Интенсификация перегонки нефти путем регулирования фазовых переходов кавитационным воздействием

В основе многих процессов переработки нефти и нефтяных остатков лежат фазовые переходы, характерные для нефтяных дисперсных систем.

Воздействовать на кинетику фазовых переходов можно химическими веществами (поверхностно-активными веществами - ПАВ, присадками и т.д.) и физическими полями (тепловыми, кавитационными, электромагнитными и т.д.). В результате такого вмешательства изменяется радиус ядра и толщина адсорбционно-сольватной оболочки сложной структурной единицы, которая является элементом нефтяной дисперсной системы.

Изменение баланса сил между частицами дисперсной системы и уменьшение размеров дисперсных частиц вследствие химического или физического воздействия позволяет увеличить выход целевых нефтепродуктов, улучшить их качество, а также снизить энергетические затраты. Достигается это за счет снижения температуры плавления и испарения меньших по размерам частиц дисперсной фазы.. Например, при введении в мазут западно-сибирской нефти оптимального количества экстракта среднестатистические размеры дисперсных частиц в 2%-ом гептановом растворе уменьшаются со 147 до 130 нм, а выход вакуумного дистиллята при перегонке в сопоставимых условиях возрастает на 7% (масс.).

Однако воздействие на нефть и ее остатки с помощью химических веществ приводит к существенному возрастанию себестоимости конечного продукта, ускоренному износу ректификационных колон и является практически нерегулируемым процессом.

Значительно более выгодным является использование для активирования нефти физических полей, например, кавитационного поля. Кавитационная обработка жидкости может быть проведена с помощью гидромеханических или ультразвуковых кавитаторов.

Гидромеханические кавитаторы устанавливаются в потоке нефти, что приводит к возрастанию потерь на местных сопротивлениях до 0,4 МПа. Кроме того, для их нормального функционирования обычно требуется дополнительная гидросистема с разгонными нефтяными насосами для получения необходимой скорости потока.

Регулирование интенсивности кавитационной обработки с помощью гидромеханических кавитаторов весьма затруднено. В случае повышенной агрессивности перекачиваемой среды работа таких кавитаторов становится ненадежной.

(от администрации сайта - отличительной особенностью предлагаемых нами гидромеханических кавитаторов, является возможность настройки последних, как в ручном, так и в автоматическом режимах)

Наиболее целесообразным является использование ультразвуковых кавитационных установок. Они представляют собой участок трубопровода с фланцами, с наружной стороны которого установлены ультразвуковые излучатели. Такая установка не вносит дополнительного сопротивления в систему, надежно функционирует при любой скорости течения жидкости и степени ее агрессивности, проста в обслуживании и обладает возможностью тонкой электронной регулировки интенсивности кавитационной обработки.

Проведенные исследования воздействия ультразвуковых колебаний при прохождении через ультразвуковой кавитатор тяжелой флегмы промышленной установки термокрекинга показали -

Анализ результатов исследований показывает, что озвучивание тяжелых нефтяных остатков ультразвуком при температуре 430 °С и давлении 20 и 40 кг/см2 приводит к снижению выхода газа и бензина, выход соляровых фракций увеличивается почти на 20%.

При давлении 60 кг/см2 выход бензина увеличивается в 1,6 раза.
Озвучивание при температуре 450 °С и давлении 40 кг/см приводит к увеличению выхода бензина, газа и фракций, выкипающих до 350°С. При давлении 60 кг/см2 выход газа увеличивается в 2,5 раза, бензина - в 2 раза, фракций, выкипающих до 350°С - в 2,8 раза.

Озвучивание при температуре 470 °С и давлении 60 кг/см2 дает заметное увеличение выхода бензина; увеличение газа и соляровых фракций незначительное.

В ультразвуковом поле уменьшается выход карбидов, а при увеличении выхода бензина уменьшается количество непредельных углеводородов в бензиновых фракциях.

Ультразвуковые колебания ускоряют диффузию нефти в полости парафина, интенсифицируют процесс его разрушения. Ускорение растворения парафина идет за счет интенсификации перемешивания нефти на границе нефть-парафин и действия импульсов давления, которые как бы разбрызгивают частицы парафина.

При распространении ультразвука возникает так называемый "звуковой ветер", который уносит частицы парафина. С другой стороны, всякая частица в среде или выступ облучаемой поверхности являются источником образования потоков вблизи от них.

Нефть не обладает вязкостью, подчиняющейся законам Ньютона, Пуазейля, Стокса, так как длинные беспорядочно расположенные молекулы парафина и смол образуют некоторую гибкую решетку, в которой располагается раствор. Поэтому система оказывает значительное сопротивлений силам сдвига. Ультразвук разрывает непрерывную цепочку, разрушая связи между отдельными частями молекул. Связи эти сравнительно малы, поэтому необходимо незначительное воздействие ультразвуковых волн.

После прекращения облучения молекулы парафина и смол медленно восстанавливают первоначальную систему благодаря беспорядочному броуновскому движению.

(от администрации сайта - при обработке нефти кавитациооным полем, конечный продукт стабилен не менее 60 суток...)

Значит, под действием ультразвука происходит разрушение структурной решетки, причем эта решетка восстанавливается после прекращения воздействия ультразвука.

Таким образом, ультразвук влияет на изменение структурной вязкости, т.е. на временный разрыв Ван-дер-ваальсовых связей. Необратимое уменьшение вязкости нефти имеет место после облучения нефти ультразвуком интенсивностью 10 Вт/см2 и больше на протяжении нескольких часов.

(от администрации сайта - а мы получаем этот эффект за один проход через установку.)

Анализ исследований показывает, что под воздействием ультразвука большой интенсивности, на протяжении длительного времени озвучивания нарушаются С-С связи в молекулах парафина, вследствие чего происходят изменения физико-химического состава (уменьшение молекулярного веса, температуры кристаллизации и др.). Наше предприятие имеет опыт создания ультразвуковых кавитационных установок в широком диапазоне мощностей.

результаты крекинга нефти без воздействия ультразвука -

думаем, что использование гидродинамического кавитатора даст более положительны эффект...