Хидродинамичната кавитация е нова, енергийно ефективна технология за интензифициране на процесите, която има потенциал да повиши ефективността, добива и устойчивостта на основните операции в рафинерията. Чрез генериране на контролирано микромащабно срязване, турбулентност и локализирани термомеханични ефекти - в рамките на агрегатите CaviFlow® на RAPTECH - хидродинамичната кавитация може да подобри смесването, преноса на маса и топлина, кинетиката на реакциите и кондиционирането на суровините. В този преглед се оценяват възможностите за интегриране на хидродинамичната кавитация при обезсоляване на суров петрол, забавено коксуване, флуидно-каталитичен крекинг, хидрообработка, алкилиране и облагородяване на остатъка, като се акцентира върху разбирането на механиката, конфигурацията на оборудването и оперативните ограничения.
Последните практически резултати - включително смесване и облагородяване на остатъка - показват измерими ползи при смесването на тежко гориво с алтернативни горива. Кавитационното смесване на HFO с 20 % FAME показа подобрени показатели за вискозитет, плътност, съдържание на утайки и стабилност, както и намалени фини частици и скромно подобрение на разхода на гориво. Тези констатации подчертават значението на хидродинамичната кавитация не само за процесите в рафинериите, но и за сектора на морските горива/бункерите, особено в контекста на ISO 8217:2024, който разрешава използването на морски горива, съдържащи до 100% FAME. Резултатите отразяват по-широката индустриална тенденция към нисковъглеродни, възобновяеми и по-променливи суровини.
Като цяло хидродинамичната кавитация и устройствата CaviFlow® на RAPTECH представляват обещаващ път за подобряване на преработваемостта, намаляване на енергийните изисквания и подпомагане на прехода към по-устойчиви системи за рафинерии и морски горива. Въпреки че повечето данни са от лабораторни и пилотни проучвания, нововъзникващите демонстрации - включително смесване и модернизиране на остатъци - подчертават потенциала на хидродинамичната кавитация за практическо промишлено внедряване.
1. Въведение
Процесите на преобразуване в рафинериите са от основно значение за превръщането на суровия петрол в транспортни горива, нефтохимически суровини и продукти с висока стойност. Ефективността и качеството на продуктите често са ограничени от хетерогенността на суровините, деактивирането на катализатора, замърсяването и ограниченията, свързани с масовия трансфер. Все по-широкото използване на тежки и свръхтежки сурови масла, които съставляват значителна част от възстановимите световни запаси, представлява допълнително предизвикателство поради високия вискозитет, ниската плътност по API (<20°) и повишеното съдържание на асфалтени [1]. Тези свойства възпрепятстват топло- и масопреноса, ускоряват замърсяването и увеличават образуването на кокс в термичните и каталитичните процеси.
Хидродинамичната кавитация се очертава като апрометираща стратегия за интензификация на процесите. Тя генерира контролирани микромехурчета, локализирани горещи точки, екстремно срязване и градиенти на налягането, които могат да подобрят химичните реакции, фазовата дисперсия и масопреноса. В сравнение с конвенционалното механично смесване или химическите добавки, хидродинамичната кавитация представлява потенциално енергийно ефективен и нискохимичен подход за справяне с тесните места в рафинерията [2]. Хидродинамичната кавитация може да се комбинира с катализатори, повърхностноактивни вещества, леки окислители (напр, H₂O₂, озон) или ултравиолетово облъчване за допълнително подобряване на ефективността на реакцията и по-чисти резултати от преработката [2].
Механично кавитацията може да предизвика модификации на молекулярно ниво във въглеводородите, включително дезагрегация на асфалтена, частично напукване и промени в реологичните свойства, които подобряват обработката на суровината и ефективността на реакцията [3]. Мащабирането на хидродинамичната кавитация за промишлени операции е предизвикателство поради липсата на стандартизиран метод за количествено определяне на интензивността на кавитацията в различни флуиди и изисква високи капиталови и оперативни разходи [1,4]. Доказателствата от лабораторни и пилотни проучвания показват, че хидродинамичната кавитация може да подобри технологичността и ефективността, въпреки че промишленото валидиране в пълен мащаб остава ограничено.
