование присадки.

При введении в режиме суперкавита- ционной обработки присадка играет роль ингибиторов рекомбинации сложных структурных единиц, слабо ассоциированные сложные структурные единицы, равномерно распределенные в объеме дисперсион- ной среды с высокой удерживающей (способностью, не подвергаютс  коалесцен- ции, седиментаци  незначительна, поэтому кристаллическа  решетка не образуетс  в течение длительного времени.

Скорость жидкости на входе в аппарат во многом определ ет размеры каверны (относительную длину и ширину), а от них зависит степень кавитационной обработки .,

Можно разогнать поток до скорости 5 - 15 м/с, но при совершенно неприемлемом дл  кавитационного смешени  давлении, т.е. вне диапазона чисел кавитации 0,1 -1,5, и при этом эффект достигнут не будет.

Например, при давлении более 10 атм, когда числа кавитации будут более 1,5, эффект кавитационной обработки будет суще- 1 ственно ниже из-за очень маленькой длины каверны.

Кроме числа кавитации, определ ющего режимы кавитационного смешени , общий эффект перемешивани  определ етс  скоростью движени  потока. Если в указанном диапазоне чисел кавитации 0,1 - 1,5 скорость потока будет менее 5 м/с, несмотр  на хорошее микросмешение, за счет кавитационной обработки не будет достигнут эффект макроперемешивани  и, следовательно, общий эффект. При скоро- сти более 15 м/с в указанном диапазоне чисел кавитации значительно возрастают затраты энергии.

В случае, когда площадь кавитационного элемента превышает 10% от площади корпуса аппарата, величины скорости потока и давлени  уже не  вл ютс 1 достаточными факторами, определ ющими геометрические размеры каверн, а следовательно, и степень кавитационной обработки. В этом случает необходимо учитывать еще один дополнительный параметр - степень стеснени  потока: d/D, где d - диаметр эквивалентной площади кавитатора; ; D - диамет корпуса аппарата.

В предлагаемом способе процесс кавитационной обработки реализуетс  при режимах развитой кавитации в ограниченных потоках, Следовательно, величины числа кавитации и относительной длины каверны завис т и от степени стеснени  потока.

Паровой кавитационный пузырек нефтепродукта характеризуетс  давлением внутри него, равным давлению насыщенных паров данного продукта. Очевидно, что чем выше давление вне парового кавитационного пузырька, тем быстрее схлопнетс  пузырек и тем больше по величине выделитс  энерги . Величина давлени  ограничена 10 атм, так как при давлении более 10 атм образуютс  короткие каверны, при этом количество кавитационных пузырьков существенно уменьшаетс . При давлении до 2 атм рост интенсивности кавитационной обработки незначителен.

Кратность рециркул ции дана в диапазоне 1,5- 6,0, поскольку увеличение кратности (более 6) приводит к росту удельных энергетических затрат. Однако, если этот показатель менее 1,5, это приведет к недостаточной кавитационной обработке нефтепродукта .

Число кавитации, определ ющее кави- тационный режим, рассчитывают по формуле

-зРк

0,5

(1)

где Ро, V0 - давление и скорость потока перед кавитатором, МПа, м/с;

Рк - давление насыщенных паров в каверне , МПа;

р - плотность нефтепродукта, кг/м3.

Относительна  длина каверны определ етс  по формуле

L 1 0,25 ±Кг Re0 75 Fr° 25,

(2)

где I - длина каверны;

d, D -диаметры кавитатора и корпуса , м2;

К , Re, Fr - числа кавитации, Рейнольд- са, Фруда.

Энерги  кавитационной обработки определ етс  по формуле

Е КР (Rg - Rg).

(3)

где К- посто нный коэффициент;

Р - давление за зоной схлопывани  каверны;

Ro. RK - радиус кавитационного пузырька максимальный и в момент схлопывани .

На чертеже схематически показана установка дл  осуществлени  предлагаемого способа.

