Способ ввода депрессорных присадок

(51)5 С 10 1 1/10 Ж 3йй:1"ь: ТЕ САНИЕ Б ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ К АВТОРСКО ение относится к нефтехимии, в вводу депрессорных присадок в епродукта, С целью снижения ы застывания нефтепродуктов дут в режиме суперкавитационвания при скорости потока неф - 15 м/с, числе кавитации 0,1 - нии эа зоной смешивания 2 - дпочтительно поток нефтепроргают предварительной супер-. ной обработке при непрерывной ии потока с кратностью 1,5 - 6,0,ил., 3 табл,ик, А.И.Авд)о ик, В.Т,Бори С 10 1 1/18,.С 101 1/18,ССОРНЫХ ные частицы (оинерцией) и незкие частицы,Наличие монодисперсной структуры парафинов в нефтепродуктах обеспечивает стабильную по времени коллоидную устойчивость нефтепродукта (до 35 - 40 сут) и как следствие пониженную температуру застывания. Однако при длительном хранении процесс коагуляции все таки происходит. Для исключения этого явления в нефтепродукт вводят присадку.При введении присадки непосредственно в режиме суперкавитационного смешения достигаетсяобволакивание монодисперсных частиц парафина присадкой, что существенно затрудняет образование кристаллической решетки.Использование предварительной кавитационной обработки позволяет разрушить кристаллическую решетку парафинов и в зависимости от необходимой величины достигаемой температуры застывания, поддерживая заданную кратность рециркуляции в диапазоне 1,5 - 6,0, добиваться неГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(56) Патент США йг 3765849, к1973.Патент Англии М 1285087,1972.(54) СПОСОБ ВВОДА ДЕППРИСАДОК Изобретение относится к нефтяной промышленности, точнее к способам получения жидких топлив,. содержащих присадки, а именно к способам введения в нефтепродукты присадок, снижающих температуру застывания,Целью изобретения является снижение температуры застывания нефтепродукта:При кавитационной обработке нефтяных дисперсных систем происходит резкое снижение температуры застывания нефтепродуктов, Это явление объяснимо с точки зрения физико-химических нефтяных дисперсных сред, При кавитационной обработке происходит резкий рост коллоидной стабильности нефтепродукта (способность удерживать дисперсную фазу (парафины) в микрогетерогенном состоянии), При этом дисперсная фаза стремится к монодисперсии, т.е. частички парафинов становятся однородными по размеру, что обеспечивает высокую коллоидную стабильность. Стремление к монодисперсности объяснимо с физической точки зрения. Кумулятивные микроструи легко разрушают более круп(57) Изобрет частности к поток нефт температур процесс ве ного смеши тепродукта 1,5 и давле 10 атм, Пре дукта падве кдвитацион рециркуляц 2 з,п.ф-лы, 1 бладающие значительной начительно разрушают мелРо - РкФ0,5,0 Чо 50 КР з зк) обходимых размеров частиц парафина, Подача присадки в нефтепродукт в режиме суперкавитационного смешения позволяет равномерно диспергировать частицы парафина в нефтепродукте и обеспечивает обволакивание частиц парафина наиболее тонкой пленкой присадки, а следовательно, наиболее экономичное и эффективное ис, пользование присадки.При введении в режиме суперкавитационной обработки присадка играет роль ; ингибиторов рекомбинации сложных структурных единиц, слабо ассоциированные сложные структурные единицы, равномер-но распределенные в обьеме дисперсион-ной среды с высокой удерживающейспособностью, не подвергаются коалесценции, седиментация незначительна, поэтому кристаллическая решетка не образуется в течение длительного времени.Скорость жидкости на входе в аппарат во многом определяет размеры каверны относительную длину и ширину), а от них зависит степень кавитационной обработкиМожно разогнать поток до скорости 5 - , 15 м/с, но при совершенно неприемлемом для кавитационного смешения 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, эф, ,фект кавитационной обработки будет суще ственно ниже из-за очень маленькой длины каверны.Кроме числа кавитации, определяющего режимы кавитационного смешения, общий эффект перемешивания определяется скоростью движения потока. Если в указанном диапазоне чисел кавитации 0,1 - 1,5 скорость потока будет менее 5 м/с, несмотря на хорошее микросмешение, за счет кавитационной обработки не будет достигнут эффект макроперемешивания и, следовательно, общий эффект. При скорости более 15 м/с в указанном диапазоне чисел кавитации значительно возрастают затраты энергии,В случае, когда площадь кавитационного элемента превышает 10 о от площади корпуса аппарата, величины скорости потока и давления уже не являются достаточными факторами, определяющими геометрические размеры каверн, а следовательно, и степень кавитационной обработки, В этом случает необходимо учитывать еще один дополнительный параметр - степень стеснения потока: д/О, где д - диаметр эквивалентной площади кавитатора О - . диаметркорпуса аппарата,5 10 15 20 25 30 35 40 4 45 В предлагаемом способе процесс кавитационной обработки реализуется при режимах развитой кавитации в ограниченных потоках, Следовательно, величины числа кавитации и относительной длины каверны зависят и от степени стеснения потока.