Устройство для микроволновой обработки водонефтяной эмульсии, транспортируемой по трубопроводу



Устройство для микроволновой обработки водонефтяной эмульсии, транспортируемой по трубопроводу
Устройство для микроволновой обработки водонефтяной эмульсии, транспортируемой по трубопроводу

 


Владельцы патента RU 2440169:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "МикроТех" (RU)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (RU)

Изобретение относится к области подготовки товарной нефти и может быть использовано на производствах нефтеперерабатывающей и нефтедобывающей промышленности для создания аппаратов сверхвысокочастотной (СВЧ) обработки водонефтяных смесей. Обеспечивает повышение качества разделения водонефтяной эмульсии путем увеличения интенсивности и равномерности воздействия электромагнитной энергии на весь поток водонефтяной эмульсии. Устройство содержит цилиндрическую камеру, имеющую входной и выходной патрубки для подключения камеры к трубопроводу. Внутри камеры на торцевой стенке установлен герметичный радиопрозрачный обтекатель, внутри которого расположено устройство ввода и распределения электромагнитной энергии, соединенное с источником СВЧ-энергии. Поверх обтекателя, соосно с ним, установлены вложенные друг в друга с зазором между их боковыми поверхностями проточные радиопрозрачные обтекатели, подобные радиопрозрачному герметичному обтекателю с отверстием в каждом из них для протока эмульсии, распложенным в соседних обтекателях в противоположных концах соответственно, у одного обтекателя на его конце, у другого - в начале обтекателя. Входной и выходной патрубки расположены, соответственно, в области между герметичным радиопрозрачным обтекателем и первым проточным радиопрозрачным обтекателем, и за последним проточным радиопрозрачным обтекателем. В качестве герметичного радиопрозрачного обтекателя и проточных обтекателей могут быть использованы обтекатели конической формы. Нечетные проточные обтекатели выполнены с отверстием при вершине обтекателя и своим основанием размещены вплотную на поверхности камеры, а четные проточные обтекатели установлены своим основанием на поверхности камеры с зазором. Герметичный радиопрозрачный обтекатель и проточные обтекатели могут быть выполнены цилиндрической формы разных диаметров и установлены коаксиально относительно друг друга на противоположных торцевых стенках камеры. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области подготовки товарной нефти и может быть использовано на производствах нефтеперерабатывающей и нефтедобывающей промышленности для создания аппаратов сверхвысокочастотной (СВЧ) обработки водонефтяных смесей.

Известны устройства СВЧ обработки водонефтяной эмульсии, см., например, патент РФ №2196227, МПК 7 Е21В 43/34, опубл. 10.01.2003, Бюл. №1. Устройство разделения водогазонефтяной смеси. Устройство состоит из трубопровода с водонефтяной эмульсией, в который подается энергия СВЧ от системы дискретных излучателей. Микроволновая обработка в этих устройствах производится дискретными излучателями электромагнитной энергии. Недостатком устройства является то, что в нем формируют воздействие энергии СВЧ с поверхности обрабатываемой среды и в результате, из-за наличия значительных потерь в этой среде, электромагнитному воздействию подвергаются только наружные слои водонефтяной эмульсии, т.е. имеет место большая неравномерность микроволновой обработки водонефтяной эмульсии.

Прототипом изобретения является Аппарат для микроволнового разделения эмульсии US Patent №4853507 Aug. 1,1989. Данное устройство состоит из цилиндрической камеры, подсоединенной с помощью патрубков на входе и выходе камеры к трубопроводу, а внутри камеры, на ее торцевой стенке, установлен своим основанием герметичный конический радиопрозрачный обтекатель, внутри которого расположено устройство ввода и распределения электромагнитной энергии, соединенное с источником СВЧ-энергии.

Данное устройство обеспечивает формирование в камере режима микроволновой обработки, например, для водонефтяной эмульсии, но процесс сепарации эмульсии в отстойных резервуарах после такой обработки протекает неполно. Это происходит потому, что электромагнитная энергия в продольном и поперечном сечении камеры, в которой протекает эмульсия, распределяется неравномерно, фокусируясь вблизи обтекателя примерно на расстоянии 1/3 от его вершины. В результате в соответствии с таким неравномерным распределением поля в поперечном сечении камеры поток эмульсии подвергается неравномерному воздействию электромагнитной энергии и происходит некачественное разделение водонефтяной эмульсии.

Решаемая техническая задача предлагаемого технического решения заключается в повышении качества разделения водонефтяной эмульсии путем увеличения интенсивности и равномерности воздействия электромагнитной энергии на весь поток водонефтяной эмульсии.

