Гидродинамическая кавитационная установка Аскара и Адилхана

(51) 10 15/10 (2006.01) 10 15/08 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ нагнетательную ветвь 7 и отводящую ветвь 8 с задвижками 9, 10 на них. На нагнетательной ветви 7 после задвижки 9 установлен моноблочный гидродинамический реактор 11. Через трубопровод 12, для отвода стабилизированного продукта, с задвижкой 13 соединнный с резервуаромгазгольдером 1, образуя первый замкнутый контур в установке. Отводящая ветвь 8 нагнетательного трубопровода 5 через задвижку 10 также соединена с резервуаром-газгольдером 1, образуя второй замкнутый контур в установке. К отводящей ветви 8 через задвижку 14 присоединен сливной патрубок 15. В установке имеется теплообменник 16 и мкость 17 для сбора легких фракций стабилизированного продукта. Вход теплообменника 16, отводящим трубопроводом 18 для лгких стабилизированных углеводородов соединн с газгольдером резервуара-газгольдера 1, а выход с мкостью для легких фракций стабилизированного продукта. В конкретном исполнении (фиг. 2) моноблочный гидродинамический реактор 11 состоит из проточного механического рассекателя 19,струйного гидродинамического кавитатора 20 с конусообразным элементом 21, установленным с зазором 22 в диффузоре 23 кавитатора 20, и кавитационной камеры 24 (зоны кавитации) за диффузором 23.(76) Нугманов Аскар Абдильдаевич Айдарбек Адилхан Оспанкулулы(54) ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ КАВИТАЦИОННАЯ УСТАНОВКА АСКАРА И АДИЛХАНА(57) Изобретение относится к области переработки углеводородов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей,нефтехимической,химической промышленности и топливной энергетике для получения высококачественного топлива. Технический результат,достигаемый изобретением, заключается в создании на установке условий воздействия на обрабатываемый продукт,которые обеспечат существенное увеличение лгких фракций в нем, утративших способность к восстановлению в исходное состояние в обычных условиях. Гидродинамическая кавитационная установка,позволяющая достичь указанный результат, состоит из резервуара-газгольдера 1 для нефти или нефтепродуктов(обрабатываемого продукта),насоса 2, всасывающего трубопровода 5, за насосом 2, снабжнного коллектором 6 разделяющего нагнетательный трубопровод 5 на две ветви Изобретение относится к области переработки углеводородов и может быть использовано в нефтедобывающей,нефтеперерабатывающей,нефтехимической, химической промышленности и топливной энергетике для получения высококачественного топлива. Известны различные типы установок для обработки нефти и нефтепродуктов. Известно устройство для обработки жидких углеводородов,содержащее мкость для углеводородов, систему подвода и отвода жидких углеводородов и возбудитель электромагнитного поля, в виде соленоида, токопроводящая обмотка которого охватывает мкость для обработки. В каждой системе подвода и отвода углеводородов установлены управляемые дроссели и запорные краны (Патент РФ 2098454, МКИ С 10 32/02,1997 г). Указанное устройство не обеспечивает эффективного воздействия на обрабатываемый продукт, что не позволяет существенно увеличить количество лгких фракций в обрабатываемом продукте и стабилизировать их. Причиной указанного недостатка является принцип оказываемого воздействия, которое недостаточно для разрушения межмолекулярных связей сложных и тяжлых углеводородов нефти и их стабилизации. Известны гидродинамические кавитационные установки, позволяющие создать более жсткое воздействие на обрабатываемый продукт. Например,известна гидродинамическая кавитационная установка включающая,соединнные трубопроводами с запорной арматурой, цистерну,насос, трибологический реактор, конфузорнодиффузорный модуль, ускоритель потока и взрывную камеру за ним. Установка, также,содержит разделительное устройство, охладитель,газоотделитель и смеситель, ( 17855 , 2006). Известная установка обладает следующими недостатками в ней не достигается массового разрыва молекул тяжлых углеводородов и стабилизация их состояния, что приводит к незначительному