Процесите с помощта на хидродинамична кавитация могат да предложат оперативни и екологични ползи, включително намалено потребление на енергия, повишена производителност и по-ниски емисии на парникови газове. Те могат да допълнят конвенционалните методи за облагородяване, които често са енергоемки и рд дизайна на реакторите. Кавитационното число е предложено като систематичен параметър за оптимизиране на дизайна на реактора и свързване на експерименталните данни с практическите приложения.
2. Възможности за хидродинамична кавитация с голямо въздействие
2.1 Обезсоляване на суров нефт (CDU )
Интегрирането на хидродинамична кавитация на входа на обезсоляването може да подобри диспергирането на нефта и водата и отстраняването на солите. Микротурбуленцията, срязването и локализираните колебания на налягането насърчават разпадането на стабилни емулсии, като генерират фини, равномерни капки, които подобряват контакта вода-масло и ускоряват коалесценцията. Това може да доведе до по-ниско съдържание на остатъчни соли, намаляване на замърсяването и корозията и подобряване на ефективността на топлообмена [2]. Устройствата за хидродинамична кавитация могат да бъдат внедрени като компактни поточни платформи с минимални промени в съществуващата инфраструктура за обезсоляване.
2.2 Забавено коксуване (DCU)
Прилагането на хидродинамична кавитация към вакуумния остатък преди коксовите нагреватели може да подобри хомогенизирането на фуража и да предизвика леки ефекти на предварително пречистване. Срязването, микросмесването и локализираното термомеханично активиране насърчават частичната дезагрегация на асфалтена и намаляването на вискозитета, което позволява по-равномерен термичен крекинг [5,3]. Проучванията в пилотен мащаб отчитат подобрения в стабилността на нагревателя, намаляване на отлагането на кокс и скромно увеличение на добива на течни продукти, когато хидродинамичната кавитация се интегрира преди коксуването. Поддържането на подходяща интензивност на кавитацията е от съществено значение за избягване на прекомерен предварителен крекинг, особено при силно ароматни или нестабилни суровини [1,3]. Поради това правилното проектиране на системата за хидродинамична кавитация и оптимизирането на работните условия са от решаващо значение за безопасното и ефективно прилагане.
2.3 Инсталация за течен каталитичен крекинг (FCCU)
Предварително кондициониране на тежки суровини (напр, вакуумен газьол или остатъци) чрез хидродинамична кавитация може да подобри хомогенизацията на суровината и частично да разруши агрегатите, богати на асфалтен и метали, като потенциално намали ефективния товар от замърсители, които допринасят за образуването на CCR [6]. Интензивното срязване и микросмесването, генерирани от кавитацията, могат също така да подобрят дисперсията, масопреноса и цялостната реология на фуража, което може да подпомогне по-високата ефективност на конверсията и да намали тенденциите към замърсяване. Тези ефекти са демонстрирани в пилотен мащаб, но до момента няма публично достъпни данни, които да потвърждават прилагането на FCC в пълен мащаб. Интегрирането на хидродинамичната кавитация преди блока за FCC изисква внимателно проектиране на интерфейса за впръскване на фуража, включително налягане, температура, металургия и съвместимост със съществуващите системи за предварително нагряване и разпределение на фуража.
2.4 Хидроочистващи инсталации (DHT, CNHT, NHT)
Предварителното смесване на водород и нефт с помощта на кавитация може да подобри диспергирането на H₂ и междуфазовия контакт, като потенциално подобри десулфуризацията, отстраняването на азота и насищането на олефините [2,8]. Микротурбулентността и срязването увеличават наличната междуфазова площ, като смекчават ограниченията на масопренасянето, които намаляват ефективността на катализатора. Препоръчва се пилотно валидиране за оптимизиране на тежестта на кавитацията, времето на престой и интегрирането на модула. Подходящо проектираните модули за хидродинамична кавитация - платформи за налягане с материали, съвместими с условията на процеса - могат да осигурят по-висока конверсия на преминаване и подобрена дълготрайност на катализатора.
