СПОСОБ УДАЛЕНИЯ НЕФТИ (МАЗУТА) С ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОСТИ Российский патент 1994 года по МПК E02B15/04 B01D17/02 

Изобретение относится к технологии разделения несмешивающихся жидкостей и может быть использовано для ликвидации аварий танкеров, перевозящих сырую нефть, при разработке мазутных ловушек на производстве, при удалении жировых, маслянистых и подобных веществ из воды и других жидкостей.

Известные решения, связанные с температурным воздействием на пленку нефти, не обеспечивают высокой эффективности удаления.

Цель изобретения - повышение эффективности удаления.

Указанная цель достигается тем, что процесс удаления нефти включает в себя температурное воздействие на слой нефти. Температурное воздействие осуществляют импульсами светового излучения интенсивностью 10³-10⁶ Вт/см², длительностью импульсов 10^-3-10^-5 с и частотой 1-100 Гц. Источник светового излучения размещен в очищаемой жидкости под слоем нефти.

На чертеже схематично изображено устройство, работающее по предлагаемому способу. Оно содержит оболочку 1 из кварцевого стекла и электроды 2, соединенные с блоком питания 3 через блок разрядных конденсаторов 4. При включении блока питания 3 заряжаются конденсаторы 4, электрический разряд между электродами 2 обеспечивают мощную вспышку света. Имеется отражатель 5.

Способ осуществляют в такой последовательности. Под слой нефти (мазута) вводят оболочки 1 с электродами 2, фиксируют оболочки на определенном расстоянии от нижней границы нефти. Такая фиксация необходима для создания требуемой интенсивности излучения. Характерное расстояние от нижней границы до источника излучения - 5-20 мм, при наличии фокусирующей системы - до 100 мм. После этого включают источник питания 3, который заряжает блок разрядных конденсаторов 4. При осуществлении электрического разряда в инертной среде световой импульс, пройдя через светопрозрачную оболочку 1, попадает на светопоглощающую поверхность нефти. Потери световой энергии при прохождении кварцевого стекла оболочки 1 и слоя воды незначительны и связаны с поглощением ультрафиолетовой части спектра. Жидкость, которая непосредственно соприкасается с нефтью (мазутом), разогревается до температуры взрывного вскипания. Разогрев поверхности нефти можно оценить как:
ΔT = , где: α - коэффициент поглощения (для нефти, мазута, отработанных масел практически равен 1); I - интенсивность излучения, Вт/м²; t - длительность импульса, с; ρ - плотность нефти, кг/м³; C - теплоемкость нефти, Дж/кг К; κ - коэффициент температуропроводности, м²/с.

При выбранных режимных параметрах поверхность нефти легко разогревается до нескольких тысяч градусов. Вода, прилегающая к слою нефти, быстро разогревается до температуры взрывного вскипания. Образование парового пузыря совместно с продуктами разложения нефти сопровождается импульсным повышением давления, при этом пленка нефти (мазута) выбрасывается на значительную высоту (до 10 м). Такой эффект возникает только при облучении поверхности раздела жидкость-нефть. При облучении раздела нефть-воздух регистрируется только режим выжигания без подбрасывания нефти и отрыва ее от слоя воды.

П р и м е р 1. Оболочка выполнена из кварцевого стекла и заполнена ксеноном, расстояние между электродами - 80 мм, емкость разрядных конденсаторов - 750 мкФ, напряжение пробоя - 1,6 кВ, расстояние между колбой и пленкой нефти - 30 мм, интенсивность излучения на пленке нефти оценивается в 2,5˙ 10² Вт/см². При осуществлении разряда возникает световая вспышка, однако пленка нефти практически неподвижна. Ее подброс на уровень нескольких миллиметров не позволяет обеспечить процесс.

П р и м е р 2. Все режимные параметры совпадают с примером 1, расстояние между источником света и пленкой нефти - 5 мм, интенсивность излучения оценивается в 10³ Вт/см². Регистрируется светогидравлический эффект сопровождающийся подбрасыванием пленки на высоту в несколько сантиметров.

П р и м е р 3. Напряжение пробоя увеличено до 2,0 кВ, расстояние между пленкой нефти и источником света - 5 мм, интенсивность излучения оценивается в 6˙ 10³ Вт/см². Пленка нефти в результате импульсного облучения выбрасывается на высоту в 1,8 м.

