способ получения водотопливной эмульсии

Формула изобретения

Способ получения водотопливной эмульсии, включающий диспергирование жидкого топлива с водой, отличающийся тем, что диспергирование осуществляют в проточном статическом диспергаторе путем образования множества новых поверхностей раздела фаз жидких потоков топлива и воды и их рекомбинирования в осевом и радиальном направлениях с помощью специальных диспергирующих элементов, представляющих собой дисковые диафрагмы с отверстиями, закрепленные на штоке относительно друг друга под углом 30 градусов, и торцевые поверхности и отверстия в дисковых диафрагмах выполнены с сужающимися и расширяющимися участками со стороны входа и выхода жидких потоков, а между диафрагмами установлены ограничительные вставки, снабженные двумя закручивающими поток пластинками.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения водотопливных эмульсий и может быть использовано в энергетической, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях народного хозяйства при сжигании жидкого топлива в печах и котлах различной конструкции и мощности.

Наиболее простыми способами получения водомазутных эмульсий (ВМЭ) являются технологии, в которых диспергирование мазута и воды осуществляют с помощью насосов и смесителей, например шестеренчатый насос - перфорированный коллектор - расходная емкость (периодическая система) или перфорированные трубы (непрерывная система) [1. А.Н.Воликов. Сжигание газового и жидкого топлива в котлах малой мощности. Л., Недра, 1989, с.119]. Однако с помощью этих устройств получают грубодисперсные неустойчивые эмульсии, в связи с чем далее необходима их последующая обработка в более эффективных эмульсаторах (роторно-пульсационных, эжекторных и др.) для получения систем с высокими показателями дисперсности, однородности и стабильности.

Известные способы приготовления водотопливных эмульсий (ВТЭ) с использованием ультразвуковых устройств [1, с.127] малоэффективны, требуют повышенных энергозатрат, ненадежны в работе. Кроме того, содержание воды в эмульсиях невелико (4-5%), по-видимому, вследствие недостаточной стабильности при большем введении в них воды.

Основными известными способами в настоящее время для приготовления ВТЭ являются способы, включающие диспергирование топлива и воды с использованием гидродинамических роторно-пульсационных аппаратов [1. с.125-127; 2. Патент РФ №2136721, 6 С 10 132, 1999 г; 3. Патент №2143312, 6 В 01 F 38, 1999 г; 4. Свидетельство РФ №23246, 7 В 01 F 30, 2002 г; 5. Патент РФ №2119529, 6 С 10 L 132, 1998 г]. Эмульгирование жидкого топлива и воды с помощью вышеназванных устройств позволяет достичь высокой степени диспергирования и стабильности. Однако все они обладают общими недостатками, связанными со сложностью конструкторских решений гидродинамических диспергаторов, высокой кратностью циркуляции смеси (до 8 циклов) для достижения желаемых характеристик обводненного топлива, высокими энергетическими затратами. Также технологии, в которых используют гидродинамические диспергаторы, обычно включают предварительные стадии эмульгирования, многоступенчаты [1, с.120; 2], снабжены дополнительными устройствами для улучшения диспергирования [3, 4], что связано с усложнением способов и увеличением капзатрат.

Известный способ [5], который по достигаемому техническому результату наиболее близок к предлагаемому изобретению, включает диспергирование обводненного мазута путем воздействия акустических колебаний с использованием ротационно-гидродинамического излучателя. Содержание воды в ВМЭ 10-15%. Однако низкие частоты и интенсивность акустических колебаний в довольно узких пределах являются, по-видимому, недостаточно эффективными для достижения высокостабильной эмульсии, и полученное обводненное топливо после прекращения вышеназванного воздействия необходимо сразу подавать на сжигание. Усиление воздействия на систему связано с резким увеличением кавитационной эрозии аппарата и значительным увеличением энергозатрат, что не позволяет использовать известный ротационно-гидродинамический излучатель в течение длительного времени в непрерывном процессе.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности способа получения водотопливной эмульсии с использованием проточного статического диспергатора новой конструкции.

Задача решается тем, что в способе получения ВТЭ, включающем диспергирование жидкого топлива с водой, диспергирование осуществляют в проточном статическом диспергаторе путем образования множества поверхностей раздела фазжидких потоков топлива и воды, их рекомбинирования в осевом и радиальном напрвлении с помощью специальных диспергирующих элементов, представляющих собой дисковые диафрагмы с отверстиями, закрепленные на штоке относительно друг друга под углом 30 градусов, и торцевые поверхности и отверстия в дисковых диафрагмах выполнены с сужающимися и расширяющимися участками со стороны входа и выхода жидких потоков, а между диафрагмами установлены ограничительные вставки, снабженные двумя закручивающими поток пластинками.

Проточный статический диспергатор для получения ВТЭ (фиг.1 и 2) включает корпус 1 в виде трубопровода, внутри которого установлены дисковые диафрагмы 2 с отверстиями 3, закрепленные на штоке 4, причем торцевые поверхности 5 и отверстия в дисковых диафрагмах выполнены с сужающимися 6 и расширяющимися 7 участками со стороны входа и выхода жидких потоков, ограничительные вставки 8 и пластинки 9.

