RU198183U1 - REACTOR OF COMPLEX CAVITATION AND WAVE IMPACTS - Google Patents

Abstract

Реактор комплексного кавитационного и волнового воздействия относится к технологическому оборудованию, предназначенному для повышения качества нефтепродуктов путем комплексного воздействия физических методов на их структуру, и может быть использован на нефтеперерабатывающих предприятиях.Реактор включает в себя следующие элементы: корпус цилиндрической формы с внутренней полостью разного диаметра по длине корпуса, два расположенных под прямым углом друг к другу патрубка для ввода внутрь реактора обрабатываемого продукта и водородоносителя (вода, перекись водорода и др.), патрубок выхода готового продукта.Внутри корпуса расположены два полых конуса с хвостовиком и сквозными отверстиями, просверленными перпендикулярно оси конусов по спирали с регламентированным шагом, имеющих возможность передвигаться вдоль оси корпуса с помощью регулировочных гаек.В зоне кавитации установлен отбойник в виде пластины круглой формы, имеющей возможность передвигаться вдоль оси корпуса на необходимое расстояние до торца конусов для получения требуемой частоты колебаний. Кавитационный эффект создается при обтекании потоком жидкости плохо обтекаемого тела (круглой пластины).Основным преимуществом предлагаемой конструкции реактора перед существующими является простота конструкции и обслуживания, отсутствие вращающихся и трущихся пар, что обеспечивает надежность работы и увеличивает срок службы реактора.The complex cavitation and wave impact reactor refers to technological equipment designed to improve the quality of petroleum products by the complex effect of physical methods on their structure, and can be used at refineries. The reactor includes the following elements: a cylindrical-shaped body with an internal cavity of different diameters along the length casing, two pipes located at right angles to each other for introducing the processed product and hydrogen carrier (water, hydrogen peroxide, etc.) into the reactor, an outlet pipe for the finished product. Inside the casing are two hollow cones with a shank and through holes drilled perpendicular to the axis of the cones in a spiral with a regulated step, having the ability to move along the axis of the casing with the help of adjusting nuts. In the cavitation zone, a chipper is installed in the form of a circular plate having the ability to move along the axis of the casing to the required distance up to the end of the cones to obtain the desired oscillation frequency. The cavitation effect is created when a poorly streamlined body (round plate) flows around a liquid stream.The main advantage of the proposed reactor design over existing ones is the simplicity of construction and maintenance, the absence of rotating and rubbing pairs, which ensures reliable operation and increases the life of the reactor.

Description

Полезная модель «Реактор комплексного кавитационного и волнового воздействия» относится к технологическому оборудованию, предназначенному для повышения качества нефтепродуктов путем комплексного воздействия физических методов на их структуру, и может быть использована на нефтеперерабатывающих предприятиях.The utility model “Integrated cavitation and wave impact reactor” refers to technological equipment designed to improve the quality of petroleum products through the combined effects of physical methods on their structure, and can be used at refineries.

Повышение качества светлых дистиллятных фракций, используемых в производстве многих товарных нефтепродуктов, например, таких, как моторные, реактивные и дизельные топлива, остается одной из важных задач среди других существующих проблем в нефтепереработке.Improving the quality of light distillate fractions used in the production of many marketable petroleum products, for example, such as motor, jet and diesel fuels, remains one of the important tasks among other existing problems in oil refining.

К перспективным направлениям в создании нетрадиционных технологий и интенсификации существующих относится использование различных физических методов воздействия на продукты переработки нефти.The promising areas in the creation of unconventional technologies and the intensification of existing ones include the use of various physical methods of influencing oil refined products.

Чтобы повысить качество нефтепродуктов, необходимо получить свободные радикалы, образующие новые соединения, путем дробления длинных органических цепочек на короткие.To improve the quality of petroleum products, it is necessary to obtain free radicals that form new compounds by crushing long organic chains into short ones.

