Установка для комплексной очистки дизельного топлива

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для улучшения физико-химических и эксплуатационных свойств дизельного топлива. Установка для комплексной очистки дизельного топлива содержит роторно-дисковой вихревой аппарат, в корпусе которого установлен ротор в виде пустотелого вала-тарелкодержателя с набором конических рабочих тарелок с отверстиями на боковой поверхности и отсекателем - глухой конической тарелкой, расположенной над рабочими тарелками, при этом наружный диаметр отсекателя - глухой тарелки вихревого аппарата больше наружного диаметра рабочей тарелки в 1,2÷1,5 раза, внутренний диаметр корпуса больше наружного диаметра рабочей тарелки в 1,6÷1,9 раза, а площадь боковой поверхности рабочей тарелки превышает площадь поперечного сечения межтарелочного аппарата в 1,2÷1,4 раза, подводящую магистраль, на которой установлен нагнетающий насос, отводящую магистраль, подсоединенную к выходу - кольцевому каналу между валом-тарелкодержателем ротора и отсекателем - глухой тарелкой вихревого аппарата, расположенные на отводящей магистрали перекачивающий насос и фильтр, который выполнен с пористой перегородкой из гидрофильного синтетического полимерного материала плотностью 120÷160 кг/м и диаметром пор 20-100 мкм. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для улучшения физико-химических и эксплуатационных свойств дизельного топлива.

Из уровня техники известна установка для обработки дизельного топлива, содержащая роторно-дисковой вихревой аппарат, в корпусе которого установлен ротор в виде пустотелого вала-тарелкодержателя с набором конических рабочих тарелок с отверстиями на боковой поверхности и отсекателем - глухой конической тарелкой, расположенной над рабочими тарелками, подводящую магистраль, соединенную с входом в межтарелочное пространство вихревого аппарата через пустотелый вал-тарелкодержатель, отводящую магистраль, подсоединенную к выходу - кольцевому каналу между валом-тарелкодержателем ротора и отсекателем - глухой тарелкой вихревого аппарата, фильтр, расположенный на отводящей магистрали (RU 2054572 С1, F 02 M 27/00, 1996). Данная установка обеспечивает сепарацию и гомогенизацию дизельного топлива в поле центробежных сил при движении топлива снизу вверх в межтарелочном пространстве вихревого аппарата. Однако конструктивные особенности выполнения вихревого аппарата и фильтра и схемное решение установки в целом не обеспечивают существенного улучшения физико-химических свойств обрабатываемого дизельного топлива.

Изобретение направлено на повышение эффективности очистки дизельного топлива от различных примесей, улучшение физико-химических свойств обрабатываемого топлива и повышение производительности установки путем оптимизации конструктивных параметров вихревого аппарата и фильтра.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в установке для комплексной очистки дизельного топлива, содержащей роторно-дисковой вихревой аппарат, в корпусе которого установлен ротор в виде пустотелого вала-тарелкодержателя с набором конических рабочих тарелок с отверстиями на боковой поверхности и отсекателем - глухой конической тарелкой, расположенной над рабочими тарелками, подводящую магистраль, соединенную с входом в межтарелочное пространство вихревого аппарата через пустотелый вал-тарелкодержатель, отводящую магистраль, подсоединенную к выходу - кольцевому каналу между валом-тарелкодержателем ротора и отсекателем - глухой тарелкой вихревого аппарата, фильтр, расположенный на отводящей магистрали, согласно изобретению, на подводящей магистрали установлен нагнетающий насос, между выходом вихревого аппарата и входом фильтра включен перекачивающий насос, фильтр выполнен с пористой перегородкой из гидрофильного синтетического полимерного материала плотностью 120÷160 кг/м³ и диаметром пор 20÷100 мкм, при этом наружный диаметр отсекателя - глухой тарелки вихревого аппарата больше наружного диаметра рабочей тарелки в 1,2÷1,5 раза, внутренний диаметр корпуса больше наружного диаметра рабочей тарелки в 1,6÷1,9 раза, а площадь боковой поверхности рабочей тарелки превышает площадь поперечного сечения в 1,2÷1,4 раза.

При этом фильтр выполнен в виде набора кольцевых пористых перегородок - шайб из поливинилформаля с радиальным направлением потока фильтрата - дизельного топлива от периферии к центру и снабжен нажимным механизмом для удаления осадка, при этом наружный диаметр кольцевых пористых перегородок в 3÷4 раза больше внутреннего диаметра, а толщина составляет 0,2÷0,4 от наружного диаметра.