Способ в описанном выше диспергаторе осуществляют следующим образом.

Топливо из сырьевой емкости насосом, на всасывание которого поступает вода в заданном соотношении к топливу, подают в статический проточный диспергатор, в котором смесь проходит через отверстия дисковых диафрагм, выполненных с сужающимися и расширяющимися участками на торцевых поверхностях и в отверстиях со стороны входа жидких потоков, а также проходит через кольцевой зазор между корпусом и дисками.

Из кольцевого зазора и отверстий дисков, на которых выполнены вышеназванные участки, смесь поступает в промежуточные камеры между дисковыми диафрагмами.

Вышеописанная конструкция обеспечивает многократное рекомбинирование образовавшихся новых поверхностей разделов фаз, изменение их движения в осевом и радиальном направлениях. При этом происходит выравнивание скоростных полей отдельных потоков, что позволяет исключить резкие механические нагрузки в процессе диспергирования и повысить надежность диспергатора в работе, увеличить срок службы до его ремонта или очистки.

В промежуточных камерах, куда поступает смесь, между дисковыми диафрагмами, повернутыми относительно друг друга на угол 30 градусов, вдоль штока установлены ограничительные вставки, снабженные двумя закручивающими поток пластинами. Это приводит к дополнительному закручиванию потоков, которое усиливает эффект рекомбинации поверхностей и дробления потоков и не вызывает агломерации образовавшихся мелких капель, сохраняя высокую стабильность и однородность образовавшейся эмульсии.

Из диспергатора ВТЭ направляют в емкость хранения ВТЭ или непосредственно на сжигание. При технологической необходимости в предлагаемом способе осуществляют рециркуляцию ВТЭ по схеме расходная емкость-сырьевой насос-статический диспергатор-расходная емкость.

В качестве топлива в предлагаемом способе используют мазут, гудрон, тяжелые нефтяные фракции или их смеси в различных соотношениях.

В качестве водного компонента в ВТЭ используют любые промышленные воды, паровой конденсат, сточные воды, дренажные замазученные воды. Содержание воды в ВТЭ поддерживают в пределах 2-30% мас.

Конкретные примеры, иллюстрирующие реализацию способа в проточном статическом диспергаторе разработанной конструкции, приведены в таблице. В примере 1 ВТЭ получают из мазута и промводы; 2 - из смеси мазута (80%) и тяжелого вакуумного дистиллята (20%) в качестве топлива и промводы; 3 - из смеси мазута (95%) и пиролизной смолы (5%) в качестве топлива и дренажных замазученных вод; 4 - из гудрона (80%) и легкого вакуумного дистиллята (20%) в качестве топлива и нефтесодержащих стоков; 5 - из тяжелого вакуумного дистиллята и дренажных замазученных вод; 6 - из тяжелого каталитического газойля и дренажных замазученных вод.

Из данных, приведенных в таблице, видно, что при получении ВТЭ по предлагаемому способу с использованием нового диспергатора получены высокодисперсные эмульсии с более однородной структурой. Так, разброс размеров капель воды в примерах 1-3 в 2-3 раза меньше, чем в известном способе [5]. Для достижения одинаковой дисперсности эмульсий (1-3 мм) по известному способу требуется значительное увеличение энергозатрат, так как их получают в жестком энергетическом режиме. Получение более однородных по дисперсности эмульсий в предлагаемом способе приводит к их высокой стабильности (до 25 суток), что позволяет накапливать и хранить ВТЭ для последующего использования.

Кроме того, проточный статический диспергатор по изобретению, снабженный совокупностью специальных диспергирующих элементов, работает без дополнительных затрат электроэнергии на диспергирование, в связи с чем общие энергозатраты по предлагаемому изобретению снижаются в 1,25-2,5 раза.

Таким образом, предлагаемый способ получения ВТЭ высокоэффективен за счет:

- эффективного статического проточного диспергатора новой конструкции для осуществления способа;

- получения тонкодисперсной, однородной и высокостабильной топливной композиции, в т.ч. с высоким содержанием воды;

- снижения энергетических затрат;

- использования промышленных нефтесодержащих вод и улучшения экологической обстановки;

- простоты технологии и легкости обслуживания диспергатора.

Таблица
Наименование	Номера примера	Известный способ [5]
	1	2	3	4	5	6
1. Призводительность по топливу, м3час	5	8	25	3	8	10	Для расчета принято 5
2. Содержание воды в ВТЭ, % масс.	15	2	5	8	20	30	10-15
3. Температура диспергирования, °С	50-60	70-80	50-60	80-90	70-80	70-80	50-60
4. Дисперсность, мкм	1-3	16-22	5-10	12-16	1-3	2-6	1-3 и 8-20
5. Стабильность до начала расслоения, суток	25	15	7	15	5	7	-
6. Удельные энергозатраты на диспергирование, кВтм3	-	-	-	-	-	-	2,0
7. Относительное снижение общих затрат по отношению к ПГА, %#	50	35	20	60	30	25	-
# - Пульсационно-гидродинамические аппараты - 100%