Установка содержит трубопровод 1 подачи нефтепродукта, на котором установлен кавитационный активатор, состо щий из конфузора 2, проточного участка 3 и диффузора 4. В проточном участке 3 установлен рабочий элемент, содержащий суперкави- тирующие лопатки 5, закрепленные на ступице 6, котора  с помощью кронштейнов 7 закреплена в проточном участке 3, Лопатки 5 охвачены по наружной поверхности цилиндром 8, на наружной поверхности которого расположены суперкавитирующие лопатки 9, которые обеспечивают закручивание потока в направлении, противоположном направлению закручивани  лопатками 5. Выход кавитационного активатора соединен с входом насоса 10, а выход насоса соединен с входом активатора. Кроме того, выход активатора соединен с входом кавитационного смесител , который состоит из конфузора 11, проточного участка 12, диффузора 13 и патрубка 14 подачи присадки. В проточном участке 12 установлен рабочий элемент, содержащий лопатки 15, закрепленные на полой ступице 16, котора  с помощью кронштейнов 17 закреплена в проточном участке 12. По крайней мере один из кронштейнов 17 выполнен полым и соединин ет полость ступицы 16 с патрубком 14, который присоединен к трубопроводу 18 подачи присадки.

Лопатки 15 охвачены по наружной поверхности цилиндром 19, на наружной поверхности которого расположены супею- кавитирующие лопатки 20. К выходу кави- тационного смесител  присоединен трубопровод 21 отвода товарного нефтепродукта .

На трубопроводе 1 установлен датчик 22 расхода, который через регул тор 23 соединен с регулирующим клапаном 24, установленным на трубопроводе 1.

На выходной линии насоса 10 установлен датчик 25 расхода, который через регул тор 26 соединен с регулирующим клапаном 27, установленным на выходной линии насоса 10.

В проточном участке кавитационного активатора за рабочим элементом по ходу потока установлен датчик 28 кавитацион- ных шумов, который через регул тор 29 св зан с регулирующим клапаном 30, установленным на выходе кавитационного активатора до ответвлени  на насос 10. Выход датчика 31 кавитационного шума также подключен на вход регул тора 23, управл ющего величиной задани  величины расхода по

трубопроводу 1. Выход датчика 22 расхода через множительное устройство 32 соединен с входом регул тора 26, управл ющего величиной задани  величины расхода после 5 насоса 10. Вход множительного устройства, управл ющего величиной коэффициента умножени , соединен с выходом датчика 32, измер ющего температуру застывани  нефтепродукта , установленного на выходе кави0 тационного активатора.

На трубопроводе 18 установлен датчик 33 расхода, который через регул тор 34 св зан с регулирующим клапаном 35, установленным на трубопроводе 18. Выход датчика

5 36 расхода, установленного на трубопроводе между кавитационным активатором и ка- витационным смесителем, св зан с входом регул тора 34, управл ющего величиной задани  расхода присадки.

0 Способ осуществл ют следующим образом .

Нефтепродукт по трубопроводу 1 поступает в кавитационный активатор. Расход нефтепродукта контролируют датчиком 22

5 и при отклонении его от заданного значени  регул тор 23 воздействует на регулирующий клапан 24 таким образом, что осуществл етс  стабилизаци  расхода нефтепродукта .

0 В кавитационном активаторе нефтепродукт поступает через конфузор 2 в проточный участок 3, где происходит разделение потока. Одна часть потока поступает на лопатки 9, за счет сужени  проходного сечени 

5 и закручивани  скорость потока возрастает, а давление понижаетс .

При достижении величины давлени  насыщенных паров после лопаток 9 образует- с  кавитационна  каверна, в хвостовой

0 части которой образуетс  поле микропузырьков . В результате схлопывани  кавита- ционных микропузырьков возникают пол  кумул тивных микроструй со скорост ми пор дка 10 м/с и ударными давлени ми до

5 104МПа.

Кроме того, за счет закручивани  потока происходит образование микровихрей, способствующих образованию кавитационных пузырьков.

0 Друга  часть потока компонента поступает на суперкавитирующие лопатки 5, за которыми также возникает каверна, причем последн   взаимодействует с каверной , образованной лопатками 9. Ввиду

5 разнонаправленного закручивани  потоков происходит взаимное проникновение кавитационных микроструек и их ударное взаимодействие . Кроме того, наблюдаетс  взаимодействие микровихрей. Суммарна  каверна характеризуетс  высокой интенсивностью образовани  кавитационных пузырьков , микроструек и микровихрей.