Техническая задача в устройстве для микроволновой обработки водонефтяной эмульсии, транспортируемой по трубопроводу, состоящем из цилиндрической камеры длиной Lк, имеющей входной и выходной патрубки для подключения камеры к трубопроводу, а внутри которой на торцевой стенке установлен герметичный радиопрозрачный обтекатель длиной 0<Loq<Lк, внутри которого расположено устройство ввода и распределения электромагнитной энергии, соединенное с источником СВЧ-энергии, достигается тем, что в цилиндрической камере поверх герметичного радиопрозрачного обтекателя, соосно с ним, установлены вложенные друг в друга с зазором d<λд/2 между их боковыми поверхностями n проточных радиопрозрачных обтекателей, подобных радиопрозрачному герметичному обтекателю с отверстием в каждом из них для протока эмульсии, распложенным в соседних обтекателях в их противоположных концах соответственно, у одного обтекателя на его конце, у другого - в начале обтекателя, а входной и выходной патрубки расположены соответственно, входной патрубок расположен в области между герметичным радиопрозрачным обтекателем и первым проточным радиопрозрачным обтекателем, а выходной патрубок расположен за последним проточным радиопрозрачным обтекателем.

В качестве герметичного радиопрозрачного обтекателя длиной Lоб<Lк и n проточных обтекателей длиной Lк-Δ могут быть использованы обтекатели конической формы с углом при вершине 0°<α<180°, при этом нечетные проточные обтекатели выполнены с отверстием при вершине обтекателя и своим основанием размещены вплотную на поверхности камеры, а четные проточные обтекатели установлены своим основанием на поверхности камеры с зазором Δ, а также герметичный радиопрзрачный обтекатель длиной L<Lк и n проточных радиопрозрачных обтекателей длиной Lк-Δ могут быть выполнены цилиндрической формы разных диаметров, диаметры которых отличаются на величину 2d и установлены коаксиально относительно друг друга на противоположных друг от друга торцевых стенках камеры соответственно, где:

L - длина обтекателя,

Lк - длина цилиндрической камеры,

d - зазор между боковыми поверхностями обтекателей,

Δ - ширина зазора между обтекателем и стенкой камеры,

λд - длина волны электромагнитного сигнала в диэлектрике.

На фигуре 1 показано продольное сечение устройства для микроволновой обработки водонефтяной эмульсии, транспортируемой по трубопроводу с расположенными в ней радиопрозрачными обтекателями конической формы.

На фигуре 2 показано продольное сечение устройства для микроволновой обработки водонефтяной эмульсии, транспортируемой по трубопроводу с расположенными в ней радиопрозрачными обтекателями цилиндрической формы.

По фигуре 1 устройство для микроволновой обработки водонефтяной эмульсии состоит из цилиндрической камеры 1 длиной Lк, имеющей входной патрубок 2 на входе камеры 1 и выходной патрубок 3 на выходе камеры 1 для подсоединения к трубопроводу. Внутри камеры, вдоль ее оси на торцевой стенке 4, установлен герметичный радиопрозрачный обтекатель 5 длиной 0<L<Lк, имеющий коническую форму с углом при вершине 0°<α<180°, внутри которого расположено устройство ввода и распределения электромагнитной энергии 6, соединенное с источником СВЧ-энергии 7. В цилиндрической камере 1 поверх герметичного радиопрозрачного обтекателя 5, соосно с ним, установлены вложенные друг в друга с зазором d<λд/2 между их боковыми поверхностями n=1, 2, 3… проточных радиопрозрачных обтекателей 8 (на фигуре 1 показано два проточных радиопрозрачных обтекателей 81 и 82), подобных герметичному радиопрозрачному обтекателю 5. Проточные радиопрозрачные обтекатели 8 имеют отверстие 9 для протока эмульсии 10, распложенное в соседних обтекателях в их противоположных концах соответственно, у одного обтекателя 81 в конце при его вершине, у другого обтекателя 82 - в начале обтекателя у его основания. Для чего нечетные проточные радиопрозрачные обтекатели 81,3,5 выполнены с отверстием 9 при вершине обтекателя и размещены своим основанием вплотную на торцевой стенке 4 камеры 1, а четные 82,4,6 установлены своим основанием с зазором шириной Δ с торцевой поверхностью камеры 1, образуя щель шириной Δ для протока эмульсии 10 между основанием проточного обтекателя 8 и стенкой камеры 1. Система проточных обтекателей 8 с отверстиями 9 для протока эмульсии образует в камере 1 лабиринтный канал 11 шириной d<λд/2 для протока эмульсии 10. Входной патрубок 2 и выходной патрубок 3 расположены на поверхности камеры 1 соответственно, входной патрубок 2 направляет поток эмульсии 10 в область между герметичным радиопрозрачным обтекателем 5 и первым проточным радиопрозрачным обтекателем 81, выходной патрубок 3 расположен в области за последним проточным радиопрозрачным обтекателем 8n и выводит поток эмульсии из камеры.

