автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.09, диссертация на тему:Разработка кавитационно-вихревого аппарата для процесса окисления углеводородного сырья

ВВЕДЕНИЕ

1. Литературный обзор

1.1. Аппараты для производства битумов

1.1.1. Окисление нефтяного сырья 10 в реакторах колонного типа

1.1.2. Конструкции реакторов 13 колонного типа

1.1.3. Газожидкостные аппараты 14 Для окисления битумов

1.2. Понятие кавитации

1.2.1. Гидродинамическая кавитация

1.2.2. Акустическая кавитация ^

1.2.3. Применение волновой технологий'

ВЫВОДЫ

2. Разработка конструкции волнового аппарата

2.1. Теория тонкого диспергирования

2.2. Схема распыления жидкости

2.3. Устройство интенсивной кавитации

2.4. Конструкция газожидкостного 41 Кавитационно-вихревого аппарата

ВЫВОДЫ

3. Исследование процесса окисления и подбор компонентов

3.1. Характеристика сырья и остатков

3.2. Оптимальное соотношение компонентов в сырье

3.3. . Окисление сырьевых битумных композиций

3.4. Лабораторные исследования процесса окисления

3.5. Исследование влияния 5 3 волновых воздействий на скорость окисления

ВЫВОДЫ

4. Методика расчета опытно-промышленного кавитационно-вихревого аппарата

4.1. Расчет сопла подвода сырья

4.2. Расчет кавитационного устройства

4.3. Разработка батарейной технологии окисления

4.4. Использование КВА для дегазации битумов

ВЫВОДЫ

5. Промышленные испытания кавитационно-вихревого аппарата

5.1. Определение зависимости температуры 76 Размягчения от состава сырья

5.2. Результаты изменения производительности колон- 77 ны

5.3. Зависимость содержания кислорода в газах окисле- 77 ния от расхода воздуха

ВЫВОДЫ

В последнее время спрос на качественные нефтяные дорожные битумы имеет тенденцию к росту. Это связано с повышением требований к качеству дорожных покрытий (длительный срок службы без образования сетки трещин и пластических деформаций), и с реализацией ряда федеральных и государственных программ по дорожному строительству.

Кроме того, производители дорожного битума выходят на рынок с продуктом, соответствующим мировым стандартам, и тем самым повышают планку по качеству битума и имеют возможность диктовать условия конкуренции.

Между тем большинство НПЗ России имеют в своем составе действующие битумные установки, построенные в 60-х годах, физически изношенные и использующие устаревшую технологию. Это не дает возможности нефтеперерабатывающим предприятиям переходить на производство качественных битумов. Увеличение мощности битумных установок, без вложения значительных средств в реконструкцию или строительство новых установок, является весьма проблематичным в условиях текущего финансового кризиса в стране.

Вопрос разработки технологии производства битумов, внедрение которой на действующих битумных установках позволит увеличить мощность и улучшить качество продукта без значительных капитальных вложений, в настоящее время является актуальным.

Применение волновых воздействий позволяет проводить процессы с большей эффективностью и создавать компактные аппараты. Энергия потока обрабатываемой жидкости бывает достаточной для создания эффективного кавитационного режима течения. Учитывая, что в последние годы стоимость энергии резко возрастает, разработка экономичных конструкций и перспективных технологий на принципах кавитационно-вихревых воздействий очень актуальна.

Основные направления исследований выполнены в соответствии с Государственной научно-технической программой Академии наук Республики Башкортостан (АНРБ) «Проблемы машиностроения, конструкционных материалов и технологии» по направлению 6.2. «Надежность и безопасность технических систем в нефтегазохимическом комплексе» на 1996-2000 годы, утвержденной постановлением Кабинета Министров РБ № 204 от 26.06.96г. , а также по Федеральной целевой программе «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы (ФЦП «Интеграция») по государственному контракту №28 «Создание совместного учебно-научного центра «Механика многофазных систем в технологиях добычи, транспорта, переработки нефти и газа».

Основной целью диссертационной работы является разработка новых типов аппаратов и энергосберегающих технологий с использованием принципов волнового воздействия на процессы окисления углеводородного сырья.

Цель достигается изучением влияния волновых воздействий на углеводородное сырье, созданием новых аппаратов для реализации различных механизмов создания волнового поля и разработкой технологических процессов с учетом волновых и вихревых эффектов.