2.5 Обработка на реактивни горива с каустик (JCTU )
При обработката на реактивни горива с каустик хидродинамичната кавитация засилва контакта между разтвора на каустик и въглеводородите, като подобрява извличането на меркаптана и стабилността на продукта. Микросмесването и високото междуфазово обновяване могат да намалят потреблението на каустик, като същевременно поддържат или подобряват ефективността на подслаждане. Системите за инлайн хидродинамична кавитация позволяват директна модернизация с минимално прекъсване на процеса.
2.6 Алкилиращи агрегати (H₂SO₄ ALKY)
Хидродинамичната кавитация може да подобри контакта киселина-въглеводород в алкилиращите агрегати, насърчавайки по-равномерни условия на реакция и потенциално подобрявайки октановото число и добива на продукта [6]. Високото срязване, микротурбуленцията и колебанията на налягането ускоряват реакциите, катализирани от киселини. Прилагането им изисква строг подбор на материали, устойчива на корозия конструкция и строги протоколи за безопасност. Препоръчва се валидиране в пилотни мащаби преди приемането в пълен мащаб.
2.7 Подобряване и смесване на остатъци
Хидродинамичната кавитация може да подпомогне както смесването, така и частичното подобряване на тежки остатъци и вакуумни остатъци чрез подобряване на дисперсията, намаляване на вискозитета и подобряване на цялостната стабилност на горивото.
Приложения за надграждане
За надграждане кавитацията насърчава дезагрегацията на асфалтена, лекото напукване, намаляването на вискозитета, преминаването към по-леки фракции и минимизирането на утайките [2-4]. Доказано е, че обработката на остатъка с помощта на хидродинамична кавитация е по-рентабилна от акустичната кавитация за пилотни операции и може да подобри свойствата на битума, десулфуризацията и стабилността на емулсията в приложения като FCC суровини, хидроочистки и корабни горива [4,7,8]. Въпреки че повечето докладвани ползи произтичат от лабораторни и пилотни мащаби, правилният контрол на интензивността на кавитацията и времето на престой е от решаващо значение за безопасното и ефективно прилагане.
Приложения за смесване
В операциите по смесване хидродинамичната кавитация насърчава образуването на фини, стабилни дисперсии между тежки масла и компоненти с по-нисък вискозитет, като биодизел или пиролизни масла. Високото срязване и микротурбулентността, генерирани по време на кавитацията, подобряват смесимостта, намаляват склонността към фазово разделяне и повишават хомогенността по време на съхранение и обработка.
Независими тестове в лабораториите на Bureau Veritas и Data-physics потвърдиха тези подобрения. Таблица 1 обобщава сравнението на HFO 380, смесен с 20% биодизел (FAME), при използване на конвенционално ръчно смесване (HD) и смесване с кавитационна помощ (CF) със системата CaviFlow® на RAPTECH. Методът с кавитационно асистиране доведе до измерими подобрения в плътността, вискозитета, съдържанието на сяра, съдържанието на пепел, нивата на утайките и средния индекс на стабилност (MSI), като същевременно намали концентрацията на катранени фини. Тестовете на двигателите, проведени от FVTR GmbH, допълнително отчитат скромно (~1%) намаление на разхода на гориво за кавитационно обработената смес HFO-20% FAME.
В зависимост от размера на кораба, оперативния профил и цените на горивата, подобни подобрения на свойствата могат да се превърнат в значими оперативни ползи в морския сектор, където тежкият мазут остава доминиращ енергиен източник.
