本發(fā)明涉及原油改質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于功率超聲波的原油改質(zhì)裝置。

背景技術(shù)：

隨著人們對能源需求的不斷增加,原油的開采也愈來愈受到重視,在石油加工、原油煉化過程中，原油的高效、低成本加工一直是所有石化能源行業(yè)不懈追求的目標(biāo)。原油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高，導(dǎo)致原油粘度大，給運(yùn)輸、加工帶來一定難度；原油中汽油、柴油餾分含量少，需要通過其他方式才能獲得成品油產(chǎn)品，因此原油煉化加工困難。隨著我國自產(chǎn)原油和進(jìn)口原油的重質(zhì)化、劣質(zhì)化越來越嚴(yán)重，原油改質(zhì)和高效煉化對我國石油化工行業(yè)有著舉足輕重的作用。

目前普遍應(yīng)用的改質(zhì)方法為加熱和添加催化劑，使得重質(zhì)組分發(fā)生裂解反應(yīng)以提高輕質(zhì)油產(chǎn)量?，F(xiàn)有的原油煉化工藝主要包括催化裂化、延遲焦化、原油加氫，外加催化劑反應(yīng)所需溫度在200℃以上，反應(yīng)條件需要加熱，造成成本的增加。并且上述工藝不同程度地存在裂解不完全、油漿嚴(yán)重縮合、催化劑使用量大、催化劑中毒等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種基于功率超聲波的原油改質(zhì)裝置，能夠安全、低能耗和無污染的進(jìn)行原油改質(zhì)，并同時提高原油煉化率。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于功率超聲波的原油改質(zhì)裝置，包括至少一個超聲聚能組，所述超聲聚能組包括多個環(huán)繞原油管道周向分布的變幅桿式超聲波換能器，每個所述變幅桿式超聲波換能器均包括換能單元、超聲波變幅桿和超聲波工具頭，所述超聲波變幅桿一端與所述換能單元連接，另一端與所述超聲波工具頭連接，所述超聲波工具頭伸入所述原油管道內(nèi)。

優(yōu)選地，所述原油管道內(nèi)設(shè)有格柵結(jié)構(gòu)，所述格柵結(jié)構(gòu)將所述原油管道的橫截面分隔成與所述變幅桿式超聲波換能器數(shù)量相同的空間，且每個空間對應(yīng)一個所述變幅桿式超聲波換能器。

優(yōu)選地，還包括外殼，所述外殼套設(shè)于所述原油管道和所述超聲聚能組外。

優(yōu)選地，多個所述超聲聚能組在所述原油管道的軸向上間隔設(shè)置。

進(jìn)一步地，每個所述超聲聚能組的包括質(zhì)數(shù)個環(huán)繞原油管道周向均勻分布的變幅桿式超聲波換能器。

優(yōu)選地，所述換能單元包括第一蓋板、第二蓋板、鎖緊螺栓和壓電陶瓷部，所述壓電陶瓷部設(shè)置在所述第一蓋板和所述第二蓋板之間，所述鎖緊螺栓穿過所述第一蓋板、壓電陶瓷部后與所述第二蓋板連接。

優(yōu)選地，所述壓電陶瓷部包括至少一個壓電陶瓷環(huán)，每個所述壓電陶瓷環(huán)的兩端分別設(shè)有金屬極板，且兩端的所述金屬極板分別作為該壓電陶瓷環(huán)的正極和負(fù)極。

優(yōu)選地，所述壓電陶瓷部包括偶數(shù)個壓電陶瓷環(huán)，相鄰的壓電陶瓷環(huán)的相鄰端共用一個金屬極板，作為兩個相鄰壓電陶瓷環(huán)共用電極。

(三)有益效果

本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明提供的基于功率超聲波的原油改質(zhì)裝置，包括至少一個超聲聚能組，所述超聲聚能組包括多個環(huán)繞原油管道周向分布的變幅桿式超聲波換能器，每個所述變幅桿式超聲波換能器均包括換能單元、超聲波變幅桿和超聲波工具頭，所述超聲波變幅桿一端與所述換能單元連接，另一端與所述超聲波工具頭連接，所述超聲波工具頭伸入所述原油管道內(nèi)。利用超聲波場在周圍介質(zhì)中所產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化、熱、機(jī)械、物理及化學(xué)效應(yīng)，對原油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的結(jié)構(gòu)造成不可逆的影響。在大功率超聲波的空化域內(nèi)不斷發(fā)生著空化泡的生長和破裂，在空化泡破裂的瞬間形成局部高壓并釋放巨大能量，產(chǎn)生局部高溫和高速微射流，使得原油分子中的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，大分子鏈向小分子鏈轉(zhuǎn)化，破壞了膠質(zhì)、瀝青質(zhì)單元體之間的締合結(jié)構(gòu)，從而促使膠質(zhì)、瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)原油改質(zhì)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例原油改質(zhì)裝置結(jié)構(gòu)的俯視示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有外殼的原油改質(zhì)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例變幅桿式超聲波換能器的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。