Наиболее эффективным оборудованием для получения качественных нефтепродуктов является оборудование, использующее устройства кавитационного и волнового воздействия на исходный продукт. С этой целью используются кавитационные генераторы различного типа, генерирующие колебания на частотах, отличающихся на порядок. Поскольку размер зародыша кавитации зависит от частоты (чем она выше, тем меньше зародыш), то при обработке жидкости она проходит через кавитатор, работающий на большей частоте.The most effective equipment for producing high-quality petroleum products is equipment that uses devices of cavitation and wave action on the initial product. For this purpose, cavitation generators of various types are used, generating oscillations at frequencies differing by an order of magnitude. Since the size of the cavitation nucleus depends on the frequency (the higher it is, the smaller the nucleus), when processing the liquid, it passes through a cavitator operating at a higher frequency.

Известен кавитатор дискового типа, основанный на возмущении потока жидкости при прохождении сквозь отверстия подвижного диска вдоль выпуклости неподвижного, что приводит к возникновению кавитации. (Викарчук А.А., Растегаева И.И., Чернохаева Е.Ю. Технология и оборудование для обработки нефти и переработки твердых нефтешламов и жидких нефтеотходов).Known disk-type cavitator based on the perturbation of the fluid flow when passing through the holes of the movable disk along the convexity of the stationary disk, which leads to cavitation. (Vikarchuk A.A., Rastegaeva I.I., Chernokhaeva E.Yu. Technology and equipment for oil processing and processing of solid oil sludge and liquid oil waste).

Основным недостатком этого кавитатора является частый выход из строя резонирующих пластин.The main disadvantage of this cavitator is the frequent failure of the resonating plates.

Известно устройство подготовки жидкого топлива (патент РФ №2143312), осуществляющее эмульгирование смеси мазута с водой, подогрев и введение в состав топлива в процессе эмульгирования пиролизной смолы. Эмульгирование осуществляют путем гидродинамической кавитационной обработки при заданных режимах.A device for preparing liquid fuel is known (RF patent No. 2143312), emulsifying a mixture of fuel oil with water, heating and introducing into the fuel composition in the process of emulsification of pyrolysis resin. Emulsification is carried out by hydrodynamic cavitation treatment under specified conditions.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, т.к. оно содержит три гидродинамических кавитационных аппарата, подогреватели и другие элементы.The disadvantage of this device is the design complexity, because it contains three hydrodynamic cavitation apparatus, heaters and other elements.

Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является установка крекинга нефти, описанная в патенте РФ 2078116, в которой нефтяное сырье подвергают ультразвуковой обработке, при давлении 0,2-5,0 МПа в зоне замкнутого циркуляционного контура, куда одновременно с исходным сырьем подают диспергирующее вещество, затем разделяют полученные таким образом продукты в разделительной камере. Вся установка выполнена в одном корпусе, где имеются совмещенные рабочие камеры, в каждой из которых установлено колесо центробежного насоса. Описанная установка применяется при переработке вакуумного газойля.Closest to the proposed utility model is an oil cracking unit described in RF patent 2078116, in which the crude oil is subjected to ultrasonic treatment at a pressure of 0.2-5.0 MPa in a closed circulation loop, where a dispersant is fed simultaneously with the feedstock, then the products thus obtained are separated in a separation chamber. The entire installation is made in one housing, where there are combined working chambers, in each of which a centrifugal pump wheel is installed. The described installation is used in the processing of vacuum gas oil.

