початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
|
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) |
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2204761
СПОСІБ ПЕРЕРОБКИ І ВИКОРИСТАННЯ ВІДХОДІВ ВУГЛЕВОДНІВ
Ім'я винахідника: Філіппов І.А .; Смолянов В.М.
Ім'я патентовласника: Філіппов Ігор Анатолійович; Смолянов Володимир Михайлович
Адреса для листування: 193015, Санкт-Петербург, а / я 108, В.М.Шаркову
Дата початку дії патенту: 2001.05.16
Винахід відноситься до галузі утилізації промислових відходів і може знайти застосування для переробки відходів рідких і загусли вуглеводнів з метою їх застосування в якості добавки до рідкого важкого палива. Спосіб переробки та використання відходів вуглеводнів включає розігрів відходів вуглеводнів, додавання води, змішування відходів вуглеводнів з важким рідким паливом, диспергирование одержуваної суміші для освіти водопаливної емульсії і подачу водопаливної емульсії на спалювання. Розігрів відходів вуглеводнів здійснюють до температури 20-90 o С з додаванням або без додавання води. Змішування відходів вуглеводнів з паливом і диспергування цієї суміші виконують одночасно в роторно-пульсаційному змішувачі-гомогенизаторе з робочим зазором 50-250 мкм і швидкістю зсуву не менше 10 м / с, забезпечуючи подачу відходів вуглеводнів і палива в змішувач-гомогенізатор в співвідношенні 1:15 -1: 1,5. Процес гомогенізації контролюють або за допомогою вимірювального мікроскопа по пробам водопаливної емульсії, або візуально по виду факела горіння. При розмірі часток дисперсної фази в пробах водопаливної емульсії більше 10 мкм або при зменшенні яскравості та прозорості факела горіння і при появі кіптяви в хвостовій частині факела горіння підвищують число обертів двигуна змішувача-гомогенізатора або подають частина водопаливної емульсії з виходу змішувача-гомогенізатора на його вхід, або збільшують подачу палива в змішувач-гомогенізатор, або зменшують подачу на його вхід відходів вуглеводнів. Технічний результат: забезпечення можливості переробки і використання відходів рідких і загусли вуглеводнів практично будь-якого класу, підвищення продуктивності переробки відходів, можливість оперативного корегування процесу, економія палива і ресурсів.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до галузі утилізації промислових відходів і може знайти застосування для переробки та використання відходів рідких і загусли вуглеводнів (нафта, мазут, дизельне паливо, рослинні і мінеральні масла, нафтошламу, шлами мазуту, парафіни, асфальтени і т.п.).
Утилізація відходів вуглеводнів залишається актуальною екологічної та технічної проблемою. Відходи загустіли вуглеводнів зазвичай накопичують і потім відправляють на смітник, забруднюючи тим самим навколишнє середовище. Відходи рідких вуглеводнів (наприклад, таких як мазут) зливають, як правило, в відстійні споруди. Відстоялися (підтоварної) води, що містять мазут, проходять очистку і зливаються в каналізацію, що і завдає значної шкоди навколишньому середовищу. Так, при експлуатації тільки однієї котельні, витрачає за опалювальний сезон до 14000 тонн мазуту, в очисних спорудах за рік накопичується 90-100 тонн забрудненого мазуту. Як відомо, в залежності від складності системи очищення (кількості ступенів) ефективність очищення становить 78,5-94,3% [1]. Тобто навіть при наявності очисних споруд при роботі однієї котельні в каналізацію з водою, що пройшла очищення, потрапляє від 5 до 20 тонн мазуту на рік.
Таким чином, прямі втрати мазуту при існуючій системі утилізації відходів складають для однієї котельні від 95 до 120 тонн в рік.
Існуючі способи і установки для переробки і використання відходів вуглеводнів не забезпечують ефективного вирішення проблеми їх утилізації. Одна з головних причин цього - нестабільність і невизначеність складу відходів і співвідношення входять до них компонентів.
Відомий спосіб переробки нафтової шламу шляхом його термічної обробки під обертається барабанної печі [2]. Цей спосіб вимагає значних енергетичних витрат, але в результаті не забезпечує повної переробки відходів.