圖中：1：原油管道；11：格柵結(jié)構(gòu)；2：變幅桿式超聲波換能器；21：超聲波變幅桿；22：換能單元；221：壓電陶瓷部；222：第一蓋板；223：第二蓋板；224：鎖緊螺栓；2211：壓電陶瓷環(huán)：2212：金屬極板；23：超聲波工具頭；3：外殼；4：電纜；5：超聲波電源。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”、僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于功率超聲波的原油改質(zhì)裝置，包括三個超聲聚能組，每個超聲聚能組均包括三個繞原油管道1均勻分布變幅桿式超聲波換能器2，每個所述變幅桿式超聲波換能器2均包括換能單元22、超聲波工具頭23和用于配合換能單元22改變超聲波振動幅度的超聲波變幅桿21，其中，超聲波就幅桿21的一端與換能單元22連接，另一端與超聲波工具頭23連接，超聲波工具頭23伸入原油管道1內(nèi)，換能單元4發(fā)出的超聲波直接作用于原油管道1內(nèi)的原油，且該超聲波的傳播方向與原油管道1內(nèi)的原油流向垂直。利用超聲波場在周圍介質(zhì)(原油)中所產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化、熱、機(jī)械、物理及化學(xué)效應(yīng)，對原油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的結(jié)構(gòu)造成不可逆的影響。在大功率超聲波的空化域內(nèi)不斷發(fā)生著空化泡的生長和破裂，在空化泡破裂的瞬間形成局部高壓并釋放巨大能量，產(chǎn)生局部高溫和高速微射流，使得原油分子中的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，大分子鏈向小分子鏈轉(zhuǎn)化，破壞了膠質(zhì)、瀝青質(zhì)單元體之間的締合結(jié)構(gòu)，從而促使膠質(zhì)、瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)原油改質(zhì)。改質(zhì)效果主要體現(xiàn)為：原油中的瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量降低，膠體體系更加松散，原油粘度顯著下降。實(shí)現(xiàn)低能耗、危險小、無污染的提高原油煉化率的目的。

進(jìn)一步地，每個變幅桿式超聲波換能器2分別與超聲波電源5連接，且變幅桿式超聲波換能器2與超聲波電源5之間還設(shè)有阻抗匹配器，即超聲波電源5通過阻抗匹配器與變幅桿式超聲波換能器2進(jìn)行諧振頻率與阻抗的匹配，有效降低了超聲波換能器的發(fā)熱量，提高使用壽命。優(yōu)選地，阻抗匹配器集成在超聲波電源5內(nèi)。

進(jìn)一步地，超聲波電源5包括整流電路、逆變電路、驅(qū)動電路、信號控制電路、匹配網(wǎng)絡(luò)、及相關(guān)保護(hù)電路。具體地，超聲波電源5提供三相380v、50hz工頻交流電經(jīng)整流電路整流后產(chǎn)生直流輸出電壓，輸送至逆變電路，從而獲得功率足夠大的高頻交流電壓。信號控制電路產(chǎn)生一定頻率的控制信號，經(jīng)過驅(qū)動電路，推動逆變電路中的開關(guān)器件正常工作。所述逆變電路輸出的高頻交流電壓通過匹配網(wǎng)絡(luò)可以高效率、最大功率地輸送至變幅桿式超聲波換能器2。

如圖2所示，為了避免變幅桿式超聲波換能器2之間相互干擾，在原油管道1內(nèi)設(shè)置格柵結(jié)構(gòu)11，且格柵結(jié)構(gòu)11將原油管道1的橫截面分隔成與所述變幅桿式超聲波換能器2數(shù)量相同的空間，且每個空間對應(yīng)一個所述變幅桿式超聲波換能器2。優(yōu)選地，格柵結(jié)構(gòu)11的長度與原油管道1的軸向長度相同。

在一個具體的實(shí)施例中，如圖2所示，超聲聚能組包括三個在原油管道1的周向均勻分布的變幅桿式超聲波換能器2，格柵結(jié)構(gòu)11由三塊格柵板組成，具體地，三塊格柵板的一端相互連接，另一端沿不同的徑向向著原油管道1的內(nèi)壁延伸，并與原油管道連接，兩個相鄰格柵結(jié)板之間呈120°，在原油管道1的徑向上將原油管道1均勻分成三個相對獨(dú)立的空間，每個空間內(nèi)伸入一個變幅桿式超聲波換能器2，超聲波以垂直于原油流向的方向作用于原油。

在另一個實(shí)施例中，格柵結(jié)構(gòu)11由多個平行間隔設(shè)置的格柵板組成，多個格柵板將原油管道分成多個空間，每個空間對應(yīng)設(shè)置一個變幅桿式超聲波換能器2。