Вышеприведенные три режима доказывают, что нижней границей интенсивности излучения, при которой регистрируется подброс пленки нефти и попадание ее в бункер, можно признать 10³ Вт/см².

П р и м е р 4. Используется колба из кварцевого стекла, расстояние между электродами - 120 мм, между источником света и пленкой нефти располагалась цилиндрическая линза, фокус этой линзы совпадает с поверхностью пленки нефти. Интенсивность излучения оценивается в 8˙ 10⁵ Вт/см². Регистрируется выброс мазута на высоту 8-10 м. Оптимальным технологическим режимом можно признать высоту выброса 0,5-1,6 м. Пленка нефти при таком воздействии разбивается на отдельные капли размером от 1 до 10 мм.

П р и м е р 5. Используется также цилиндрическая линза, интенсивность излучения за счет напряжения разряда увеличивается до 1,2 ˙ 10⁶ Вт/см². Наблюдается снижение выброса до 2-4 м, что можно объяснить прожиганием пленки нефти и выходом пара и продуктов разложения через прожог. Регистрируется интенсивный распыл, который в данный момент не нужен. Ресурс светопрозрачной оболочки понижается с 10⁵ до 10⁴ импульсов.

Примеры 4 и 5 доказывают, что верхним пределом интенсивности излучения можно признать 10⁶ Вт/см².

При всех режимах работы используется электрический разряд в инертной среде, который сопровождается излучением в диапазоне до 10 до 1000 Нм, но ультрафиолетовая часть излучения с длиной волны от 10 до 100-160 Нм, как правило, задерживается в слое стекла и воды. Подбором определенных марок кварцевых стекол нижнюю границу длины волны можно обеспечить в 100 Нм. Таким образом, непосредственно до пленки нефти доходит излучение с длиной волны от 100 до 1000 Нм.

Использование импульсов более длительных чем 10^-3 с накладывает серьезные ограничения на блок питания (увеличивается в габаритах блок разрядных конденсаторов). При выборе длительности импульса в диапазоне от 10^-3 до 10^-5 с система легко запитывается от работающей на борту дизельной установки, которая в частности может работать на собираемом мазуте.

При временах короче чем 10^-5 с в выбранном диапазоне интенсивностей пленку нефти трудно разогреть до температуры взрывного вскипания. Во всех приведенных примерах длительность импульса изменялась от 10^-3 до 10^-4 с. Верхнее ограничение в 10^-5 с получено расчетным путем исходя из оценочной формулы.

Использование одиночного режима целесообразно при снятии с поверхности воды отдельных включений мазута, нефти, а при снятии большого по размерам пятна нефти необходимо использовать частотный режим. Верхний предел в частоте повторения импульсов в 100 Гц определяется тем, что для такого режима трудно подобрать скорость передвижения судна относительно собираемой пленки, возможны режимы при которых последующий импульс попадает на участок уже очищенной воды. При частоте повторения импульсов свыше 100 Гц падает ресурс светопрозрачной оболочки, что также неблагоприятно сказывается на экономическом аспекте применения.

В предлагаемом способе границу жидкость-нефть можно облучать и лазерным излучением. Однако использование некогерентного излучения предпочтительнее, поскольку позволяет преобразовать электрическую энергию в световую с КПД в 40-70 % , что недостижимо для уровня лазерной техники.

Использование: для удаления нефти (мазута) с поверхности жидкости. Сущность изобретения: способ удаления нефти с поверхности включает облучение границы раздела жидкость - нефть импульсами светового излучения, вызывающими светогидравлический эффект с интенсивностью излучения от 10³ до 10⁶Вт/см² , длительностью импульсов от 10^-3 до 10^-5 с и частотой следования от одиночных до 100 Гц. Источник светового излучения размещен в очищаемой жидкости под слоем нефти. 1 ил.

СПОСОБ УДАЛЕНИЯ НЕФТИ (МАЗУТА) С ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОСТИ, включающий температурное воздействие на слой нефти, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса удаления, температурное воздействие осуществляют импульсами светового излучения интенсивностью 10³ - 10⁶ Вт/см², длительностью импульсов 10^-3 - 10^-5 с и частотой 1 - 100 Гц, при этом источник светового излучения размещен в очищаемой жидкости под слоем нефти.