Таблица 1. Сравнение на HFO 380, смесен с 20 % биодизел (FAME), при използване на конвенционално ръчно смесване (HD) и смесване с кавитационна асистенция (CF).
(1) Тежки масла с °API < 22.3 обикновено се класифицират като "тежко гориво".
(2) Въпреки че температурата на възпламеняване намалява, и двете смеси остават доста над минималните граници по ISO 8217 за остатъчни корабни горива, което гарантира спазването на правилата за безопасност.
3. Заключение
Хидродинамичната кавитация представлява универсален инструмент за интензифициране на процеса, способен да се справи с няколко постоянни предизвикателства при рафинирането на нефт, включително хетерогенността на суровините, ограниченията на масовия трансфер, замърсяването и обработката на високовискозни остатъци. При обезсоляването на суров нефт, термичните и каталитичните конверсионни единици, каустичната обработка и алкилирането хидродинамичната кавитация предлага възможности за подобряване на дисперсията, равномерността на реакциите и стабилността на работата, като същевременно потенциално намалява потреблението на енергия и въздействието върху околната среда. Обещаващите резултати, демонстрирани за облагородяване на остатъци и кавитационното смесване - особено подобрената работа и стабилност на HFO-FAME смесите - подчертават значението на хидродинамичната кавитация, тъй като секторът на рафинирането и морските/бункерните горива преминават към по-разнообразни и възобновяеми горивни потоци. Въвеждането на стандарта ISO 8217:2024 [9], който позволява използването на корабни горива, съдържащи до 100 % FAME, допълнително засилва необходимостта от технологии, които могат да стабилизират смеси от тежки нефтени фракции с алтернативни горива. Способността на хидродинамичната кавитация да намалява вискозитета, да подобрява стабилността на фазите и да смекчава проблемите с утайките и замърсителите я поставя като практическо средство в този развиващ се пейзаж.
Успешното промишлено внедряване ще зависи от:
Автор: проф: Ахмад Сайлам | RAPTECH Eberswalde GmbH
Референции
Последните практически резултати - включително смесване и облагородяване на остатъка - показват измерими ползи при смесването на тежко гориво с алтернативни горива. Кавитационното смесване на HFO с 20 % FAME показа подобрени показатели за вискозитет, плътност, съдържание на утайки и стабилност, както и намалени фини частици и скромно подобрение на разхода на гориво. Тези констатации подчертават значението на хидродинамичната кавитация не само за процесите в рафинериите, но и за сектора на морските горива/бункерите, особено в контекста на ISO 8217:2024, който разрешава използването на морски горива, съдържащи до 100% FAME. Резултатите отразяват по-широката индустриална тенденция към нисковъглеродни, възобновяеми и по-променливи суровини.
Като цяло хидродинамичната кавитация и устройствата CaviFlow® на RAPTECH представляват обещаващ път за подобряване на преработваемостта, намаляване на енергийните изисквания и подпомагане на прехода към по-устойчиви системи за рафинерии и морски горива. Въпреки че повечето данни са от лабораторни и пилотни проучвания, нововъзникващите демонстрации - включително смесване и модернизиране на остатъци - подчертават потенциала на хидродинамичната кавитация за практическо промишлено внедряване.
1. Въведение
Процесите на преобразуване в рафинериите са от основно значение за превръщането на суровия петрол в транспортни горива, нефтохимически суровини и продукти с висока стойност. Ефективността и качеството на продуктите често са ограничени от хетерогенността на суровините, деактивирането на катализатора, замърсяването и ограниченията, свързани с масовия трансфер. Все по-широкото използване на тежки и свръхтежки сурови масла, които съставляват значителна част от възстановимите световни запаси, представлява допълнително предизвикателство поради високия вискозитет, ниската плътност по API (<20°) и повишеното съдържание на асфалтени [1]. Тези свойства възпрепятстват топло- и масопреноса, ускоряват замърсяването и увеличават образуването на кокс в термичните и каталитичните процеси.
