Спосіб отримання палива водоемульсійного

1. Спосіб отримання палива водоемульсійного, що включає змішування мазуту з водою з отриманням водомазутної емульсії з введенням до складу палива важких фракцій вуглеводнів, який відрізняється тим, що попередньо мазут змішують з важкими фракціями вуглеводнів, воду змішують з емульгатором та каталізатором горіння, а водомазутну емульсію отримують шляхом змішування суміші мазуту і важких фракцій вуглеводнів з сумішшю води, емульгатора і каталізатора горін C2 2 (11) 1 3 Відомий спосіб отримання котельного палива по патенту Російської Федерації RU2270850, МІЖ7 C10L1/32, дата подання заявки 02.02.2005. Котельне паливо отримують шляхом попереднього приготування емульсії води в легких фракціях переробки нафти (дизельне паливо, термогазойль і т. п.) з подальшим змішуванням з важкими фракціями нафтопродуктів. Приготування емульсії води в легких фракціях переробки нафти здійснюють шляхом гідромеханічної кавітаційної обробки. Отриману емульсію води в легких фракціях переробки нафти вводять в вихідну суміш важких фракцій нафтопродуктів в процесі подальшої гідродинамічної кавітаційної обробки. Число кавітації в процесі приготування емульсії води в легких фракціях нафти вибирають більшим, ніж число кавітації в процесі гідродинамічної кавітаційної обробки водної емульсії і вихідної суміші важких фракцій нафтопродуктів. Пристрій для отримання котельного палива містить ємність з легкими фракціями переробки нафти, ємність для води, ємність для важких фракцій нафтопродуктів. Ємність з легкими фракціями нафти і ємність для води з'єднані з першим кавітаційним змішувачем, в якому готують емульсію води в легких фракціях нафти. Ємність для важких фракцій нафтопродуктів і вихід першого кавітаційного змішувача з'єднані з другим кавітаційним змішувачем, в якому вихідні важкі фракції нафтопродуктів у присутності емульсії води в легких фракціях нафти (в дизельному паливі) піддаються кавітаційній обробці. Загальними ознаками аналогу і рішення, що заявляється, є: спосіб отримання палива водоемульсійного, що включає змішування палива з важкими фракціями вуглеводнів і з водою з отриманням дисперсної водопаливної емульсії. Реалізація зазначеного способу вимагає значних витрат легких фракцій нафти (дизельне паливо, термогазойль і т. п.), що знижує економічні показники способу. Відомий спосіб переробки нафтового шламу за авторським свідоцтвом СРСР SU1713628. МПК5 F23G7/05, дата подачі заявки 23.03.1990. Спосіб здійснюють таким чином. У шламову цистерну вводять диспергуючі та стабілізуючі присадки. У шламовій цистерні здійснюють підігрів шламу з присадками до температури, що забезпечує в'язкість шламу в межах 700-1200 мм/с, достатню для його перекачування насосом у витратну цистерну котельного палива. У витратній цистерні готується суміш з розрахунку 5-10 частин палива на 1 частину шламу залежно від марки палива. З метою інтенсифікації горіння у витратну цистерну вводиться додатково 10-20% води від загального об'єму суміші, після чого суміш пропускається через диспергатор для створення дисперсної водопаливної емульсії. Приготована водопаливна емульсія з витратної цистерни через підігрівач подається до форсунки котла. Температура підігріву перед форсункою повинна забезпечувати в'язкість палива в межах 15-27 мм/с. Загальними ознаками аналогу і рішення, що заявляється, є: спосіб отримання палива водое 93442 4 мульсійного, що включає змішування вихідного палива з важкими фракціями вуглеводнів з наступним змішуванням з водою з отриманням дисперсної водопаливної емульсії. По зазначеному способу важкі фракції вуглеводнів вводяться в паливо безпосередньо перед спалюванням. Паливо, що отримане по вказаному способу не підлягає зберіганню, тобто спосіб не може бути використаним в технології виробництва водоемульсійних палив з достатнім терміном зберігання, наприклад палива котельного водоемульсійного. Необхідність нагріву палива перед