Интенсификация перегонки нефти путем регулирования фазовых переходов кавитационным воздействием

В основе многих процессов переработки нефти и нефтяных остатков лежат фазовые переходы, характерные для нефтяных дисперсных систем.
Воздействовать на кинетику фазовых переходов можно химическими веществами (поверхностно-активными веществами - ПАВ, присадками и т.д.) и физическими полями (тепловыми, кавитационными, электромагнитными и т.д.). В результате такого вмешательства изменяется радиус ядра и толщина адсорбционно-сольватной оболочки сложной структурной единицы, которая является элементом нефтяной дисперсной системы.
Изменение баланса сил между частицами дисперсной системы и уменьшение размеров дисперсных частиц вследствие химического или физического воздействия позволяет увеличить выход целевых нефтепродуктов, улучшить их качество, а также снизить энергетические затраты. Достигается это за счет снижения температуры плавления и испарения, меньших по размерам частиц дисперсной фазы.. Например, при введении в мазут западно-сибирской нефти оптимального количества экстракта среднестатистические размеры дисперсных частиц в 2%-ом гептановом растворе уменьшаются с 147 до 130 нм, а выход вакуумного дистиллята при перегонке в сопоставимых условиях возрастает на 7% (масс.).
Однако воздействие на нефть и ее остатки с помощью химических веществ приводит к существенному возрастанию себестоимости конечного продукта, ускоренному износу ректификационных колон и является практически нерегулируемым процессом.
Значительно более выгодным является использование для активирования нефти физических полей, например, кавитационного поля. Кавитационная обработка жидкости может быть проведена с помощью гидродинамических кавитационных аппаратов серии КАП .
Гидродинамические кавитаторы КАП устанавливаются в потоке нефти, перед питательными насосами подачи нефти на ректификационные колоны, что обеспечивает снижение потерь на местных сопротивлениях до 0,3 МПа.
Конструкция кавитационных аппаратов серии КАП позволяет регулировать процесс интенсивности кавитационного поля в широком диапазоне.
Анализ результатов исследований показывает, что гидродинамическая обработка тяжелых нефтяных остатков в кавитационном поле перед подачей на ректификационную колону увеличивает выход легких фракций вскипающих при температуре до 350 °С на 10…18%.
После обработки в кавитационном поле уменьшается выход карбидов, а при увеличении выхода бензина уменьшается количество непредельных углеводородов в бензиновых фракциях.
Гидродинамическое кавитационное поле ускоряют диффузию нефти в полости парафина, интенсифицируют процесс его разрушения. Ускорение растворения парафина идет за счет интенсификации перемешивания нефти на границе нефть-парафин и действия импульсов давления и огромных точечных температур, которые как бы разбрызгивают частицы парафина.
Нефть не обладает вязкостью, подчиняющейся законам Ньютона, Пуазейля, Стокса, так как длинные беспорядочно расположенные молекулы парафина и смол образуют некоторую гибкую решетку, в которой располагается раствор. Поэтому система оказывает значительное сопротивлений силам сдвига. Кавитационное поле разрывает непрерывную цепочку, разрушая связи между отдельными частями молекул. Связи эти сравнительно малы, поэтому необходимо незначительное воздействие гидродинамической кавитационной каверны.
После обработки нефти в гидродинамическом кавитационном поле стабильность преобразованных (разорванных) молекул парафинов и смол сохраняется не менее 60 суток.
Это значит, под действием гидродинамического кавитационного поля происходит разрушение структурной решетки, причем эта решетка не восстанавливается после прекращения воздействия кавитационной каверны.
Таким образом, кавитационная каверна влияет на изменение структурной вязкости, т.е. на временный разрыв Ван-дер-ваальсовых связей. Не обратимое уменьшение вязкости нефти имеет место после обработки нефти в кавитационном поле с затраченной мощностью 2,5…3 кВт/тонну и больше, на протяжении нескольких месяцев, причем все достигается за один проход непосредственно в потоке.
Анализ исследований показывает, что под воздействием кавитационного поля большой мощности (жесткая кавитация), на протяжении более длительного времени, нарушаются С-С связи в молекулах парафина, вследствие чего происходят изменения физико-химического состава (уменьшение молекулярного веса, температуры кристаллизации и др.).