Відомий і спосіб переробки і утилізації промислових відходів мастильних матеріалів, що містять мінеральні масла [3]. Відповідно до цього способом згадані відходи змішують з нафтопродуктами (зокрема, з відпрацьованою мастильно-охолоджувальної водно-масляної емульсією) при температурі 40-60 o С і диспергируют при температурі 70-80 o С за допомогою введення ПАР, в якості яких використовують відходи виробництва синтетичних жирних кислот. Після диспергування отриману суміш перемішують при кімнатній температурі з рідким вуглеводнем, які мають в'язкість 43-60 сСт, і направляють на спалювання.
До недоліків даного способу слід віднести: обмежену сферу застосування - лише відходи мастильних матеріалів; низьку продуктивність процесу, яка визначається як великою тривалістю виконання операції диспергування, яка становить кілька годин навіть при використанні гідродинамічного акустичного апарату ГАРТ-ПР, так і великим числом необхідних операцій; необхідність використання ПАР і дорогого низковязкую (менше 60 сСт) вуглеводню.
За сукупністю суттєвих ознак найбільш близьким до заявляється способу є спосіб переробки мазутного шламу по винаходу [4], прийнятий як прототип. Відповідно до цього способу, який передбачає спалювання мазутного шламу в складі водопаливної емульсії, в мазутовий шлам вводять діспергірующе-стабілізуючу або поліфункціональні присадку до палива, потім шлам підігрівають до 90-100 o С і змішують в співвідношенні 1: 5 - 1:10 з підігрітим мазутом, отриману суміш пропускають 1-2 рази через модуль-диспергатор з додаванням 10-20% -ної прісної води.
Можливості застосування способу-прототипу обмежені переробкою тільки мазутного шламу. Крім того, через операції диспергування даний спосіб має низьку продуктивність. Інші його недоліки - необхідність використання присадок до палива, проблематичність забезпечення потрібного співвідношення в суміші відходів і палива і, отже, низька якість одержуваної в результаті переробки водопаливної емульсії, відсутність можливості оперативного корегування співвідношення відходів і палива, необхідність високої температури нагріву суміші через різке збільшення (20-50%) в'язкості по відношенню до вихідного мазуту. Підвищення ж температури мазуту призводить до збільшення закоксованность форсунок котлів.
Завданням винаходу є забезпечення можливості переробки промислових відходів практично будь-яких вуглеводнів, що знаходяться в рідкому або густому стані, і використання їх в якості добавок до важкого рідкого палива без погіршення його характеристик.
Це завдання вирішується тим, що в способі переробки та використання відходів вуглеводнів, що включає розігрів відходів, додавання води, змішування відходів з важким рідким паливом, диспергирование одержуваної суміші для освіти водопаливної емульсії і подачу водопаливної емульсії на спалювання, розігрів відходів вуглеводнів здійснюють до температури 20- 90 o с з додаванням або без додавання води, змішування відходів вуглеводнів з паливом і диспергування цієї суміші виконують одночасно в роторно-пульсаційному змішувачі-гомогенизаторе [5] з робочим зазором 50-250 мкм і швидкістю зсуву не менше 10 м / с, забезпечуючи подачу відходів вуглеводнів і палива в змішувач-гомогенізатор в співвідношенні 1: 15-1: 1,5, процес гомогенізації контролюють або за допомогою вимірювального мікроскопа по пробам водопаливної емульсії, або візуально по виду факела горіння при розмірі частинок дисперсної фази в пробах водопаливної емульсії більше 10 мкм або при зменшенні яскравості та прозорості світіння факела горіння і при появі кіптяви в хвостовій частині факела горіння підвищують число обертів двигуна змішувача-гомогенізатора, або подають частина водопаливної емульсії з виходу змішувача-гомогенізатора на його вхід, або збільшують подачу палива в змішувач-гомогенізатор, або зменшують подачу на його вхід відходів вуглеводнів. У відходи вуглеводнів перед їх подачею в змішувач-гомогенізатор можуть вводитися ПАР.
