RU166697U1

RU166697U1 - DEVICE FOR PRODUCTION OF HIGH-OCTANE COMPONENTS OF MOTOR FUELS IN THE PRESENCE OF HYDROGEN HYDROGEN, POSSIBLE OPERATION WITH A HIGH REAGENT FLOW RATE

Info

Publication number: RU166697U1
Application number: RU2016107700/04U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Коростов
Original assignee: Сергей Николаевич Коростов
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2016-12-10

Abstract

1. Устройство для получения высокооктановых компонентов моторных топлив в присутствии фтористого водорода, содержащее секционный трубный реактор, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит циклон, совмещенный с отстойником, а секционный трубный реактор выполнен в виде секций смесителей - эмульгаторов и змеевиков с выбранным диаметром условного прохода, расположенных последовательно, при этом по длине охлаждаемого змеевика через каждые 70-150 метров установлены смесители с использованием нескольких универсальных форсунок.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что смеситель-эмульгатор выполнен цилиндрической формы.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что форсунки цилиндрической формы расположены по спирали в трубе смесителя.1. A device for producing high-octane components of motor fuels in the presence of hydrogen fluoride, containing a sectional tube reactor, characterized in that it further comprises a cyclone combined with a sump, and a sectional tube reactor made in the form of sections of mixers - emulsifiers and coils with a selected nominal diameter located in series, while along the length of the cooled coil every 70-150 meters installed mixers using several universal nozzles. 2. The device according to claim 1, characterized in that the mixer-emulsifier is made of a cylindrical shape. The device according to claim 1, characterized in that the cylindrical nozzles are arranged in a spiral in the mixer pipe.

Description

Полезная модель относится к нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к технологии получения высокооктановых компонентов моторных топлив - алкилбензина алкилированием изопарафинов олефинами в жидкой фазе, в присутствии фтористого водорода.The utility model relates to the oil refining industry, in particular to the technology for producing high-octane components of motor fuels - alkylbenzene by alkylation of isoparaffins with olefins in the liquid phase, in the presence of hydrogen fluoride.

Известно устройство для получения алкилбензина, которое содержит горизонтальный каскадный реактор с внутренним охлаждением [А.З. Дорогочинский, А.В. Лютер, Е.Г. Вольпова. Сернокислотное алкилирование изопарафинов олефинами. М.: Химия, 1970, с. 110]. Устройство представляет собой горизонтальный аппарат, разделенный L-образными перегородками, не доходящими до дна, на реакционную и отстойную зоны - в первой отделяется от углеводородов основная масса кислоты, а во второй - небольшое остаточное ее количество, кроме того, вторая отстойная зона является сборником углеводородов. В каждой реакционной секции расположены циркуляционные пропеллерные мешалки, а над мешалками - змеевики для ввода сырья и вертикальные перфорированные трубы для циркуляции эмульсии. Ввод олефинов осуществляется через патрубок в каждую секцию, а серной кислоты и изопарафинов - через патрубки в зону реактора, расположенную перед первой секцией, затем реагенты поступают в первую секцию и в каждую последующую через L-образные перегородки. Для снятия тепла, выделяющегося в результате реакции алкилирования и работы мешалки, а также вносимого с потоками, в реакторе поддерживают давление, равное давлению паров углеводородной смеси. Это позволяет автоматически отводить тепло из реакционной зоны путем испарения части жидкости, т.е. здесь используется внутренний холодильный цикл. Недостатками устройства являются необходимость в перемешивании реакционной смеси, высокий расход серной кислоты, необходимость поддержания температуры в узких заданных пределах (2-7°C).A device for producing alkylbenzene, which contains a horizontal cascade reactor with internal cooling [A.Z. Dorogochinsky, A.V. Luther, E.G. Volpova. Sulfuric acid alkylation of isoparaffins with olefins. M .: Chemistry, 1970, p. 110]. The device is a horizontal apparatus, divided by L-shaped partitions, not reaching the bottom, into the reaction and settling zones - in the first, the bulk of the acid is separated from hydrocarbons, and in the second, a small residual amount of it, in addition, the second settling zone is a hydrocarbon collector . In each reaction section there are circulating propeller mixers, and above the mixers are coils for introducing raw materials and vertical perforated pipes for circulating the emulsion. Olefins are introduced through the nozzle into each section, and sulfuric acid and isoparaffins are fed through the nozzles into the reactor zone located in front of the first section, then the reagents enter the first section and into each subsequent section through L-shaped partitions. To remove the heat generated as a result of the alkylation reaction and the stirrer, as well as introduced with the streams, a pressure equal to the vapor pressure of the hydrocarbon mixture is maintained in the reactor. This allows you to automatically remove heat from the reaction zone by evaporation of part of the liquid, i.e. It uses an internal refrigeration cycle. The disadvantages of the device are the need for mixing the reaction mixture, the high consumption of sulfuric acid, the need to maintain the temperature in a narrow predetermined range (2-7 ° C).