Паровой кавитационный пузырек нефтепродукта характеризуется давлением внутри него, равным давлению насыщенных паров данного продукта, Очевидно, что чем выше давление вне парового кавитационного пузырька, тем быстрее схлопнется пузырек и тем больше по величине выделится энергия. Величина давления ограничена 10 атм, так как при давлении более 10 атм образуются короткие каверны, при этом количество кавитационных пузырьков существенно уменьшается. При давлении до 2 атм рост интенсивности кавитационной обработки незначителен.Кратность рециркуляции 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 нефтепродуктаа.Число кавитации, определяющее кввитационный режим, рассчитывают по формуле где Ро, Чо - давление и скорость потока перед кавитатором, МПа, м/с;Рк - давление насыщенных паров в каверне, МПа;р - плотность нефтепродукта, кг/м,зОтносительная длина каверны определяется по формуле= 0 25кВеоЛ Его 5 (2)бО где - длина каверны;б, О - диаметры кавитатора и корпуса,м;к, Ве, Ег - числа кавитации, Рейнольдса, Фруда,Знергия кавитационной обработки определяется по формуле где К - постоянный коэффициент;Р - давление за зоной схлопывания каверны;Ко, Йк - радиус кавитационного пузырька максимальный и в момент схлопывания, 166481510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На чертеже схематически показана установка для осуществления предлагаемого способа.Установка содержит трубопровод 1 подачи нефтепродукта, на котором установлен кавитационный активатор, состоящий из конфуэора 2, проточного участка 3 и диффуэора 4. В проточном участке 3 установлен рабочий элемент, содержащий суперкавитирующие лопатки 5, закрепленные на ступице 6, которая 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 закручивания 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 смесителя, 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, которая с помощью кронштейнов 17 закреплена в проточномучастке 12, По крайней мере один из кронштейнов 17 выполнен полым и соедининяет полость ступицы 16 с патрубком 14, который и рисоединен к трубопроводу 18 подачи присадки.Лопатки 15 охвачены по наружной поверхности цилиндром 19, на нарувкной поверхности которого расположены суперкавитирующие лопатки 20. К выходу кавитацион ного смесителя и рисоединен трубопровод 21 отвода товарного нефтепродукта.На трубопроводе 1 установлен датчик 22 расхода, который через регулятор 23 соединен с регулирующим клапаном 24, установленным на трубопроводе 1.На выходной линии насоса 10 установлен датчик 25 расхода, который через регулятор 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 кавитационных шумов, который через регулятор 29 связан с регулирующим клапаном 30, установленным на выходе кавитационного активатора до ответвления на насос 10, Выход датчика 31 кавитацион ного шума также подключен на вход регулятора 23, управляющего величиной задания величины расхода по трубопроводу 1. Выход датчика 22 расходачерез множительное устройство 32 соединен с входом регулятора 26, управляющеговеличиной задания величины расхода посленасоса 10. Вход множительного устройства,управляющего величиной коэффициента умножения, соединен с выходом датчика 32,измеряющего температуру застывания нефтепродукта, установленного на выходе кавитационного активатора.На трубопроводе 18 установлен датчик33 расхода, который через регулятор 34 связан с регулирующим клапаном 35, установленным на трубопроводе 18. Выход датчика36 расхода, установленного на трубопроводе между кавитационным активатором и кавитационным смесителем, связан с входомрегулятора 34, управляющего величиной задания расхода присадки.Способ осуществляют следующим образом,Нефтепродукт по трубопроводу 1 поступает в кавитационный активатор, Расходнефтепродукта контролируют датчиком 22и при отклонении его от заданного значения регулятор 23 воздействует на регулирующий клапан 24 таким образом, чтоосуществляется стабилизация расхода нефтепродукта,В кавитационном активаторе нефтепродукт поступает через конфузор 2 в проточный участок 3, где происходит разделениепотока. Одна часть потока поступает на лопатки 9, за счет сужения проходного сеченияи закручивания скорость потока возрастает,а давление понижается,При достижении величины давления насыщенных паров после лопаток 9 образует-ся кавитационная каверна, в хвостовой части которой образуется поле микропузырьков. В результате схлопывания кавитационных микропузырьков возникают поля кумулятивных микроструй со скоростями порядка 10 м/с и ударными давлениями до510 МПа.