1. Литературный обзор

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Разработана конструкция кавитационно-вихревого аппарата.

По разработанной конструкции изготовлены чертежи, техническая документация и образец для опытно-промышленных испытаний.

Лабораторными исследованиями найдено оптимальное соотношение сырьевых компонентов.

На лабораторной установке выявлено, что окисление в волновом аппарате ускоряет процесс окисления нефтяного сырья.

Произведен расчет предложенной конструкции кавитационно-вихревого аппарата.

Показана возможность изменения конструкции колонны с применением КВА и получения заданной марки битума в аппарате меньшего размера.

Предложена технология непрерывного батарейного окисления углеводородного сырья.

Проведены промышленные испытания разработанного аппарата. В результате установки кавитационно-вихревого аппарата производительность установки возросла в четыре раза, расход воздуха сократился в два раза, качество производимого битума повысилось.

1. Грудников И.Б., Фрязинов В.В. -Химия и технология топлив и масел, 1978, №8, с.8-11.

2. Бодан А.Н., диссертация, МИНХ и ГП им. Губкина, 1962.

3. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М. Химия. 1973г., 432 с.

4. Баженов В.М.,- Нефтепереработка и нефтехимия, 1070, № 10, с. 27-29.

5. Гун Р.Б. Новое в производстве улучшенных битумов. М., ЦНИИ-ТЭнефтехим, 1971, с. 10-15.

6. Фрязинов В.В., Грудников И.Б. —Химия и технология топлив и масел, 1978, №2, с.11-14.

7. Баннов П.Г. и др. -Нефтеперераб. и нефтехимия, 1977, № 9, с. 14-16.

8. Грудников ИБ. Производство нефтяных битумов. М. Химия. 1983г -192 с.

9. Фрязинов В.В., Ахметова Р.С. Труды БашНИИНП, вып. 8, Химия, 1968 г, 167-170.

10. Мережко Ю.И. Диссертация. Уфа. УНИ. 1989г.

11. Hockl A.,Habilitationneschrieft, Wien, 1969

12. Senolt H., Bitumen, Teere, Asphalt, Peche, vervandte Stoffe, 1969, 20, № 12, 563.

13. Lokwood D.C Petrol Ref., 1958, vol., № 3, p. 197-200

14. Пат. 297899, 1972., (Австрия)

15. Пат. 297167, 1972., (Австрия)

16. Баннов П.Г. и др. -Нефтеперераб. и нефтехимия, 1978, № 9, с.12-14.

17. Рахмилевич Р.З., Новости нефтяной техники, Нефтепереработка № 7, 32(1959).

18. Magyar М. Et ai., Kiserleti intezetek Kozlemeny, 8, 201, 1967.

19. Csikos R, Zakar P. Et al., Erdol Dienst, 19, 1965.

20. Хропатый Ф.П., Нефтяник, 1059, № 12, с 14.

21. Хуснияров М.Х. Диссертация УНИ. Уфа.1992г

22. Хафизов Ф.Ш. Диссертация-УГНТУ, Уфа. 1996г.

23. Хафизов Ф.Ш. и др. Газожидкостный аппарат. пат. СССР. 1806002,1993г.

24. Голустов B.C. и др. Распыливание жидкостей. М. Химия 1979г. с.216

25. Дисяткин Ю.Ф. и др. Распыливание жидкостей. М. Машиностроение. 1977г. с.208.

26. Панфилой Ф.В. Союздор НИИ.1967г., вып 21 с.128 130.

27. Перник А.Д. Явление кавитации. Издательство "Судостроение". Ленинград. 1966г. с.439

28. Арзуманов Э.С. Кавитация в местных гидравлических сопротивлениях.-М.-Энергия.-1978.-С 303.

29. Горшков А.С., Русецский А.А. Кавитационные трубы.-Л.-Судостроение.-1972.192 с.

30. Bottcher H.N., Die Zerstorung von Metallen durch Hohlsog (Kavitation),Zs.VDI.80,1499 (1936)

31. Mousson J.M., Untersuchunger uber Hohlsog (Kavitation),Zs.VDI,83,397 (1938)

32. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа.

33. Голямина И.П. Ультразвук маленькая энциклопедия.-М.: Советская энциклопедия 1979.-С 400.

34. Нигматуллин Р.И. Динамика многофазных сред. -М.: Наука 1987.-№ З.-С 464.