Известно также устройство для сернокислотного алкилирования изопарафинов олефинами представляющее вертикальный контакторный реактор с внешним охлаждением хладагентом [А.З. Дорогочинский, А.В. Лютер. Е.Г. Вольпова. Сернокислотное алкилирование изопарафинов олефинами. М: Химия, 1970, с. 108.] Контакторный реактор имеет цилиндрическую форму, в его корпусе располагаются смесительная и холодильная системы. Сверху корпуса реактора размещена холодильная камера для подачи и вывода хладагента. В верхней и нижней частях камеры имеются решетки, в которых развальцованы трубы холодильника: в верхней - внутренние, в нижней - наружные. Принцип работы холодильной системы заключается в следующем. Хладагент поступает сверху аппарата, проходит по внутренним трубам вниз, отнимая тепло от реагирующих веществ в реакторе, и попадает в кольцевое пространство наружных труб, испаряется и поднимается по нему, уходя в виде паров на холодильную установку. С целью улучшения теплообмена стенки наружных труб холодильника выполнены ребристыми. Олефины смешиваются с изопарафинами, охлаждаются в холодильнике с помощью хладагента, после чего посредством патрубка, расположенного в нижней части реактора, поступают в кольцеобразное пространство между корпусом реактора и обечайкой, поднимаются, а затем опускаются к мешалке по внутреннему пространству цилиндрической перегородки между оребренными трубками холодильника, В верхней части реактора расположены патрубки для подачи серной кислоты и вывода продуктов реакции. Внизу обечайки установлена пропеллерная мешалка для принудительной циркуляции реакционной смеси и получения эмульсии углеводородов с кислотой, представляющая собой рабочее колесо с лопастями, приводимое во вращение паровой турбиной или электромотором. Вращательное движение циркулирующего потока в одной плоскости предотвращается с помощью расположенных вертикально ребер. Процесс алкилирования протекает в основном при нисходящем движении реакционной смеси вдоль поверхности охлаждения (пучка труб). Недостатками известного реакционного устройства являются необходимость использования мешалки, невозможность регулирования и формирования потока при подаче серной кислоты и в связи с этим высокий расход катализатора, недостаточно высокое октановое число алкилбензина.Also known is a device for sulfuric acid alkylation of isoparaffins with olefins, representing a vertical contactor reactor with external refrigerant cooling [A.Z. Dorogochinsky, A.V. Luther. E.G. Volpova. Sulfuric acid alkylation of isoparaffins with olefins. M: Chemistry, 1970, p. 108.] The contactor reactor has a cylindrical shape, mixing and refrigeration systems are located in its body. On top of the reactor vessel is a refrigeration chamber for supplying and discharging refrigerant. In the upper and lower parts of the chamber there are grilles in which the refrigerator pipes are flared: in the upper - internal, in the lower - external. The principle of operation of the refrigeration system is as follows. The refrigerant enters from the top of the apparatus, passes through the internal pipes downward, taking heat from the reacting substances in the reactor, and enters the annular space of the external pipes, evaporates and rises through it, leaving in the form of vapor to the refrigeration unit. In order to improve heat transfer, the walls of the outer tubes of the refrigerator are made ribbed. Olefins are mixed with isoparaffins, cooled in the refrigerator using refrigerant, and then through the pipe located in the lower part of the