Мазут как топливо. Рекомендации по рациональному использованию

где r - радиус частиц воды;
D 1 - плотность воды;
D 2 - плотность мазута;
g - ускорение силы тяжести;
η - вязкость мазута.
2. Мазут содержит от 8,12 до 16,6% смол, от 0,94 до 14,5% асфальтенов, от 0,03 до 1,32% карбенов и карбоидов, а также парафиновые, нафтеновые, ароматические углеводы и другие соединения. В результате взаимодействия молекул некоторых органических соединений с водой происходит гидратация, образование кристаллогидратов. Образуются также коллоидные системы - мицеллы, сорбционно связывающие на своей поверхности воду.
Связанная вода приобретает свойства отличные от свободной воды. Известно, например, что кристаллогидрат сульфата меди CuSO 4 · 5H 2 O - медный купорос, полностью обезвоживается выше 258 o C. (Краткая химическая энциклопедия, М., Сов. энциклопедия, 1963).
Из гидратированного мазута путем отстаивания воду удалить невозможно.
3. При длительном хранении обводненного мазута развиваются колонии микроорганизмов. Развитие микроорганизмов способствует эмульгированию топлив, образованию слизи. Это приводит к стабилизации дисперсной системы вода-мазут и затруднениям при отделении воды от мазута методом отстаивания.
В связи с этим мазутные шламы, содержащие до 50% и более воды, чрезвычайно трудно отделить от воды и чаще всего для уничтожения их сжигают в специальных печах (И.Г. Фукс и др. Энциклопедические проблемы рационального использования смазочных материалов", М., Нефть и газ, 1993 г; П.В. Чулков, И. П. Чулков, Краткий словарь-справочник по нефтепродуктам, М, Политехника, 1997 г.; П.В. Чулков, И.П. Чулков, Топлива и смазочные материалы: ассортимент, качество, применение, экономика, экология, М., "Политехника", 1995 г.).
Известен способ термического обезвоживания нефтепродуктов, например, битума, нагреванием исходного битума до текучего состояния при перемешивании смеси исходного и обезвоженного битумов при 100 - 150 o C. Этот способ трудоемок, так как необходимо перемешивать смесь битумов с добавкой поверхностно-активного вещества с использованием специальных мешалок при температуре 100 - 150 o C. (Авторское свид. СССР 1747467, 1990 г.).
Температура вспышки у битума находится на уровне 220 - 240 o C поэтому можно греть весь объем битума при такой температуре, но нельзя применить этот способ для обезвоживания такого нефтепродукта, как мазут, температура вспышки которого в открытом тигле не ниже около 110 o C (П.В. Чулков, И.П. Чулков, Краткий словарь-справочник по нефтепродуктам, М., Политехника, 1997 г.).
Целью изобретения является разработка такого способа обезвоживания мазута и мазутных обводненных шламов длительного хранения, который можно реализовать на нефтебазах и нефтеперерабатывающих заводах, с использованием существующих резервуаров и оборудования.
Данная задача достигается тем, что в емкость с обводненным мазутом помещают нагреватели с температурой поверхности стенки 150 - 190 o C.
За счет местного нагрева мазута до температуры нагревателей (150 - 190 o C) разрушаются кристаллогидраты и мицеллы на составляющие - воду и органические соединения. Для перемешивания мазута нет необходимости в мешалках - он перемешивается конвективным потоком нагретого мазута за счет нагревателей, а также выделяющимися парами воды. Пары воды удаляются из мазута в результате испарения. Одновременно, при наличии, гибнут колонии микроорганизмов - мазут пастеризуется.
Температура вспышки топочного мазута М100 в открытом тигле не ниже 110 o C. Для избежания воспламенения паров мазута от внешнего воздействия, например искры, необходимо чтобы температура мазута на поверхности была меньше 110 o C.
С другой стороны, для удаления связанной воды из обводненного мазута его необходимо нагреть до 150 - 190 o C, в зависимости от требования по конечному содержанию воды в мазуте. Указанное выше противоречие решается за счет размещения в донной части резервуара трубчатых нагревателей с температурой поверхности 150 - 190 o C.
Отношение поверхности нагревателя к массе мазута определяется исходя из следующего:
- средняя температура мазута во время термического обезвоживания должна быть в пределах 100 - 110 o C, что обеспечивает из условий безопасности процесса выкипание воды при температуре ниже температуры вспышки мазута;
- нагрев мазута до температуры 100 - 110 o C не должен быть длительным;
По результатам исследований выбрана оптимальная скорость нагрева мазута до 100 o C, равная 8 - 16 градусов в час.
Исходя из обеспечения этих условий экспериментально установлено отношение поверхности нагревателя к массе мазута в теплоизолированном горизонтальном резервуаре объемом 60 м 3 . Это отношение равно 0,2 - 0,4 м 2 нагревателя на 1 тонну мазута при заполнении резервуара на 70% от общего объема резервуара.
Осуществляется способ следующим образом. Для обезвоживания мазута используют вертикальные и горизонтальные резервуары, предназначенные для хранения нефтепродуктов, и обогреваемые в нижней части нагревателями, например трубчатыми, с температурой поверхности 150 - 190 o C. Резервуар заполняется обводненным мазутом.
После включения обогрева средняя температура мазута в резервуаре поднимается до 105 - 108 o C. Местная температура мазута в локальной зоне соприкосновения его с нагревателем поднимается вплоть до 150 - 190 o C. Нагрев обводненного мазута ведут до тех пор, пока содержание воды не уменьшится для топочных мазутов до величины не более 5% или до выбранного заранее значения. Указанным способом топочный мазут и обводненные мазутные шламы обезвоживаются вплоть до 2% и менее.
Количество испаряемой воды за один час (М) можно оценить по следующей формуле:

где m - масса обводненного мазута, кг;
c - теплоемкость обводненного мазута, ккал/кг-град.;
t 1 - температура в начале нагрева, град.;
t 2 - температура обводненного мазута близкая к температуре кипения воды, o C (например 95 o C);
τ - время нагрева обводненного мазута от температуры t 1 до t 2 , час;
Q исп. - теплота испарения воды, ккал/кг.
Для определения температуры, до которой следует нагревать обезвоженный мазут, чтобы удалить воду, проводились следующие эксперименты.
Литровый химический стакан, содержащий 300 мл обезвоженного мазута и термометр для измерения температуры жидкости ставили на электроплитку ЭЛГА-1 и снимали кривую зависимости температуры (T) мазута от времени (τ) при его постоянном нагреве. Темп нагрева во время экспериментов не изменяли. На рисунке 1 дана зависимость T (τ) для двух видов мазута - обводненного мазутного шлама длительного хранения (более 5 лет) содержащего 50% воды, не отделяющейся методом отстаивания, и мазута, содержащего 2% воды.
Из фиг. 1 видно, что мазут, содержащий в начале эксперимента 50% воды за 5 минут нагревается до 100 o C, за 20 минут - до 120 o C, а при дальнейшем нагрева вплоть до 110 мин. температура находится в пределах 125 - 130 o C (τ = 30-110 мин.) . Содержание воды в мазуте через 110 мин было равно 28%.
При включении подогрева мазут, содержащий 2% воды, нагревается с меньшей скоростью чем обводненный мазут содержащий 50% воды (фиг. 1). Через 30 мин кривая T (τ) выходит на участок независимости T (τ) вплоть до 40 мин. Участок независимости T (τ) наблюдается и при температуре 170 o C в течение 6 мин. Мазут нагревали до 180 o C. При нагреве мазута было слышно потрескивание, при этом на поверхности выделялись газовые пузыри. Началось потрескивание при T = 40 o C с интервалом около 1 мин, а при 95 o C треск слышится через каждую секунду, при 175 o C потрескивание редкое, а при 180 o C потрескивание исчезло.
Потрескивание с выделением пузырьков на поверхности наблюдалось и при нагреве обводненного мазута с 50% воды. На 110 минуте был значительный выброс мазута из стакана - около 5 грамм.
Для полного удаления воды из мазута его необходимо локально нагревать до температуры не менее 180 o C. При использовании трубчатых паронагревателей температура пара должна быть на уровне 190 o C для обеспечения гарантированного локального нагрева мазута до 180 o C.
Нагреватели в резервуарах желательно использовать трубчатые. Они могут обогреваться паром, высокотемпературным носителем, электрическими нагревателями.
Предлагаемый способ термического обезвоживания мазута реализован на Московской нефтебазе.
Способ позволил обезводить 200 тонн обводного мазутного шлама, содержащего 50% воды. Шлам представлял собой однородную желеобразную массу. Попытки обезводить мазутный шлам методом отстаивания результатов не дали - вода не удалялась.
Использовался теплоизолированный горизонтальный резервуар объемом 60 м 3 , обогреваемый паровыми трубчатыми нагревателями с температурой насыщения водяного пара 170 - 180 o C. В одном из опытов в резервуар закачали 46 тонн мазутного шлама. Время обработки шлама было трое суток. Температура мазута на поверхности во время обезвоживания не превышала 108 o C (фиг. 2). За 72 часа удалено 22400 кг воды - за один час 244 кг воды. Содержание воды в полученном мазуте по результатам анализа было доведено до 5%.
Заявленный способ может быть промышленно применим на нефтебазах, нефтеперерабатывающих заводах, теплоэлектростанциях, работающих на мазутном топливе и других объектах, где используется мазут.