35. Маргулис М.А. Основы звукохимии. Учебное пособие для хим. и хим-технол. Тех ВУЗов. М.-Высшая школа. 1984г.-272с.

36. Биркгоф Г., Сарантонелло Э. Струи, следы и каверны. М., " Мир"1964г.466 с.

37. Шальнев К.К. Кавитация в гидродинамике. "Известия АН СССР" 1956г. № 8, С. 10-92.

38. Эпштейн JI.A. Возникновение и развитие кавитации.-В кн.: Труды ЦАГИ, № 655, 1048, С.41-118.

39. Арзуманов Э.С. Об определении параметров кавитации регулирующих клапанов. "Труды института НИИ автоматика", 1965г., вып.XXIII, С.51-66.

40. Галин Л.А., Шальнев К.К. Прогнозирование щелевой кавитации. -"Труды акустического института" 1969г., вып.УП,С.70-75.

41. Knapp R.T., Daily J.W., Hammitt F.G. Cavitation. New-York.Me Graw-HilU 970,500р.

42. Горшков A.C., Русецкий А.А. Кавитационные трубы. "Судостроение", 1972г. с. 192.

43. Горшков А.С., Гончаров Н.Т. Возникновение кавитации в жидкости. "Труды акустического института", 1969г., вып.У1,С. 30-38.

44. Фридман В.М. Ультразвуковая химическая аппаратура. "Машиностроение". М.,1967г.с.726

45. Бергман Л. "Ультразвук и его применение в науке и технике".- М: ИЛ, 1957г.

46. Розенберг Л.Д. Физические основы ультразвуковой технологии. Издательство наука. -М.-1970г.325С.

47. Красильников В.А. Звуковые и ультразвуковые волны в воздухе, воде и твердых телах. -М.: -Физматгиз, 1960г.412с.

48. Кроуфорд А. Ультразвуковая техника. -М.: Изд-во иностр. лит. 1958г.313с. .

49. Матаушен И. Ультразвуковая техника. М. Металлургиздат .М.1962г.215с.

50. Розенберг Л.Д. Применение ультразвука. -М.: Изд-во АН СССР,1957г.

51. Huter Т., Bolt H.Sonils Techniques for the use of sound in engineering and Science. New York, Wiley, London, Chapman and Hall, 1955.

52. Гершгал Д.А., Фридман B.M. Ультразвуковая технологическая аппаратура. М. "Энергия" 1976г.

53. Кузнецов О.Л., Ефимова С.А. "Применение ультразвука в нефтяной промышленности". М. Недра.1983г.

54. Карузин В.П., Казанский В.Л., Симоненок Л.А./ В кн. Труды куйбышевского НИИНП, I965.-T.32. -С.28.

55. Фомин В.А., Мазгаров А.М, Лебедев Н.Н. Реакционная способность меркаптидов натрия при их окислении кислородом в присутствии дисульфофталоцианина кобальта И Нефтехимия.-1978.-№ 2. -С.298-303.

56. Коноплёв В.П., Мартыненко А.Г., Ширяева Г.П. и др. Влияние интенсивности перемешивания топлив с щёлочью на степень их очистки // Химия и технология топлив и масел. -1972. -№ 4.-С.14-15.

57. Стекольщиков М.Н., Уразаев 7.Х., Гелетий Я.Г., Бутаков Е.Г. За-щелачивание бензинов на установке гидроочистки дизельных топлив // Нефтепереработка и нефтехимия. -1968. -№ 5. -С. 13-14.

58. Некрасов Н.Н., Кононюк Б.Н., Казанский В.Л. Применение ультразвуковых устройств при сжигании топлив и перемешивании жидкостей и газов // Химия и технология топлив и масел. -1980. -№ 2. -С .1922.

59. Гинстлинг A.M., Барам А.А. Ультразвук в процессах химической технологии. -Л.: Госхимиздат, I960.

60. Комаров B.C., Степанова Е.А. Влияние ультразвука на каталитические свойства алюмосиликатного катализатора // Нефтехимия.1978. -No 6. -С.914-919.

61. Bruce F., Greek, Balbome A. // Ind. Eng. Chem. -1957. -V. 49. -N 12.-P.1938.

62. Грегуш А., Грегуш П. // Акустический журнал. -I960. -№ 6. -С.441.

63. Айзенштайн П.Г., Булатова И.Н., Соболев A.M. Получение суль-фофрезола с применением ультразвука // Нефтепереработка и нефтехимия. -1965. -.V 3. -С. 20-24.