форсункою спалювання для зниження в'язкості підвищує енергоємність способу. Відомий спосіб переробки і відходів вуглеводнів по патенту Російської Федерації RU2204761, МПК7 F23G7/00, дата подачі заявки 16.05.2001. Винахід відноситься до області утилізації промислових відходів і може знайти застосування для переробки відходів рідких вуглеводнів, що загусли, з метою їх використання, як добавок до рідкого палива. Спосіб переробки і використання відходів вуглеводнів включає розігрівання відходів вуглеводнів, додавання води, змішування відходів вуглеводнів з рідким паливом, диспергування одержаної суміші для отримання водопаливної емульсії і подачу водопаливної емульсії на спалювання. Розігрівання відходів вуглеводнів здійснюють до температури 20-90°С з додаванням або без додавання води. Змішування відходів вуглеводнів з паливом і диспергування цієї суміші виконують одночасно в роторному пульсаційному змішувачігомогенізаторі з робочим зазором 50-250 мкм і швидкістю зсуву не менше 10 м/с, забезпечуючи подачу відходів вуглеводнів і палива в змішувачгомогенізатор в співвідношенні 1:15-1:1,5. Технічний результат - можливість переробки і використання відходів рідких вуглеводнів, що загусли, підвищення продуктивності переробки відходів, економія палива і ресурсів. Загальними ознаками аналогу і рішення, що заявляється, є: спосіб отримання палива водоемульсійного, що включає змішування вихідного палива з важкими фракціями вуглеводнів і з водою з отриманням дисперсної водопаливної емульсії. Паливо, що отримане по вказаному способу, не підлягає зберіганню, тобто спосіб не може бути використаним в технології виробництва водоемульсійних палив з достатнім терміном зберігання, наприклад палива котельного водоемульсійного. По зазначеному способу важкі фракції вуглеводнів вводяться в паливо безпосередньо перед спалюванням. Як прототип вибрано спосіб отримання рідкого палива по патенту Російської Федерації RU2143312, МПК6 В01F3/08, дата подачі заявки 23.06.1997. Спосіб отримання рідкого палива включає емульгування суміші підігрітого мазуту з водою внаслідок чого утворюється водомазутна емульсія. Емульгування палива виконують шляхом його гідродинамічної кавітаційної обробки. При цьому до складу палива вводять піролізну смолу в кількості 2-10 вагових %. Піролізну смолу вводять до емульгування або безпосередньо в кавітаційний апа 5 рат, в зону кавітації, тобто в процесі емульгування. Піролізна смола є продуктом органічного синтезу, випускається по ТУ 38.10285-83, характеризується високою концентрацією ароматичних вуглеводнів бензолу, толуолу, нафталіну та інших, а також містить неграничні вуглеводи. Перепад тиску і швидкість течії в зоні кавітації повинні знаходиться в діапазоні 2-25 кг/см і 12-60 м/с відповідно. Доцільно підігрів мазуту здійснювати до температури 30-130°С. Допускається виконувати попереднє емульгування мазуту і/або піролізної смоли і/або палива. Кількість води в паливі вибирають з умов забезпечення високого КПД котлоагрегату і зниження шкідливих викидів в атмосферу шляхом проведення попередніх випробувань. Вміст води в паливі складає до 30 вагових %. Рекомендується додавання води виконувати ступінчасто, перед або в процесі гідродинамічної кавітаційної обробки. Установка для реалізації способу включає приймальну місткість, резервуари для палива, які сполучені з магістратлю подачі палива, магістраллю рециркуляції палива з гідродинамічними кавітаційними апаратами, магістраллю подачі палива на спалювання, а також лінії подачі води і піролізної смоли в систему. Вказані магістралі і лінії містять відповідні гідравлічні засоби управління (керовані запірні, перепускні, шунтуючі вентилі) і нагнітаючі насоси для організації процесів подачі компонентів, рециркуляції паливної суміші, емульгування мазуту, води і піролізної смоли з утворенням водомазутної емульсії, як кінцевого продукту. Для емульгування досить мати один гідродинамічний кавітаційний