Она содержит конструктивно сообщенные между собой устройства для обработки продукта, являющиеся одновременно ультразвуковыми генераторами, камеру для разделения отработанного сырья и приспособление для конденсации парообразной фазы. Устройство для обработки сырья представляет собой корпус, в котором имеются конструктивно сообщенные между собой камеры, в каждой из которых установлен ротор, закрепленный на приводном валу, и статор. Обе камеры образуют замкнутый контур. За последней камерой размещена разделительная камера, имеющая канал для отвода образовавшейся парообразной фазы на конденсацию в холодильную камеру. В излучатель ультразвуковых частот входят механические узлы (ротор, статор, подшипники и др.).It contains constructively interconnected devices for processing the product, which are simultaneously ultrasonic generators, a chamber for separating spent raw materials and a device for condensing the vapor phase. A device for processing raw materials is a housing in which there are structurally interconnected chambers, each of which has a rotor mounted on the drive shaft and a stator. Both cameras form a closed loop. Behind the last chamber there is a separation chamber having a channel for diverting the resulting vapor phase for condensation to the refrigeration chamber. The ultrasonic emitter includes mechanical components (rotor, stator, bearings, etc.).

Эта установка имеет следующие недостатки:This installation has the following disadvantages:

1. Сложность и ненадежность конструкции, вследствие наличия довольно сложной вращающейся механической системы, имеющей большое количество узлов трения.1. The complexity and unreliability of the design, due to the presence of a rather complex rotating mechanical system having a large number of friction nodes.

2. Ротор, являющийся генератором кавитации, требует частой замены, так как подвергается постоянному кавитационному разрушению.2. The rotor, which is a cavitation generator, requires frequent replacement, as it undergoes permanent cavitation destruction.

3. Использование механических узлов и деталей в качестве излучателей с интенсивностью более 100 кВт/м² приводит к интенсивному их разрушению.3. The use of mechanical components and parts as emitters with an intensity of more than 100 kW / m ² leads to their intensive destruction.

Задача, на решение которой направлено создание предлагаемой полезной модели в виде технического устройства, заключается в устранении вышеперечисленных недостатков, упрощении конструкции и изготовления, эффективном улучшении качества нефтепродуктов.The task, the creation of the proposed utility model in the form of a technical device is aimed at, is to eliminate the above disadvantages, simplify the design and manufacture, and effectively improve the quality of petroleum products.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются созданием устройства, включающего взаимосвязанные между собой элементы: корпус цилиндрической формы с внутренней полостью разного диаметра по длине корпуса, две камеры: одна для ввода исходного продукта, другая - для ввода исходного продукта в смеси с водородоносителем (вода, перекись водорода и др.) и соответствующими расположенными под прямым углом друг к другу патрубками. На выходе устройства расположена камера, содержащая отбойник в виде круглой пластины, имеющей возможность передвигаться вдоль оси устройства с помощью регулировочных гаек, и выходной патрубок. Камера с патрубком ввода исходного продукта в смеси с водородоносителем и камера с патрубком выхода очищенного продукта соединяются с корпусом с помощью шпилек с гайками. Камера с патрубком ввода продукта с водородоносителем соединяется с камерой с патрубком ввода исходного продукта при помощи винтов.The solution of this problem and the technical result are achieved by creating a device that includes interconnected elements: a cylindrical body with an internal cavity of different diameters along the length of the body, two chambers: one for inputting the initial product, the other for entering the initial product in a mixture with a hydrogen carrier (water, hydrogen peroxide, etc.) and corresponding pipes located at right angles to each other. At the output of the device there is a chamber containing a chipper in the form of a round plate that can move along the axis of the device with the help of adjusting nuts, and an outlet pipe. The chamber with the input port of the initial product mixed with hydrogen carrier and the chamber with the outlet of the purified product outlet are connected to the housing using studs with nuts. The chamber with the product inlet with a hydrogen carrier is connected to the chamber with the inlet of the original product with screws.

Внутри корпуса расположены два полых конуса с хвостовиком и сквозными отверстиями, просверленными перпендикулярно оси конусов по спирали с регламентированным шагом, имеющих возможность передвигаться вдоль оси устройства с помощью регулировочных гаек для получения требуемой частоты колебаний.Inside the body there are two hollow cones with a shank and through holes drilled perpendicular to the axis of the cones in a spiral with a regulated step, which can be moved along the axis of the device with the help of adjusting nuts to obtain the desired oscillation frequency.