Журнал "Новости теплоснабжения", № 6 (10) июнь 2001, С. 15 – 18, www.ntsn.ru

Я.М. Щелоков

Мазут обладает рядом несомненных качеств как топливо:

1. Высокая теплотворность -9500 ккал/кг.

3. Возможность получения светящегося пламени, обеспечивающего высокий радиационный теплообмен в топочном пространстве.

4. Возможность организации при определенных условиях, его сжигание в малых по габаритам топках.

Но мазут, как топливо, имеет ряд серьезных недостатков:

1. Нестабильный состав каждой партии мазута - от близкого к нефти до преимущественно в виде высоковязких крекинг-остатков. В последнем случае быстро закоксовываются форсунки, затягивается процесс горения.

2. Повышенные требования к технике безопасности. Например, температура вспышки не выше 100-120°С.

3. Высокое содержание серы, около 3,5%>

4. Высокая температура застывания +(25-30 °С).

5. Высокая цена, особенно в последнее время.

Но, на наш взгляд, наиболее существенные недостатки мазута следующие: неудобство в эксплуатации, вызванное многоступенчатостью в подготовке мазута к использованию: разогрев, слив, организация хранения без расслоения на мазут и воду, разогрев и перемешивание в баках, транспортировка по трубопроводам, дополнительный подогрев перед форсунками, распыл, сжигание, предотвращение коррозионных процессов в котлах и экологических последствий по составу выбросов в атмосферу и по сливу замазученных вод, обеспечение требований техники безопасности. И по каждому этапу подготовки и использования должно быть обеспечено высокое качество исполнения. Это требование не допускает исключений.

Высокозатратный механизм использования мазута:

Только норматив тепловых потерь на собственные нужды более 10% (у природного газа - 3%);

Затраты электроэнергии на перекачку;

Дополнительный персонал на слив мазута, организацию его хранения и т.д.;

Повышенные температуры для дымовых газов за котлом, для снижения их коррозионной активности и др.

То есть мазут требует к себе ответственного, квалифицированного и трезвого отношения на всех этапах его использования.

Подготовка мазута к сжиганию

Подготовка мазута к использованию начинается с одной из самых важных операций - разогрев его в цистернах и слив для хранения. Разогрев в этом случае производится подачей свежего пара в слой мазута с помощью штанг или гибких металлических рукавов. При этом происходят большие утечки пара и обводнение мазута. Причем основная часть влаги попадает в мазут в период зачистки цистерн. За это время мазут обводняется на 2-4,5%. Основные показатели работы устройств при разогреве мазута марки М-100 свежим паром с параметрами 12 ати и 280 °С (объем цистерны 50 м 3 , температура воздуха-10 °С):

Обеспечение оптимальной температуры для слива не ниже 60 °С при общем расходе пара на цистерну около 2,7 тонны при продолжительности слива - 5,5 часов.

В случае применения пара с более низкими параметрами его расход увеличивается на 15-20%.

В этом случае большую часть топлива до начала зачистки цистерны рекомендуется сливать в основные мазутные резервуары. А обводненный мазут при зачистке цистерны сливать в специальный промежуточный бак. В этом случае количество конденсата, подаваемого с топливом в основные мазутные резервуары, можно сократить в 2-5 раз, т.е. уменьшить обводненность до 0,5-1,0%. Такое разделение топлива по влажности позволит дифференцирование подойти к вопросу организации его сжигания. Вода в мазуте влияет на эффективность его использования. В случае подачи в форсунки плохо перемешанного обводненного мазута наблюдаются пульсации горения, которые приводят и к срыву пламени. Наблюдается также перерасход топлива за счет недожога.