апарат, в який подають суміш мазуту з водою і піролізну смолу. Для піролізної смоли можливо виділити окремий резервуар, необхідну кількість піролізної смоли закачують в резервуари з мазутом, використовуючи магістраль рециркуляції. На спалювання паливо може подаватися двояко: або безпосередньо з резервуарів з паливом після рециркуляції, або з використанням додаткового емульгування в додатковому гідродинамічному кавітаційному апараті. В процесі зберігання отримане паливо періодично піддають гідродинамічній кавітаційній обробці, для чого паливо в резервуарах періодично пропускають через гідродинамічний кавітаційний апарат, а у ряді випадків і нагрівач, і повертають в резервуари. Загальними ознаками прототипу і рішення, що заявляється, є: спосіб отримання палива водоемульсійного, що включає змішування мазуту з водою з отриманням водомазутної емульсії з введенням до складу палива важких фракцій вуглеводнів. Спосіб, що вибраний як прототип, передбачає використання в якості важких фракції вуглеводнів тільки піролізні смоли, особливі властивості яких забезпечують необхідні характеристики горіння водоемульсійного палива. Крім того паливо не є стійким до розшарування і вимагає періодичної гідродинамічної кавітаційної обробки в процесі зберігання. 93442 6 В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу отримання палива водоемульсійного, в якому за рахунок технологічних особливостей та підбору компонентів і їх кількісного співвідношення в складі палива забезпечується можливість введення до складу палива важких фракцій нафтопродуктів та підвищення стійкості палива в процесі його зберігання. Поставлення задача вирішується тим, що в способі отримання палива водоемульсійного, який включає змішування мазуту з водою з отриманням водомазутної емульсії з введенням до складу палива важких фракцій вуглеводнів, відповідно з винаходом, попередньо мазут змішують з важкими фракціями вуглеводнів, воду змішують з емульгатором та каталізатором горіння, а водомазутну емульсію отримують шляхом змішування суміші мазуту і важких фракцій вуглеводнів з сумішшю води, емульгатора і каталізатора горіння при наступному співвідношенні компонентів в складі палива, в вагових %: мазут 30-70 важкі фракції вуглеводнів 25-60 вода 5-30 емульгатор 0,01-0,2 каталізатор горіння 0,01-0,05. Зазначені ознаки складають сутність винаходу. Доцільно змішування мазуту з важкими фракціями вуглеводнів виконувати шляхом циркуляції по замкнутому контуру суміші мазуту з важкими фракціями вуглеводнів за допомогою гідравлічного насосу, а змішування води з емульгатором і каталізатором горіння та змішування суміші мазуту з важкими фракціями вуглеводнів і суміші води, емульгатора, каталізатора горіння виконувати шляхом одночасного пропускання відповідних компонентів та сумішей компонентів (вода+емульгатор+каталізатор горіння), (суміш мазуту з важкими фракціями вуглеводнів+суміш води, емульгатора і каталізатора горіння) через перфоровані перегородки зустрічними потоками. Зазначені особливості забезпечують ефективне гідродинамічне змішування взаємно нерозчинних речовин з отримання високодисперсної емульсії. Доцільно також в процесі отримання палива суміш мазуту з важкими фракціями вуглеводнів підігрівати до 40-80°С. Як мазут можливо використовувати мазути марок Μ100, М40, Ф8, Φ12. В якості важких фракції вуглеводнів можливе використання відпрацьованих моторних та трансформаторних масел, екстрактів селективної очистки масел, тяжких піролізних смол, нафтошламів від процесу нафтовидобутку та нафтопереробки. Як емульгатор можуть бути використані неіоногенні та аніоноактивні поверхнево-активні речовини, наприклад Ріпаксол. Як каталізатор горіння можуть бути використані паливні присадки, наприклад присадки "0010", "0011" (http://www.apris.ru/add0011+0010.htm). "ПРОТОН-Т", (http://www.fueltech.ru/index.php?w=34). FIREPOWER 7 (http://sbn.finance.ru/nbb/search/headline/avto/chem/ 25086/), паливні