64. Гинстлинг A.M., Барам А.А. // Химическая промышленность. -I960. -№ I.

65. Thompson D., Vllbrandt // Ind. Eng. Chem. -1954. -N 46.-P.1172.

66. Фридман B.M. Звуковые и ультразвуковые колебания и их применение в лёгкой промышленности. -М.: Гизлегпром, 1956.

67. Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. -М.: Химия, 1966.

68. Гарлинская Е.И., Беззубое А.Д. Ультразвук и пути его применения в пищевой промынленности.-М.: Пищепромиздат, 1955.

69. Попов К. // Масла и Жиры. -1936. -№ 8. -С.397.

70. Rose G. //Can. Chem. Ргос. -1955. -V. 39. -N 11. -Р.40.

71. Кемпбелл Д.М. Очистка и переработка природного газа. Пер. с англ./ Под ред. Гудкова С.Ф. -М.: Недра, 1977. -С.349.

72. Кичкин Г.И., Заскалько П.П. Применение ультразвукового низкочастотного диспергатора УЗДН-1 для оценки механической деструкции полимеров в растворе минеральных масел // Нефтепереработка и нефтехимия. -1970. -№ 10. -С. 18-20.

73. Ишкильдин А.Ф., Хайрутдинов И.Р., Александрова C.JI. Хафизов Ф.Ш. Интенсификация процесса окисления нефтяных остатков воздействием, ультразвука // Нефтепереработка и нефтехимия. -1986. -№ 5. -С.9-10.

74. Кричмар СЛ., 'Степаненкс В.Е. // Ж.А.Х.-1969. -№ 12.

75. Гинстлинг A.M., Барам А.А. Ультразвук в процессах химической технологии. -Л.: Госхимиздат, I960.

76. Grootnis R. //Chem. Eng. Scl. -1961. -N 14. -P. 176.

77. Passau P. // Ann Soc. Brux. -1948. -N 62. -P.40.

78. Danlewski W. // Akta phys. polon. -1933. -N 2. -P.45.

79. Andoln A.Le7avasseur G. // Food. -1949. -N 18. -P.190.

80. Разработка новых методов очистки и стабилизации нефтепродуктов комплексными соединениями переходных металлов низшей валентности: Отчёт о НИР / ИНХС АН СССР; № ГР 76039320 Инв. •№ Б 925369. -М»; 1980. -164 с.

81. Заскалько П.П., Кичкин Г.И., Лашхи В.Л. Разработка ультразвукового прибора для исследования механической деструкции растворов полимеров // Химия и технология топлив и масел. -1969. -№ 6. -С.46-49.

82. Лыков М.В., Леончик Б.И. Распылительные сушилки. М. Машиностроение. 1966г. с.276

83. Холин Б.Г. Центробежные и вибрационные грануляторы плавов и распылители жидкости. М. Машиностроение. 1977г. с. 181

84. Авруцский М.М. Соломаха Г.П. Анализ стадий массообмена в ротационном тарельчатом аппарате.-'ТОХТ"1972г.

85. Дейг М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред .М. "Энергия", 1968г.

86. Fraser R.P.,Eiscunlam P., Dombrovery H.Liquid atonuration in chemical engineering.-"British chemical Engineering", 1956

87. Бухман С.В.Экспериментальное исследование распада капель.-Вестник АН Казахской ССР, 1954г.№ 1, с.38-43

88. Волынский М.С. О дроблении капель в потоке воздуха.- ДАН1. СССР.1948г.

89. Фридман В.М. Ультразвуковая химическая аппаратура. "Машино-строение"М. 1967г.

90. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. "Советская энциклопедия" .М.1979г.

91. Дитяткин Ю.Ф. Распыливание жидкостей. М.: Машиностроение, 1977, 208с.

92. Хавкин Ю.И. Центробежные форсунки. M.-JL, Машиностроение, ЛО, 1076, 168с.

93. Пажи Д.Г, и др. Распыливающие устройства в химической промышленности. М., Химия, 1975, 200с.

94. Пажи Д.Г. и др. Форсунки в химической промышленности. М., Химия, 1971,224с.

95. Щукин В.К., Халатов А.А., Теплообмен, массообмен и гидродинамика закрученных потоков в осесимметричных каналах. М., "Машиностроение"., 1982.

