RU1792342C - Установка дл окислени нефтепродуктов - Google Patents

Abstract

Использование: производство нефт ных битумов. Сущность изобретени : секци  смещени  снабжена цилиндрической камерой 9 с патрубком подачи воздуха 10, конфузором 11, рабочим участком 12 и диффузором 13. В сопле установлены диффузор на выходном конце воздуховода, крыльчатка с лопаст ми суперкавитирующего профил  и каналами с выходными отверсти ми на тыльной стороне, кольцо 23 с острой кромкой , закрепленное на внутренней поверхности выходного участка сопла 14.1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к оборудованию дл  проведени  технологических мас- сообщенных процессов и может быть использовано, в частности, дл  окислени  нефтепродуктов (нефт ных остатков; мазу- 5 тов, гудронов, полугудронов, асфальтов де- асфальтизаций, кр екингостатков и т.п.) кислородом воздуха при производстве нефт ных битуМоШ 5: 5 4 . |.. / / .....

Известна установка дл  приготовлени  10 битума, включающа  реакторный куб, на греватель, нагнетатель воздуха и перепускной трубопровод с насосом 1.

Недостатком известной.конструкции  вл етс  низка  интенсивность процесса 15 окислени  в результате недостаточно развитой поверхности контакта фаз.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  прйн - 20 та  за прототип установка дл  приготовлени  битума из гудрона, содержаща  реакторный куб с высотой, превышающей его поперечный размер, уравнительную емкость , перепускной трубопровод между ем- 25 костью и кубом, выполненный в виде секций с соплами, воздуховод, размещенный в первой за насосом секции, и последней секцией , вход щей е реакторный куб, с направленным вниз дополнительным со- 30

ПЛОМ 2. ..;:: .. у .- . :-. /.;..-:

Недостатками известной установки  в ютс  невысока  эффективность работы в результате слабо развитой удельной поверхности раздела фаз (воздух-жидкость), а так- 35 е низкой интенсивностипроцесса смешени  и, как следствие,незначительный коэффициент использовани  кислорода воздуха. Кроме того, подача воздуха осущетвл етс  в зону повышенного давлени  40 секции смешени , что обуславливает необходимость значительных энергетических затрат на ёго сжатие. . ...

Целью предполагаемого изобретени   вл етс  интенсификаци  процесса окисле- 45 ни , увеличение коэффициента использовани  кислорода воздуха и уменьшение удельных энергетических затрат за счёт со- /.. здани  режимов развитой гидродинамической кавитации. Поставленна  цель 50 остигаетс  тем, что в установке дл  окисени  нефтепродуктов (нефт ных остатков), содержащей вертикальный цилиндрический реакторный куб с уравнительной емкостью , патрубки ввода обезвоженных 55 нефтепродуктов и воздуха, патрубки вывода газов и готового продукта, внешний циркул ционный контур, соединенный с патрубком забора нефтепродуктов из уравнительной емкости и состо щий из насоса,

секции смешени  нефтепродуктов и воздуха , с установленными на входе соосно ей воздуховодом и соплом и вход щей внутрь реакторного куба, цилиндрической секции с направленным вниз соплом, согласно изобретению секци  смешени  снабжена последовательно расположенными цилиндрической камерой с патрубком подачи воздуха , конфузором, рабочим участком и диффузором, а в сопле соосно ему последовательно по ходу потока расположены диффузор , закреплённый на выходном конце воздуховода, неподвижна  крыльчатка с лопаст ми суперкавитирующего профил , в которых выполнены сообщенные с цилиндрической камерой каналы с выходными отверсти ми на тыльной стороне и кольцо с острой кромкой, закрепленное на внутренней поверхности выходного участка сопла, с диаметром кромки, составл ющим 0,85- 0,95 внутреннего диаметра сопла. Лопасти неподвижной крыльчатки имеют, например, клиновидную форму сечени  с острой передней кромкой.