добавочному выходу лгких углеводородов. Причина указанных недостатков заключается в том, что в установке не создаются требуемые для этого условия а именно непрерывность и многократность воздействия на обрабатываемый продукт и требуемые условия воздействия (температура, давление и скорость). Конструктивная причина заключается в том, что установка имеем разнеснные по длине нагнетательного трубопровода элементы механикокавитационного воздействия на обрабатываемый продукт такие как трибологический реактор,ускоритель, кавитатор, взрывная камера и не имеет замкнутого контура прокачивания продукта по нагнетательному трубопроводу. Другим недостатком установки является то, что в ней невозможно достичь требуемых условий воздействия на обрабатываемый продукт из-за характеристики используемого насоса. У всех высокопроизводительных насосов, применяемых в данной установке, при прохождении потока обрабатываемого продукта через кавитатор, падает 2 расход и скорость потока. Это не позволяет создать на выходе кавитатора требуемые условия воздействия на обрабатываемый продукт, которые позволяют получить лгкие стабильные углеводороды, молекулы которых утратили свои тиксотропные свойства,т.е. свойства к восстановлению в исходное состояние. Задачей изобретения является создание установки для обработки нефти и нефтепродуктов,которая позволит существенно увеличить количество лгких углеводородов в обрабатываемом продукте и устранит их способность к восстановлению. Технический результат достигаемый изобретением заключается в создании на установке условий воздействия на обрабатываемый продукт,которые обеспечат существенное увеличение легких фракций в нем, утративших способность к восстановлению в исходный продукт в обычных условиях. В частном случае исполнения в установке обеспечивается регулирование параметров потока(давления, подачи, скорости) обрабатываемого продукта и, соответственно, воздействующих на поток факторов. В другом частном случае в установке обеспечивается грубая очистка обрабатываемого продукта. В третьем частном случае исполнения в установке обеспечивается возврат легких стабилизированных фракций в исходный продукт и активизация физико-химических процессов в нем. Последнее конструктивное дополнение к резервуару установки, стабилизирует процесс в нем и уменьшает попадание пузырьков газа в насос, что увеличивает срок службы насоса. Основной технический результат достигается тем, что в гидродинамическую кавитационную установку, содержащую резервуар для нефти или нефтепродуктов, насос, всасывающий трубопровод между ними, нагнетательный трубопровод за насосом с узлом для механико-кавитационного воздействия на обрабатываемый продукт и элементы гидродинамического кавитатора, а также теплообменник и емкость для сбора стабилизированного продукта внесен ряд конструктивных изменений. В установке, согласно изобретению,резервуар выполнен в виде резервуара-газгольдера узел для механикокавитационного воздействия и элементы гидродинамического кавитатора объединены в моноблочный гидродинамический реактор нагнетательный трубопровод за насосом снабжен коллектором, разделяющим его на две ветви нагнетательную с моноблочным реактором и отводящую с запорной арматурой на них моноблочный гидродинамический реактор через трубопровод для стабилизированных продуктов соединен с резервуаром-газгольдером, образуя первый замкнутый контур установки. Отводящая ветвь нагнетательного трубопровода также соединена с резервуаром-газгольдером, образуя второй замкнутый контур, а вход теплообменника соединен отводящим трубопроводом для легких стабилизированный углеводородов с газгольдером резервуара-газгольдера, выход же с емкостью для стабилизированного продукта. В конкретном исполнении моноблочный гидродинамический реактор установки выполнен из проточного механического рассекателя и струйного гидродинамического кавитатора с конусообразным элементом, установленном с зазором в диффузоре кавитатора и кавитационной камерой (зоной кавитации) за ним. Для регулирования параметров потока обрабатываемого продукта (давления, подачи,скорости) и, соответственно, воздействующих на поток факторов конусообразный элемент установлен в диффузоре кавитатора с возможностью регулирования зазора между диффузором и им. Для обеспечения грубой очистки обрабатываемого продукта установка снабжена отстойником грубой очистки нефти. Для активизации физико-химических процессов в резервуаре-газгольдере, за счет взаимодействия обрабатываемого продукта с полученным стабилизированным продуктом, установка снабжена возвратным трубопроводом с подающим насосом,установленным между емкостью для стабилизированного продукта и резервуаромгазгольдером, образуя третий замкнутый контур. Для стабилизации состояния обрабатываемого продукта в резервуаре-газгольдере и уменьшения попадания пузырьков газа в насос, резервуаргазгольдер снабжен вертикальной перфорированной перегородкой. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена гидродинамическая кавитационная установка на фиг. 2 схематично изображен гидродинамический реактор установки. Гидродинамическая кавитационная установка состоит из резервуара-газгольдера 1 для нефти или нефтепродуктов(обрабатываемого продукта),насоса 2, всасывающего трубопровода 3 между ними с задвижкой 4, нагнетательного трубопровода 5 за насосом 2, снабженного коллектором 6 разделяющего нагнетательный трубопровод 5 на две ветви нагнетательную ветвь 7 и отводящую ветвь 8 с задвижками 9, 10 на них. На нагнетательной ветви 7 после задвижки 9 установлен моноблочный гидродинамический реактор 11. Через трубопровод 12, для отвода стабилизированного продукта, с задвижкой 13 соединенный с резервуаромгазгольдером 1, образуя первый замкнутый контур в установке. Отводящая ветвь 8 нагнетательного трубопровода 5 через задвижку 10 также соединена с резервуаром-газгольдером 1, образуя второй замкнутый контур в установке. К отводящей ветви 8 через задвижку 14 присоединен сливной патрубок 15. В установке имеется теплообменник 16 и емкость 17 для сбора легких фракций стабилизированного продукта. Вход теплообменника 16, отводящим трубопроводом 18 для легких стабилизированных углеводородов соединен с газгольдером резервуара-газгольдера 1, а выход с емкостью 17 для легких фракций стабилизированного продукта. В конкретном исполнении (фиг.2) моноблочный гидродинамический реактор 11 состоит из проточного механического рассекателя 19,струйного гидродинамического кавитатора 20 с конусообразным элементом 21, установленным с зазором 22 в диффузоре 23 кавитатора 20, и кавитационной камеры 24 (зоны кавитации) за диффузором 23. В конкретном исполнении в установке, для регулирования параметров потока обрабатываемого продукта и, соответственно, воздействующих на поток факторов, конусообразный элемент 21 установлен в диффузоре 23 кавитатора 20 с возможностью регулирования зазора 22 между ним и диффузором 23. В другом частном случае выполнения установка снабжена фильтром грубой очистки 25 обрабатываемого материала, установленном на всасывающем трубопроводе 3. В третьем частном случае исполнения установка,для активации физико-химических процессов в резервуаре-газгольдере 1 за счет активного взаимодействия обрабатываемого продукта с полученными легкими фракциями стабилизированного продукта,дополнена возвратным трубопроводом 26 с подающим насосом 27, установленными между емкостью 17 для легких фракций стабилизированного продукта и резервуаром-газгольдером 1. В последнем частном случае исполнения резервуар-газгольдер 1 установки снабжен вертикальной перфорированной перегородкой 28,для стабилизации состояния обрабатываемого продукта и уменьшения попадания пузырьков газа в насос 2 на всасывающем трубопроводе 3. Работа установки и полученный результат. Для запуска установки в работу резервуаргазгольдер 1 заполняют нефтью или нефтепродуктом (далее обрабатываемый продукт). На всасывающем трубопроводе 3 открывают задвижку 4, на нагнетательной ветви 7,нагнетательного трубопровода 5 задвижку 9, на отводящей ветви 8 задвижку 10 и на трубопроводе 12 для отвода стабилизированного продукта задвижку 13. Включают в работу насос 2 и прокачивают