Хидродинамичната кавитация се очертава като апрометираща стратегия за интензификация на процесите. Тя генерира контролирани микромехурчета, локализирани горещи точки, екстремно срязване и градиенти на налягането, които могат да подобрят химичните реакции, фазовата дисперсия и масопреноса. В сравнение с конвенционалното механично смесване или химическите добавки, хидродинамичната кавитация представлява потенциално енергийно ефективен и нискохимичен подход за справяне с тесните места в рафинерията [2]. Хидродинамичната кавитация може да се комбинира с катализатори, повърхностноактивни вещества, леки окислители (напр, H₂O₂, озон) или ултравиолетово облъчване за допълнително подобряване на ефективността на реакцията и по-чисти резултати от преработката [2].
Механично кавитацията може да предизвика модификации на молекулярно ниво във въглеводородите, включително дезагрегация на асфалтена, частично напукване и промени в реологичните свойства, които подобряват обработката на суровината и ефективността на реакцията [3]. Мащабирането на хидродинамичната кавитация за промишлени операции е предизвикателство поради липсата на стандартизиран метод за количествено определяне на интензивността на кавитацията в различни флуиди и изисква високи капиталови и оперативни разходи [1,4]. Доказателствата от лабораторни и пилотни проучвания показват, че хидродинамичната кавитация може да подобри технологичността и ефективността, въпреки че промишленото валидиране в пълен мащаб остава ограничено.
Процесите с помощта на хидродинамична кавитация могат да предложат оперативни и екологични ползи, включително намалено потребление на енергия, повишена производителност и по-ниски емисии на парникови газове. Те могат да допълнят конвенционалните методи за облагородяване, които често са енергоемки и рд дизайна на реакторите. Кавитационното число е предложено като систематичен параметър за оптимизиране на дизайна на реактора и свързване на експерименталните данни с практическите приложения.
2. Възможности за хидродинамична кавитация с голямо въздействие
2.1 Обезсоляване на суров нефт (CDU )
Интегрирането на хидродинамична кавитация на входа на обезсоляването може да подобри диспергирането на нефта и водата и отстраняването на солите. Микротурбуленцията, срязването и локализираните колебания на налягането насърчават разпадането на стабилни емулсии, като генерират фини, равномерни капки, които подобряват контакта вода-масло и ускоряват коалесценцията. Това може да доведе до по-ниско съдържание на остатъчни соли, намаляване на замърсяването и корозията и подобряване на ефективността на топлообмена [2]. Устройствата за хидродинамична кавитация могат да бъдат внедрени като компактни поточни платформи с минимални промени в съществуващата инфраструктура за обезсоляване.
2.2 Забавено коксуване (DCU)
Прилагането на хидродинамична кавитация към вакуумния остатък преди коксовите нагреватели може да подобри хомогенизирането на фуража и да предизвика леки ефекти на предварително пречистване. Срязването, микросмесването и локализираното термомеханично активиране насърчават частичната дезагрегация на асфалтена и намаляването на вискозитета, което позволява по-равномерен термичен крекинг [5,3]. Проучванията в пилотен мащаб отчитат подобрения в стабилността на нагревателя, намаляване на отлагането на кокс и скромно увеличение на добива на течни продукти, когато хидродинамичната кавитация се интегрира преди коксуването. Поддържането на подходяща интензивност на кавитацията е от съществено значение за избягване на прекомерен предварителен крекинг, особено при силно ароматни или нестабилни суровини [1,3]. Поради това правилното проектиране на системата за хидродинамична кавитация и оптимизирането на работните условия са от решаващо значение за безопасното и ефективно прилагане.