Вместе с тем при сжигании мазута с хорошо диспергированной в нем водой, при ее содержании 5-10% и даже более, усиливается эффективность распыливания, повышается устойчивость горения, снижается содержание вредных выбросов (оксиды азота, углерода и др). Поэтому при подготовке мазута к сжиганию следует обеспечить:

Невысокое (до 3%) содержание воды в мазуте;

Глубокое перемешивание воды с мазутом;

Необходимые температуры подогрева мазута.

О снижении содержания воды было сказано выше. При невысокой степени обводнения необходимое перемешивание мазута можно обеспечить при реализации циркуляционного его подогрева. В этом случае топливо из резервуара подается насосом в специальный внешний подогреватель и затем подогретым возвращается в резервуар. При наличии подогревателей внутри бака, как правило, достаточна организация рециркуляция мазута в баке перед подачей его к форсункам.

Желателен дополнительный подогрев мазута перед форсунками, особенно при механическом распыливании. Но при этом следует следить за тем, чтобы трубы теплообменника обеспечивали необходимую паровую плотность, для избежания дополнительного обводнения мазута.

Параметры температурного режима при подогреве мазута приведены в табл.1.

На всех этапах подготовки мазута должна быть обеспечена возможность замера и контроля его температуры.

Мазутопроводы

Для исключения забивания мазугопроводов и особенно форсунок следует предусматривать установку фильтров грубой и тонкой очистки. Должен быть обеспечен 100% запас по их пропускной способности.

Размеры подводящих мазутопроводов зависят от расхода топлива (см. табл. 2).

При расчете подводящих паре- и воздухопроводов рекомендуется принимать следующие скорости движения среды (м/с): для насыщенного пара 20-30, перегретого пара 30-60, вентиляторного и компрессорного воздуха - соответственно 10-15 и 15-20.

Трубопроводы мазута прокладываются со спутниками-паропроводами в одной изоляции. Обязательно предусматривать возможность продувки мазутопроводов паром.

Сжигание мазута

Температурные параметры мазута перед его сжиганием указаны в табл.1. В котлах для распыла мазута используются паровые (паромеханические) или механические форсунки. Какие требования по их выбору?

В настоящее время на котлах чаще всего предусматривается установка механических форсунок. Минимально допустимое давление мазута перед ними - 18 атм. В табл.3 приводятся необходимые размеры сопла форсунки в зависимости от расхода мазута (давление мазута 18 атм).

Диаметр выходного сечения мазутного сопла следует принимать во избежание засорения и закоксовывания не менее 3 мм, даже если по расчету получено меньшее значение. То есть все форсунки с расходом менее 500-550 кг/ч должны иметь сопло не менее 3 мм диаметром, и следовательно должны быть по своей конструкции паромехаиическими или паровыми с расходом пара до 10% от расхода мазута. Скорость мазута из сопла должна быть около 60-80 м/с. В случае применения на водогрейных котлах паромеханических форсунок следует максимально ограничивать расход пара для избежания сернистой коррозии экранных труб.

Из табл. 3 видно также, что при изменении диаметра сопла на 0,5 мм расход мазута увеличивается с 500 до 680 кг/ч, то есть почти на 40%. Поэтому необходима обязательная тарировка форсунок на стенде при подаче воды, что позволяет:

Подобрать форсунки, одинаковые по расходу;

Обеспечить визуальное качество распыления;

Определить угол раскрытия факела;

Обеспечить соответствие расхода топлива через форсунку требуемому по параметрам горелки (котла).

Скорость воздуха в горелке должна быть около 40 м/с. В этом случае удается избежать химического недожога. Целесообразно при этом обеспечивать высокую степень турбулентности воздушного потока из горелки (применение лопаточных аппаратов). В этом случае обеспечивается отсутствие механического недожога. Целесообразен также и подогрев воздуха до температуры 15б-200°С.

Для горелок с расходом мазута 450 - 550 кг/ч длина факела в топке не должна превышать 2,5 м. Если длина факела больше, следует искать причину (распыл плохой, форсунка нетарированная и т.д.). Допускается увеличение визуальной длины факела примерно на 1 м на каждые 200 кг/ч роста расхода топлива через горелку. Мазутный факел не должен ударять в обмуровку и тем более в поверхности нагрева. Это недопустимо.

На мазутных котлах обязательно необходимо обеспечить безнакипный режим работы котлов за счет умягчения воды или обработки ее антинакипином СК-110. Одно только это позволяет снизить расход топлива на 20-25%, сократить объем ремонтных работ.