Полость камеры с патрубком ввода обрабатываемого продукта сообщается с межконусным пространством корпуса, полость камеры с патрубком водородоносителя сообщается с каналами конусов.The cavity of the chamber with the input pipe of the processed product communicates with the inter-cone space of the housing, the cavity of the chamber with the nozzle of the hydrogen carrier communicates with the channels of the cones.

Основным преимуществом предлагаемой конструкции реактора перед существующими, является высокая эффективность очистки нефтепродуктов от вредных примесей, отсутствие вращающихся и трущихся пар, что обеспечивает надежность работы и увеличивает срок его службы.The main advantage of the proposed reactor design over existing ones is the high efficiency of cleaning oil products from harmful impurities, the absence of rotating and rubbing pairs, which ensures reliable operation and increases its service life.

Техническое решение предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, изображенным на фиг. 1 и фотографией на фиг. 2.The technical solution of the proposed utility model is illustrated by the drawing shown in FIG. 1 and the photograph in FIG. 2.

Техническим результатом является оптимизация выходных характеристик нефтепродуктов различного типа.The technical result is the optimization of the output characteristics of various types of petroleum products.

Устройство включает в себя следующие конструктивно связанные между собой элементы: корпус 1, камеру 2 с входным патрубком 3, камеру 4 с входным патрубком 5, камеру 6 с выходным патрубком 7 и вибрационной пластиной 8, четыре полых конуса 9 с хвостовиками и сквозными поперечными отверстиями, перпендикулярно оси конусов по спирали с регламентированным шагом. Камеры 4 и 6 притянуты к корпусу четырьмя шпильками 10 и гайками 11, гайки 12 регулируют положение конусов 9, две гайки 13 устанавливают в необходимом положении пластину 8, пять винтов 14 крепят камеру 2 к камере 4.The device includes the following structurally interconnected elements: a housing 1, a chamber 2 with an inlet pipe 3, a chamber 4 with an inlet pipe 5, a chamber 6 with an outlet pipe 7 and a vibration plate 8, four hollow cones 9 with shanks and through transverse holes, perpendicular to the axis of the cones in a spiral with a regulated step. The chambers 4 and 6 are pulled to the body by four studs 10 and nuts 11, the nuts 12 adjust the position of the cones 9, two nuts 13 are installed in the required position, the plate 8, five screws 14 fasten the camera 2 to the camera 4.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Исходный продукт насосом через патрубок 5 подается в камеру 4, затем через кольцевые зазоры между конусами 9 и корпусом 1 в конусообразной части корпуса, где соединяется с основной частью обрабатываемого продукта, разгоняется до заданной скорости и попадает в камеру 6, в которой при ударе в пластину 8 заставляет ее колебаться с определенной частотой, образуя эффект кавитации.The initial product is pumped through the pipe 5 into the chamber 4, then through the annular gaps between the cones 9 and the body 1 in the cone-shaped part of the body, where it connects to the main part of the processed product, it accelerates to a predetermined speed and enters the chamber 6, in which, upon impact, into the plate 8 makes it oscillate with a certain frequency, forming the effect of cavitation.

Часть исходного продукта с водородоносителем насосом через патрубок 3 подается в приемную камеру 2, затем через каналы в конусах 9 и отверстия в них попадает в кольцевое пространство между конусами 9 и корпусом 1, где смешивается с исходным продуктом. Очищенный продукт через патрубок 7 сливается в накопитель.A part of the initial product with a hydrogen carrier is pumped through the pipe 3 to the receiving chamber 2, then through the channels in the cones 9 and the holes in them enter the annular space between the cones 9 and the housing 1, where it is mixed with the initial product. The purified product through the pipe 7 is discharged into the drive.