Кроме того, за счет закручивания потока происходит образование микровихрей, способствующих образованию кавитационныхпузырьков,Другая часть потока компонента поступает на суперкавитирующие лопатки 5, за которыми также возникает каверна, причем последняя взаимодействует с каверной, образованной лопатками 9, Ввиду разнонаправленного закручивания потоков происходит взаимное проникновение кавитационных микроструек и их ударное взаимодействие. Кроме того, наблюдается взаимодействие микровихрей. Суммарная каверна характеризуется высокой интенсивно 166481510 20 25 30 35 40 50 стью образования кавитационных пузырьков,микроструек и микровихрей.С выхода кавитационного активатора одна часть потока нефтепродукта поступает на вход насоса 10, с выхода которого нефтепродукт подается на вход кавитационного активатора,Расход нефтепродукта, подаваемого насосом 10 на вход активатора, контролируется датчиком 25, Сигнал датчика 25 поступает ,на вход регулятора 26, регулирующее воз,действие которого поступает на регулирую,щий клапан 27, управляя величиной расхода на выходе насоса 10, с выхода датчика 22 расхода поступает на вход множительного ,устройства 32, где умножается на коэффици,ент умнокения и в качестве величины задания поступает на вход регулятора 26, ,изменяя величину задания регулятора 26, что изменяет величину расхода через на,сос 10, Такая схема обеспечивает поддержание соотношения величины расхода нефтепродукта на вход кавитационного активатора и величины расхода нефтепродукта, поступающего на рециркуляцию в кавитационный активатор через насос 10.Интенсивность кавитационной активации прямо пропорциональна интенсивности кавитационного шума, измеряемого датчиком 28. Выход датчика 28 соединен с входом регулятора 23, управляющего величиной задания расхода нефтепродукта в кавитационный активатор. При этом пропорционально коэффициенту умножения множительного устройстВа 32 изменится и величина расхода на выходе из насоса 10. Однако изменение расхода в сторону увеличения не всегда позволяет увеличить интенсивность кавитационной активации.Энергию кавитационной активации записывают в виде Рз з)где К - постоянная;Р - давление за зоной схлопывания; В, й - радиус кавитационного пузырька максимальный и. в момент схлопывания,Увеличение расхода через кавитационный активатор увеличивает величину максимального радиуса кавитационного пузырька. Однако это не может происходить безгранично в связи с конечным размером каверны. Увеличивая давление за кавитационным активатором, добиваются повышения давления в зоне схлопывайия и существенного снижения величины радиуса в момент схлопывания. Это резко повышает интенсивность кавитационной активации, что отличается ростом интенсивности кавитационного шума, особенно ростом амплитуды кавитационного шума.Выход датчика 28 кавитационного шума через регулятор 29 соединен с регулирующим клапаном 30, управляющим величиной давления за кавитационным активатором. Приведенная система стабилизации интенсивности кавитационного шума была бы достаточной при постоянстве состава нефтепродукта, Однако нефтепродукты отличаются и происхокдением и режимными параметрами технологических установок,где они были получены, Такой разбросхимического состава обеспечит некоторую неточность выбора интенсивности кавитационной активации, С целью повышения точности соответствия интенсивности кавитационной активации и химического состава нефтепродукта на выходе кавитационного активатора установлен датчик 31 температуры застывания, выход которого соединен с входом мнокительного устройства 32, изменяющим величину коэффициента умножения. Таким образом, точная стабилизация величины качественного параметра (в данном случае температуры застывания) достигается корректировкой кратности циркуляции нефтепродукта через кавитационный активатор,В предлагаемом способе увеличение продолжительности кавитационного воздействия осуществляется циркуляцией нефтепродукта насосом 10, т,е, подачей насосом части нефтепродукта с выхода активатора на его вход.