обрабатываемый продукт через первый и второй замкнутые контуры установки. Обрабатываемый продукт из резервуара-газгольдера 1 по всасывающему трубопроводу 3 насосом 2 нагнетается под высоким давлением в нагнетательный трубопровод 5. За трубопроводом 5,обрабатываемый продукт,коллектором 6 разделяется на два потока. Первый поток под высоким давлением через задвижку 9,нагнетательную ветвь 7 подается в гидродинамический реактор 11, обрабатывается в нем и по трубопроводу 12 с задвижкой 13 для стабилизированного продукта возвращается в резервуар-газгольдер 1. Второй поток обрабатываемого продукта через отводящую ветвь 8 с задвижкой 10 возвращается в резервуар-газгольдер 1. По этим двум ветвям 7, 8 обрабатываемый продукт прокачивают многократно до получения стабилизированного продукта требуемого количества и качества. Разделение потока обрабатываемого продукта за нагнетательным трубопроводом 5 на два позволяет сохранить максимальную производительность насоса 2, а,соответственно,давление и скорость в нагнетательной ветви 7 и гидродинамическом реакторе 11. Обрабатываемый продукт, циркулируя по первому замкнутому контуру, проходит через гидродинамический кавитационный реактор 11. В реакторе 11 продукт подвергается различным видам физико-механического воздействия с заданными параметрами, которые обеспечивают изменения его структуры и свойств на атомно-молекулярном уровне и позволяют получить продукт содержащий увеличенное количество стабилизированных легких углеводородов, утративших свои тиксотропные свойства, т.е. способность к восстановлению в исходное состояние. В конкретном исполнении (фиг.2) реактора 11 обрабатываемый продукт под высоким давлением и с высокой скоростью проходит через проточный механический рассекатель 19,в котором подвергается механическому и кавитационному воздействию. В результате этого происходит разрушение межмолекулярных связей длинномерных углеводородов,увеличивается кинетическая и тепловая энергия обрабатываемого продукта. Далее поток разгоняется в струйном гидродинамическом кавитаторе 20, проходит через зазор 22,образованный диффузором 23,конусообразным элементом 21. В зазоре 22 поток обрабатываемого продукта сжимается, достигаем сверхзвуковой скорости и входит в кавитационную камеру 24 (зону кавитации), где резко тормозится. Давление в потоке обрабатываемого продукта резко падает(скачок давления) и возникают кавитационные и суперкавитационные процессы,под воздействием которых продукт изменяет свою структуру и свойства. Создается продукт в котором существенно увеличивается количество легких углеводородов и утрачивается их способность к восстановлению. Изменяются свойства полученного продукта, он становится более текучим и морозостойким. Обработанный в реакторе 11 и поступивший в резервуар-газгольдер 1 по трубопроводу 12,стабилизированный продукт разделяется на легкие и тяжелые фракции. Тяжлые фракции остаются в резервуаре-газгольдере 1, а лгкие, летучие по отводящему трубопроводу 18 поступают в теплообменник 16, конденсируются в нем и сливаются в емкость 17 для стабилизированных легких фракций обрабатываемого продукта. Из емкости 17 полученный продукт отбирается для дальнейшего использования или вводится в основной процесс. Для этого продукт из емкости 17 подается насосом 27 по возвратному трубопроводу 26 обратно в резервуар-газгольдер 1. Возврат легких стабилизированных фракций в обрабатываемый продукт активизирует физико-химические процессы в нем, что приводит к увеличению выхода стабилизированного продукта в целом. Полученный в установке стабилизированный продукт, с увеличенным количеством легких фракций в нем, отводится в нефтепровод, подается на дальнейшую переработку или иному потребителю. Для этого, закрывают задвижку 9 и 14 на нагнетательной и отводящей ветвях 7, 8 нагнетательного трубопровода 5 установки и стабилизированный продукт из резервуарагазгольдера 1, насосом 2, через всасывающий трубопровод 3, коллектор 6, отводящую ветвь 8 и сливной патрубок 15 с задвижкой 10 и 29, подается потребителю. При установке (фиг.2) в диффузоре 23 