В зависимости от обрабатываемого продукта гайками 12 устанавливается зазор между конусами 9 и корпусом 1, гайками 13 устанавливается в требуемом положении пластина 8.Depending on the processed product, the nuts 12 establish a gap between the cones 9 and the housing 1, the nuts 13 are installed in the desired position of the plate 8.

Реактор включает две разгонные части:The reactor includes two upper stages:

- первая, прямолинейная, позволяет разогнать продукт в межконусном пространстве до требуемой скорости;- the first, straightforward, allows you to disperse the product in the inter-conical space to the required speed;

- вторая, конусообразная, при дополнительном вводе продукта через отверстия в конусной части, обеспечивает возможность увеличения перепада давления между входом продукта в реактор и выходом его в расширенную зону. Отверстия в конусе позволяют усилить скорость потока, что создает в межконусном пространстве эффект волны, движущейся с определенной частотой. При обтекании потоком жидкости плохо обтекаемого тела (круглой пластины) создается кавитационный эффект. В растительной зоне за счет кавитационного эффекта и волнового воздействия вода диспергирует из продукта до субмикронного уровня.- the second, cone-shaped, with additional input of the product through openings in the conical part, provides the possibility of increasing the pressure drop between the inlet of the product into the reactor and its exit into the expanded zone. The holes in the cone allow you to enhance the flow rate, which creates the effect of a wave moving with a certain frequency in the inter-cone space. When a poorly streamlined body (round plate) flows around a fluid stream, a cavitation effect is created. Due to the cavitation effect and wave action, water disperses from the product to a submicron level in the plant zone.

Затем вода в смеси сырье-вода расщепляется по схеме H₂O=ОН+Н. Энергия разрыва связи НО-Н равна 465 кДж/моль, что несколько больше энергии разрыва для связи Н-Н, равной 435 кДж/моль. Гидроксильный радикал (ОН) окисляется преимущественно атомом серы с образованием молекулы сульфона и последующим элиминированием диоксида серы. Атом водорода принимает участие в процессе очистки, замыкая углеводородные остатки молекул сульфона.Then the water in the feed-water mixture is split according to the scheme H ₂ O = OH + H. The energy of the bond gap НО-Н is equal to 465 kJ / mol, which is slightly higher than the energy gap for the bond Н-Н equal to 435 kJ / mol. The hydroxyl radical (OH) is oxidized primarily by the sulfur atom to form a sulfone molecule and the subsequent elimination of sulfur dioxide. A hydrogen atom takes part in the cleaning process, closing hydrocarbon residues of sulfone molecules.

Под действием высокого давления в области образования кавитационных пузырьков происходит распад соединения по связи C-S, поскольку энергия разрыва такой связи 138 кДж/моль меньше, чем энергия связи С-С и С-Н.Under the action of high pressure in the region of formation of cavitation bubbles, the compound decomposes via the C – S bond, since the breaking energy of such a bond is 138 kJ / mol less than the C – C and C – H bond energy.

Кроме того, высокое давление способствует интенсификации процесса гидроочистки. Бензиновые фракции с содержанием общей серы 2000 ppm, пройдя процесс обессеривания, снижают показатель общей серы до 10-300 ppm, при этом меняется фракционный и химический состав бензинов. В частности, при температуре КК 245°С в продукте, после очистки, имеем КК 197.In addition, high pressure enhances the hydrotreatment process. Gasoline fractions with a total sulfur content of 2000 ppm, having passed the desulfurization process, reduce the total sulfur index to 10-300 ppm, while the fractional and chemical composition of gasolines changes. In particular, at a temperature of KK 245 ° C in the product, after purification, we have KK 197.

Дизельные фракции при содержании общей серы в сырье 1200-1400 ppm после обработки снижают показатель общей серы до 10-300 ppm.Diesel fractions with a total sulfur content in the feed of 1200-1400 ppm after processing reduce the total sulfur to 10-300 ppm.