По фигуре 2 герметичный радиопрозрачный обтекатель 12 длиной L<Lк и n проточных радиопрозрачных обтекателей 13i длиной Lк-Δ выполнены в виде цилиндров разных диаметров. Имея разные диаметры, отличающиеся на величину 2d, они коаксиально расположены относительно друг друга и поочередно установлены на противоположных торцевых стенках 4 камеры 1, образуя при этом на свободном конце между проточным обтекателем 13 и торцевой стенкой 4 камеры 1 зазор шириной Δ для протока эмульсии 10. Проточные радиопрозрачные обтекатели 8 и 13 формируют лабиринтный канал 11 для протока эмульсии 10 необходимой ширины d<λд/2.

Рассмотрим работу устройства по фигурам 1 и 2.

Поток водонефтяной эмульсии 11 через входной патрубок 2 поступает в камеру 1 в лабиринтный канал 10 шириной d между герметичным радиопрозрачным обтекателем 5 и первым дополнительным обтекателем 81. Этот канал 11 концентрирует поток эмульсии 10 в области, прилегающей к герметичному радиопрозрачному обтекателю 5, где он подвергается действию электромагнитного поля равномерно распределенного в поперечном сечении канала 11, формируемого устройством ввода и распределения электромагнитной энергии 6. Ввиду того что эмульсия протекает по узкому лабиринтному каналу 11 d<λ/2, то в поперечном сечении канала распределение поля можно считать равномерным и весь поток эмульсии подвергается равномерному воздействию электромагнитного поля. Радиопрозрачные свойства проточных обтекателей 8 и 13 обеспечивают свободное распространение поля в камере 1. Поэтому все участки лабиринтного канала 8 и 13 в камере 1 будут обеспечивать равномерность микроволнового воздействия на водонефтяную эмульсии 10. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает равномерность обработки электромагнитным полем всего потока эмульсии 10. Количество проточных радиопрозрачных обтекателей 8 и 13 определяет длину лабиринтного канала 11 и, соответственно, время воздействия электромагнитного поля на поток эмульсии 10.

Известно, что для обеспечения высокого качества микроволнового технологического процесса необходимо, чтобы электромагнитное поле оказывало воздействие с одинаковой интенсивностью во всем объеме обрабатываемого вещества, а для этого необходимо обеспечить высокую равномерность распределения поля в потоке обрабатываемого материала, см., например, Анфиногентов В.И. Математическое моделирование СВЧ нагрева диэлектриков. / Анфиногентов В.И. - Казань: Изд-во Казан. гос. тех. ун-та, 2006. - 140 с.

Поэтому для большинства микроволновых технологических процессов, таких как ускорение химических реакции, разрушение эмульсий, нагрев и сушка веществ с низкой теплопроводностью, основным параметром, определяющим его качество, являются однородность микроволнового воздействия по интенсивности и длительности для всей массы обрабатываемого материала.

В устройстве по прототипу, в поперечном сечении цилиндрической камеры распределение поля характеризуется неравномерностью вида f(r)~1/r~1/r2 и поток эмульсии, протекающий в этом сечении камеры, подвергается неравномерному воздействию электромагнитного поля.

В предлагаемом техническом решении весь поток 10 направляется в лабиринтный канал 11, в поперечном сечении которого поле распределено равномерно т.к. ширина этого канала невелика, а его стенки радиопрозрачные. Поэтому поток, протекающий по лабиринтному каналу, на всех его участках подвергается равномерной обработки электромагнитного поля. Количество проточных радиопрозрачных обтекателей от 1 до n определяет длину формируемого лабиринтного канала и, соответственно, длину пути и время воздействия электромагнитного поля на поток эмульсии. Это позволяет увеличить время и длину канала взаимодействием с электромагнитным полем потока эмульсии и уменьшить продольный размер камеры. В поперечном сечении каждого из этих участков канала 11 поле распределено равномерно и потому в данном устройстве обеспечивается равномерность обработки потока эмульсии на всем ее пути потока 10 по каналу 11.

Из результатов экспериментальной проверки по разделению водонефтяной эмульсии на установке, не содержащей проточных обтекателей и с двумя проточными обтекателями, следует, что на установке, не содержащей проточных обтекателей, расслоение водонефтяной эмульсии протекает в полтора - два раза дольше, чем в камере, содержащей дополнительно два проточных обтекателя цилиндрической формы.