96. Резняков А.В. и др. Теплотехнические основы циклонных топочных и технологических процессов. Алма-Ата: Наука, 1974, 374 с.

97. Устименко Б.П. Процессы турбулентного переноса во вращающихся течениях. Алма-Ата; Наука, 1977, 22 с.

98. Щукин В.К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил. М.: Машиностроение, 1980, 240 с.

99. Жуков М.Ф., Урюков Б.А. Исследование теплообмена в плазма тронах. -/»Проблемы теплофизики и физической гидродинамики». Новосибирск: Наука, 1974 с.235-246.

100. Магер А. Приближенное решение для изоэнтропического закрученного потока в сопле. Ракетная техника. 1961, №8, с. 115-122.

101. Розенцвейг, Левеллен, Керреброк. Возможность удержания делящегося вещества турбулентным вихрем в газовом реакторе ядерной ракеты.- Ракетная техника и космонавтика, 1961, №7, с. 23-35.

102. Волынский М.С. О дроблении капель в потоке воздуха.- ДАН СССР. 1948г.

103. Лянэ Р.П., Иванов Ю.В. О развитии закрученного потока в цилиндрической камере с недиафрагмированным выходным сечением,-Изв. АН ЭССР. Сер. Физика-математика, 1970, т. 19, №4, с. 737.

104. Нурсте Х.О. Затухание закрутки потока в трубе круглого сечения.- Изв. АН ЭССР. Сер. Физика-математика, 1973, т. 22, № 1, с.77-82.

105. Сударев А.В., Кузнецов Л.А. Теплоотдача закрученной струи воздуха при движении по внутренней поверхности цилиндра. Энергомашиностроение, 1968, №1, с. 18-21.

106. Веске Д.Р., Стуров Т.Е. Экспериментальное исследование турбулентного закрученного течения в цилиндрической трубе. Изв. СО АН СССР, Сер. техн.наук, 1972, №13, вып. 3, с. 3-7.

107. Нурсте Х.О., Иванов Ю.В., Луби Х.О. Исследование аэродинамики потока в закручивающих устройствах. Теплоэнергетика, 1978, №1, с.37-39.

108. Хэй, Вест. Теплообмен в трубе с закрученным потоком. Тр. амер. о-ва инж-мех. (рус.пер.). Сер. С. Теплопередача. М.: Мир, 1975, №3, с. 100-106.

109. Yajnik К., Subbaian М. Experiments on swirling turbulent flow, Part 1, Similarity in swirling flows, Journal FL.Mech., 1973, vol.60, pt 4, p.665-687.

110. Юминов И.П., Хафизов Ф.Ш., Хуснияров M.X., Влияние волновых колебаний на реакции поликонденсации и полимеризации нефтяных систем. IV-конф. По интенсификации нефтехимических процессов "Нефтехимия-96", Нижнекамск, 1996,с.30-31.

111. Юминов И.П., Хафизов Ф.Ш., Хузиев А.Р., Сулиманов Ф.Н., Повышение надежности огнезащищенных металлоконструкций. IIвсероссийская науч.-тех. конференция "Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность", Уфа-1996г ,с.92,.

112. Юминов И.П., Хафизов Н.Ф., Файзуллин И.Ф., Фасхутдинов P.P. Интенсификация процесса окисления нефтяного сырья., Тезисы докладов ГАНГ им. И.М.Губкина "Нефть и газ -97", г.Москва-97.с.22.

113. Юминов И.П., Хафизов Н.Ф., Хузиев А.Р., Фасхутдинов P.P. Интенсификация процессов разделения., Тезисы докладов ГАНГ им. И.М.Губкина "Нефть и газ-97", г.Москва-97.с.22.

114. Юминов И.П., Хафизов Н.Ф., Файзуллин И.Ф., Фасхутдинов P.P. Утилизация сернокислотных отходов., Тезисы докладов ГАНГ им. И.М.Губкина "Нефть и газ-97", г.Москва-97.с.22.

115. Юминов И.П., Хафизов Н.Ф., Файзуллин И.Ф., Фасхутдинов P.P. Переработка и • использование отходов., Тезисы докладов ГАНГ им. И.М.Губкина "Нефть и газ -97", г. Москва-97.с.22.

116. Хафизов Ф.Ш., Юминов И.П., Кузьмин В.И., Баженов В.П., Али-кин М.А., Хафизов Н.Ф. Положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение. № 98101801.