С выхода кавитационного активатора одна часть потока нефтепродукта поступает на вход насоса 10, с выхода которого нефте- гфодукт подаетс  на вход кавитационного активатора.

Расход нефтепродукта, подаваемого насосом 10 на вход активатора, контролируетс  датчиком 25. Сигнал датчика 25 поступает на вход регул тора 26, регулирующее воздействие которого поступает на регулирующий клапан 27, управл   величиной расхода на выходе насоса 10, с выхода датчика 22 расхода поступает на вход множительного устройства 32, где умножаетс  на коэффициент умножени  и в качестве величины задани  поступает на вход регул тора 26, измен   величину задани  регул тора 26, что измен ет величину расхода через насос 10. Така  схема обеспечивает поддержание соотношени  величины расхода нефтепродукта на вход кавитационного активатора и величины расхода нефтепродукта, поступающего на рециркул цию в кавитаци- онный активатор через насос 10.

Интенсивность кавитационной активации пр мо пропорциональна интенсивности кавитационного шума, измер емого датчиком 28. Выход датчика 28 соединен с входом регул тора 23, управл ющего величиной задани  расхода нефтепродукта в кавитационный активатор. При этом пропорционально коэффициенту умножени  множительного устройства 32 изменитс  и величина расхода на выходе из насоса 10. Однако изменение расхода в сторону увеличени  не всегда позвол ет увеличить интенсивность кавитационной активации.

Энергию кавитационной активации записывают в виде

Е KP(R| - RS),

где К- посто нна ;

Р - давление за зоной охлопывани ;

Ro, RK радиус кавитационного пузырька максимальный и-в момент схлопыва- ни .

Увеличение расхода через кавитационный активатор увеличивает величину максимального радиуса кавитационного пузырька . Однако это не может происходить безгранично в св зи с конечным размером каверны. Увеличива  давление за кавитаци- онным активатором, добиваютс  повышени  давлени  в зоне схлопывани  и существенного снижени  величины радиуса в момент схлопывани . Это резко повышает интенсивность кавитационной активации, что отличаетс  ростом интенсивности кавитационного шума, особенно ростом амплитуды кавитационного шума.

Выход датчика 28 кавитационного шума через регул тор 29 соединен с регулирующим клапаном 30, управл ющим величиной давлени  за кавитационным активатором.

Приведенна  система стабилизации интенсивности кавитационного шума была 0 бы достаточной при посто нстве состава нефтепродукта. Однако нефтепродукты отличаютс  и происхождением и режимными параметрами технологических установок, где они были получены. Такой разбросхими- 5 ческого состава обеспечит некоторую неточность выбора интенсивйости кавитационной активации. С целью повышени  точности соответстви  интенсивности кавитационной активации и химического состава нефте- 0 продукта на выходе казитационного активатора установлен датчик 31 температуры застывани , выход которого соединен с входом множительного устройства 32, измен ющим величину коэффициента умножени . 5 Таким образом, точна  стабилизаци  величины качественного параметра (в данном случае температуры застывани ) достигаетс  корректировкой кратности циркул ции нефтепродукта через кавитационный акти- 0 ватор,

В предлагаемом способе увеличение продолжительности кавитационного воздействи  осуществл етс  циркул цией нефтепродукта насосом 10, т.е. подачей насосом 5 части нефтепродукта с выхода активатора на его вход.

Зависимость, св зывающа  величину в зкости нефтепродукта и продолжительность кавитационной обработки (при посто- 0  нной интенсивности воздействи ) имеет экстремум (максимум), который достигаетс  при соотношении расходов в трубопроводе 1 и циркул ционном контуре 1:5-6. Это соотношение может измен тьс  в широком 5 диапазоне и поддерживатьс  на требуемом уровне с помощью множительного устройства . Активированный нефтепродукт с выхода кавитационного активатора поступает на вход кавитационного смесител . 0 В кавитационном смесителе активированный нефтепродукт поступает через конфузор 11 в проточный участок 12, где происходит разделение потока. Одна часть потока поступает на лопатки 15, где за счет 5 сужени  проходного сечени  и закручивани  скорость потока возрастает, а давление понижаетс . При достижении величины давлени  насыщенных паров после лопаток 15 образуетс  кавитационна  каверна, в хвостовой части которой образуетс  поле микропузырьков . В результате охлопывани  микропузырьков возникают пол  кумул тивных микроструек, имеющих высокую интенсивность воздействи  на нефтепродукт.

