Ultraskaņas homogenizatoru pamatprincips ir balstīts uz ultraskaņas kavitācijas efektu. Kad augsti - frekvences ultraskaņas viļņi (parasti starp 20 kHz līdz 100 kHz) darbojas uz šķidras barotnes, šķidrumā rodas liels skaits sīku burbuļu (kavitācijas burbuļi). Šie burbuļi strauji izplešas ultraskaņas viļņa negatīvā spiediena fāzē un uzreiz sabrūk pozitīvā spiediena fāzē. Šis sabrukums atbrīvo ārkārtīgi augstu vietējo enerģiju (vietējā temperatūra var sasniegt vairāk nekā 5000 000, un vietējais spiediens var sasniegt simtiem atmosfēras), ko papildina intensīvi šoka viļņi, mikrojets un turbulence.
Naftas apstrādes lietojumos šai enerģijas izdalīšanai ir vairākas ietekmes uz eļļas sistēmu: pirmkārt, intensīvā mehāniskā vibrācija eļļā sadala makromolekulāros agregātus (piemēram, asfaltēnas un koloīdus), samazinot starpmolekulāros spēkus. Otrkārt, mikrojets var noplēst stabilo saskarnes membrānu starp eļļas un ūdens emulsijām, veicinot eļļu - ūdens atdalīšana. Turklāt kavitācijas efekts attīra mērogu un piemaisījumus no cauruļvada sienām, samazinot aprīkojuma aizsprostojuma risku. Tieši šī "galvenokārt fiziskas darbības un ķīmiska piesārņojuma" īpašība dod ultraskaņas homogenizatoriem naftas apstrādes priekšrocības, kuras ir grūti saskaņot ar tradicionālajām tehnoloģijām.
2. Ultraskaņas homogenizatoru galvenie pielietojuma scenāriji naftas apstrādē
Ultraskaņas homogenizatoru tehniskās īpašības ļauj viņiem aptvert galvenās apstrādes saites visā naftas ieguves ķēdē, sākot no ekstrakcijas un transporta līdz rafinēšanai. Šis ir detalizēta trīs galveno lietojumprogrammu scenāriju analīze:
2.1. Jēlnaftas ieguve un transports: efektīva viskozitātes samazināšana un drošs transports
Augstas - viskozitātes jēlnaftas (piemēram, smagā jēlnaftas un viskoza eļļas) ekstrakcija un pārvadāšana rada būtisku izaicinājumu naftas rūpniecībā. Sakarā ar augsto asfaltenes, sveķu un vasku koncentrāciju šāda veida jēlnaftas viskozitāte var sasniegt tūkstošiem vai pat desmitiem tūkstošu MPA · istabas temperatūrā. Tradicionālajām transporta metodēm ir nepieciešama apkure (kas patērē daudz enerģijas) vai pievienojot ķīmiskās viskozitātes samazinātājus (kas ir pakļauti vides piesārņojumam), lai samazinātu viskozitāti, kā rezultātā rodas ievērojamas izmaksas un vides spiediens.
Ultraskaņas homogenizatori panāk fiziskas viskozitātes samazināšanos, izmantojot kavitācijas efektu. Pirmkārt, augstas - frekvences vibrācijas sadala lielo molekulāro agregātu telpisko struktūru jēlnaftā, samazinot starpmolekulāro berzi. Otrkārt, lokalizētā augstā temperatūra, ko rada kavitācijas burbuļu sabrukums, var īslaicīgi izkausēt vaska kristālus jēlnaftā, novēršot to nogulsnēšanos un aizsērēšanas cauruļvadus. Praktiskie dati rāda, ka tad, kad smago eļļas cauruļvados tiek izmantoti ultraskaņas homogenizatori, jēlnaftas viskozitāti var samazināt par 30%- 60%un pārraides spiedienu par 20%- 35%. Tas novērš nepieciešamību pēc ķīmiskiem reaģentiem, samazinot enerģijas patēriņu un izvairoties no vides piesārņojuma. Turklāt mazu ultraskaņas homogenizatoru uzstādīšana jēlnaftas urbuma galviņās var uzlabot jēlnaftas plūsmu un palielināt ekstrakcijas efektivitāti, padarot tos īpaši piemērotus ekstrakcijai no zemas - caurlaidības rezervuāriem.