присадки фірми Akzo Nobel. Істотні ознаки винаходу знаходяться в причинно-наслідковому зв'язку з технічним результатом, що досягається. Так, відмітні ознаки рішення, що заявляється (попередньо мазут змішують з важкими фракціями вуглеводнів, воду змішують з емульгатором та каталізатором горіння, а водомазутну емульсію отримують шляхом змішування суміші мазуту і важких фракцій вуглеводнів з сумішшю води, емульгатора і каталізатора горіння при наступному співвідношенні компонентів в складі палива, в вагових %: мазут - 30-70, важкі фракції вуглеводнів 25-65, вода - 5-30, емульгатор - 0,01-0,2, каталізатор горіння - 0,01-0,05) в сукупності з суттєвими ознаками, спільними з прототипом, забезпечують можливість введення до складу палива важких фракцій нафтопродуктів та підвищення стійкості палива в процесі його зберігання. Широко відомо застосування в двигунах внутрішнього згорання каталізаторів горіння - речовин, що збільшують швидкість хімічних реакцій при горінні палив - для збільшення повноти згорання палива, зниження витрати палива, зниження викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами. Прикладами таких каталізаторів є присадки "0010" і "0011", які є каталізаторами горіння палив, що сприяють поліпшенню процесу горіння, приводять до практично повного згорання паливного заряду за час його перебування в камері згорання (http://www.apris.ru/add0011+0010.htm). Далі, присадка "ПРОТОН-Т", яка відноситься до класу присадок - каталізаторів горіння і призначена для зниження енергії активації реакцій окислення, що протікають в камері згорання двигуна. Слідством зниження енергії активації є збільшення КПД і потужності двигуна за рахунок повнішого згорання палива, зниження вмісту шкідливих речовин у відпрацьованих вихлопних газах двигуна, зменшення питомої витрати палива до 5%, зниження чутливості двигунадо якості палива і жорсткості роботи двигуна (http://www.fueltech.ru/index.php?w=34). Ще одним прикладів каталізаторів горіння являється відома присадка кондиціонер FIREPOWER. Так присадка FP4000 (для всіх марок дизельного палива) при витраті 1 літр присадки на 4000 літрів палива забезпечує економію палива 15-20%, зменшення викидів СН - 50%, CO 80% (http://sbn.finance.ru/nbb/search/headline/avto/chem/ 25086/). Авторами експериментально встановлено, що використання каталізаторів горіння при виготовленні водоемульсійних палив на основі мазутів, зокрема палива котельного водоемульсійного, дає можливість вводити до складу палива важкі фракції нафтопродуктів, такі як відпрацьовані моторні та трансформаторні масла, екстракти селективної очистки масел, тяжкі піролізні смоли, нафтошлами від процесу нафтовидобутку та нафтопереробки, з отриманням стійкого до розшарування, високо енергетичного, якісного водоемульсійного палива з наступними характеристиками: 93442 8 В'язкість палива умовна при 80°С, умовні градуси - не більше 16. Зольність палива, % - не більше 0,14. Теплота згоряння в перерахунку на сухе паливо, кДж/кг - не менше 39900. Характеристика факелу горіння - стабільний, рівномірний факел. Характеристика продуктів згоряння - димність та сажоутворення відсутні. Термін зберігання палива до розшарування емульсії, місяців - не менше 6 місяців. Зазначені характеристики забезпечуються технологічними особливостями (способом) отримання палива та компонентами палива і їх кількісним співвідношенням в складі палива, що визначені експериментальним шляхом. Нижче приводиться докладний опис способу, що заявляється, а також установки для його реалізації з посиланнями на креслення, на яких показано: Фіг. 1 - Спосіб отримання палива водоемульсійного, принципова технологічна схема. Фіг. 2 - Спосіб отримання палива водоемульсійного, принципова схема установки для реалізації способу. Фіг. 3 - Спосіб отримання палива водоемульсійного, конструктивна схема попереднього змішувача води, емульгатора та каталізатора. Фіг. 4 - Спосіб отримання палива