способ плавления и снижения вязкости химических продуктов, преимущественно нефти и нефтепродуктов, и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ плавления и снижения вязкости химических продуктов, преимущественно нефти и нефтепродуктов, заключающийся в непосредственном воздействии электромагнитного излучения на химический продукт, отличающийся тем, что на химический продукт воздействуют излучением оптического диапазона, при этом в спектр излучения одновременно входят электромагнитные волны ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов.

2. Устройство для плавления и снижения вязкости химических продуктов, преимущественно нефти и нефтепродуктов, содержащее источник электромагнитного излучения, отличающееся тем, что в качестве источника электромагнитного излучения использован источник электромагнитного излучения оптического диапазона, в спектр излучения которого одновременно входят электромагнитные волны ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что источник электромагнитного излучения оптического диапазона содержит N преобразователей электрической энергии в энергию электромагнитного излучения оптического диапазона, где N - натуральнее число, причем 0<N<.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве преобразователя электрической энергии в энергию электромагнитного излучения оптического диапазона применена галогенная лампа.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что источник электромагнитного излучения оптического диапазона снабжен прозрачным корпусом.

6. Устройство п.3, отличающееся тем, что каждый преобразователь электрической энергии в энергию электромагнитного излучения оптического диапазона снабжен прозрачным корпусом.

7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что прозрачный корпус выполнен из кварца.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к погрузочно-разгрузочной технике и может быть использовано для плавления и снижения вязкости размещенных в различных емкостях и находящихся в твердой фазе или высоковязких химических продуктов, например нефтепродуктов, в частности синтетических жирных кислот, с целью их слива из емкостей и транспортировки потребителям.

Известен способ подогрева находящихся в цистернах продуктов острым паром [1], заключающийся в том, что в подогреваемый продукт подают водяной пар через шланг, вводимый в горловину цистерны. Перемешиваясь с подогреваемым продуктом и конденсируясь в нем, водяной пар отдает свою тепловую энергию, одновременно обводняя продукт или понижая его концентрацию. Недостатками этого способа разогрева продуктов являются большая трудоемкость, применение тяжелого ручного труда, большая продолжительность разогрева и необходимость зачистки цистерн от остатков продукта на стенках цистерны. Кроме того, данный способ имеет узкую область применения: его можно использовать только для подогрева продуктов, которым по технологическим требованиям допускается обводнение или понижение концентрации. К таким продуктам обычно относят фенол или раствор каустической соды. Следует также отметить, что известный способ характеризуется высокой вероятностью травматизма (ожогов) обслуживающего персонала.

Известно устройство [2], реализующее способ подогрева рубашкой теплоносителя, например водяного пара, заключающийся в том, что теплоноситель, поступающий в пространство между двумя расположенными одна внутри другой емкостями цистерны, нагревает слой продукта, граничащий со стенкой. В этом способе используется принцип скольжения холодного продукта по горячей поверхности, при котором температура в слое, прилегающем к горячей поверхности, повышается и вязкость падает. В данном способе гарантируется сохранение качества сливаемого химического продукта, так как в процессе слива продукт не обводняется. Недостаток известного способа заключается в сильном повышении стоимости цистерн, снабженных подогревающей рубашкой, по сравнению с обычными цистернами, в результате снижаются технико-экономические показатели данного способа. Кроме того, имеющийся в наличии в Российской Федерации парк цистерн, снабженных подогревающей рубашкой, очень незначителен, что сильно препятствует широкому внедрению известного способа.

Известны способ подогрева и плавления химических продуктов и устройство для его осуществления [3], заключающиеся в использовании накладываемого на нижнюю часть цистерны индукционного устройства, обеспечивающего низкотемпературный нагрев токами промышленной частоты и вибрацию стенок цистерны и прилегающего к ним тонкого слоя химического продукта. Недостаток известного способа и устройства для его осуществления заключается в низкой эффективности: индуктор нагревает только стенку цистерны, непосредственно прилегающую к индуктору, в результате для слива всего находящегося в цистерне химического продукта требуются большие затраты времени. Кроме того, использование электромагнитного излучения, создаваемого токами промышленной частоты, требует принятия специальных мер для защиты обслуживающего персонала.