Если на мазутном котле имеются конвективные поверхности нагрева, воздухоподогреватель, то температура уходящих газов не должна быть ниже155- 160 °С с целью избежания сернокислотной коррозии. Недопустимы локальные "переохлаждения" труб, металлической обмуровки и тд. за счет приео-сов холодного воздуха в газоход и т.п. В этих местах неизбежны коррозионные повреждения.

Заключение

В советское время мазут был нормативно (в СНиП, ОСТ, ГОСТ) прописан как основное, резервное, аварийное, технологическое топливо. В результате появилось большое число объектов, где мазут был единственным и незаменимым топливом. Что и пытаются многие сохранить до сих пор. Но ситуация в корне изменилась:

Цена на мазут в 3-5 раз выше средней по топливам;

Мазут не распределяется, а приобретается на т.н. рынке;

Использование его становится многозатратным (большие собственные нужды, высокое содержание серы и т.д.).

Поэтому мазут практически по всем своим параметрам не отвечает требованиям, которые должно обеспечивать одновременно основное и резервное топливо. Отсюда следует:

Эксплуатация теплоисточников, на которых мазут и основное и резервное топливо не может быть надежной с точки зрения исключения чрезвычайных ситуаций;

Мазут теперь сам требует наличия резервного топлива, а в отдельных случаях и полной его замены на местные виды топлив.

В табл. 4 для сравнения приведены примерные показатели работы водогрейной котельной с котлами с номинальной мощностью 6,5-10 Гкал/час в зависимости от вида сжигания топлива. Экономические показатели местных видов топлив выше, чем по угольному топливу, да и мазуту, а по экономическим показателям у местных топлив потенциальная вредность (опасность) продуктов сгорания находится практически на уровне опасности продуктов сгорания природного газа.

Одна из главных проблем при хранении мазута - насыщение его водой и загрязнение механическими примесями. Это может происходить по нескольким причинам:

При поступлении мазута железнодорожным транспортом по технологии разогрева происходит взаимодействие прямого (острого) пара с нефтепродуктом. Во время разгрузки и приемки мазут насыщается водой, что приводит к повышению содержания воды в мазуте до 5%.
В лотки, находящиеся под железнодорожной цистерной, попадает песок, различный мусор, вода, в общем, все то, что находится в естественном фоне окружающей среды. Все это рано или поздно попадает в емкость, что приводит к повышенному содержанию механических примесей в мазуте.
При длительной эксплуатации мазутного хозяйства и продолжительном сроке хранения мазута без проведения технических осмотров и ремонта емкостей и регистров подогрева нефтепродукта, происходит повреждение системы подачи пара в емкость. Из-за этого повышается содержание воды, что негативно сказывается на состоянии мазута. Причем насыщение мазута водой происходит очень быстро.
Незакрытые люки емкости, дырявая проржавевшая от старости кровля (на резервуарах РВС) также не добавляют качества мазуту. Песок, вода, листья деревьев, перчатки, тряпки и различный мусор от неаккуратного обслуживающего персонала «добивают» мазут и все мазутное хозяйство.

В дальнейшем, из-за разницы плотности мазута и воды происходит расслоение: мехпримиси, вода выпадают вниз, а мазут остается наверху. Мазут старый с повышенным содержанием воды также при остывании, когда ни используется мазутное хозяйство, расслаивается на слои воды и мазута. Более тяжелые слои, с большим содержание воды, опускаются вниз, более легкие поднимаются наверх. Пример можно увидеть на рисунке.

Распределение воды в массе мазута

Мазут старый в своей массе имеет различный процент содержания воды. Так как вода тяжелее мазута, в верхних слоях процент содержания воды может составлять 10%, а в нижних слоях - 30-50%. Таким образом среднее значение обводнения мазута составит 20-30%. Для определения параметров обводнения мазута следует брать пробы с различных слоев Для правильного определения воды и мехпримиси в мазуте необходимо брать пробы с трех уровней: с верхнего, среднего и нижнего.

Мазут с пониженным содержанием воды

Мазут с средним содержанием воды

Мазут с повышенным содержанием воды

Нефтешлам и вода

Как определить процент воды в мазуте

Точные данные вам может предоставить только лаборатория.

