基于射流空化的可持续调节流量的重油降粘强化装置 |
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| 申请号 | CN202210847646.8 | 申请日 | 2022-07-19 | 公开(公告)号 | CN115074150A | 公开(公告)日 | 2022-09-20 |
| 申请人 | 常州大学; | 发明人 | 刘雪东; 吕开新; 刘文明; 徐志强; 郑蔚文; 陈荟; 张红红; 邵恪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及重油降粘设备技术领域，尤其是涉及一种基于射流 空化 的可持续调节流量的重油降粘强化装置，包括具有流动腔道的管道、第一气 泵 以及调节机构；所述流动腔道包括从首端往尾端依次入口过渡段、收缩段、喉管段、扩张段以及出口过渡段，所述收缩段的流通面积从首端往尾端逐渐减小，所述扩张段的流通面积从首端往尾端逐渐增大；所述扩张段内安装有气泡发生件，所述气泡发生件上依次开设有若干气孔单元，所述气孔单元包括若干第一气孔，所述第一气泵的输出端和第一气孔的输入端连通，通过气泡发生件的安装，使重油在空化的气泡初生阶段产生更多的气泡，提高空化效果，备结构形式较为简单，操作结构形式较为简单。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于射流空化的可持续调节流量的重油降粘强化装置，其特征是，包括具有流动腔道(4)的管道(1)、第一气泵(2)以及调节机构(3)； |
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| 说明书全文 | 基于射流空化的可持续调节流量的重油降粘强化装置技术领域[0001] 本发明涉及重油降粘设备技术领域，尤其是涉及一种基于射流空化的可持续调节流量的重油降粘强化装置。 背景技术[0002] 重油是非常规原油的统称，其粘度大，密度高，流动性差，由于这些特性，导致其开采及深加工的难度要远高于常规原油。而非常规原油在全球剩余石油资源中却占有很高的比例，其剩余可开采储量合计约1.085×1012bbl，因此通过新技术对重油进行开发利用，成为社会亟需解决的问题。现有技术中重油降粘处理效率低。 发明内容[0003] 本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中重油是非常规原油的统称，其粘度大，密度高，流动性差，由于这些特性，导致其开采及深加工的难度要远高于常规原油的问题，提供一种基于射流空化的可持续调节流量的重油降粘强化装置。 [0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于射流空化的可持续调节流量的重油降粘强化装置，包括具有流动腔道的管道、第一气泵以及调节机构； [0005] 所述流动腔道包括从首端往尾端依次入口过渡段、收缩段、喉管段、扩张段以及出口过渡段，所述收缩段的流通面积从首端往尾端逐渐减小，所述扩张段的流通面积从首端往尾端逐渐增大； [0006] 所述调节机构用于调节喉管段的间隙，从而控制流动腔道的流量； [0007] 所述扩张段内安装有气泡发生件，所述气泡发生件上依次开设有若干气孔单元，所述气孔单元包括若干第一气孔，所述第一气泵的输出端和第一气孔的输入端连通，通过气泡发生件的安装，使重油在空化的气泡初生阶段产生更多的气泡，提高空化效果，备结构形式较为简单，操作结构形式较为简单，设备也易于维护和保养，该设备能够提供使得重油分子中的碳链和分子键断开的能量，达到重油降粘改质的目的，并且能够将装置应用于大规模的工业生产，使得装置在生产过程中可以根据空化效果和工艺要求进行可持续性调节操作。 [0008] 为了解决气泡发生件产生的气泡利用率低的问题，进一步包括所述气泡发生件的气孔单元布置在扩张段靠近喉管段的五分之一处，气泡发生件布置在空化出气更有余力其气泡膨胀降低重油粘度。 [0009] 为了解决气泡发生件影响重油流动空化的问题，进一步包括所述气泡发生件内留出用于供气体流动的空腔，所述空腔和第一气孔连通，所述气泡发生件的内壁面母线与扩张段的母线相同。 [0010] 为了解决气孔空化效果不足的问题，进一步包括所述第一气孔和扩张段的壁面的夹角呈8°‑28°。 [0011] 为了提高空化效果，进一步包括相邻两个气孔单元的第一气孔和扩张段壁面的夹角角度不同。 [0012] 为了解决空化困难，空化效果弱的问题，进一步包括所述收缩段的母线为曲线，所述扩张段的母线为直线。 [0013] 为了解决调节机构如何布置的问题，进一步包括所述调节机构包括调节锥、推杆以及电机，所述调节锥布置在喉管段和扩张段的连接处，所述推杆一端和调节锥的圆面固定连接，另一端和电机的输出端传动连接，所述电机使得调节锥的锥面进入或退出喉管段。 [0014] 为了解决空化效果弱的问题，进一步包括所述调节锥的圆面上开设有若干第二气孔，该重油降粘强化装置还包括第二气泵，所述第二气泵的输出端和第二气孔连通。 [0016] 进一步包括所述扩张段的尾端处安装有密度传感器以及粘度传感器。 [0017] 本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于射流空化的可持续调节流量的重油降粘强化装置，通过气泡发生件的安装，使重油在空化的气泡初生阶段产生更多的气泡，提高空化效果，备结构形式较为简单，操作结构形式较为简单，设备也易于维护和保养，该设备能够提供使得重油分子中的碳链和分子键断开的能量，达到重油降粘改质的目的，并且能够将装置应用于大规模的工业生产，使得装置在生产过程中可以根据空化效果和工艺要求进行可持续性调节操作。附图说明 [0018] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 [0019] 图1是本发明的结构示意图； [0020] 图2是本发明气泡发生件处的结构示意图； [0021] 图3是本发明调节锥处的结构示意图； [0022] 图4是本发明调节锥圆面的结构示意图。 [0023] 图中：1、管道，2、第一气泵，3、调节机构，31、调节锥，311、第二气孔，312、压力传感器，313、速度传感器，32、推杆，33、电机，4、流动腔道，41，过度段，42、收缩段，43、喉管段，44、扩张段，441、密度传感器，442、粘度传感器，45、出口过渡段，5、气泡发生件，51、气孔单元，511、第一气孔，52、空腔，6、第二气泵。 具体实施方式[0024] 现在结合附图对本发明做进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。 [0026] 该重油降粘强化装置还包括控制箱，控制箱能够收集压力传感器312、速度传感器313、密度传感器441以及粘度传感器442采集到的数据，根据传感器所得数据，可以通过控制箱实时分析空化降粘发生条件，实行装置流量调节，即可以在不停工的情况下直接调节重油降粘装置空化效果，控制箱基于所设计的程序自动给定步进电机数据或人工操作； [0027] 该重油降粘强化装置的处理能力在4000t/a‑100000t/a，喉管段43的直径为7mm； [0028] 流动腔道4包括从首端往尾端依次入口过渡段41、收缩段42、喉管段43、扩张段44以及出口过渡段45，收缩段42的流通面积从首端往尾端逐渐减小，扩张段44的流通面积从首端往尾端逐渐增大； [0029] 调节机构3用于调节喉管段43的间隙，从而控制流动腔道4的流量； [0030] 如图1、图2所示，扩张段44内安装有气泡发生件5，气泡发生件5上依次开设有若干气孔单元51，气孔单元51包括若干第一气孔511，第一气孔511为纳米级气孔，第一气泵2的输出端和第一气孔511的输入端连通，第一气泵2输入气体通过第一气孔511将大量气泡注入流动腔道4内，在装置不停车的情况下替换不同油品并根绝油品的性质调节流量从而影响速度和压力来达到最佳的空化降粘改质效果。 [0031] 如图1所示，气泡发生件5的气孔单元51布置在扩张段44靠近喉管段43的五分之一处。 [0032] 如图1、图2所示，气泡发生件5内留出用于供气体流动的空腔52，空腔52和第一气孔511连通，气泡发生件5的内壁面母线与扩张段44的母线相同。 [0033] 第一气孔511和扩张段44的壁面的夹角呈8°‑28°，从扩张段44前端到后端的纳米级气孔角度(即第一气孔511和扩张段44的壁面的夹角)逐渐增大，纳米级气孔角度可根据收缩段曲线调整角度，使重油在空化的气泡初生阶段产生更多的气泡。 [0034] 相邻两个气孔单元51的第一气孔511和扩张段44壁面的夹角角度不同。 [0035] 如图1所示，收缩段42的母线为曲线，扩张段44的母线为直线，采用曲线型收缩段42和直线型扩张段44相配合的方式，采用的是维托辛斯基曲线方程，椭圆曲线对气含率的发展有抑制作用，会产生明显的气液分界层，有利于气泡的溃灭。 [0036] 如图1所示，调节机构3包括调节锥31、推杆32以及电机33，调节锥31布置在喉管段43和扩张段44的连接处，调节锥31为具有空腔结构，推杆32一端和调节锥31的圆面固定连接，另一端和电机33的输出端传动连接，电机33使得调节锥31的锥面进入或退出喉管段43。 [0037] 如图4所示，调节锥31的圆面上开设有若干第二气孔311，该重油降粘强化装置还包括第二气泵6，第二气泵6的输出端和第二气孔311连通，第二气孔311为不同位置和不同角度的纳米级气孔，第二气孔311增加了装置负压区的空化气泡数量，使得有更多的空化气泡在溃灭时释放更多的高温、高压、微射流的能量，另一作用是通过不同角度和不同位置的增加流体的旋流程度，从而增强流体的扰动，增强装置内的旋流空化效果。 [0038] 如图3所示，调节锥31尾部上安装有压力传感器312以及速度传感器313。 [0039] 如图1所示，扩张段44的尾端处安装有密度传感器441以及粘度传感器442。 [0040] 重油及油浆在一定压力下通过装置进入管道1的入口过渡段41内，当流体进入管道1的收缩段42之后，流体流速加快，压力降低，其中溶解的气体开始释放，当到达文丘里管喉管段43时，流体速度达到最大； [0041] 进一步，位于流量调节锥31上的压力传感器312以及速度传感器313对此时的混合流体进行测量，将测得的速度和压力数据传入控制箱，进一步，扩张段44前部的纳米级气孔(即第一气孔511)向高速运动的流体注入纳米级别的微气泡，以提高气体含量和气泡数量，流体在扩张段44中后部压力逐渐恢复，气泡在压力恢复的作用下与重油及油浆接触下破裂，发生空化反应，进一步，流量调节锥31的尾部分布纳米级气孔(即第二气孔311)，第二气泵6通过空心的推杆32将气体注入，气体从调节锥31尾部的不同位置的第二气孔311喷射到流体中，增加流体中气体的含量，强化流体旋流；空化气泡溃灭瞬间会在周围极小的空间内产生高温、高压和微射流等极端现象，气泡溃灭产生的能量能够减小胶质沥青质聚集体体积和分子直径，减少沥青质的聚集沉淀，最主要的是降低了减压渣油(VR)中沥青质的单元薄片缔合度，减压渣油的平均相对分子质量减小，从而降低了减压渣油的结焦度。 [0042] 进一步，扩张段44尾部的密度传感器441以及粘度传感器442将经过空化反应的重油和油浆的密度和粘度的数据传给控制箱，由控制箱的判定重油降粘改质的效果，再将调节命令传给电机33；出口过渡段45与三通管相连，射流空化处理过后的重油和油浆从三通管的下部出口流入下一个的延迟焦化工段。 [0043] 该装置的流量调节范围为2000t/a到105t/a，可以调节的喉管段43直径从1mm到7mm。 |
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