Зависимость, связывающая величину вязкости нефтепродукта и продолжительность кавитацион ной обработки (при постоянной интенсивности воздействия) имеет экстремум (максимум), который достигается при соотношении расходов в трубопроводе 1 и циркуляционном контуре 1:5 - 6. Это соотношение может изменяться в широком диапазоне и поддерживаться на требуемом уровне с помощью множительного устройства. Активированный нефтепродукт с выхода кавитационного активатора поступает на вход кавитационного смесителя. 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 сужения проходного сечения и закручивания скорость потока возрастает, а давление понижается. При достижении величины давления насыщенных паров после лопаток 15 образуется кавитационная каверна, в хвостовой части которой образуется поле микро150,1 5 160,075,5 1 1,9 11,7 11,2 1 1,7 11,7 1 1,5 10,011,6 1211,49,211,6 12,1 11,6 9,5 1 1,8 пузырьков, В результате схлопывания микропузырьков возникают поля кумулятивных микроструек, имеющих высокую интенсивность воздействия на нефтепродукт.Другая часть потока нефтепродукта поступает на суперкавитирующие лопатки 20, за которыми также возникает каверна, причем последняя взаимодействует с каверной, образованной лопатками 15, Ввиду равнонаправленного закручивания потоков происходит взаимное проникновение кавитационных микроструек и их ударное взаимодействие, Кроме того, наблюдается взаимодействие микровихрей. Суммарная каверна характеризуется высокой интенсивностью образования 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 контролируется датчиком 33 расхода, Выходной сигнал датчика 33 через регулятор 34 управляет регулирующим клапаном, 35, стабилизируя расход присадки в кавитационный смесителЬ, Для согласования расходов присадки и нефтепродукта на входе в кавитационный смеситель установлен датчик 36 расхода, выход которого заведен на вход регулятора 34, управляющего величиной задания расхода присадки, При увеличении расхода нефтепродукта в кавитационный смеситель пропорционально возрастает и расход присадки.П р и м е р 1, Присадку(ВНИИНП) в количестве 0,1 мас.,4 вводит в мазут с начальной температурой застывания 18 С в режиме суперкавитационного смешения. Предварительная кавитационная обработка не проводится, Исследуют зависимость температуры застывания мазута от величины давления за зоной смешения при различных скоростях потока. Скорость потока,м/сЧисло кавитацииОтносительная длина каверныДавление за зоной смешения, атм121011 Результаты опыта приведены в табл.1.Присадка ВНИИНП- смесь диалкилфенилдитиофосфатэ цинка с диалкилфенолятом бария,5 П р и м е р 2. Способ осуществляютаналогично примеру 1, но производят предварительную кавитационную обработку, Исследуют зависимость температурызастывания мазута от кратности предвари 10 тельной кавитационной обработки при относительныхдлинахкаверны=5 и различныхдавлениях за зоной смешения.Результаты опыта сведены в табл.2 и 3,Испытания показывают высокуюэффек 15 тивность предлагаемого способа по снижению температуры застывания дизельного ипечного топлив при вводе депрессорныхприсадок в кавитационный аппарат с предварительной кавитационной обработкой20 топлива (табл.3), Предлагаемый способ реально обеспечивает возможность получения низкозастывающих топлив приутяжелении этих топлив, что позволяетвысвободить ресурсы дефицитных керосино 25.вых фракций и тем самым существенноповысить производительность нефтеперерабатывающих заводов,Формула изобретения30 1. Способ ввода депрессорных присадок в поток нефтепродукта путем их смешивания, о т л и ч а.ю щ и й с я тем, что, с цельюснижения температуры застывания нефтепродуктов, процесс ведут в режиме суперка 35 витационного смешивания при скоростипотока нефтепродукта 5 - 15 м/с, числе кавитации 0,1 - 1,5 и давлении за зоной смешивания 2 - 10 атм.2. Способ поп 1, отличающийся40 тем, что поток нефтепродукта подвергаютпредварительной суперкавитационной обработке,3. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что предварительную кавитационную45 обработку проводят при непрерывной рециркуляции потока с кратностью 1,5 - 6,0,Темпе ат а застывания, С1664815 Таблица 2 Табли ем а застыван Продукт Количество присадки,7 з применениякавитации с без предвариельной кавитационной об аботки предварительй кавитационной б аботкой о-29 -47 0,050,1 5, Режимы обРежимы обВЭС - 23 Дизельное топливетнее:емпература застыания тз = - 12 С То жеФПечное топливо на основе дистиллятовтермического крекинга,тз- - 16 СТо же кавитационным вводки отки; Р = 8 кгс/см; 1 = 3.ботки . . 3; к -3.сополимер этилена с 38 винилацетат1664815 Н Составитель Н. БогдановаРедактор Н. Гунько Техред М.Моргентал Коррек аксимишинец Прлизводственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород. Ул.Гагарина 2365 Тираж 348 ПодписноеИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж,Раушская наб 4/5