Способ выгрузки вязких углеводородов

 

Изобретение относится к транспортировке вязких тяжелых углеводородов по магистральным трубопроводам и выгрузке этих углеводородов из различных емкостей, процессу перекачивания их в пределах хранилищ и в процессе технологических циклов. Техническим результатом изобретения является повышение подвижности углеводородов. В способе на объем углеводородного сырья первоначально воздействуют акустическими нагрузками и вакуумированием пространства над верхней границей поверхности углеводородов для извлечения газа из углеводородов и повышения текучести массы через освобожденные патрубки, после этого на поверхность углеводородов воздействуют избыточным давлением и воздействуют одновременно акустическими нагрузками за счет передачи фронта акустических волн в эту массу при выборе частоты акустических волн в диапазоне 25-30 кГц с постепенным понижением этой частоты до 500-1000 Гц и понижением накладываемого давления от сжатого газа в пределах от 1,50 до 1,05 атм. Остаток сырья удаляют при этом за счет использования плоских сетчатой конструкции излучателей и за счет наложения воздействия на эти отложения акустических волн, что позволяет вести процесс гомологического распада связей молекул углеводородов, распада глобул и сгустков и превращения массы углеводородного вещества в свободнотекучую квазиколлоидную фазовую систему, что значительно упрощает процесс слива и сокращает затраты времени на этот технологический цикл. 3 ил.

Изобретение относится к технологии эвакуации тяжелых углеводородов из емкостей в холодные сезоны, а также может быть использовано для улучшения транспортировки таких углеводородов по магистральным трубопроводам, для перекачивания их в условиях хранилищ и подачи на технологические процессы.

В настоящее время известны способы выгрузки и транспортировки тяжелых углеводородов типа мазута, битума, дегтя, включающие предварительную и текущую обработку объема углеводородов для снижения их вязкости и повышения текучести. Наиболее представительным и наиболее близким по технической сущности и достигаемому технологическому результату является способ выгрузки вязких тяжелых углеводородов (типа мазута) из емкостей (цистерн, ковшей, котлов и т.п.), включающий воздействие на объем углеводородного сырья нагрузками, повышающими подвижность и текучесть этого сырья, последующий слив обработанного углеводородного сырья (1).

Обладая определенными преимуществами перед другими аналогами в том, что процессы снижения вязкости и повышения текучести выполняют за счет подачи теплоносителя непосредственно в объеме углеводородного сырья, что снижает теплопотери процесса подготовки углеводородов к их выгрузке, этот известный способ включает также очевидные существенные недостатки, заключающиеся в крайне низкой теплообменной способности между нагревательными средствами и массой углеводородного сырья, определяющей незначительную производительность и несущественную эффективность способа, вызывающего затраты значительного времени и трудозатраты на этот процесс, при котором расход перегретого пара при обработке мазута при -15^oС составляет 135 кг на 1 т мазута при нагреве его до +60^oС, что является высокозатратным процессом и отражается на технологических процессах, использующих углеводородное сырье и переработанные углеводороды (мазуты, битумы, дегти и т.п.).

Технической задачей и технологическим результатом данного изобретения является существенное повышение эффективности преобразования накладываемого на объем углеводородов воздействия и повышения подвижности и текучести обрабатываемых углеводородов, при одновременно значительном снижении затрат энергии, трудозатрат и времени на процесс обработки и выгрузки вязких тяжелых углеводородов из емкостей или при подаче их по магистральному трубопроводу.

Эта техническая задача и получаемый технологический результат в изобретении достигается за счет того, что способ выгрузки вязких углеводородов из емкостей, включающий воздействие на объем углеводородного сырья (мазут, битум, деготь и т.п., включая нефть) нагрузками, повышающими подвижность и улучшающими текучесть углеводородов, слив обработанной массы углеводородов, предусматривает воздействие на объем углеводородов акустическими волнами и механическим давлением на поверхность углеводородов за счет наложения энергии сжатого воздуха, причем чередуют это воздействие с вакуумированием полости емкости с углеводородами, при этом первоначально ведут вакуумирование полости емкости с величиной остаточного давления в этой емкости 0,9-0,95 атм, а акустические волны передают при частоте 25-30 кГц, освобождают объем углеводородов от избыточного газа, а также освобождают сливные патрубки емкости от имеющихся в них пробок из этого же углеводородного сырья, после этого понижают частоту передаваемых акустических волн до 500-1000 Гц, а давление на поверхность углеводородного сырья повышают до 1,50-1,05 атм, снижая величину этого давления по мере истечения углеводородного сырья из емкости, остаток этого сырья из нижней части емкости удаляют за счет наложения воздействия от акустических волн с помощью плоского излучателя таких волн, выбранного по форме в виде сетки, уменьшая частоту передаваемых акустических волн от района сливного патрубка к торцевым стенкам емкости, при этом указанные воздействия ведут до процесса гомологического распада связей молекул углеводородов, обеспечивающего свободнотекучую квазиколлоидную фазовую систему углеводородного сырья.