гидродинамического кавитатора 20 конусообразного элемента 21 с возможностью регулирования зазора 22 между ними осуществляется регулировка зазора путем перемещения элемента 21 вдоль оси. Величина зазора определяется по количеству и качеству получаемого стабилизированного продукта. При снабжении установки фильтром грубой очистки 25 на всасывающем трубопроводе 3,обрабатываемый продукт проходит через фильтр 25 и очищенный, всасывается насосом 2. Снабжение резервуара-газгольдера 1 вертикальной перфорированной перегородкой 28 происходит стабилизация состояния обрабатываемого продукта,отвод газовых фракций вверх в газгольдер и уменьшение их попадание в насос 2. В результате многократной обработки нефти или нефтепродуктов в данной установке увеличивается количество легких стабилизированных фракций в них,улучшается их текучесть и морозоустойчивость. Полученный результат достигается созданием в установке соответствующих условий. В таблице 1 и ,2 приведены сравнительные данные фракционного состава исходной и обработанной в кавитацонной установке нефти, определенных в соответствии с ГОСТ 2177-99 (метод определения фракционного состава). Сравнительные анализы изменение фракционного состава исходной и переработанной нефти(Месторождения - Кумкольский) Исходная фракция Температура разгонки в Выход светлой фракций,градусах Цельсия в Н. к. - 75 100 4,5 4 Переработанная фракция Температура разгонки в Выход светлой фракций,градусах Цельсия в 100 Исходная фракция Температура разгонки в Выход светлой фракций,градусах Цельсия в 150 14.5 170 17,5 200 23 250 32 300 44 350 55,5 Из приведенных данных видно,что обработанная нефть имеет значительно больше легких фракций и они не восстанавливаются в исходное состояние со временем. Использование установок в технологических процессах транспортировки и переработки нефти,обработке нефтепродуктов улучшит их качество и технико-экономическую эффективность процессов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Гидродинамическая кавитационная установка,содержащая резервуар для нефти или нефтепродукта, насос, всасывающий трубопровод между ними, нагнетательный трубопровод за насосом с узлом для механико-кавитационного воздействия и элементами гидродинамического кавитатора, а также теплообменник и мкость для сбора стабилизированного продукта,отличающаяся тем, что резервуар выполнен в виде резервуара-газгольдера узел для механикокавитационного воздействия и элементы гидродинамического кавитатора объединены в моноблочный гидродинамический реактор нагнетательный трубопровод за насосом снабжен коллектором, разделяющим его на две ветви нагнетательную с моноблочным реактором и отводящую с запорной арматурой на них Переработанная фракция Температура разгонки в Выход светлой фракций,градусах Цельсия в 100 17,5 170 21 200 24 250 33 300 45,5 350 78,5 моноблочный гидродинамический реактор через трубопровод для стабилизированных продуктов соединен с резервуаром-газгольдером, образуя первый замкнутый контур отводящая ветвь также соединена с резервуаром-газгольдером, образуя второй замкнутый контур вход теплообменника соединен отводящим трубопроводом для стабилизированных (лгких) углеводородов с газгольдером резервуара-газгольдера, а выход - с емкостью для стабилизированного продукта. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что моноблочный гидродинамический реактор состоит из проточного механического рассекателя и струйного гидродинамического кавитатора с конусообразным элементом, установленным с зазором в диффузоре кавитатора, и кавитационной камерой (зоной кавитации) за ним. 3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что конусообразный элемент установлен в диффузоре кавитатора с возможностью регулирования зазора между ним и диффузором. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена отстойником грубой очистки нефти. 5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена возвратным трубопроводом с подающим насосом, установленным между емкостью для стабилизованного продукта и резервуаромгазгольдером, образуя третий замкнутый контур.