Отбойник, в виде круглой пластины, при воздействии на нее потока продукта, вибрирует с определенной частотой, а совпадения расстояний между волнами и расстоянием пластины от торца конусов создает усиливающий резонансный эффект.A chipper, in the form of a round plate, when exposed to a product flow, vibrates at a certain frequency, and the coincidence of the distances between the waves and the distance of the plate from the end of the cones creates an amplifying resonant effect.

При обработке прямогонного бензина в предлагаемом реакторе происходило изменение физических (удельный вес, фракционный состав) и химических (уменьшение серы, изменение группового состава) свойств.When processing straight-run gasoline in the proposed reactor, there was a change in physical (specific gravity, fractional composition) and chemical (decrease in sulfur, change in group composition) properties.

Таким образом, улучшение качества нефтепродуктов обеспечивается тем, что в реакторе одновременно реализуется три физических процесса: кавитация, эффект гидроволны и ультразвуковое воздействие, которые обеспечивают возможность эффективно воздействовать на нефтепродукт с целью изменения его физических и химических свойств в лучшую сторону.Thus, the improvement of the quality of petroleum products is ensured by the fact that three physical processes are simultaneously implemented in the reactor: cavitation, the effect of the microwave, and ultrasonic exposure, which make it possible to effectively influence the petroleum product in order to change its physical and chemical properties for the better.

Испытания опытно-промышленного образца показали вышеуказанные результаты, которые свидетельствуют о том, что предлагаемая полезная модель «Реактор комплексного кавитационного и волнового воздействия» соответствует требованиям патентоспособности «новизна», а, учитывая простоту конструкции, технологичность изготовления и простоту обслуживания, требованию «промышленная применимость».Tests of a pilot industrial model showed the above results, which indicate that the proposed utility model "Complex cavitation and wave impact reactor" meets the requirements of patentability "novelty", and, given the simplicity of design, manufacturability and ease of maintenance, the requirement of "industrial applicability" .

Claims (1)

Реактор комплексного кавитационного и волнового воздействия для повышения качества нефтепродуктов, включающий следующие конструктивно взаимосвязанные между собой элементы: корпус цилиндрической формы с внутренней полостью разного диаметра по длине корпуса, камеру ввода исходного продукта с патрубком, камеру выхода обработанного продукта с патрубком, в которой установлен отбойник в виде пластины круглой формы, имеющей возможность перемещаться вдоль оси реактора с помощью регулировочных гаек; камера ввода исходного продукта и камера выхода обработанного продукта соединены с корпусом при помощи шпилек с гайками; камера ввода водородоносителя соединена с камерой ввода исходного продукта с помощью винтов, причем внутри корпуса расположены четыре полых конуса с хвостовиком и сквозными отверстиями, расположенными перпендикулярно оси конусов по спирали с регламентированным шагом, имеющих возможность передвигаться вдоль оси корпуса с помощью регулировочных гаек; полость камеры ввода исходного продукта сообщается с межконусным пространством корпуса, а полость камеры ввода водородоносителя - с каналами конусов.A reactor of complex cavitation and wave action to improve the quality of oil products, which includes the following structurally interconnected elements: a cylindrical body with an internal cavity of different diameters along the length of the housing, an input chamber of the initial product with a pipe, an outlet chamber of the processed product with a pipe, in which a chipper is installed in in the form of a round plate with the ability to move along the axis of the reactor with the help of adjusting nuts; the input product input chamber and the processed product exit chamber are connected to the housing by means of studs with nuts; the hydrogen carrier inlet chamber is connected to the inlet chamber of the initial product by means of screws, four hollow cones with a shank and through holes located perpendicular to the axis of the cones in a spiral with a regulated pitch, which are able to move along the axis of the body with the help of adjusting nuts; the cavity of the input chamber of the initial product communicates with the inter-conical space of the housing, and the cavity of the input chamber of the hydrogen carrier with the channels of the cones.

Images