Основният принцип на експлоатация на ултразвуковите хомогенизатори се основава на ефекта на ултразвукова кавитация. Когато високите - честотни ултразвукови вълни (обикновено между 20kHz и 100kHz) действат върху течна среда, в течността се генерират голям брой малки мехурчета (кавитационни мехурчета). Тези мехурчета бързо се разширяват по време на фазата на отрицателно налягане на ултразвуковата вълна и незабавно се сриват по време на фазата на положително налягане. Този срив освобождава изключително висока местна енергия (местните температури могат да достигнат над 5000k, а местният налягане може да достигне до стотици атмосфери), придружени от интензивни ударни вълни, микрожетове и турбулентност.
В приложенията за обработка на масло това отделяне на енергия има множество ефекти върху маслената система: Първо, интензивните механични вибрации разрушават макромолекулярни агрегати (като асфалтени и колоиди) в маслото, намалявайки междумолекулните сили. Второ, микрожесовете могат да разкъсат стабилната междуфазна мембрана между маслото и водните емулсии, насърчавайки отделянето на маслото. Освен това ефектът на кавитацията почиства мащаба и примесите от стените на тръбопровода, намалявайки риска от блокиране на оборудването. Именно тази характеристика на "главно физическото действие и никакво химическо замърсяване" дават на ултразвуковите предимства на хомогенизаторите при обработката на петрол, които са трудни за съвпадение с традиционните технологии.
2. Основни сценарии на приложение на ултразвукови хомогенизатори при обработката на маслото
Техническите характеристики на ултразвуковите хомогенизатори им позволяват да покриват ключови връзки за обработка в цялата верига за производство на нефт, от извличане и транспортиране до рафиниране. По -долу е подробен анализ на три основни сценария на приложение:
2.1 Извличане и транспортиране на суров нефт: Ефективно намаляване на вискозитета и сигурно транспортиране
Извличането и транспортирането на висок - вискозитет суров нефт (като тежък суров нефт и вискозен петрол) представлява голямо предизвикателство в петролната индустрия. Поради високата концентрация на асфалтените, смолите и восъците, вискозитетът на този тип суров нефт може да достигне хиляди или дори десетки хиляди MPA · s при стайна температура. Традиционните методи за транспортиране изискват отопление (което консумира много енергия) или добавяне на редуктори на химически вискозитет (които са предразположени към замърсяване на околната среда) за намаляване на вискозитета, което води до значителни разходи и натиск върху околната среда.
Ултразвуковите хомогенизатори постигат физическо намаляване на вискозитета чрез ефекта на кавитация. Първо, високите - честотни вибрации разграждат пространствената структура на големи молекулни агрегати в суровото масло, намалявайки междумолекулното триене. Второ, локализираните високи температури, генерирани от срутването на кавитационни мехурчета, могат временно да стопят восъчни кристали в суровото масло, предотвратявайки техните тръбопроводи за отлагане и запушване. Практическите данни показват, че когато ултразвуковите хомогенизатори се използват в тръбопроводи с тежки маслени тръбопроводи, вискозитетът на суровия нефт може да бъде намален с 30%- 60%, а налягането на предаване с 20%- 35%. Това елиминира необходимостта от химически реагенти, намалявайки консумацията на енергия и избягва замърсяването на околната среда. Освен това, инсталирането на малки ултразвукови хомогенизатори в кладенци на суров нефт може да подобри потока на суровия петрол и да повиши ефективността на извличането, което ги прави особено подходящи за извличане от резервоари с ниска пропускливост.
2.2 Дехидратация на суров нефт: Демулсификация и раздяла за подобряване на качеството на суровия петрол
Когато суровият нефт се извлича от образуването, той обикновено носи значително количество вода (образувайки масло - Водна емулсия). Тази вода не само увеличава транспортните разходи, но и корозира оборудването по време на последващо рафиниране, влияещо върху качеството на продукта. Следователно дехидратацията на суровия петрол е критична стъпка в обработката на нефт. Традиционните технологии за дехидратация на суров нефт (като утаяване, центрофугиране и химическа демификация) страдат от ниска ефективност на дехидратация, остатъчни химически реагенти и голям отпечатък на оборудването. Принципът на демификация и дехидратация на ултразвук се разчита на ефекта на кавитацията, който нарушава междуфазната мембрана на емулсията. Дисперсираната фаза (водни капчици) в масло - Водна емулсия е покрита със стабилна междуфазна мембрана (съставена от повърхностноактивни вещества като асфалтени и колоиди), което е трудно да се прекъсне, използвайки традиционните методи. Ударните вълни и микрорежетите, генерирани от срива на ултразвукова кавитационни мехурчета, директно се пробиват през междуфазната мембрана, причинявайки водните капчици да се сблъскат и да се сливат в по -големи капчици, в крайна сметка да се отделят от суровия нефт под гравитацията. В сравнение с традиционните технологии, ултразвуковите хомогенизатори могат да повишат ефективността на дехидратация на суров нефт с 40%- 70%, намалявайки съдържанието на вода в дехидратираното суров нефт до под 0,5%(отговаря на стандарта за рафиниране на индустрията). Това елиминира необходимостта от химически демонстратори, намалявайки тежестта при последващо пречистване на отпадни води. Освен това, тази технология е подходяща и за трудни - да се лекуват „остарели емулсии“ (емулсии, които са станали изключително стабилни след дълго - срочно съхранение), адресирайки преработка на преработка на традиционните технологии.
2.3. Нефтено рафиниране: Оптимизиране на реакционните процеси и подобряване на добивите на продукта
При процесите на рафиниране на петрол (като каталитично напукване и хидротретиране), съдържанието на равномерност и примеси в суровината директно влияе на ефективността на реакцията и качеството на продукта. Ултразвуковите хомогенизатори могат да оптимизират процеса на рафиниране по следните начини:
2.3. Ултразвуковите хомогенизатори също еднакво смесват суровината и катализатора, увеличавайки контактната зона на каталитичната реакция и повишава ефективността на реакцията.
2.3.2 Рафиниране на продукти: По време на процеса на рафиниране на смазочни масла, дизел и други продукти, ултразвуковите хомогенизатори могат да премахнат малки примесни частици (като колоиди и асфалтенови остатъци) от продукта, подобрявайки яснотата и стабилността на продукта. Освен това, ултразвуковите хомогенизатори насърчават равномерната дисперсия на добавки (като антиоксиданти и почистващи препарати) в целия маслен, повишаващ производителността на продукта. Проучване на случая в рафинерия показа, че инсталирането на система за предварително обработка на хомогенизация на ултразвук преди каталитично разтегателно удължаване на цикли на подмяна на катализатор с 30%, увеличава добивите на бензин с 2%- 3%и намалява честотата на поддръжка на оборудването, което води до значителни икономически ползи.
Тъй като нефтената индустрия преминава към зелени, ефективни и ниски - процеси на разходи, ултразвуковите хомогенизатори, със своята уникална технология за кавитация, предлагат иновативни решения за ключови процеси като намаляване на вискозитета на суровия петрол, демулфикация и дехидратация и усъвършенстване на предварителното лечение. Това не само се занимава с точките на болката на традиционните технологии, но също така осигурява силна подкрепа за намаляване на разходите, подобряване на ефективността, енергоспестяване и намаляване на емисиите. С непрекъснатото развитие на технологиите и непрекъснатото разширяване на сценариите си за приложение, ултразвуковите хомогенизатори са готови да се превърнат в основна технология в сектора на обработката на нефт, допринасяйки значително за устойчивото развитие на световната енергийна индустрия.