Обработанный таким способом углеводородный объем легко поддается выгрузке, транспортировке по трубам, перекачиванию за счет того, что физические (ультразвук и переменные частоты) и механические нагрузки взывают образование разрывов непрерывной среды в обратной фазе акустического давления и вакуумирования объема углеводородов, что приводит к гомологическому распаду кластеров и молекул углеводородов с образованием свободных радикалов, расхождение которых приводит к существенному сдвигу в сторону квазигазожидкостного состояния массы углеводородов путем кавитационно-диффузионного распространения свободных радикалов в поле звуковых и ультразвуковых волн, что и приводит к заданной подвижности и текучести углеводородного сырья в емкости без заметного повышения температуры этого сырья, что положительно еще и с точки зрения техники противопожарной безопасности, а также скорости обработки емкости.

Описываемый способ по совокупности существенных признаков исследован на соответствие критериям изобретения, в том числе на новизну, промышленную применимость, изобретательский уровень решенной технической задачи. При этом во внимание были приняты источники информации в данной и родственных областях техники и технологий. Так, в источниках (2), (3), (4) выявлены отдельные признаки: использование нагретого рабочего органа для разогрева массы углеводородного сырья за счет передачи тепла; известно также использование локальных нагревателей с открытым факелом, застывших патрубков емкостей; известно, кроме того, использование пара или парогазового компонента для нагрева емкости снаружи и разогрева углеводородов в емкости.

Однако выполненный предметный сравнительный анализ между известными признаками и заявляемым способом выгрузки вязких тяжелых углеводородов из емкостей показал, что известные признаки не порочат новизны и уровня решенной технической задачи, т.к. известные признаки ни порознь, ни при их искусственной виртуальной совокупности не проявляют тех же технических свойств и не достигают того же технического результата, что имеет место в заявленном способе. Это дает возможность заявителю сделать вывод о соответствии разработанного способа критериям изобретения, что дает право заявителю для взятия патента на данное изобретение.

Описываемый способ поясняется далее при описании процессов его осуществления и со ссылкой на графический материал, где: на фиг. 1 показан процесс выгрузки углеводородов на примере отдельной емкости типа цистерны, заполненной этим сырьем; на фиг.2 показана конструкция плоского излучателя; на фиг.3 - излучатель в профиле по фиг.2.

Технические средства и техническое оснащение способа, показанные на чертежах, включают емкость в виде цистерны 1 с верхней горловиной 2 (или - загрузочным люком), полость цистерны 3 заполнена вязким тяжелым углеводородным сырьем (например, мазутом, или битумом, или дегтем и т.п. материалом); на днище цистерны находится осадок 4, накопившийся от единичного и многократного ее заполнения углеводородами, удаление этого осадка производят за счет подачи на него воздействий от раскрывающегося излучателя с крыльями 5 и закрепленными на них излучателями 6 акустических волн, при раскрытии крылья 5 образуют форму плоского излучателя, конструкция которого выбрана сетчатой (фиг.2) для свободного проникновения в массу вязкого осадка; излучатель имеет токоподводящую коммуникацию 6, имеет шарнир 8, защищенный упругоподатливым секторным кожухом 9, предотвращающим его забивание осадком. При раскрытии крыльев 5 излучателя могут быть использованы шесты 10 (фиг.1) для более правильного первоначального ориентирования излучателя в полости емкости и более эффективного воздействия от него на донный осадок 4. Для более эффективного начального процесса выгрузки емкости сырье в ее полости подвергают обработке дополнительно и с помощью еще одного излучателя - 11 (фиг.1) акустических волн, выбранного магнитострикционным, станка которого защищена сетчатым рукавом для предупреждения возможного прямого контакта стенки излучателя со стенками емкости 1 при воздействии на сырье.

При осуществлении процесса используют клапан 12 емкости, через который из полости емкости откачивают газовые фазы, или нагнетают воздух (или нейтральный газ СО₂; Не; Ar; Kr и т.п.) для повышения производительности работы сливного патрубка 13 (или патрубков, если их несколько).