reactor, they enter the annular space between the reactor vessel and the shell, rise, and then descend to the mixer along the inside of the cylindrical partition between the fins of the refrigerator, In the upper part of the reactor are pipes for supplying sulfuric acid and outputting reaction products. At the bottom of the shell there is a propeller stirrer for forced circulation of the reaction mixture and an emulsion of hydrocarbons with acid, which is an impeller with blades, driven by a steam turbine or an electric motor. Rotational movement of the circulating flow in one plane is prevented by vertically arranged ribs. The alkylation process proceeds mainly with a downward movement of the reaction mixture along the cooling surface (tube bundle). The disadvantages of the known reaction device are the need to use a stirrer, the inability to control and form a stream when sulfuric acid is supplied, and in this connection, high catalyst consumption, insufficiently high octane number of alkylbenzene.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототип) является секционный трубный реактор [патент №62541 патентообладатель Коростов Сергей Николаевич (RU)]. Устройство представляет собой условно разделенный на 3 зоны реактор: - зону подготовки эмульсии, зону стабилизации эмульсии, зону - секцию собственно фтористоводородного алкилирования и стабилизации эсульсии, расположенную горизонтально с уклоном 10%, смеситель, горизонтальный цилиндрический корпус с патрубками для ввода смеси изопарафинов и олефинов, заканчивающийся соплом, с расположенным в нижней части патрубком для ввода фтористого водорода, входящим в досопловую камеру и камеру смешивания сырья с катализатором. Кожухотрубный теплообменник с закрепленной системой насадок, каждая из которых составлена из закрепленных на продольной штанге сопряженных между собой перфорированных цилиндров, «секция» - змеевик, последовательно кожухотрубный теплообменник с закрепленной системой насадок, каждая из которых составлена из закрепленных на продольной штанге сопряженных между собой перфорированных цилиндров. Недостатками известного реакционного устройства являются недостаточная итенсивность смешивания и эмульгирования в реакторе, вследствие чего невозможно достичь необходимое качество алкилата.Closest to the proposed device in technical essence and the achieved technical result (prototype) is a sectional tube reactor [patent No. 62541 patent holder Korostov Sergey Nikolaevich (RU)]. The device is a reactor conventionally divided into 3 zones: - an emulsion preparation zone, an emulsion stabilization zone, a zone - a hydrogen fluoride alkylation and esulsion stabilization section located horizontally with a 10% slope, a mixer, a horizontal cylindrical body with nozzles for introducing a mixture of isoparaffins and olefins, ending with a nozzle with a nozzle for introducing hydrogen fluoride located in the lower part, which enters the pre-heat chamber and the chamber for mixing the feed with the catalyst. A shell-and-tube heat exchanger with a fixed nozzle system, each of which is composed of perforated cylinders attached to a longitudinal rod, a “section” is a coil, a shell-and-tube heat exchanger with a fixed nozzle system, each of which is composed of perforated cylinders attached to a longitudinal rod . The disadvantages of the known reaction device are the insufficient intensity of mixing and emulsification in the reactor, as a result of which it is impossible to achieve the required quality of the alkylate.