Известен способ подогрева с помощью переносного контактного змеевикового подогревателя [4], заключающийся в том, что тепловая энергия поглощается химическим продуктом за счет передачи теплоты от прокачиваемого теплоносителя через стенки подогревателя. В качестве теплоносителя обычно используется водяной пар. Недостаток известного способа заключается в низкой эффективности работы, обусловленной низкой эффективностью теплообмена, поэтому для нагревания и плавления большого количества химического продукта требуются большие затраты времени. Для ускорения процесса путем увеличения количества подводимой к химическому продукту тепловой энергии при прочих равных условиях требуется повышение температуры теплоносителя, а этот путь ограничен следующим фактором: контакт химического продукта с подогревателем, имеющим высокую температуру, может привести к разложению или воспламенению химического продукта.

Известен способ нагревания и плавления химических продуктов с помощью высокочастотного [5] или сверхвысокочастотного [6] излучения. Например, в [5] описан способ выгрузки парафина из цистерны, предусматривающий его разогрев путем погружения нагреваемого элемента с последующим отводом разжиженного парафина, причем нагревательный элемент выполнен в виде электрода, который перед погружением нагревают до 15-20С, а после погружения электрода в парафин к нему подводят электрический ток частотой 10-85 МГц для создания электрического поля, которое разжижает парафин. Отвод разжиженного парафина осуществляют с помощью вакуума. Первый недостаток использования высокочастотного или сверхвысокочастотного излучения заключается в сравнительно невысокой эффективности: вследствие сравнительно малого коэффициента поглощения высокочастотного или сверхвысокочастотного излучения химическими продуктами на плавление больших объемов требуются значительные временные затраты. Второй недостаток использования излучения указанных диапазонов заключается в том, что коэффициенты поглощения высокочастотного или сверхвысокочастотного излучения большинства химических продуктов (в первую очередь нефтепродуктов, в частности синтетических жирных кислот) для твердой и жидкой фаз мало отличаются между собой, в результате чего часть излучения тратится не на разжижение химического продукта, а на подогрев уже разжиженного продукта, в результате снижается эффективность известного способа. Кроме того, использование высокочастотного или сверхвысокочастотного излучения требует принятия специальных мер для защиты обслуживающего персонала.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ разогрева загустевших продуктов [7], заключающийся в непосредственном воздействии сверхвысокочастотного электромагнитного излучения на химический продукт. Вместе с тем, аналогично указанным выше известным способам, предусматривающим использование сверхвысокочастотного излучения, известный способ характеризуется значительными временными и энергетическими затратами, а также необходимостью принятия дополнительных мер по защите обслуживающего персонала.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для разогрева загустевших продуктов [7], содержащее источник сверхвысокочастотного электромагнитного излучения. Недостатки известного устройства определяются вышеперечисленными недостатками известного способа, положенного в основу действия устройства.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы путем снижения временных и энергетических затрат.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способ плавления и снижения вязкости химических продуктов, преимущественно нефти и нефтепродуктов, путем непосредственного воздействия электромагнитного излучения на химический продукт внесено следующее усовершенствование (п.1 формулы изобретения): используют электромагнитное излучение оптического диапазона, причем в спектр излучения одновременно входят электромагнитные волны ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов.

В устройство, предназначенное для осуществления заявляемого способа и содержащее источник электромагнитного излучения, внесено следующее усовершенствование (п.2 формулы изобретения): в качестве источника электромагнитного излучения применен источник электромагнитного излучения оптического диапазона, в спектр излучения которого одновременно входят электромагнитные волны ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов.