Способ выгрузки вязких (тяжелых) углеводородов из емкости 1 осуществляют следующим образом. На объем углеводородного сырья 3 воздействуют нагрузками, повышающими его подвижность и текучесть для обеспечения его слива через патрубков 13. Для этого на углеводородное сырье воздействуют энергией акустических волн, первоначально передаваемых от излучателя 11 и излучателей 6; закрывают крышку горловины 2 и к клапанной трубке 12 подключают магистраль от вакуум-насоса (не показан), создают незначительный вакуум, с величиной остаточного давления 0,9-0,95 атм, в полости 3 емкости над поверхностью углеводородного сырья (фиг.1), при этом частоту акустических волн выбирают 25-30 кГц. Таким воздействием освобождают объем сырья от избыточного растворенного в нем газа, а также освобождают патрубок 13 от пробки (загустевшего сырья), открыв вентиль этого патрубка и освободив его сечения для слива углеводородного сырья из емкости 1. Время такого комплексного воздействия на объем сырья выбирают до процесса гомологического распада связей молекул углеводородов, что обеспечивает свободнотекучую квазиоднородную фазовую систему этого углеводородного сырья, и это фазовое состояние усиливают и стабилизируют за счет понижения частоты передаваемых акустических волн до 500-1000 Гц, при этом на поверхность углеводородного сырья накладывают давление через клапанное отверстие 12 от источника сжатого газа (не показан) с величиной 1,50-1,05 атм, причем по мере истечения углеводородного сырья из полости емкости частоту акустических волн выбирают 800-1000 Гц, а давление понижают до 1,10-1,05 атм, равномерно понижая давление - от 1,50 атм до 1,05 атм по мере выгрузки углеводородов из емкости, что создает наиболее благоприятные условия фазового перехода сырья из сильновязкого состояния в жидкое и квазигазожидкостное, обеспечивающее наибольшую подвижность и текучесть углеводородов. Сильновязкие тяжелые углеводородные отложения и остаток из нижней части емкости 4 удаляют, как указано ранее, с помощью плоского излучателя 5-6, а передаваемые на остаток 4 акустические волны выбирают в пределах 500-1000 Гц, причем частоту волн у сливной горловины и непосредственной близости от нее выбирают 800-1000 Гц, а ближе к стенкам (на фиг.1 - торцевые стенки емкости) частоту волн снижают до 600-500 Гц, что позволяет задать устойчивый градиент степени подвижности углеводородного остатка 4 от торцов емкости к ее горловине и повышает эффективность выгрузки.

Таким образом, способ выгрузки вязких углеводородов является прогрессивным технологическим направлением, использующим наиболее действующие на массу этого сырья воздействия кавитационно-диффузионного характера, организующего образование и интенсивное перемещение свободных радикалов при физическом и механическом комплексных воздействиях данного способа, где в каждом микрообъеме сырья образуют 10⁵-10⁶ радикальных пар, более чем на порядок снижающих степень вязкости тяжелых углеводородов (типа мазут, битум) и, соответственно, увеличивающих степень подвижности и текучести такого углеводородного сырья в объеме и из объема емкости.

При необходимости заявитель может привести более полные данные по технологической сущности и общей технической эффективности данного способа.

Источники информации 1. Фисенко В.В. Пароструйные подогреватели мазута, Чебоксары: Изд. ОАО "Завод электроники и механики", 1999 (прототип).

2. SU 437568, В 22 F 1/00, 1973.

3. ГОСТ 10585-99.

4. RU 2123504, С 08 С 77/06, 1996.

5. US 5094466, С 10 L 1/24, 10.03.1992.

6. Арбузов Ф.Ф. и др. Характеристика мазутов и газообразных топлив. Уфа, 1997.

7. Сивирипов П. П. и др. Химия и технология топлив и масел. Химия, 5, 1989, с.29-32.

Формула изобретения

Способ выгрузки вязких углеводородов из емкостей, включающий воздействие на объем углеводородного сырья нагрузками, повышающими подвижность и текучесть этого сырья, слив обработанного углеводородного сырья, отличающийся тем, что на объем углеводородного сырья воздействуют энергией акустических волн и механическим давлением на поверхность этого сырья - энергией сжатого воздуха, чередуя это воздействие с вакуумированием полости емкости над поверхностью углеводородного сырья, первоначальное вакуумирование с величиной остаточного давления 0,9-0,95 атм ведут при частоте передаваемых акустических волн в пределах 25-30 кГц, освобождая объем сырья от избыточного газа, а также сливные патрубки от пробок из этого сырья, после этого понижают частоту передаваемых акустических волн до 500-1000 Гц, а давление на поверхность углеводородного сырья повышают до 1,50-1,05 атм, снижая величину этого давления по мере истечения сырья из емкости, остаток сырья из нижней части емкости удаляют за счет наложения воздействия от акустических волн с помощью плоского излучателя таких волн, выбранного в виде сетки, уменьшая частоту передаваемых волн от района сливного патрубка к торцевым стенкам емкости, при этом указанные воздействия ведут до процесса гомологического распада связей молекул углеводородов, обеспечивающего свободно-текучую квазиколлоидную фазовую систему углеводородного сырья.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3