1. Устройство для микроволновой обработки водонефтяной эмульсии, транспортируемой по трубопроводу, состоящее из цилиндрической камеры длиной Lк, имеющей входной и выходной патрубки для подключения камеры к трубопроводу, внутри которой на торцевой стенке установлен герметичный радиопрозрачный обтекатель длиной 0<Lоб<Lк, внутри которого расположено устройство ввода и распределения электромагнитной энергии, соединенное с источником СВЧ-энергии, отличающееся тем, что в цилиндрической камере поверх герметичного радиопрозрачного обтекателя соосно с ним установлены вложенные друг в друга с зазором d<λд/2 между их боковыми поверхностями n проточных радиопрозрачных обтекателей, подобных радиопрозрачному герметичному обтекателю и имеющих отверстие для протока эмульсии, расположенное в соседних обтекателях в противоположных концах, соответственно, у одного обтекателя на его конце, у другого - в начале обтекателя, а входные и выходные патрубки расположены соответственно, входной патрубок расположен в области между герметичным радиопрозрачным обтекателем и первым проточным радиопрозрачным обтекателем, а выходной патрубок расположен за последним проточным радиопрозрачным обтекателем.

2. Устройство для микроволновой обработки водонефтяной эмульсии по п.1, отличающееся тем, что герметичный радиопрозрачный обтекатель длиной Lоб<Lк и n проточных радиопрозрачных обтекателей выполнены конической формы с углом при вершине 0°<α<180°, при этом нечетные проточные радиопрозрачные обтекатели выполнены с отверстием при вершине обтекателя и своим основанием установлены вплотную на поверхности камеры, а четные установлены своим основанием на торцевой поверхности камеры с зазором Δ.

3. Устройство для микроволновой обработки водонефтяной эмульсии по п.1, отличающееся тем, что герметичный радиопрозрачный обтекатель длиной Lоб<Lк и n проточных радиопрозрачных обтекателей длиной Lк-Δ выполнены цилиндрической формы разных диаметров и установлены коаксиально относительно друг друга на противоположных торцевых стенках камеры соответственно,
где L - длина обтекателя,
Lк - длина цилиндрической камеры,
Δ - ширина зазора между обтекателем и стенкой камеры,
λд - длина волны электромагнитного сигнала в диэлектрике.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для тепловой обработки теплоизоляционных материалов и может быть использовано для изготовления строительных блоков. .

Изобретение относится к технике СВЧ-нагрева и может использоваться в сельском хозяйстве и других отраслях народного хозяйства, например для обработки семян сельскохозяйственных культур.

Изобретение относится к установкам для сушки различных материалов и может найти применение в химической и нефтехимической промышленности для проведения процесса сушки дисперсных систем в пастообразном состоянии и сыпучих материалов.

Изобретение относится к технике сушки, комбинированной обработке дисперсных материалов и может быть использовано в химической, парфюмерной, пищевой и смежных с ними отраслях промышленности.

Изобретение относится к СВЧ-устройствам, предназначенным для нагревания диэлектрических материалов с высокой скоростью, и может быть применено для стерилизации медпрепаратов в ампулах, мясопродуктов в диэлектрической таре, разогрева сосисок в оболочке или порционных материалов в потоке с дискретным заполнением области нагрева, а также для стерилизации фруктовых соков и других жидких материалов в потоке.

Изобретение относится к устройствам для СВЧ-обработки продуктов и может быть использовано при сушке гранулированных материалов и продуктов, при термообработке жидких продуктов.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для измерения продукции нефтяных скважин. .

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при обезвоживании нефти. .
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено при утилизации попутного сероводородсодержащего нефтяного газа. .

Изобретение относится к области добычи, сбора и подготовки низконапорных газов с последующей подачей их потребителю. .

Изобретение относится к утилизации попутного нефтяного газа. .

Изобретение относится к способу оптимизации применения реагентов, в частности применения антипенных агентов и деэмульгаторов, на нефтеперерабатывающих установках на морском дне, на морском берегу или в открытом море.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности. .

Изобретение относится к делителю потока текучей среды, способствующему сепарации. .

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при подготовке нефти на нефтепромысле и выделении широкой фракции легких углеводородов - ШФЛУ.
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разделении на нефть, воду и механические примеси стойкой нефтяной эмульсии, образующейся и накапливающейся в резервуарах и отстойных аппаратах для очистки сточной воды установок подготовки нефти.

Изобретение относится к разделению двух- или трехфазных потоков жидкостей и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к разделению жидкостей, а именно к разделению водных гелевых смесей, и может быть использовано в химической и пищевой промышленности. .

Изобретение относится к области подготовки воды для последующего применения ее для технических и питьевых нужд, а также для удаления полученных в ходе ее использования загрязнителей в процессе последующего сброса в открытые водоемы.
Наверх