Задачей полезной модели является создание секционной конструкции реактора, позволяющей получать алкилат с более высоким октановым числом за счет точной дозировки реагентов по всей длине змеевика, защиты змеевиков от скачков давления при передаче реакционной массы в последующую секцию и исключения местных скачков температуры в змеевиках при экзотермической реакции алкилирования изобутана олефинами в присутствии фтористого водорода, а также возможности эксплуатации устройства при движении потока реакционной смеси внутри реактора с линейной скоростью от 7 до 15 метров в секунду.The objective of the utility model is to create a sectional reactor design that allows to obtain an alkylate with a higher octane number due to the exact dosage of the reagents along the entire length of the coil, protection of the coils from pressure surges during the transfer of the reaction mass to the next section, and elimination of local temperature surges in the coils during the exothermic alkylation reaction isobutane olefins in the presence of hydrogen fluoride, as well as the possibility of operating the device when the flow of the reaction mixture inside the reactor with linear speed from 7 to 15 meters per second.

Техническим результатом полезной модели является улучшение качества алкилата до октанового числа согласно ГОСТ4095-75 93-96 пунктов.The technical result of the utility model is to improve the quality of the alkylate to the octane number according to GOST 4095-75 93-96 points.

Технический результат обеспечивается тем, что устройство, содержащее секционный трубный реактор, дополнительно содержит циклон, совмещенный с отстойником, а секционный трубный реактор выполнен в виде секций смесителей-эмульгаторов и змеевиков, с выбранным диаметром условного прохода, расположенных последовательно, при этом по длине охлаждаемого змеевика через каждые 70-150 метров установлены смесители-эмульгаторы с использованием нескольких универсальных форсунок для дозировки олефинов по всей длине реактора.The technical result is ensured by the fact that the device containing the sectional tube reactor additionally contains a cyclone combined with a sump, and the sectional tube reactor is made in the form of sections of emulsifier mixers and coils, with a selected nominal diameter, arranged in series, while the length of the cooled coil emulsifiers are installed every 70-150 meters using several universal nozzles for dosing olefins along the entire length of the reactor.

В частном случае, смеситель-эмульгатор и форсунки могут быть выполнены цилиндрической формы, и форсунки могут быть расположены по спирали в трубе смесителя.In the particular case, the emulsifier mixer and nozzles can be made cylindrical, and the nozzles can be arranged in a spiral in the mixer pipe.

Смесители-эмульгаторы, создающие высокодисперсную эмульсию в секции из смеси олефинов с изобутаном во фтористом водороде, устанавливаются через каждые 70-150 метров по длине охлаждаемого змеевика для точной дозировки реагентов, для защиты змеевиков от скачков давления реакционной массы в последующую секцию.Emulsifier mixers that create a highly dispersed emulsion in a section of a mixture of olefins with isobutane in hydrogen fluoride are installed every 70-150 meters along the length of the cooled coil for accurate dosage of reagents, to protect the coils from pressure surges of the reaction mass in the next section.

Расположенные по спирали в трубе смесителя форсунки, при линейной скорости потока реагентов в секции от 7 до 15 метров в секунду обеспечивают турбулентность потока, тем самым, исключая местные скачки температуры в змеевиках при экзотермической реакции алкилирования изобутана олефинами в присутствии фтористого водорода.The nozzles arranged in a spiral in the mixer tube at a linear flow rate of reactants in the section from 7 to 15 meters per second ensure flow turbulence, thereby eliminating local temperature jumps in the coils during the exothermic alkylation reaction of isobutane with olefins in the presence of hydrogen fluoride.

Выбранный диаметр условного прохода змеевика позволяет достичь линейную скорости потока реагентов в реакторе от 7 до 15 метров в секунду.The selected diameter of the conditional passage of the coil allows you to achieve a linear flow rate of the reactants in the reactor from 7 to 15 meters per second.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид устройства для получения высокооктановых компонентов моторных топлив в присутствии фтористого водорода; на фиг. 2 представлена секция смесителя-эмульгатора в разрезе.The essence of the utility model is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a general view of a device for producing high-octane components of motor fuels in the presence of hydrogen fluoride; in FIG. 2 shows a section of a mixer-emulsifier in section.

Заявленное устройство содержит секции расположенных последовательно смесителей-эмульгаторов (1) и змеевиков (2), помещенных в охлаждающую жидкость, а также дополнительно содержит циклон (3) совмещенный с отстойником (4). По длине змеевика (2) через каждые 70-150 метров установлены смесители-эмульгаторы (1) с использованием нескольких универсальных форсунок (5).The claimed device contains sections of sequentially located emulsifier-mixer (1) and coils (2) placed in the coolant, and also further comprises a cyclone (3) combined with a sump (4). Along the length of the coil (2), emulsifier mixers (1) are installed every 70-150 meters using several universal nozzles (5).