Однако приблизительную степень обводнения можно определить визуально. Мазут, соответствующий требованиям ГОСТ, черного цвета, по консистенции в холодном состоянии похож на мёд. При этом, сильно обводненный не разогретый мазут по консистенции похож на битум: очень вязкий, при растягивании по поверхности стремится вернуться в исходное состояние, как резина.

Мазут по ГОСТ	Мазут до 10%	Мазут до 20%	Мазут до 30%	Мазут до 50%
Цвет черный	Цвет черный	Цвет черный с оттенком коричневого	Цвет черный с насыщенным оттенком коричневого	Цвет коричневый

Понижение процента содержания воды путем нагрева и циркуляции.

Нагреть мазут в емкости исправной системой подогрева до максимально допустимой температуры (согласно Вашему проекту), не допуская контакта пара с мазутом. По достижении необходимой температуры продолжать удерживать ее в течение 5-14 дней (Этот показатель зависит от общего объема емкости и мощности регистров).
Затем выключить подогрев мазута и дать ему остыть до температуры не менее 30°С, основная масса воды при этом выпадет в нижние слои емкости. Слить воду (согласно Вашему проекту).
Повторить разогрев до максимально допустимой температуры (согласно Вашему проекту), удерживать ее в течение 5-14 дней, не остужая емкость слить воду (согласно Вашему проекту).
Запустить циркуляцию мазута через подогреватель типа ПМБ (согласно Вашему проекту). Внутри подогревателя мазут достигает температуры более 100°С, что приводит к вскипанию воды, которая конденсируется в дальнейшем внутри емкости и выпадает в нижние слои.
Слить воду (согласно Вашему проекту).
Продолжать циркуляцию и слив конденсата до допустимых значений показателей воды.

Если Ваше мазутное хозяйство по какой-либо причине не позволяет провести описанный выше технологический процесс, мы рекомендуем продать обводненный мазут по истечении рекомендованного срока хранения мазута, что компенсирует затраты на ремонт и восстановление мазутного хозяйства. Перед продажей старого мазута для повышения стоимости также рекомендуется провести мероприятия по снижению процента воды в массе.

Изобретение относится к способу обезвоживания мазута и мазутных обводненных шламов. Обводненный мазут подвергают местному нагреву в резервуаре с помощью нагревателей с температурой поверхности 150 - 190 o C. Нагрев ведут до достижения заданного содержания воды в мазуте. При этом отношение поверхности нагревателя к массе мазута составляет 0,2-0,4 м 2 /т. Технический результат состоит в том, что предложенный способ можно реализовать на нефтебазах и нефтеперерабатывающих заво-дах с использованием существующих резервуаров и оборудования. 2 ил.