Технічний результат винаходу полягає в забезпеченні можливості переробки відходів рідких і загусли вуглеводнів практично будь-якого класу і їх використання в якості добавки до важкого рідкого палива (в тому числі дизельного моторного палива) без погіршення його характеристик, в підвищенні точності дотримання співвідношення відходів вуглеводнів і палива і можливості оперативного корегування цього співвідношення, в більш високій продуктивності переробки відходів вуглеводнів, в забезпеченні можливості тривалого (до 1 року) зберігання одержуваної водопаливної емульсії, в забезпеченні можливості використання водопаливних емульсій з вмістом води до 40%, в зниженні температури нагріву відходів до 20-90 o С.
Пропоноване технічне рішення стало результатом тривалих експериментів і досліджень процесу гомогенізації сумішей відходів вуглеводнів різного класу з мазутом і іншими важкими рідкими паливами, а й досліджень властивостей таких сумішей і процесу їх горіння. В ході цих експериментів і досліджень встановлено, що при відносно відходів рідких і загусли вуглеводнів до палива в межах 1: 15-1: 1,5 (в залежності від класу вуглеводнів) може бути знайдений такий режим роботи роторно-пульсаційного змішувача-гомогенізатора, при якому досягається створення монодисперсної водопаливної емульсії з розміром частинок дисперсної фази в діапазоні 5-10 мкм. При такому розмірі частинок факел горіння має високу яскравість і прозорість. У хвостовій частині факела горіння практично відсутня кіптява, а значить і сажисті частинки, що говорить про повному згорянні компонентів водопаливної емульсії. У такому разі не потрібно переналагодження обладнання та запобігає закоксованность форсунок.
Важливими умовами досягнення технічного результату є забезпечення роторно-пульсаційним змішувачем-гомогенізатором швидкості зсуву не менше 10 м / с при робочому зазорі 50-250 мкм (оптимум 150 мкм) і дотримання співвідношення відходів вуглеводнів і палива.
При швидкості зсуву менше 10 м / з не досягається потрібна ступінь гомогенізації, розмір часток дисперсної фази водопаливної емульсії перевищує 10 мкм. Причиною цього є та обставина, що подрібнення і гомогенізація здійснюються в роторно-пульсаційному змішувачі-гомогенизаторе завдяки кавітаційним процесам, інтенсивність яких різко падає при швидкості зсуву менше 10 м / с. Якщо величина робочого зазору змішувача-гомогенізатора перевищує 250 мкм, знижується подрібнююче вплив на оброблювану середу. У випадках, коли величина робочого зазору менше 50 мкм, має місце суттєве збільшення споживаної потужності і зниження продуктивності. Якщо відношення відходів вуглеводнів до основного палива перевищує значення 1: 1,5, має місце зменшення яскравості та прозорості факела горіння, поява кіптяви в хвостовій частині. Ці явища, як показали експерименти, пов'язані зі збільшенням розміру часток дисперсної фази водопаливної емульсії до 20-50 мкм і більше. Якщо відношення відходів вуглеводнів до основного палива менше значення 1:15, факел горіння відповідає всім нормам, а розмір часток дисперсної фази водопаливної емульсії знаходиться в межах 5-10 мкм. При цьому, однак, збільшується витрата основного палива, погіршуються економічні показники.
Відповідно до пропонованого способом коригування процесу гомогенізації суміші відходів вуглеводнів і основного палива можна здійснити виконанням одного з наступних дій: підвищенням числа оборотів двигуна змішувача-гомогенізатора, або подачею частини водопаливної емульсії з виходу змішувача-гомогенізатора на його вхід, або збільшенням подачі палива в змішувач -гомогенізатор, або зменшенням подачі на його вхід відходів вуглеводнів. Ці операції проводять, якщо розмір часток дисперсної фази в пробах водопаливної емульсії перевищує 10 мкм, або, якщо погіршуються характеристики факела горіння (зменшення яскравості та прозорості світіння, поява кіптяви в хвостовій частині факела горіння).
