Как современные физические методы позволяют получить эффективное водоэмульсионное топливо из отходов и нефтепродуктов

Большинство нефтесодержащих отходов содержат нефть, воду и минеральные примеси. С помощью современных методов разделения можно эффективно выделить нефтяную фракцию, которую можно использовать в качестве топлива.

Однако, даже применение современных центрифуг не позволяет полностью отделить нефть от воды. Капли воды приводят к неустойчивому горению нефтяного топлива из-за уменьшения тепловой энергии очагов горения.

Если же распределить капли воды равномерно в виде микронных частиц, то процесс горения меняется на противоположный. Такие водоэмульсионные топлива (ВЭТ) горят более эффективно по сравнения с чистой нефтью или нефтепродуктами.

В настоящей статье  будет рассказано, как получить водоэмульсионные топлива из нефтесодержащих отходов и какие преимущества дает их применение.

Основы горения водоэмульсионного топлива

Водоэмульсионным называют нефтяное (углеводородное) топливо, в котором капли воды равномерно распределены по всему объему топлива и имеют микронные размеры. Нефть представляет собой сложную смесь различных углеводородов с примесями сернистых, азотистых и кислородсодержащих соединений. Поэтому она не имеет индивидуальных характеристик ( температуры кипения, воспламенения, вспышки и др.), а каждая из характеристик представлена диапазоном значений.

Температура кипения воды составляет 100 град. С, а температуры кипения компонентов нефти изменяются от 260-300 град. С для мазута до 185-205 град. С для бензина. Таким образом, капли воды закипают при более низкой на 85-200 град. С низкой температуре по сравнению с нефтяными компонентами.

В момент, когда давление водяных паров внутри водяной капли превысит силы поверхностного натяжения происходит разрушение поверхности капли или ее микровзрыв. Он приводит к дополнительному диспергированию паров нефтяного топлива и улучшению его перемешивания с кислородом воздуха.

Это приводит к интенсификации процессов горения за счет следующих процессов:

• дроблению капель топлива;
• увеличению поверхности испарения нефтяного топлива;
• улучшению его перемешивания с окислителем.

Интенсивность процессов горения таких топлив зависит от дисперсности и однородности распределения капель воды. Оптимальным их размером является дисперсность от 5 до 10 мкм. При меньших размерах капель их энергия недостаточна для эффективного распыления углеводородного топлива. Частицы воды более 10 мкм будут недостаточно равномерно распределяться в топливе, что скажется на устойчивости горения.

Экологические параметры горения водоэмульсионных топлив

При горении обычных нефтяных топлив продолжительность горения слишком мала, чтобы оно полностью сгорело. В результате образуются недогоревшие твердые частицы (сажа, полициклические углеводороды, бенз(а)пирен и др.). Они отличаются высокой токсичностью и представляют опасность для окружающей среды и здоровья человека.

Кроме того конденсированные углеродистые частицы отлагаются на поверхности котельного оборудования, ухудшая теплоотдачу. Применение водоэмульсионных углеводородных топлив позволяет ликвидировать перечисленные проблемы и улучшить экологические характеристики продуктов сгорания.

Сжигание водной эмульсии за счет вторичного распыления топлива увеличивает скорость его горения, и топливо сгорает практически полностью. Механическое недогорание снижается на 80-85%. Образуется короткое пламя с хорошим распределением тепла. Это приводит к сокращению образования оксидов азота и серы.

Таким образом, применение водоэмульсионных топлив обеспечивает целый ряд экологических преимуществ:

• сокращение механического недожога на 80-85%;
• уменьшение количества оксидов азота до 20%;
• сокращение образования оксидов серы (в случае ввода специальных присадок можно снизить их образование на 90-95%);
• сокращение выбросов СО;
• исключения отложений сажи.

Практические способы получения водоэмульсионных топлив из нефтесодержащих отходов

Важной особенностью получения таких топлив из нефтесодержащих отходов является возможность использования нефтесодержащих сточных вод, требующих специальной очистки. При этом воды в водоэмульсионных топливах может быть до 50% (при специальных условиях их получения содержание воды можно довести до 80-90%).

Кроме утилизации нефтезагрязненных вод водоэмульсионные топлива позволяют использовать нефтесодержащие композиции после механического разделения отходов с повышенным содержанием воды.