водоемульсійного, конструктивна схема змішувача для кінцевого продукту. Спосіб отримання палива водоемульсійного, наприклад котельного, включає змішування мазуту з водою з отриманням водомазутної емульсії з введенням до складу палива важких фракцій нафтопродуктів. Мазут, наприклад марки Μ100, попередньо змішують з важкими фракціями нафтопродуктів, наприклад з відпрацьованим маслом, або з нафто-шламом, або піролізною смолою коксохімічного виробництва. Змішування мазуту з важкими фракціями нафтопродуктів виконують шляхом циркуляції по замкнутому контуру суміші мазуту з важкими фракціями нафтопродуктів за допомогою гідравлічного насосу. Суміш мазуту з важкими фракціями вуглеводнів при перемішуванні підігрівають до 40-80°С. Воду попередньо змішують з емульгатором та каталізатором горіння. Як емульгатор використовують поверхнево-активні речовини, наприклад. Ріпаксол. Як каталізатор горіння використовують, наприклад, присадку FirePower (http://sbn.finance.ru/nbb/search/headline/avto/chem/ 25086/). Змішування води з емульгатором та каталізатором горіння виконують шляхом одночасного пропускання суміші води, емульгатора та каталізатора горіння через перфоровані перегородки зустрічними потоками. Паливну водомазутну емульсію, як кінцевий продукт, отримують шляхом змішування суміші мазуту і важких фракцій вуглеводнів з сумішшю води, емульгатора і каталізатора горіння. Змішування зазначених сумішей виконують шляхом одночасного їх пропускання через перфоровані перегородки зустрічними потоками. 9 При цьому витримують наступне співвідношенні компонентів в складі палива, в вагових %: мазут 30-70 важкі фракції вуглеводнів 25-60 вода 5-30 емульгатор 0,01-0,2 каталізатор горіння 0,01-0,05 Установка для виробництва палива водоемульсійного, наприклад котельного, включає, як основні вузли, резервуар 1 для основної складової палива - суміші мазуту Μ100 з важкими фракціями нафтопродуктів, резервуар 2 для води, ємності 3, 4 відповідно для емульгатора та каталізатора горіння, резервуар-збірник 5 готового палива котельного водоемульсійного, насос 6 для перемішування суміші мазуту з важкими фракціями нафтопродуктів, насос 7 для подачі в систему води, насос 8 для подачі в систему суміші мазуту з важкими фракціями нафтопродуктів, змішувач 9 з ежекторним насосом 10, змішувач 11 з ежекторним насосом 12. Ежекторний насос 10 змішувача 9 виконаний з трьома входами: вхід 13 для подачі робочої рідини, в якості якої виступає вода, ежекційний вхід 14 для подачі емульгатора, ежекційний вхід 15 для подачі каталізатора горіння. Ежекторний насос 12 змішувача 11 виконаний з двома входами: вхід 16 для подачі робочої рідини, в якості якої виступає суміш мазуту з важкими фракціями нафтопродуктів, ежекційний вхід 17 для подачі суміші води з емульгатором та каталізатором горіння. Крім того установка має засоби управління та контролю, що включають керовані крани 18, 19, 20, 21, 22 для регулювання витратами, відповідно: води (18), емульгатора (19), каталізатора горіння (20), суміші мазуту з важкими фракціями нафтопродуктів (21), суміші води з емульгатором та каталізатором горіння (22), а також індикатори витрат 23. 24, 25, 26, 27, відповідно: води (23), емульгатора (24), каталізатора горіння (25), суміші мазуту з важкими фракціями нафтопродуктів (26), суміші води з емульгатором та каталізатором горіння (27). Змішувач 9 виконаний в вигляді порожнистого корпусу 28, ежекторного насосу 10, з вхідним патрубком 29 для подачі робочої рідини, соплом 30, ежекційними патрубками 31. 