Кроме того, установка дополнительно содержит систему введения присадки, включающую подготовительную емкость, снабженную мешалкой, вход которой соединен с отводящей магистралью и с баком присадки, расходную емкость, вход которой подключен к выходу подготовительной емкости, а выход через насос-дозатор связан со смесителем, установленным на отводящей магистрали, контур циркуляции теплоносителя, включающий подогреватель теплоносителя, промежуточный теплообменник, по линии холодного потока включенный на подводящей магистрали перед вихревым аппаратом, теплообменник расходной емкости и циркуляционный насос, а также рекуперативный теплообменник, включенный по линии холодного потока на подводящей магистрали между нагнетательным насосом и промежуточным теплообменником, а по линии горячего потока - в отводящую магистраль перед смесителем и снабженный обводным байпасным трубопроводом.

При этом к отводящей магистрали после фильтра подключен отводящий патрубок.

Заявленное сочетание геометрических параметров элементов вихревого аппарата обеспечивает повышение эффективности процессов сепарации и гомогенизации дизельного топлива с отделением капельной воды - грубодисперсной водотопливной эмульсии и механических примесей, которые сопровождаются механодеструкцией смолисто-асфальтеновых соединений, а конструктивное выполнение фильтра с гидрофильной пористой перегородкой из поливинилформаля позволяет проводить процесс тонкой фильтрации (тонкость очистки менее 10 мкм) с отделением мелкодисперсной эмульсионной воды и окончательной очистки дизельного топлива от мельчайших твердых взвешенных частиц, содержащих продукты деструкции смолистых веществ, образовавшихся в результате окисления полицикличеких ароматических углеводородов кислородом воздуха, подсасываемого в межтарелочное пространство вихревого аппарата, что приводит к существенному улучшению физико-химических и эксплуатационных свойств обрабатываемого дизельного топлива, расширяет функциональные возможности и повышает производительность установки, а введение комплексной депрессорно-диспергирующей присадки обеспечивает стабилизацию полученной структуры.

На Фиг.1 представлена схема установки для комплексной очистки дизельного топлива; на Фиг.2 - общий вид фильтра.

Установка для комплексной очистки дизельного топлива содержит последовательно включенные нагнетающий насос 1, расположенный на подводящей магистрали 2, роторно-дисковый вихревой аппарат 3 открытого типа, внутренняя полость которого сообщена с окружающей средой, перекачивающий насос 4 и фильтр 5, которые установлены на отводящей магистрали 6. В корпусе 7 вихревого аппарата 3 установлен ротор в виде пустотелого вала-тарелкодержателя 8 с набором конических рабочих тарелок 9 с отверстиями 10 на боковой поверхности и отсекателем - глухой конической тарелкой 11. Вход в межтарелочное пространство 12 вихревого аппарата 3 сообщен через пустотелый вал-тарелкодержатель 8 с подводящей магистралью 2, а выход - кольцевой канал 13 между пустотелым валом-тарелкодержателем 8 и отсекателем - глухой тарелкой 11 соединен с отводящей магистралью 6. При этом вихревой аппарат 3 характеризуется следующими соотношениями геометрических параметров:

d₁=(1,2÷1,5)d;

d₂=(1,6÷l,9)d;

F=(1,2÷1,4)S при F=π(d+d₀)L/2; S=πd²/2,

где d₁ - наружный диаметр отсекателя - глухой конической тарелки;

d - наружный диаметр конической рабочей тарелки;

d₂ - внутренний диаметр корпуса вихревого аппарата;

F - площадь боковой поверхности конической рабочей тарелки;

S - площадь поперечного сечения межтарелочного аппарата;

d₀ - внутренний диаметр конической рабочей тарелки;

L - образующая конической рабочей тарелки.

Фильтр 5 тонкой очистки (Фиг.2) выполнен в виде набора кольцевых пористых перегородок - шайб 14 гидрофильного синтетического полимерного материала плотностью 120÷160 кг/м³ и диаметром пор 20÷100 мкм, которые установлены в корпусе 15 с радиальным направлением потоком фильтрата - дизельного топлива от периферии к центру, и снабжен нажимным механизмом - винтовым прессом 16 для удаления осадка. При этом наружный диаметр D_п кольцевых пористых перегородок в 3÷4 раза больше внутреннего диаметра d_п, a толщина δ составляет 0,2÷0,4 от наружного диаметра D_п, что в сочетании с выбранным материалом пористых перегородок 14 обеспечивает тонкость очистки дизельного топлива 2÷10 мкм.