О практическом получении водоэмульсионного дизельного топлива с использованием для диспергирования воды электромагнитного аппарата AVS-150 можно познакомиться на следующем видео:

Таким образом, использование водоэмульсионных топлив позволяет получить очень важные преимущества:

• экологические;
• технологические;
• экономические.

К экологическим преимуществам относятся:

• уменьшение недогорания топлив и уменьшение токсичности продуктов сгорания;
• возможность использования обводненных нефтепродуктов или нефтесодержащих отходов;
• возможность утилизации нефтезагрязненных сточных вод при изготовлении водоэмульсионных топлив.

Технологические преимущества включают:

• очистку нефтепроводов (мазутопроводов);
• уменьшение сажистых отложений;
• отсутствие низкотемпературной и высокотемпературной коррозии.

К экономическим преимуществам относятся:

• экономию дефицитных углеводородных топлив;
• увеличение КПД котла благодаря лучшей теплоотдаче;
• повышение сроков службы котлов.

Способы получения водоэмульсионных с использованием инновационных физических методов

Простое смешение углеводородных топлив с водой не позволяет создать водоэмульсионные топлива. В них капли воды представлены крупными каплями, составляющих  от нескольких  миллиметров до сотен миллиметров. Кроме того вода и углеводородные топлива быстро расслаиваются. Горение таких композиций очень неустойчиво из-за затрат тепла на прогрев и испарение воды.

Для создания  устойчивых водоэмульсионных топлив необходимо использовать инновационные физические методы, позволяющие распределять капли воды в виде мельчайших капелек, имеющих микронные размеры. Этого можно достичь с использованием следующих современных физических методов:

• высокооборотных диспергаторов;
• мощных ультразвуковых диспергаторов;
• электромагнитных аппаратов различной констукции;
• различных кавитаторов.

Первые два метода позволяют обеспечить требуемое распределение водяных капель, но получающаяся эмульсия не очень устойчива и расслаивается в течение 1-2 суток. Поэтому такие установки можно применять только непосредственно в котельных. После смешения такие водоэмульсионные топлива подаются на сжигание.

Электромагнитные аппараты в одном устройстве совмещают сразу три вида воздействия на вещество (переменного электромагнитного поля, постоянного магнитного поля и механическое воздействие). В электромагнитном аппарате происходит активация вещества на электронном уровне, что приводит к эффективному смешению несовместимых материалов (например, воды с нефтью или нефтепродуктами).

Такие же эффекты достигаются при использовании кавитаторов. Кавитация-это физический процесс образования пузырьков в жидкости с последующим их схлопыванием, сопровождающимся выделением большого количества энергии. Она используется для активации молекул жидкости и образования свободных радикалов.

Таким образом, обработка в электромагнитных аппаратах или в кавитаторах позволяет получить эффективные водоэмульсионные топлива, устойчивые в течение длительного времени. Такие композиции можно транспортировать на большие расстояния и хранить длительное время перед использованием.

Принципы создания высокоэффективных водоэмульсионных углеводородных топлив

С точки зрения энергетической эффективности оптимальным  является содержанием воды в водоэмульсионных топливах 12-20%. в дальнейшем энергетическая составляющая начинает уменьшаться. Однако, с учетом экономических, экологических и технологических факторов содержание воды в водоэмульсионных составах целесообразно увеличить до 30-42%. Особенно это значимо при использовании нефтесодержащих сточных вод, требующих затрат на утилизацию.

При применении нефти, нефтесодержащих отходов или мазута, содержащих природные поверхностно-активные вещества (ПАВ), применение электромагнитных аппаратов или кавитаторов позволяет получить  устойчивые водоэмульсионные композиции, не расслаивающиеся годами.

При создании таких топлив на основе чистых нефтепродуктов (бензина, дизельного топлива, керосина и др.) необходимо для стабилизации получаемых водоэмульсионных композиций вводить 1-2,5% ПАВ. Вместо ПАВ можно использовать 20-30% мазута, что дополнительно удешевит получаемые топлива.

Заключение

Современные физические методы, особенно гидродинамические кавитаторы и электромагнитные аппараты, позволяют превратить нефтесодержащие отходы и нефтезагрязненные сточные воды в качественные водоэмульсионные топлива.

Горение таких композиций более эффективно с точки зрения экологических характеристик продуктов сгорания и позволяет обеспечить значительную экономию по сравнению с обычными нефтяными топливами.