32 для ежекційної подачі компонентів, що підлягають змішуванню з робочою рідиною, а також вихідного патрубка 33. В порожнині корпусу 28 закріплена перфорована трубка 34 з отворами перфорації 35, один кінець якої з'єднаний з вихідним патрубком 33, а другий заглушений заглушкою в вигляді обтічника 36, а також канал 37 для подачі суміші до перфорованої трубки 34 від ежекторного насосу 10. Корпус 28 виконаний з нагрівальним елементом 38. Довжина перфорованої трубки 34 виконана рівною 5-6 діаметрам трубопроводу для відведення готової су 93442 10 міші, діаметр кожного отвору перфорації 35 трубки 34 становить 1/16-1/17 від діаметру трубопроводу для відведення готової суміші, відстань між рядами отворів перфорації 35 по довжині перфорованої трубки 34 складає 0,4-0,5 діаметра трубопроводу для відведення готової суміші, а сумарна площа отворів перфорації 35 трубки 34 знаходиться в межах 0,4-0,45 площі живого перетину трубопроводу для відведення готової суміші. Зазначені співвідношення забезпечують ефективне гідродинамічне змішування компонентів. Перший етап змішування компонентів суміші відбувається в ежекторному насосі 10. Подальше змішування відбувається в потоках суміші, що спрямовуються в внутрішній об'єм перфорованої трубки 34 через отвори перфорації 35 з діаметрально протилежних сторін. За рахунок зустрічного руху потоків відбувається інтенсивне гідродинамічне змішування з отриманням високодисперсної емульсії взаємно нерозчинних речовин. Змішувач 11 відрізняється від змішувача 9 тільки тим, що виконаний з одним ежекційним патрубком 31. Працює установка наступним чином. В резервуарі 1 за допомогою насоса 6 шляхом циркуляції здійснюється постійне перемішування суміші мазуту з важкими фракціями нафтопродуктів з підігрівом суміші до температури 50-90°С відомими засобами підігріву (не показані для спрощення креслень). Вода з резервуару 2 насосом 7 через керований кран 18 і індикатор витрат 23 подається на вхід 13 змішувача 9. Паралельно, в змішувач 9 через інжекційний вхід 14, індикатор витрат 24, керований кран 19 поступає емульгатор з ємності 3, а через інжекційний вхід 15, індикатор витрат 25, керований кран 20 - каталізатор горіння з ємності 4. Підігріта суміш мазуту з важкими фракціями нафтопродуктів з резервуара 1 насосом 8 через керований кран 21 і індикатор витрат 26 подається на вхід 16 змішувача 11. В той же час на інжекційний вхід 17 змішувача 11 поступає суміш води з емульгатором та каталізатором горіння від змішувача 9 через керований кран 22 і індикатор витрат 27. В результаті змішування зазначених сумішей в змішувачі 11 на його виході отримують кінцевий продукт, який направляється в резервуар-збірник 5. При цьому з допомогою керованих кранів 18, 19, 20, 21, 22 регулюються витрати складових компонентів палива, величина яких контролюється індикаторами витрат 23, 24, 25, 26, 27. Нижче в табличній формі приведені приклади палива котельного водоемульсійного, що отримане способом, що заявляється, на описаній установці. 11 93442 12 Таблиця Параметри,показники, характеристики Марка мазуту, його вміст в складі палива, в ваг. % Приклад 1 Приклад 2 Приклад 3 М100 70 М100 50 М40 30 Нафтошлам Відпрацьоване масло 20 60 30 10 Ріпаксол 0,1 Ріпаксол 0,2 Тип важких фракцій нафто- Піролізна смола коксохіпродуктів, їх вміст в складі мічного виробництва палива, в ваг. % 25 Вміст води в складі палива, 5 в ваг. % Тип емульгатора, його вміст в складі палива, в ваг. % Ріпаксол 0,01 Тип каталізатора горіння, FirePower 0,05 FirePower 0,03 FirePower 0,01 його вміст в складі палива, в ваг. % В'язкість палива умовна при 16 14 15 80 °С, умовні градуси Зольність палива, % 0,09 0,11 0,13 Теплота згоряння в перера39900 38990 38900 хунку на сухе паливо, кДж/кг Характеристика факелу гоСтабільний, рівномірний Стабільний, рівномірний Стабільний, рівномірний ріння Характеристика продуктів Відсутність димності та Відсутність димності та Відсутність димності та горіння сажоутворення сажоутворення сажоутворення Термін зберігання палива до розшарування емульсії, міДо 6 місяців До 6 місяців До 6 місяців сяців Із таблиці видно, що показники палива відповідають нормативним вимогам (ГОСТам) до палива котельного водоемульсійного. 13 93442 14 15 93442 16 17 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 93442 Підписне 18 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601