在本實(shí)施例中，根據(jù)原油管道1的管徑、管長、原油流量和超聲波換能器功率等因素綜合考慮，優(yōu)選地，在原油管道1上沿軸向間隔設(shè)置質(zhì)數(shù)個超聲聚能組，具體地，可根據(jù)情況在在原油管道1上沿軸向間隔設(shè)置3個、5個、7個、11個或13個超聲聚能組。

每個超聲聚能組包括質(zhì)數(shù)個環(huán)繞原油管道1的周向均勻分布的變幅桿式超聲波換能器2，發(fā)出的超聲波沿原油管道1的徑向向原油管道1的軸線方向傳播，使在原油管道1獲得覆蓋整個橫截面的均勻駐波場。

在本實(shí)施例中，為了更好的保護(hù)變幅桿式超聲波換能器2，如圖2所示，原油改質(zhì)裝置還包括外殼3，該外殼3套設(shè)于在原油管道1的外側(cè)，變幅桿式超聲波換能器2位于外殼3內(nèi)，電纜4一端與超聲波電源5連接，另一端穿過外殼3與變幅桿式超聲波換能器2連接。

如圖3所示，換能單元22包括第一蓋板222、第二蓋板223、鎖緊螺栓224和壓電陶瓷部221，其中，壓電陶瓷部221設(shè)置在第一蓋板222和第二蓋板223之間，鎖緊螺栓224穿過第一蓋板222、壓電陶瓷部221后與第二蓋板223連接，壓緊壓電陶瓷部221。

具體地，壓電陶瓷部221包括多個壓電陶瓷環(huán)2211，相鄰的壓電陶瓷環(huán)2211的相鄰端共用一個金屬極板2212，作為壓電陶瓷環(huán)2211的正級或負(fù)極。在最外側(cè)的壓電陶瓷環(huán)2211的外端(與其它壓電陶瓷環(huán)2211不相鄰的一端)單獨(dú)設(shè)置一個金屬極板2212作為該壓電陶瓷環(huán)2211的正極或負(fù)極。

優(yōu)選地，壓電陶瓷環(huán)2211的數(shù)量為偶數(shù)個，如圖3所示，壓電陶瓷部221包括四個壓電陶瓷環(huán)2211和五個金屬極板2212，其中，最左側(cè)(以圖中所示方向)的壓電陶瓷環(huán)2211的左端設(shè)置有一個金屬極板2212，最右側(cè)(以圖中所示方向)的壓電陶瓷環(huán)2211的右端設(shè)置有一個金屬極板2212，其它三個金屬極板2212分別為相鄰的壓電陶瓷環(huán)2211共用。舉例來說，若最左側(cè)的金屬極板2212為正極，則共用的三個金屬極板2212由左到右依次為負(fù)極、正極和負(fù)極，最右側(cè)的金屬極板2212為正極，使壓電陶瓷部的兩端具有相同的電位。

在另一個實(shí)施例中，壓電陶瓷部221包括一個或多個壓電陶瓷環(huán)2211，每個壓電陶瓷環(huán)2211的兩端分別設(shè)有金屬極板2212，兩金屬極板2212分別作為壓電陶瓷環(huán)2211的正極和負(fù)極，每個壓電陶瓷環(huán)2211和設(shè)置在該壓電陶瓷環(huán)2211兩端的金屬極板2212一起可以看作為一個壓電陶瓷單元，多個壓電陶瓷單元之間串聯(lián)。

具體應(yīng)用時，在原油管道1上每隔2km設(shè)置一個原油改質(zhì)裝置，更具體地，原油改質(zhì)裝置通過法蘭盤與現(xiàn)有的原油管道相連接，使原油通過該裝置達(dá)到原油改質(zhì)和高效煉化的目的。

為了減少故障或維護(hù)時，原油改質(zhì)裝置對整體個原油采集工作的影響，原油改質(zhì)裝置也可以通過旁路的形式安裝在現(xiàn)有的原油管道上。

優(yōu)選地，本實(shí)施例中變幅桿式超聲波換能器2的功率為1kw-20kw，更優(yōu)選地，變幅桿式超聲波換能器2的功率為5kw-10kw。

綜上所述，本發(fā)明提供的原油改質(zhì)裝置與現(xiàn)有的原油管道連接，通過超聲聚能組形成超聲波場，利用超聲波場在周圍介質(zhì)中所產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化、熱、機(jī)械、物理及化學(xué)效應(yīng)，對原油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的結(jié)構(gòu)造成不可逆的影響，原油在在大功率超聲波的空化域內(nèi)不斷發(fā)生著空化泡的生長和破裂，在空化泡破裂的瞬間形成局部高壓并釋放巨大能量，產(chǎn)生局部高溫和高速微射流，使得原油分子中的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，大分子鏈向小分子鏈轉(zhuǎn)化，破壞了膠質(zhì)、瀝青質(zhì)單元體之間的締合結(jié)構(gòu)，從而促使膠質(zhì)、瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)原油改質(zhì)。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。