2.3 Инсталация за течен каталитичен крекинг (FCCU)
Предварително кондициониране на тежки суровини (напр, вакуумен газьол или остатъци) чрез хидродинамична кавитация може да подобри хомогенизацията на суровината и частично да разруши агрегатите, богати на асфалтен и метали, като потенциално намали ефективния товар от замърсители, които допринасят за образуването на CCR [6]. Интензивното срязване и микросмесването, генерирани от кавитацията, могат също така да подобрят дисперсията, масопреноса и цялостната реология на фуража, което може да подпомогне по-високата ефективност на конверсията и да намали тенденциите към замърсяване. Тези ефекти са демонстрирани в пилотен мащаб, но до момента няма публично достъпни данни, които да потвърждават прилагането на FCC в пълен мащаб. Интегрирането на хидродинамичната кавитация преди блока за FCC изисква внимателно проектиране на интерфейса за впръскване на фуража, включително налягане, температура, металургия и съвместимост със съществуващите системи за предварително нагряване и разпределение на фуража.
2.4 Хидроочистващи инсталации (DHT, CNHT, NHT)
Предварителното смесване на водород и нефт с помощта на кавитация може да подобри диспергирането на H₂ и междуфазовия контакт, като потенциално подобри десулфуризацията, отстраняването на азота и насищането на олефините [2,8]. Микротурбулентността и срязването увеличават наличната междуфазова площ, като смекчават ограниченията на масопренасянето, които намаляват ефективността на катализатора. Препоръчва се пилотно валидиране за оптимизиране на тежестта на кавитацията, времето на престой и интегрирането на модула. Подходящо проектираните модули за хидродинамична кавитация - платформи за налягане с материали, съвместими с условията на процеса - могат да осигурят по-висока конверсия на преминаване и подобрена дълготрайност на катализатора.
2.5 Обработка на реактивни горива с каустик (JCTU )
При обработката на реактивни горива с каустик хидродинамичната кавитация засилва контакта между разтвора на каустик и въглеводородите, като подобрява извличането на меркаптана и стабилността на продукта. Микросмесването и високото междуфазово обновяване могат да намалят потреблението на каустик, като същевременно поддържат или подобряват ефективността на подслаждане. Системите за инлайн хидродинамична кавитация позволяват директна модернизация с минимално прекъсване на процеса.
2.6 Алкилиращи агрегати (H₂SO₄ ALKY)
Хидродинамичната кавитация може да подобри контакта киселина-въглеводород в алкилиращите агрегати, насърчавайки по-равномерни условия на реакция и потенциално подобрявайки октановото число и добива на продукта [6]. Високото срязване, микротурбуленцията и колебанията на налягането ускоряват реакциите, катализирани от киселини. Прилагането им изисква строг подбор на материали, устойчива на корозия конструкция и строги протоколи за безопасност. Препоръчва се валидиране в пилотни мащаби преди приемането в пълен мащаб.
2.7 Подобряване и смесване на остатъци
Хидродинамичната кавитация може да подпомогне както смесването, така и частичното подобряване на тежки остатъци и вакуумни остатъци чрез подобряване на дисперсията, намаляване на вискозитета и подобряване на цялостната стабилност на горивото.
Приложения за надграждане
За надграждане кавитацията насърчава дезагрегацията на асфалтена, лекото напукване, намаляването на вискозитета, преминаването към по-леки фракции и минимизирането на утайките [2-4]. Доказано е, че обработката на остатъка с помощта на хидродинамична кавитация е по-рентабилна от акустичната кавитация за пилотни операции и може да подобри свойствата на битума, десулфуризацията и стабилността на емулсията в приложения като FCC суровини, хидроочистки и корабни горива [4,7,8]. Въпреки че повечето докладвани ползи произтичат от лабораторни и пилотни мащаби, правилният контрол на интензивността на кавитацията и времето на престой е от решаващо значение за безопасното и ефективно прилагане.
Приложения за смесване
В операциите по смесване хидродинамичната кавитация насърчава образуването на фини, стабилни дисперсии между тежки масла и компоненти с по-нисък вискозитет, като биодизел или пиролизни масла. Високото срязване и микротурбулентността, генерирани по време на кавитацията, подобряват смесимостта, намаляват склонността към фазово разделяне и повишават хомогенността по време на съхранение и обработка.