Кроме того, установка может быть снабжена системой введения присадки, системой включающей снабженную мешалкой подготовительную емкость 17, соединенную на входе с отводящей магистралью 6 дизельного топлива и баком 18 присадки, расходную емкость 19, выход которой через насос-дозатор 20 (например, поршневого типа) подключен к смесителю 21, установленному на отводящей магистрали 6 после фильтра 5, и контуром циркуляции теплоносителя, содержащим подогреватель 22 теплоносителя (преимущественно с электрическим источником тепла), промежуточный теплообменник 23, по линии холодного потока включенный на подводящей магистрали 2 перед вихревым аппаратом, теплообменник 24 расходной емкости 19 и циркуляционный насос 25. На отводящей магистрали 6 после смесителя 21 установлен рекуперативный теплообменник 26, включенный по линии холодного потока на подводящей магистрали 2 перед промежуточным теплообменником 23 и снабженный обводным байпасным трубопроводом 27. К отводящей магистрали 6 после фильтра 5 подключен отводящий патрубок 28. Установка для обеспечения различных режимов работы снабжена запорно-регулировочной арматурой 29.

Установка работает следующим образом.

Дизельное топливо из цистерны (на чертеже не показано) по подводящему трубопроводу 5 подают посредством нагнетающего насоса 1 в межтарелочное пространство 12 вихревого аппарата 3, где при движении снизу вверх между коническими рабочими тарелками 9 с отверстиями 10 в поле центробежных сил дизельное топливо подвергается интенсивному гидродинамическому, кавитационному и механическому воздействию, в результате которого одновременно с процессами сепарации капельной влаги и твердых механических примесей и гомогенизации протекает процесс механодеструкции ассоциаций смолисто-асфальтеновых соединений, сопровождающийся интенсивным окислением кислородом подсасываемого из атмосферы воздуха полиароматических углеводородов с образованием твердых частиц - асфальтенов. Продукты сепарации с мелкими фракциями твердых частиц выводятся с вихревого аппарата 3 через кольцевой канал 30 между отсекателем - глухой конической тарелкой 11 и корпусом 7, а обработанное дизельное топливо по отводящей магистрали 6 под действием перекачивающего насоса 4 поступает в фильтр 5 тонкой очистки, где при радиальном движении потока от периферии к центру через кольцевые пористые перегородки - шайбы 14 задерживаются мельчайшие (менее 10 мкм) твердые взвешенные частицы - продукты механодеструкции и окисления полициклических ароматических углеводородов и мелкодисперсная эмульсионная вода, и по отводящему патрубку 28 направляется к потребителю. Образовавшийся при фильтрации дизельного топлива осадок и удерживаемая в порах мелкодисперсная вода периодически удаляются из пористых перегородок - шайб 14 фильтра 5 путем отжима с помощью нажимного механизма - винтового пресса 16.

Для повышения качества дизельного топлива, используемого преимущественно в низкотемпературных (зимних) условиях, очищенное дизельное топливо после фильтра 5 направляют в смеситель 21, куда из расходной емкости 19 посредством насоса-дозатора 20 подают подогретую в теплообменнике 24 контура циркуляции теплоносителя комплексную многофункциональную присадочную композицию со стабилизирующим эффектом, которую приготовляют в подготовительной емкости 17 путем растворения и многократного перемешивания комплексной депрессорно-диспергирующей присадки на основе сополимеров ненасыщенных углеводородов (например, сополимер этилена с винилацетатом с удельной массой 0,7÷1,2 г/см²) с отбираемым после фильтра 5 очищенным дизельным топливом. Затем обработанное дизельное топливо проходит через рекуперативный теплообменник 26 (или по обводному - байпасному трубопроводу 27) и по отводящей магистрали 26 направляется к потребителю или на хранение. Промежуточный теплообменник 23 контура циркуляции теплоносителя обеспечивает подогрев обрабатываемого дизельного топлива перед вихревым аппаратом 3, а в рекуперативном теплообменнике 26 обработанное дизельное топливо охлаждается до температуры окружающей среды холодным потоком обрабатываемого (поступающего в вихревой аппарат 3) дизельного топлива, в результате чего происходят утилизация тепла и экономия потребляемой установкой энергии.

Таким образом, заявленная установка осуществляет комплексную очистку и обработку дизельного топлива, которое приобретает гомогенизированную, мелкодисперсную, однородную, качественно улучшенную структуру с высокой степенью стабильности, практически не содержащую смолисто-асфальтеновых соединений (тяжелых фракций), твердых частиц и следов воды, что способствует тонкому и равномерному распыливанию при впрыске топлива в камеру сгорания и обеспечивает повышение полноты и теплоты сгорания и соответственно степени воспламенения (без ведения дополнительных специальных присадок), эквивалентное условному увеличению цетанового числа на несколько единиц. При этом происходит улучшение физико-химических и эксплуатационных свойств дизельного топлива, приводящее к заметному снижению температуры застывания, предельной температуры и коэффициента фильтруемости, существенному уменьшению зольности, коксуемости и дымности в отработавших газах, которые практически не содержат канцерогенных углеводородов. Кроме того, обработанное дизельное топливо обладает повышенными "моющими" свойствами, которые проявляются в полной очистке от нагара рабочих поверхностей цилиндров и поршней двигателей.