Друга  часть потока нефтепродукта поступает на суперкавитирующие лопатки 20, за которыми также возникает каверна, причем последн   взаимодействует с каверной , образованной лопатками 15. Ввиду равнонаправленного закручивани  пото ков происходит взаимное проникновение кавитационных микроструек и их ударное взаимодействие. Кроме того, наблюдаетс  взаимодействие микровихрей. Суммарна  каверна характеризуетс  высокой интенсивностью образовани  кавитационных пузырьков , микроструек и микровихрей,

Через патрубок 14, внутреннюю полость кронштейна 17 и полую ступицу 16 присадка поступает в суммарную каверну, образованную за лопатками 15 и 20.

В хвостовой части суммарной каверны происходит интенсивное диспергирование нефтепродукта и присадки и их перемешивание . Расход присадки в трубопроводе 18 контролируетс  датчиком 33 расхода. Выходной сигнал датчика 33 через регул тор 34 управл ет регулирующим клапаном. 35, стабилизиру  расход присадки в кавитаци- онный смеситель. Дл  согласовани  расходов присадки и нефтепродукта на входе в кавитационный смеситель установлен датчик 36 расхода, выход которого заведен на вход регул тора 34, управл ющего величиной задани  расхода присадки. При увеличении расхода нефтепродукта в кавитационный смеситель пропорционально возрастает и расход присадки.

П рим ер 1. Присадку (ВНИИНП-360) в количестве 0,1мас.% вводит в мазут с начальной температурой застывани  18°С в режиме суперкавитационного смешени . Предварительна  кавитационна  обработка не проводитс . Исследуют зависимость температуры застывани  мазута от величины давлени  за зоной смешени  при различных скорост х потока.

-

Результаты опыта приведены в табл.1.

Присадка ВНИИНП-360 - смесь диал- килфенилдитиофосфата цинка с диалкилфе- нол том бари .

П р и м е р 2. Способ осуществл ют аналогично примеру 1, но производ т предварительную кавитационную обработку. Ис- следуют зависимость температуры застывани  мазута от кратности предвари- 10 тельной кавитационной обработки при относительных длинах каверны 1 5и различных давлени х за зоной смешени .

Результаты опыта сведены в табл.2 и 3.

Испытани  показывают высокуюэффек- 15 тивность предлагаемого способа по снижению температуры застывани  дизельного и печного топлив при вводе депрессорных присадок в кавитационный аппарат с предварительной кавитационной обработкой 20 топлива (табл.3). Предлагаемый способ реально обеспечивает возможность получени  низкозастывающих топлив при ут желении этих топлив, что позвол ет высвободить ресурсы дефицитных керосино- фракций и тем самым существенно повысить производительность нефтеперерабатывающих заводов.

Claims (3)

1. Формула изобретени  1. Способ ввода депрессорных присадок в поток нефтепродукта путем их смешивани , отличающийс  тем, что, с целью снижени  температуры застывани  нефтепродуктов , процесс ведут в режиме суперка- витационного смешивани  при скорости потока нефтепродукта 5-15 м/с, числе кавитации 0,1 - 1,5 и давлении за зоной смешивани  2-10 атм.
2. 2.Способ по п.1,отличающийс  тем, что поток нефтепродукта подвергают

   предварительной суперкавитационной обработке .
3. 3.Способ по пп.1 и 2, отличающий- с   тем, что предварительную кавитационную

   обработку провод т при непрерывной рециркул ции потока с кратностью 1,5 - 6,0.

   Таблица 1

   Таблица 2

   Режимы обработки: Pj 8 кгс/см2; L 3.

   Режимы обработки :Т.« 3; к 3.

   ВЭС - 238 - сополимер этилена с 38% винилацетата.

   Таблица 3

   22 to

   Нефтепродукт

   21

   3V 75 77 77

   To 6 арный нефтепродукт

   Ю

   35

   Присадка