Такой вариант реализации заявляемого способа и заявляемого устройства для его осуществления позволяет повысить эффективность работы путем снижения временных и энергетических затрат за счет использования оптического излучения, которое, как известно, содержит электромагнитное излучение инфракрасного, видимого и ультрафиолетового диапазона. Инфракрасное электромагнитное излучение обладает малой проникающей способностью, поэтому оно осуществляет, в основном, поверхностный нагрев химического продукта. Видимое и ультрафиолетовое электромагнитное излучение тоже обладает малой проникающей способностью в твердую фазу химического продукта, поэтому на начальном этапе разогрев химического продукта осуществляется за счет нагрева поверхности твердой фазы, при этом эффективность совместного воздействия инфракрасного, видимого и ультрафиолетового электромагнитного излучения оказывается более высокой, чем использование электромагнитного излучения, используемого в прототипе. По мере плавления химического продукта жидкая фаза химического продукта просветляется и пропускает электромагнитное излучение видимого и ультрафиолетового диапазона до поверхности твердой фазы, где оно поглощается (приблизительно на 90%) и превращает твердую фазу химического продукта в жидкую фазу. Таким образом, по мере удаления поверхности твердой фазы от источника электромагнитного излучения оптического диапазона электромагнитное излучение видимого и ультрафиолетового диапазона достигает поверхности твердой фазы химического продукта через жидкую фазу со сравнительно малыми потерями, поэтому скорость плавления химического продукта увеличивается, в результате снижаются временные затраты, что приводит к повышению эффективности работы. Малое поглощение электромагнитного излучения оптического диапазона жидкой фазой химического продукта приводит также к тому, что энергия этого излучения расходуется не на дальнейший разогрев жидкой фазы химического продукта, а на плавление твердой фазы химического продукта, что приводит к снижению энергетических затрат, в результате повышается эффективность работы.

В частном случае (п.3 формулы изобретения) источник электромагнитного излучения оптического диапазона содержит N преобразователей электрической энергии в энергию электромагнитного излучения оптического диапазона, где N=1, 2, 3, 4, .... Такое построение устройства позволяет использовать как один преобразователь электрической энергии в электромагнитную энергию оптического диапазона, так и несколько преобразователей электрической энергии в электромагнитную энергию оптического диапазона. Этот вариант конструктивного выполнения устройства позволяет использовать как один преобразователь электрической энергии в энергию электромагнитного излучения оптического диапазона большой мощности, так и несколько преобразователей электрической энергии в энергию электромагнитного излучения оптического диапазона сравнительно небольшой мощности. Кроме того, такой вариант конструктивного выполнения устройства позволяет при необходимости сформировать поток электромагнитного излучения очень большой мощности за счет использования нескольких преобразователей электрической энергии в энергию электромагнитного излучения оптического диапазона большой мощности. Следует отметить, что использование нескольких преобразователей электрической энергии в энергию электромагнитного излучения оптического диапазона повышает надежность: при выходе из строя одного преобразователя электрической энергии в электромагнитное излучение оптического диапазона остальные продолжают выполнять свои функции.

В частном случае (п.4 формулы изобретения) в качестве преобразователя электрической энергии в энергию электромагнитного излучения оптического диапазона применена галогенная лампа. Такой вариант выполнения преобразователя электрической энергии в энергию электромагнитного излучения оптического диапазона позволяет оптимальным образом воздействовать на ряд химических продуктов, например на синтетические жирные кислоты, спектр поглощения которых хорошо согласуется со спектром излучения галогенных ламп.

В частном случае (п.5 формулы изобретения) источник электромагнитного излучения снабжен прозрачным корпусом. Такой вариант конструктивного выполнения устройства повышает надежность заявляемого устройства за счет того, что источник электромагнитного излучения оказывается защищенным от посторонних воздействий (в первую очередь, воздействия расплавляемого и нагреваемого химического продукта), в результате чего повышается надежность заявляемого устройства.

В частном случае (п.6 формулы изобретения) каждый преобразователь электрической энергии в энергию электромагнитного излучения оптического диапазона снабжен прозрачным корпусом. Такой вариант конструктивного выполнения устройства повышает надежность заявляемого устройства за счет того, что каждый преобразователь электрической энергий в энергию электромагнитного излучения оптического диапазона оказывается защищенным от посторонних воздействий (в первую очередь, воздействия расплавляемого и нагреваемого химического продукта), в результате повышается надежность заявляемого устройства.

В частном случае (п.7 формулы изобретения) прозрачный корпус выполнен из кварца. Такой вариант конструктивного выполнения прозрачного корпуса обеспечивает достаточную механическую прочность и пропускание излучения оптического диапазона в требуемом диапазоне с минимальными потерями.