В таблице приведено влияние заявленных количественных признаков на эффективность очистки дизельного топлива.

ТАБЛИЦА
Соотношение геометрических параметров	Технический результат
d1<1,2 d	Плохая сепарация, часть дизельного топлива поступает в кольцевой канал 30 и отводится с продуктами сепарации.
d1>1,5 d	Плохая сепарация, капельная вода и твердые частицы попадают через кольцевой канал 13 в обрабатываемое дизельное топливо. Уменьшаются производительность и ресурс фильтра.
d1=1,35 d	Оптимальный процесс сепарации, гомогенизации и механодиструкции дизельного топлива. Осадок в вихревом аппарате и в фильтре содержит максимальное количество твердых асфальте - смолистых веществ.
d2<1,6 d	Плохая сепарация, капельная вода и твердые частицы попадают через кольцевой канал 13 в обрабатываемое дизельное топливо. Уменьшается производительность и ресурс фильтра.
d2>1,9 d	Плохая сепарация, часть дизельного топлива поступает в кольцевой канал 30 и отводится с продуктами сепарации.
d2=1,75 d	Оптимальный процесс сепарации, гомогенизации и механодиструкции дизельного топлива. Осадок в вихревом аппарате и в фильтре содержит максимальное количество твердых асфальто-смолистых веществ.
F<1,2 S	Ухудшается процесс сепарации и гомогенизации дизельного топлива. Часть капельной воды попадает в кольцевой канал 13.
F>1,4 S	Резко возрастают сопротивление и потребляемая мощность вихревого аппарата. Снижается производительность установки.
F=1,3 S	Оптимальный процесс сепарации, гомогенизации и механодиструкции дизельного топлива. Номинальные сопротивление и потребляемая мощность вихревого аппарата.

1. Установка для комплексной очистки дизельного топлива, содержащая роторно-дисковой вихревой аппарат, в корпусе которого установлен ротор в виде пустотелого вала-тарелкодержателя с набором конических рабочих тарелок с отверстиями на боковой поверхности и отсекателем - глухой конической тарелкой, расположенной над рабочими тарелками, подводящую магистраль, соединенную с входом в межтарелочное пространство вихревого аппарата через пустотелый вал-тарелкодержатель, отводящую магистраль, подсоединенную к выходу - кольцевому каналу между валом-тарелкодержателем ротора и отсекателем - глухой тарелкой вихревого аппарата, фильтр, расположенный на отводящей магистрали, отличающаяся тем, что на подводящей магистрали установлен нагнетающий насос, между выходом вихревого аппарата и входом фильтра включен перекачивающий насос, фильтр выполнен с пористой перегородкой из гидрофильного синтетического полимерного материала плотностью 120÷160 кг/м³ и диаметром пор 20÷100 мкм, при этом наружный диаметр отсекателя - глухой тарелки вихревого аппарата - больше наружного диаметра рабочей тарелки в 1,2÷1,5 раза, внутренний диаметр корпуса больше наружного диаметра рабочей тарелки в 1,6÷1,9 раза, а площадь боковой поверхности рабочей тарелки превышает площадь поперечного сечения межтарелочного аппарата в 1,2÷1,4 раза.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что фильтр выполнен в виде набора кольцевых пористых перегородок - шайб из поливинилформаля с радиальным направлением потока фильтрата - дизельного топлива от периферии к центру и снабжен нажимным механизмом для удаления осадка, при этом наружный диаметр кольцевых пористых перегородок в 3÷4 раза больше внутреннего диаметра, а толщина составляет 0,2÷0,4 от наружного диаметра.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит систему введения присадки, включающую подготовительную емкость, снабженную мешалкой, вход которой соединен с отводящей магистралью и с баком присадки, расходную емкость, вход которой подключен к выходу подготовительной емкости, а выход через насос-дозатор связан со смесителем, установленным на отводящей магистрали, контур циркуляции теплоносителя, включающий подогреватель теплоносителя, промежуточный теплообменник, по линии холодного потока включенный на подводящей магистрали перед вихревым аппаратом, теплообменник расходной емкости и циркуляционный насос, и рекуперативный теплообменник, включенный по линии холодного потока на подводящей магистрали между нагнетательным насосом и промежуточным теплообменником, а по линии горячего потока - в отводящую магистраль перед смесителем и снабженный обводным байпасным трубопроводом.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что к отводящей магистрали после фильтра подключен отводящий патрубок.