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано при обезвоживании мазута и переработке обводненных мазутных шламов в топливный мазут. Известно обезвоживание мазута путем отстаивания воды при нагреве мазута до 70 - 90 o C. Отстой производят при выключенных нагревателях, так как включенные подогреватели вызывают конвекционные потоки жидкостей и затрудняют отстой (Правила технической эксплуатации нефтебаз, М, недра, 1986) Недостатки этого способа следующие. 1. При плотности мазута 0,99 - 1,01 г/см 3 , близкой к плотности воды (1,0 г/см 3), метод неприемлем, так как скорость седиментации (v) частиц воды, согласно уравнению Стокса уменьшается до нулевого значения. где r - радиус частиц воды; D 1 - плотность воды; D 2 - плотность мазута; g - ускорение силы тяжести; - вязкость мазута. 2. Мазут содержит от 8,12 до 16,6% смол, от 0,94 до 14,5% асфальтенов, от 0,03 до 1,32% карбенов и карбоидов, а также парафиновые, нафтеновые, ароматические углеводы и другие соединения. В результате взаимодействия молекул некоторых органических соединений с водой происходит гидратация, образование кристаллогидратов. Образуются также коллоидные системы - мицеллы, сорбционно связывающие на своей поверхности воду. Связанная вода приобретает свойства отличные от свободной воды. Известно, например, что кристаллогидрат сульфата меди CuSO 4 5H 2 O - медный купорос, полностью обезвоживается выше 258 o C. (Краткая химическая энциклопедия, М., Сов. энциклопедия, 1963). Из гидратированного мазута путем отстаивания воду удалить невозможно. 3. При длительном хранении обводненного мазута развиваются колонии микроорганизмов. Развитие микроорганизмов способствует эмульгированию топлив, образованию слизи. Это приводит к стабилизации дисперсной системы вода-мазут и затруднениям при отделении воды от мазута методом отстаивания. В связи с этим мазутные шламы, содержащие до 50% и более воды, чрезвычайно трудно отделить от воды и чаще всего для уничтожения их сжигают в специальных печах (И.Г. Фукс и др. Энциклопедические проблемы рационального использования смазочных материалов", М., Нефть и газ, 1993 г; П.В. Чулков, И. П. Чулков, Краткий словарь-справочник по нефтепродуктам, М, Политехника, 1997 г.; П.В. Чулков, И.П. Чулков, Топлива и смазочные материалы: ассортимент, качество, применение, экономика, экология, М., "Политехника", 1995 г.). Известен способ термического обезвоживания нефтепродуктов, например, битума, нагреванием исходного битума до текучего состояния при перемешивании смеси исходного и обезвоженного битумов при 100 - 150 o C. Этот способ трудоемок, так как необходимо перемешивать смесь битумов с добавкой поверхностно-активного вещества с использованием специальных мешалок при температуре 100 - 150 o C. (Авторское свид. СССР 1747467, 1990 г.). Температура вспышки у битума находится на уровне 220 - 240 o C поэтому можно греть весь объем битума при такой температуре, но нельзя применить этот способ для обезвоживания такого нефтепродукта, как мазут, температура вспышки которого в открытом тигле не ниже около 110 o C (П.В. Чулков, И.П. Чулков, Краткий словарь-справочник по нефтепродуктам, М., Политехника, 1997 г.). Целью изобретения является разработка такого способа обезвоживания мазута и мазутных обводненных шламов длительного хранения, который можно реализовать на нефтебазах и нефтеперерабатывающих заводах, с использованием существующих резервуаров и оборудования. Данная задача достигается тем, что в емкость с обводненным мазутом помещают нагреватели с температурой поверхности стенки 150 - 190 o C. За счет местного нагрева мазута до температуры нагревателей (150 - 190 o C) разрушаются кристаллогидраты и мицеллы на составляющие - воду и органические соединения. Для перемешивания мазута нет необходимости в мешалках - он перемешивается конвективным потоком нагретого мазута за счет нагревателей, а также выделяющимися парами воды. Пары воды удаляются из мазута в результате испарения. Одновременно, при наличии, гибнут колонии микроорганизмов - мазут пастеризуется. Температура вспышки топочного мазута М100 в открытом тигле не ниже 110 o C. Для избежания воспламенения паров мазута от внешнего воздействия, например искры, необходимо чтобы температура мазута на поверхности была меньше 110 o C. С другой стороны, для удаления связанной воды из обводненного мазута его необходимо нагреть до 150 - 190 o C, в зависимости от требования по конечному содержанию воды в мазуте. Указанное выше противоречие решается за счет размещения в донной части резервуара трубчатых нагревателей с температурой поверхности 150 - 190 o C. Отношение поверхности нагревателя к массе мазута определяется исходя из следующего: - средняя температура мазута во время термического обезвоживания должна быть в пределах 100 - 110 o C, что обеспечивает из условий безопасности процесса выкипание воды при температуре ниже температуры вспышки мазута; - нагрев мазута до температуры 100 - 110 o C не должен быть длительным; По результатам исследований выбрана оптимальная скорость нагрева мазута до 100 o C, равная 8 - 16 градусов в час. Исходя из обеспечения этих условий экспериментально установлено отношение поверхности нагревателя к массе мазута в теплоизолированном горизонтальном резервуаре объемом 60 м 3 . Это отношение равно 0,2 - 0,4 м 2 нагревателя на 1 тонну мазута при заполнении резервуара на 70% от общего объема резервуара. Осуществляется способ следующим образом. Для обезвоживания мазута используют вертикальные и горизонтальные резервуары, предназначенные для хранения нефтепродуктов, и обогреваемые в нижней части нагревателями, например трубчатыми, с температурой поверхности 150 - 190 o C. Резервуар заполняется обводненным мазутом. После включения обогрева средняя температура мазута в резервуаре поднимается до 105 - 108 o C. Местная температура мазута в локальной зоне соприкосновения его с нагревателем поднимается вплоть до 150 - 190 o C. Нагрев обводненного мазута ведут до тех пор, пока содержание воды не уменьшится для топочных мазутов до величины не более 5% или до выбранного заранее значения. Указанным способом топочный мазут и обводненные мазутные шламы обезвоживаются вплоть до 2% и менее. Количество испаряемой воды за один час (М) можно оценить по следующей формуле:

где m - масса обводненного мазута, кг;
c - теплоемкость обводненного мазута, ккал/кг-град.;
t 1 - температура в начале нагрева, град.;
t 2 - температура обводненного мазута близкая к температуре кипения воды, o C (например 95 o C);
- время нагрева обводненного мазута от температуры t 1 до t 2 , час;
Q исп. - теплота испарения воды, ккал/кг. Для определения температуры, до которой следует нагревать обезвоженный мазут, чтобы удалить воду, проводились следующие эксперименты. Литровый химический стакан, содержащий 300 мл обезвоженного мазута и термометр для измерения температуры жидкости ставили на электроплитку ЭЛГА-1 и снимали кривую зависимости температуры (T) мазута от времени () при его постоянном нагреве. Темп нагрева во время экспериментов не изменяли. На рисунке 1 дана зависимость T () для двух видов мазута - обводненного мазутного шлама длительного хранения (более 5 лет) содержащего 50% воды, не отделяющейся методом отстаивания, и мазута, содержащего 2% воды. Из фиг. 1 видно, что мазут, содержащий в начале эксперимента 50% воды за 5 минут нагревается до 100 o C, за 20 минут - до 120 o C, а при дальнейшем нагрева вплоть до 110 мин. температура находится в пределах 125 - 130 o C ( = 30-110 мин.) . Содержание воды в мазуте через 110 мин было равно 28%. При включении подогрева мазут, содержащий 2% воды, нагревается с меньшей скоростью чем обводненный мазут содержащий 50% воды (фиг. 1). Через 30 мин кривая T () выходит на участок независимости T () вплоть до 40 мин. Участок независимости T () наблюдается и при температуре 170 o C в течение 6 мин. Мазут нагревали до 180 o C. При нагреве мазута было слышно потрескивание, при этом на поверхности выделялись газовые пузыри. Началось потрескивание при T = 40 o C с интервалом около 1 мин, а при 95 o C треск слышится через каждую секунду, при 175 o C потрескивание редкое, а при 180 o C потрескивание исчезло. Потрескивание с выделением пузырьков на поверхности наблюдалось и при нагреве обводненного мазута с 50% воды. На 110 минуте был значительный выброс мазута из стакана - около 5 грамм. Для полного удаления воды из мазута его необходимо локально нагревать до температуры не менее 180 o C. При использовании трубчатых паронагревателей температура пара должна быть на уровне 190 o C для обеспечения гарантированного локального нагрева мазута до 180 o C. Нагреватели в резервуарах желательно использовать трубчатые. Они могут обогреваться паром, высокотемпературным носителем, электрическими нагревателями. Предлагаемый способ термического обезвоживания мазута реализован на Московской нефтебазе. Способ позволил обезводить 200 тонн обводного мазутного шлама, содержащего 50% воды. Шлам представлял собой однородную желеобразную массу. Попытки обезводить мазутный шлам методом отстаивания результатов не дали - вода не удалялась. Использовался теплоизолированный горизонтальный резервуар объемом 60 м 3 , обогреваемый паровыми трубчатыми нагревателями с температурой насыщения водяного пара 170 - 180 o C. В одном из опытов в резервуар закачали 46 тонн мазутного шлама. Время обработки шлама было трое суток. Температура мазута на поверхности во время обезвоживания не превышала 108 o C (фиг. 2). За 72 часа удалено 22400 кг воды - за один час 244 кг воды. Содержание воды в полученном мазуте по результатам анализа было доведено до 5%. Заявленный способ может быть промышленно применим на нефтебазах, нефтеперерабатывающих заводах, теплоэлектростанциях, работающих на мазутном топливе и других объектах, где используется мазут.

Формула изобретения

Способ термического обезвоживания мазута путем нагрева обводненного мазута с последующим испарением влаги, отличающийся тем, что осуществляют локальный нагрев мазута с помощью установленного в нижней части резервуара нагревателя с температурой поверхности 150 - 190 o C в течение времени до достижения заданного содержания воды в мазуте, причем отношение поверхности нагревателя к массе мазута составляет 0,2 - 0,4 м 2 /т.

Похожие патенты:

Изобретение относится к составам для обезвоживания и обессоливания нефти и защиты нефтепромыслового оборудования от асфальтено-смоло-парафиновых отложений и коррозии