Основниот принцип на работа на ултразвучните хомогенизатори се заснова на ултразвучен ефект на кавитација. Кога висока - фреквенција ултразвучни бранови (обично помеѓу 20kHz и 100kHz) дејствуваат на течен медиум, во течноста се создаваат голем број ситни меурчиња (меурчиња за кавитација). Овие меурчиња брзо се шират за време на фазата на негативен притисок на ултразвучниот бран и веднаш пропаѓаат за време на фазата на позитивен притисок. Овој колапс ослободува екстремно висока локална енергија (локалните температури можат да достигнат над 5000k и локалните притисоци можат да достигнат стотици атмосфери), придружени со интензивни шок бранови, микројекти и турбуленции.
Во апликациите за обработка на нафта, ова ослободување на енергија има повеќе ефекти врз нафтениот систем: прво, интензивните механички вибрации ги раскинуваат макромолекуларните агрегати (како што се асфалтените и колоидите) во маслото, намалувајќи ги меѓумолекуларните сили. Второ, микроетите можат да ја раскинат стабилната интерфацијална мембрана помеѓу емулзиите на маслото и водата, промовирајќи го нафтата - Одвојување на вода. Понатаму, ефектот на кавитација чисти скала и нечистотии од wallsидовите на гасоводот, намалувајќи го ризикот од блокада на опрема. Токму оваа карактеристика на „главно физичко дејствување и без хемиско загадување“ што дава предности на ултразвучни хомогенизатори во обработката на нафта, кои тешко се совпаѓаат со традиционалните технологии.
2. Сценари за основни апликации на ултразвучни хомогенизатори во обработката на нафтата
Техничките карактеристики на ултразвучните хомогенизатори им овозможуваат да ги покриваат клучните врски за обработка низ целиот ланец на производство на нафта, од екстракција и транспорт до рафинирање. Следното е детална анализа на три основни сценарија за примена:
2.1 Екстракција и транспорт на сурова нафта: Ефикасно намалување на вискозноста и безбеден транспорт
Екстракцијата и транспортот на сурова нафта со висока - вискозност (како што е тешка сурова нафта и вискозно масло) претставува голем предизвик во нафтената индустрија. Поради високата концентрација на асфалтени, смоли и восоци, вискозноста на овој вид сурова нафта може да достигне илјадници, па дури и десетици илјади МПА на собна температура. Традиционалните методи на транспорт бараат греење (што троши многу енергија) или додавање на редуктори на хемиски вискозност (кои се склони кон загадување на животната средина) за да се намали вискозноста, што резултира во значителни трошоци и притисоци во животната средина.
Ултразвучните хомогенизатори постигнуваат намалување на физичкото вискозност преку ефектот на кавитација. Прво, вибрациите со висока - фреквенција ја разградуваат просторната структура на големи молекуларни агрегати во суровата нафта, намалувајќи го меѓумолекуларното триење. Второ, локализираните високи температури создадени со колапсот на меурчиња за кавитација можат привремено да ги стопат восочните кристали во суровата нафта, спречувајќи нивно таложење и затнување на цевководите. Практичните податоци покажуваат дека кога ултразвучните хомогенизатори се користат во цевководите со силно масло, вискозноста на суровата нафта може да се намали за 30%- 60%и притисокот на преносот за 20%- 35%. Ова ја елиминира потребата за хемиски реагенси, намалување на потрошувачката на енергија и избегнување на загадување на животната средина. Понатаму, инсталирањето на мали ултразвучни хомогенизатори на бунарите на сурова нафта може да го подобри протокот на сурова нафта и да ја зголеми ефикасноста на екстракција, што ги прави особено погодни за екстракција од ниски - резервоари за пропустливост.