Независими тестове в лабораториите на Bureau Veritas и Data-physics потвърдиха тези подобрения. Таблица 1 обобщава сравнението на HFO 380, смесен с 20% биодизел (FAME), при използване на конвенционално ръчно смесване (HD) и смесване с кавитационна помощ (CF) със системата CaviFlow® на RAPTECH. Методът с кавитационно асистиране доведе до измерими подобрения в плътността, вискозитета, съдържанието на сяра, съдържанието на пепел, нивата на утайките и средния индекс на стабилност (MSI), като същевременно намали концентрацията на катранени фини. Тестовете на двигателите, проведени от FVTR GmbH, допълнително отчитат скромно (~1%) намаление на разхода на гориво за кавитационно обработената смес HFO-20% FAME.
В зависимост от размера на кораба, оперативния профил и цените на горивата, подобни подобрения на свойствата могат да се превърнат в значими оперативни ползи в морския сектор, където тежкият мазут остава доминиращ енергиен източник.
Таблица 1. Сравнение на HFO 380, смесен с 20 % биодизел (FAME), при използване на конвенционално ръчно смесване (HD) и смесване с кавитационна асистенция (CF).
| Параметър | Единица | Смесване (HD) | Смесване (CF) | Подобрение (%) |
|---|---|---|---|---|
| Плътност при 50°C | kg/m³ | 948.7 | 945.5 | 0.3 |
| °API @ 60 °F (1) | - | 13.83 | 14.32 | 3.5 |
| Кинематичен вискозитет при 50°C | cSt | 109.2 | 94.72 | 13 |
| Съдържание на сяра | % (m/m) | 1.35 | 1.33 | 1.5 |
| Съдържание на пепел | % (m/m) | 0.024 | 0.023 | 4 |
| Точка на изливане | °C | -15 | -15 | 0 |
| Температура на запалване (2) | °C | 129.5 | 103.5 | -20 (2) |
| Общ потенциал на седиментите | % (m/m) | 0.04 | 0.03 | 25 |
| Общо утайки Съществуващи | % (m/m) | 0.03 | 0.02 | 33 |
| Среден индекс на стабилност (MSI) | - | 0.24 | 0.19 | 26 |
| Финиши за котки (Al&Si) | mg/kg | 9 | 6 | 50 |
(1) Тежки масла с °API < 22.3 обикновено се класифицират като "тежко гориво".
(2) Въпреки че температурата на възпламеняване намалява, и двете смеси остават доста над минималните граници по ISO 8217 за остатъчни корабни горива, което гарантира спазването на правилата за безопасност.
3. Заключение
Хидродинамичната кавитация представлява универсален инструмент за интензифициране на процеса, способен да се справи с няколко постоянни предизвикателства при рафинирането на нефт, включително хетерогенността на суровините, ограниченията на масовия трансфер, замърсяването и обработката на високовискозни остатъци. При обезсоляването на суров нефт, термичните и каталитичните конверсионни единици, каустичната обработка и алкилирането хидродинамичната кавитация предлага възможности за подобряване на дисперсията, равномерността на реакциите и стабилността на работата, като същевременно потенциално намалява потреблението на енергия и въздействието върху околната среда. Обещаващите резултати, демонстрирани за облагородяване на остатъци и кавитационното смесване - особено подобрената работа и стабилност на HFO-FAME смесите - подчертават значението на хидродинамичната кавитация, тъй като секторът на рафинирането и морските/бункерните горива преминават към по-разнообразни и възобновяеми горивни потоци. Въвеждането на стандарта ISO 8217:2024 [9], който позволява използването на корабни горива, съдържащи до 100 % FAME, допълнително засилва необходимостта от технологии, които могат да стабилизират смеси от тежки нефтени фракции с алтернативни горива. Способността на хидродинамичната кавитация да намалява вискозитета, да подобрява стабилността на фазите и да смекчава проблемите с утайките и замърсителите я поставя като практическо средство в този развиващ се пейзаж.