На фиг. 2 - вариант смесителя-эмульгатора (1) цилиндрической формы в разрезе с цилиндрическими универсальными форсунками (5), расположенными по спирали в трубе смесителя-эмульгатора (1).In FIG. 2 - a variant of the mixer-emulsifier (1) of a cylindrical shape in section with cylindrical universal nozzles (5) located in a spiral in the pipe of the mixer-emulsifier (1).

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В смеситель-эмульгатор (1) подают циркулирующий в системе фтористый водород в объеме, необходимом для создания линейной скорости потока 7-15 метров в секунду выбранного диаметра условного прохода змеевика (2), а через цилиндрические форсунки (5), расположенные по спирали в трубе смесителя-эмульгатора, подают для эмульгирования с фтористым водородом смесь изобутана и олефинов. Эмульсия далее поступает в охлаждаемый змеевик (2) по длине которого через каждые 70-150 метров установлены смесители-эмульгаторы, через которые подают расчетное количество олефинов. (1). После прохождения реакционного потока секций смесителей-эмульгаторов и змеевиков поток поступает в циклон (3)для быстрого разделения эмульсии на фтористый водород и органические компоненты реакции, совмещенный с отстойником (4), где смесь алкилата и фтористого водорода расслаивается, а оставшийся газ изобутан откачивают, охлаждая циркуляционный фтористый водород и снижая давление в системе, тем самым создавая возможность прокачки с высокой скоростью. Готовый продукт из отстойника (4) поступает на очистку, а фтористый водород дополнительно охлажденный в смеситель-эмульгатор (1). Октановое число алкилата по моторному методу составляет 90 и выше пунктов.Hydrogen fluoride circulating in the system is supplied to the mixer-emulsifier (1) in the amount necessary to create a linear flow rate of 7-15 meters per second of the selected diameter of the nominal passage of the coil (2), and through cylindrical nozzles (5) located in a spiral in the pipe mixer-emulsifier, served for emulsification with hydrogen fluoride a mixture of isobutane and olefins. The emulsion then enters the cooled coil (2) along the length of which emulsifiers are installed every 70-150 meters, through which the calculated amount of olefins is supplied. (one). After passing the reaction stream of the sections of the emulsifier and coil mixers, the stream enters the cyclone (3) to quickly separate the emulsion into hydrogen fluoride and organic reaction components, combined with a sump (4), where the mixture of alkylate and hydrogen fluoride is exfoliated, and the remaining isobutane gas is pumped out, cooling the circulating hydrogen fluoride and reducing the pressure in the system, thereby creating the possibility of pumping at high speed. The finished product from the sump (4) is sent for purification, and hydrogen fluoride is additionally cooled in the emulsifier mixer (1). The octane number of the alkylate by the motor method is 90 and above points.

Использование предлагаемого устройства позволит повысить выход и качество получаемого продукта за счет практически полного исключения побочных реакций и создания однородной, монодисперсной и устойчивой эмульсии.Using the proposed device will improve the yield and quality of the resulting product due to the almost complete elimination of adverse reactions and the creation of a homogeneous, monodisperse and stable emulsion.

Устройство подходит для эксплуатации в качестве малотоннажных, малогабаритных установок фтористоводородного алкилирования легких изопарафинов олефинами с целью получения высокооктановых компонентов моторных топлив.The device is suitable for use as small-capacity, small-sized units of hydrogen fluoride alkylation of light isoparaffins with olefins in order to obtain high-octane components of motor fuels.

Claims

1. A device for producing high-octane components of motor fuels in the presence of hydrogen fluoride, containing a sectional tube reactor, characterized in that it further comprises a cyclone combined with a settler, and a sectional tube reactor made in the form of sections of mixers - emulsifiers and coils with a selected nominal diameter located in series, while along the length of the cooled coil every 70-150 meters installed mixers using several universal nozzles.

2. The device according to claim 1, characterized in that the mixer-emulsifier is made of a cylindrical shape.

3. The device according to claim 1, characterized in that the cylindrical nozzles are arranged in a spiral in the pipe of the mixer.