2.2 Дехидрација на суровата нафта: Демулгирање и раздвојување за подобрување на квалитетот на суровата нафта
Кога суровата нафта е извлечена од формирањето, таа обично носи значителна количина вода (формирајќи масло - емулзија на вода). Оваа вода не само што ги зголемува трошоците за транспорт, туку и ја кородира опремата за време на последователното рафинирање, влијаејќи на квалитетот на производот. Затоа, дехидрираноста на суровата нафта е клучен чекор во обработката на нафтата. Традиционалните технологии за дехидрација на сурова нафта (како што се таложење, центрифугирање и хемиска демулгификација) страдаат од ниска ефикасност на дехидрација, преостаната хемиска реагенс и отпечаток на голема опрема. Принципот на ултразвучна хомогенизатор и дехидрација се потпира на ефектот на кавитација, што ја нарушува меѓуфацијалната мембрана на емулзијата. Дисперзираната фаза (капки вода) во масло - Емулзија на вода е обложена со стабилна интерфацијална мембрана (составена од сурфактанти како што се асфалтени и колоиди), што е тешко да се пробие со употреба на традиционални методи. Шок -брановите и микроетите создадени со колапсот на ултразвучни меурчиња за кавитација директно солза низ меѓуфацијалната мембрана, предизвикувајќи капките во вода да се судрат и да се коалицираат во поголеми капки, на крајот одвојувајќи се од суровата нафта под гравитација. Споредено со традиционалните технологии, ултразвучните хомогенизатори можат да ја зголемат ефикасноста на дехидрираноста на суровата нафта за 40%- 70%, намалувајќи ја содржината на вода во дехидрираната сурова нафта на под 0,5%(исполнување на стандардот на рафинирање на индустријата). Ова ја елиминира потребата за хемиски демулгиери, намалувајќи го товарот за последователно лекување на отпадни води. Понатаму, оваа технологија е исто така погодна за тешко - да се третираат „стари емулзии“ (емулзии кои станаа исклучително стабилни по долго -
2.3. Рафинирање на нафта: Оптимизирање на процесите на реакција и подобрување на приносите на производот
Во процесите на рафинирање на нафта (како што се каталитичко пукање и хидроил), униформноста и содржината на нечистотии во добиточната храна директно влијаат врз ефикасноста на реакцијата и квалитетот на производот. Ултразвучните хомогенизатори можат да го оптимизираат процесот на рафинирање на следниве начини:
2.3.1 Пред -третман на добиточна храна: Ултразвучното кавитација ги распаѓа честичките на кокс и металните агрегати на нечистотии (како што се никел и ванадиум) во добиточната храна, спречувајќи ги да ги затнат порите на катализаторот и да го продолжат животниот век на катализаторот. Ултразвучните хомогенизатори исто така униформно ги мешаат изворите и катализаторот, зголемувајќи ја областа за контакт со каталитичка реакција и ја зголемуваат ефикасноста на реакцијата.
2.3.2 Рафинирање на производот: За време на процесот на рафинирање на масла за подмачкување, дизел и други производи, ултразвучните хомогенизатори можат да отстранат ситни честички на нечистотии (како што се колоиди и остатоци од асфалтен) од производот, подобрување на јасноста на производот и стабилноста. Понатаму, ултразвучните хомогенизатори промовираат униформа дисперзија на адитиви (како што се антиоксиданти и детергенти) низ целото масло, подобрувајќи ги перформансите на производот. Студијата на случај на рафинеријата покажа дека инсталирање на ултразвучен систем за пред -третман на хомогенизација пред каталитичко пукање на циклусите на замена на катализаторот за 30%, зголемени приноси на бензин за 2%- 3%и намалена фреквенција на одржување на опремата, што резултира во значителни вкупни економски придобивки.
Бидејќи нафтената индустрија се преминува кон зелени, ефикасни и ниски процеси на трошоците, ултразвучни хомогенизатори, со нивната уникатна технологија за кавитација, нудат иновативни решенија за клучни процеси, како што се намалување на вискозноста на суровата нафта, демулгирање и дехидрација и рафинирање на предтретман. Ова не само што се однесува на точките на болка на традиционалните технологии, туку исто така обезбедува силна поддршка за намалување на трошоците, подобрување на ефикасноста, зачувување на енергијата и намалување на емисиите. Со континуираното напредување на технологијата и континуираното проширување на неговите сценарија за примена, ултразвучните хомогенизатори се подготвени да станат основна технологија во секторот за преработка на нафта, придонесувајќи значително за одржливиот развој на глобалната енергетска индустрија.