Успешното промишлено внедряване ще зависи от:
- Прецизен контрол на интензивността на кавитацията за постигане на баланс между повишаването на ефективността и целостта на оборудването.
- Осигуряване на съвместимост с високотемпературни, корозивни или високовискозни технологични потоци.
- Интегриране на HC модулите в съществуващите конфигурации на рафинерията, без да се нарушава контролът на критичните процеси.
Автор: проф: Ахмад Сайлам | RAPTECH Eberswalde GmbH
Референции
- Demirbas, A.; Bafail, A.; Nizami, A.-S. Надграждане на тежкия нефт: Отключване на бъдещите доставки на горива. Petroleum Science and Technology, 2016, 34(4), 303-308. DOI: 10.1080/10916466.2015.1136949.
- Panda, D.; Saharan, V. K.; Manickam, S. Controlled Hydrodynamic Cavitation (Контролирана хидродинамична кавитация): A Review of Recent Advances and Perspectives for Greener Processing (Преглед на последните постижения и перспективи за по-екологична обработка). Processes, 2020, 8, 220. DOI: 10.3390/pr8020220.
- Kuimov, D.; Minkin, M.; Yurov, A.; Lukyanov, A. Current State of Research on the Mechanism of Cavitation Effects in the Treatment of Liquid Petroleum Products-Review and Proposals for Further Research (Куимов, Д.; Минкин, М.; Юров, А.; Лукянов, А. Съвременно състояние на изследванията върху механизма на кавитационните ефекти при обработката на течни нефтопродукти - преглед и предложения за по-нататъшни изследвания). Fluids, 2023, 8, 172. DOI: 10.3390/fluids8060172.
- Neelima, N. V.; Bhattacharya, S.; Holkar, C. R.; Jadhav, A. J.; Pandit, A. B.; Pinjari, D. V. Cavitation-Assisted Transformations in Bitumen Processing: A Review. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2024, 63, 6047-6065. DOI: 10.1021/acs.iecr.4c00785.
- Wan, C.; Wang, R.; Zhou, W.; Li, L. Experimental study on viscosity reduction of heavy oil by hydrogen donors using a cavitating jet (Експериментално изследване на намаляването на вискозитета на тежко масло чрез донори на водород с помощта на кавитираща струя). RSC Advances, 2019, 9, 2509-2515. DOI: 10.1039/C8RA08087A.
- Stebeleva, O. P.; Minakov, A. V. Application of Cavitation in Oil Processing (Приложение на кавитацията при преработката на нефт): An Overview of Mechanisms and Results of Treatment (Преглед на механизмите и резултатите от обработката). ACS Omega, 2021 г. DOI: 10.1021/acsomega.1c05858.
- Davudov, D.; Ghanbarnezhad Moghanloo, R. A systematic comparison of various upgrading techniques for heavy oil (Систематично сравнение на различни техники за облагородяване на тежък нефт). Journal of Petroleum Science and Engineering, 2017, 156, 623-632. DOI: 10.1016/j.petrol.2017.05.014.
- Cako, E.; Wang, Z.; Castro-Muñoz, R.; Rayaroth, M. P.; Boczkaj, G. Cavitation based cleaner technologies for biodiesel production and processing of hydrocarbon streams (Кавитационни технологии за производство на биодизел и преработка на въглеводородни потоци): Преглед на основните принципи, липсващите данни за процесите и икономическата осъществимост. Ultrasonics Sonochemistry, 2022, 88, 106081. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2022.106081.
- Работна група за горива към CIMAC. Ръководство на CIMAC: Морски горива, съдържащи FAME - ISO 8217:2024. CIMAC, 2024 Г.