Можливість оперативного корегування співвідношення в паливній суміші відходів та основного палива є одним з істотних переваг запропонованого способу, що визначається тим, що змішування і диспергування суміші здійснюють одночасно в змішувачі-гомогенизаторе. На відміну від цього за способом-прототипу змішування відходів вуглеводнів і палива виконують у видатковому паливному резервуарі, а диспергування одержуваної суміші - в модулі-диспергаторі. З модуля-диспергатора водопаливної емульсія повертається в видатковий паливний резервуар і з нього ж подається на спалювання. Однак у видатковому паливному резервуарі крім водопаливної емульсії присутні неоднорідне розподілені за обсягом основне паливо і відходи вуглеводнів. Звідси очевидно, що відомий спосіб не в змозі забезпечити з прийнятною точністю потрібну пропорцію відходів вуглеводнів і основного палива, не кажучи вже про забезпечення можливості оперативного корегування цієї пропорції.
Підвищення продуктивності переробки відходів вуглеводнів в пропонованому способі досягнуто завдяки більш високій ефективності процесу гомогенізації (з зазначеними вище параметрами) в порівнянні з процесом диспергування в способі-прототипі, що вимагає значних витрат часу. Процес гомогенізації суміші важкого рідкого палива і відходів вуглеводнів, що виконується за допомогою роторно-пульсаційного змішувача-гомогенізатора, забезпечує разом з тим можливість отримання кондиційних водопаливних емульсій з вмістом води до 40%, що не відомо ні з науково-технічних публікацій, ні з практики приготування і використання водопаливних емульсій. Висока ефективність процесу гомогенізації дозволила, крім того, знизити температуру нагрівання відходів в порівнянні з прототипом до 20-90 o С і тим самим отримувати економію енергії.
Що стосується кількості води, що додається в переробляються відходи вуглеводнів, то це питання вирішується в кожному конкретному випадку в залежності від обводнення вихідного товарного палива. Товарні важкі, рідкі палива і відходи рідких вуглеводнів завжди містять деяку частку води. Тому часто немає необхідності спеціального введення води в відходи рідких вуглеводнів.
Водопаливної емульсії, одержувані за пропонованим способом, зберігають монодисперсні протягом тривалого часу (до 1 року). Це робить необов'язковим негайне використання палива, що містить перероблені відходи вуглеводнів, дозволяє створювати і зберігати запаси такого палива.
У тих випадках, коли одержувана водопаливної емульсія направляється на зберігання або в дизельний двигун (при змішуванні рідких відходів вуглеводнів з дизельним паливом), процес гомогенізації переважно контролювати за допомогою вимірювального мікроскопа по пробам водопаливної емульсії, в яких розмір часток дисперсної фази емульсії не повинен перевищувати 10 мкм.
В окремих випадках, зокрема при використанні відходів деяких сортів нізкообводненних нафтопродуктів з дуже високою в'язкістю, для поліпшення процесу гомогенізації в відходи вуглеводнів доцільно додавати відомі ПАР.
Що готуються за пропонованим способом водопаливної емульсії мають в'язкість, що не перевищує в'язкість вихідного, важкого рідкого палива.
Пропонований спосіб ілюструє такі приклади.
Приклад 1. З витратного паливного резервуара в роторно-пульсаційний гомогенізатор ВКИ-3Б подавали за допомогою насоса паливний мазут марки М-100, а за допомогою другого насоса - підігріті до 80 o С рідкі обводнені нафтозалишки. Співвідношення відходів вуглеводнів і палива, яке становило 1: 5, витримувалося вибором режиму роботи насосів і перетину трубопроводів подачі відходів і палива. Одержану після гомогенізації водопаливних емульсію з вмістом води ~ 12% подавали насосом на спалювання в форсунки котла типу ДКВР. Розмір частинок дисперсної фази водопаливної емульсії, визначався по пробам за допомогою вимірювального мікроскопа, знаходився в межах 5-10 мкм. Факел горіння мав яскравий, прозорий колір. У хвості факела горіння наявності сажістих частинок візуально не відзначалося. Після 4-х годин роботи яскравість і прозорість факела горіння зменшилися. У пробах водопаливної емульсії розмір часток дисперсної фази перевищив 20 мкм. За допомогою подачі частини водопаливної емульсії з виходу змішувача-гомогенізатора на його вхід яскравість і прозорість факела горіння повернулися до першочергового стану. У пробах водопаливної емульсії частинок дисперсної фази не перевищував 9 мкм.