2.2 Jēlnaftas dehidratācija: demulģēšana un atdalīšana, lai uzlabotu jēlnaftas kvalitāti
Kad jēlnafta tiek ekstrahēta no veidošanās, tai parasti ir ievērojams daudzums ūdens (veidojot eļļu - ūdens emulsija). Šis ūdens turpmākās rafinēšanas laikā ne tikai palielina transporta izmaksas, bet arī korodē aprīkojumu, ietekmējot produktu kvalitāti. Tāpēc jēlnaftas dehidratācija ir kritisks solis naftas apstrādē. Tradicionālās jēlnaftas dehidratācijas tehnoloģijas (piemēram, sedimentācija, centrifugēšana un ķīmiska demulģēšana) cieš no zemas dehidratācijas efektivitātes, atlikušajiem ķīmiskajiem reaģentiem un lielām iekārtām. Ultraskaņas homogenizatora demulsifikācijas un dehidratācijas princips ir atkarīgs no kavitācijas efekta, kas izjauc emulsijas saskarnes membrānu. Izkliedētā fāze (ūdens pilieni) eļļā - Ūdens emulsija ir pārklāta ar stabilu interfeisu membrānu (kas sastāv no virsmaktīvajām vielām, piemēram, asfaltēniem un koloīdiem), kuru ir grūti salauzt, izmantojot tradicionālās metodes. Trieciena viļņi un mikrojets, ko rada ultraskaņas kavitācijas burbuļu sabrukums, tieši plīst caur interfeisu membrānu, liekot ūdens pilieniem sadurties un saliekt lielākos pilienos, galu galā atdaloties no jēlnaftas zem gravitācijas. Salīdzinot ar tradicionālajām tehnoloģijām, ultraskaņas homogenizatori var palielināt jēlnaftas dehidratācijas efektivitāti par 40%- 70%, samazinot dehidrētās jēlnaftas ūdens saturu līdz zem 0,5%(atbilst rafinēšanas nozares standartam). Tas novērš nepieciešamību pēc ķīmiskiem demulikatoriem, samazinot slogu turpmākai notekūdeņu apstrādei. Turklāt šī tehnoloģija ir piemērota arī grūti - ārstēt "vecu emulsijas" (emulsijas, kas pēc ilgas - termiņa glabāšanas ir kļuvušas ārkārtīgi stabilas), pievēršoties tradicionālo tehnoloģiju apstrādes sašaurināšanai.
2.3. Naftas rafinēšana: reakcijas procesu optimizēšana un produktu ražas uzlabošana
Naftas rafinēšanas procesos (piemēram, katalītiskā plaisā un hidroteatē) izejvielu vienveidības un piemaisījumu saturs tieši ietekmē reakcijas efektivitāti un produkta kvalitāti. Ultraskaņas homogenizatori var optimizēt rafinēšanas procesu šādā veidā:
2.3.1. Izejvielu pirmapstrāde: Ultraskaņas kavitācija sadala koksa daļiņas un metāla piemaisījumu agregāti (piemēram, niķelis un vanādijs) izejvielās, neļaujot tiem aizsērēt katalizatora poras un pagarināt katalizatora kalpošanas laiku. Ultraskaņas homogenizatori vienmērīgi sajauc izejvielu un katalizatoru, palielinot katalītiskās reakcijas saskares zonu un palielinot reakcijas efektivitāti.
2.3.2. Produkta rafinēšana: Eļļu, dīzeļdegvielas un citu produktu rafinēšanas procesā ultraskaņas homogenizatori var no produkta noņemt sīkas piemaisījumu daļiņas (piemēram, koloīdi un asfaltēna atliekas), uzlabojot produkta skaidrību un stabilitāti. Turklāt ultraskaņas homogenizatori veicina vienmērīgu piedevu (piemēram, antioksidantu un mazgāšanas līdzekļu) izkliedi visā eļļā, uzlabojot produktu veiktspēju. Gadījuma izpēte rafinēšanas rūpnīcā parādīja, ka ultraskaņas homogenizācijas pirmapstrādes sistēmas uzstādīšana pirms katalītiskās plaisāšanas vienības paplašināta katalizatora nomaiņas cikliem par 30%, palielināja benzīna ražu par 2%- 3%un samazināta aprīkojuma uzturēšanas biežums, kā rezultātā tiek iegūti ievērojami vispārējie ekonomiskie ieguvumi.
Tā kā naftas rūpniecība pāriet uz zaļiem, efektīviem un zemiem izmaksu procesiem, ultraskaņas homogenizatori ar to unikālo kavitācijas tehnoloģiju piedāvā novatoriskus risinājumus galvenajiem procesiem, piemēram, jēlnaftas viskozitātes samazināšanai, demulģēšanai un dehidratācijai, kā arī rafinēšanai pirmapstrāde. Tas ne tikai pievēršas tradicionālo tehnoloģiju sāpju punktiem, bet arī sniedz lielu atbalstu izmaksu samazināšanai, efektivitātes uzlabošanai, enerģijas saglabāšanai un emisijas samazināšanai. Nepārtraukti attīstoties tehnoloģijai un turpinot tās pielietojuma scenāriju paplašināšanos, ultraskaņas homogenizatori ir gatavi kļūt par galveno tehnoloģiju naftas apstrādes nozarē, ievērojami veicinot globālās enerģijas nozares ilgtspējīgu attīstību.