Сущность изобретения поясняется описанием вариантов конструктивного выполнения устройства для осуществления заявляемого способа и прилагаемыми чертежами, на которых:

на фиг.1 приведен разрез устройства для осуществления заявляемого способа с отражателем электромагнитного излучения оптического диапазона, отражающая поверхность которого выполнена в виде части сферической поверхности; на фиг.2 - вид устройства для осуществления заявляемого способа с отражателем электромагнитного излучения оптического диапазона, отражающая поверхность которого выполнена в виде части цилиндрической поверхности.

Устройство для плавления и снижения вязкости химических продуктов, предназначенное для осуществления заявляемого способа, содержит (фиг.1) держатель 1, к которому закреплено основание 2, на основании 2 установлен отражатель электромагнитного излучения оптического диапазона 3, отражающая поверхность которого выполнена в виде части сферической поверхности, и галогенная лампа, содержащая баллон 4, электроды 5 и спираль 6. Галогенная лампа расположена внутри прозрачного корпуса 7. Основание 2 выполнено таким образом, что обеспечивает возможность взаимного пространственного перемещения галогенной лампы и отражателя электромагнитного излучения оптического диапазона 3.

Приведенный на фиг.2 вариант конструктивного выполнения устройства для плавления и снижения вязкости химических продуктов, предназначенного для осуществления заявляемого способа, содержит отражатель электромагнитного излучения оптического диапазона 8, отражающая поверхность которого выполнена в виде части цилиндрической поверхности, и прозрачный корпус 9 трубчатой формы, в котором размещены галогенные лампы 10.

Устройство для плавления и снижения вязкости химических продуктов, предназначенное для осуществления заявляемого способа, работает следующим образом (фиг.1). Галогенная лампа формирует электромагнитное излучение оптического диапазона, которое непосредственно или с помощью отражателя электромагнитного излучения оптического диапазона 3 направляется на поверхность химического продукта. Это излучение поглощается, в основном, поверхностью твердой фазы химического продукта, так как жидкая фаза химического продукта имеет значительно более низкое поглощение, чем твердая фаза химического продукта. По мере плавления химического продукта граница его твердой фазы удаляется от источника электромагнитного излучения оптического диапазона, и электромагнитное излучение видимого и ультрафиолетового диапазона достигает поверхности твердой фазы химического продукта через жидкую фазу со сравнительно малыми потерями, в результате скорость плавления химического продукта увеличивается, что приводит к повышению эффективности работы.

Работа устройства, вид которого приведен на фиг.2, идентична работе устройства, разрез которого приведен на фиг.1.

Источники информации

1. Бережковский М.И. Хранение и транспортирование химических продуктов. 2-е изд. - Л.: Химия, Ленинградское отделение. 1982. С.188-189.

2. Емкость с двойной стенкой для жидкости или пара. - Патент Франции №2701470, приор. 10.02.93, публ. 19.08.94 №33. МПК 5 В 65 D 88/08, 88/74.

3. Способ слива вязкого продукта в холодном состоянии из котла железнодорожной цистерны и устройство для индукционного низкотемпературного нагрева стенок котла железнодорожной цистерны. - Патент Российской Федерации №2014280, приор. 18.10.91, публ. 15.06.94. Бюл. №11, МПК 5 В 67 D 5/00.

4. Бережковский М.И. Хранение и транспортирование химических продуктов. 2-е изд. - Л.: Химия, Ленинградское отделение. 1982. С.189-191.

5. Способ выгрузки парафина из цистерны. Авторское свидетельство СССР №1198069, приор. 05.04.84, публ. 23.11.85. Бюл. №43, МПК 5 В 65 D 88/74.

6. Бердоносов С.С., Бердоносова Д.Г., Знаменская И.В. Микроволновое излучение в химической практике.//Химическая технология. - 2000. - №3. - С.2-7.

7. Способ разогрева в емкости загустевших продуктов и устройство для его осуществления. - Патент Российской Федерации №2103211, приор. 29.05.96, публ. 27.01.98. Бюл.№3, МПК 7 В 65 D 88/74.