Приклад 2. З витратного паливного резервуара котельні в роторно-пульсаційний змішувач-гомогенізатор типу ВКИ-3Б подавали за допомогою насоса паливний мазут марки М-100, а за допомогою другого насоса підігріту до 40 o С обводнену суміш рослинних масел (соєва, арахісова, соняшникова і т. п.), отриману шляхом обмивання миючим засобом "О-БІС" робочих поверхонь ліній кондитерського виробництва, і їх подальшого відділення від миючого розчину (відходи вуглеводнів). Відходи вуглеводнів мали обводненность близько 10%. Співвідношення відходів вуглеводнів і палива становило 1: 5. Розмір частинок дисперсної фази водопаливної емульсії після проходження роторно-пульсаційного гомогенізатора знаходився в межах 5-7 мкм. Котельне обладнання не піддавалося будь-якої регулювання і налаштування. Зміни довжини факела горіння, його яскравості і прозорості не спостерігалося. Сажисті частки в хвості полум'я були відсутні. Форсунки є не закоксовивается.
Через 5 годин зменшилися яскравість і прозорість факела горіння, в його хвостовій частині з'явилася кіптява. За допомогою зменшення подачі відходів в змішувач-гомогенізатор характеристики факела горіння були приведені в норму. Розмір частинок дисперсної фази в пробах водопаливної емульсії не перевищував 10 мкм.
Як видно з опису, пропонований спосіб забезпечує можливість переробки широкого класу відходів рідких і загусли вуглеводнів і використання їх в якості добавки до тяжких рідким видам палива без погіршення якості палива.
Наведені приклади свідчать про можливість промислової реалізації винаходу.
ВИКОРИСТОВУВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. В.А. Корягін. Спалювання водопаливних емульсій і зниження шкідливих викидів. Санкт-Петербург, Надра, 1995, 304 с.
2. А.с. СРСР 426109, МПК F 23 G 7/04, опуб. 30.04.74.
3. А.с. СРСР 1698579, МПК F 23 G 7/04, опуб. 15.12.91.
4. А.с. СРСР 1791673, MПK F 23 G 7/05, опуб. 03.01.93.
5. Патент РФ 2124935, МПК В 01 F 5/06, опуб. 20.01.99.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб переробки та використання відходів вуглеводнів, що включає розігрів відходів вуглеводнів, додавання води, змішування відходів вуглеводнів з важким рідким паливом, диспергирование одержуваної суміші для освіти водопаливної емульсії і подачу водопаливної емульсії на спалювання, що відрізняється тим, що розігрів відходів вуглеводнів здійснюють до температури 20 -90 o C з додаванням або без додавання води, змішування відходів вуглеводнів з паливом і диспергування цієї суміші виконують одночасно в роторно-пульсаційному змішувачі-гомогенизаторе з робочим зазором 50-250 мкм і швидкістю зсуву не менше 10 м / с, забезпечуючи подачу відходів вуглеводнів і палива в змішувач-гомогенізатор в співвідношенні 1: 15-1: 1,5, процес гомогенізації контролюють або за допомогою вимірювального мікроскопа по пробам водопаливної емульсії, або візуально по виду факела горіння, при розмірі частинок дисперсної фази в пробах водопаливної емульсії більше 10 мкм або при зменшенні яскравості та прозорості світіння факела горіння і при появі кіптяви в хвостовій частині факела горіння підвищують число обертів двигуна змішувача-гомогенізатора або подають частина водопаливної емульсії з виходу змішувача-гомогенізатора на його вхід, або збільшують подачу палива в змішувач-гомогенізатор, або зменшують подачу на його вхід відходів вуглеводнів.
2. Спосіб переробки та використання відходів вуглеводнів по п. 1, який відрізняється тим, що в відходи вуглеводнів, що подаються в змішувач-гомогенізатор, вводять ПАР.
Версія для друку
Дата публікації 09.04.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.