На фиг. 1 изображена схема установки с вертикальным реакторным кубом; на фиг. 2 - продольный разрез кавитационного струйного аппарата; на фиг. 3 - продольный разрез лопасти крыльчатки; на фиг. 4 - лопасть крыльчатки, поперечный разрез.

Установка дл  окислени  нефтепродуктов содержит вертикальный цилиндрический реакторный куб 1 с уравнительной емкостью 2, патрубки вывода отход щих газов 3, внешний циркул ционный контур, соединенный с патрубком 4 забора нефтепродуктов из емкости 2 и расположенным ниже уровн  верхней границы 5 зоны окислени , циркул ционный контур, состо щий из трубопровода 6, насоса 7 с размещенным на его входе патрубком подачи обезвоженных нефтепродуктов 8, секции смешени , снабженной последовательно расположенными цилиндрической камерой 9 с патрубком подачи воздуха 10, конфузором 11, рабочим участком 12 и диффузором 13, размещенного во входном участке цилиндрической камеры 9 сопла 14, внутри которого соосно ему последовательно по ходу потока устанбвлены три элемента кавернообразу- ющей формы, первый из которых закреплен на выходном конце воздуховода 15 с патрубком подачи воздуха 16 и выполнен в виде диффузора 17, второй - в виде неподвижной крыльчатки 18 с лопаст ми 19, имеющими клиновидную форму сечени  с острой передней кромкой 20, в теле которых выполнены каналы 21, выход щие на тыльную сторону лопастей и соединенные с цилиндрической камерой 9 секции смешени  посредством

радиальных отверстий 22 в сопле 14, и третий элемент, представл ющий собой кольцо 23 с острой кромкой 24, закрепленное на внутренней поверхности выходного участка сопла 14. Диаметр кромки составл ет 0,85-0,95 внутреннего диаметра сопла. Циркул ционный контур включает в себ  также, расположенную за секцией смешени  цилиндрическую секцию 25 с направленным вниз соплом 26, вход щую внутрь реакторного куба. Готовый продукт (окисленные нефтепродукты) отводитс  через патрубок 27, размещенный в.нижней части уравнительной емкости 2. Кроме того, установка содержит измерительную и регулирующую аппаратуру, установленную на лини х подачи обезвоженных нефтепродуктов , воздуха, трубопроводе циркул ционного контура, линий отвода готового продукта и реакторном кубе.

Установка дл  окислени  нефтепродуктов работает следующим образом. Обезвоженные нефтепродукты с определенной заданной технологическим процессом тем,- пературой (при получении битума из гудрона последний поступает с АВТ нагретым до 190-250°С) ввод тс  через патрубок 8 на вход насоса 7, создающего необходимое (1- 0,6 МПа) давление. При прохождении через сопло 14 гидродинамические параметры потока нефтепродуктов (активной среды) из- мен ютс : скорость увеличиваетс , достига  величины 10-15 м/с, а статическое давление падает. При обтекании потоком первого кавернообразующего элемента (ка- витатора), выполненного в виде диффузора 17, происходит разрыв жидкости с образованием развитой присоединенной кавитационной полости (еуперкаверны), представл ющей собой область минимального давлени , величина которого меньше или равна парциальному давлению растворенных в жидкости газов. Разность статиче- ских давлений в потоке и в каверне обуславливает эжекцию воздуха (пассивной среды). Таким образом, воздух поступает через патрубок 16, воздуховод 15 и диффузор 17 непосредственно в кавитационную полость. В сильно турбулизированной хвостовой части каверны происходит образование и отрыв микропузырьков, наполненных воздухом. Создаетс  двухфазна  плотно упакованна  мелкодисперсна  пузырькова  смесь.

В результате диффузии кислорода через поверхность каверны и развитую удельную поверхность пузырьковой смеси, начинаетс  процесс окислени  нефтепродуктов с высокой скоростью реакции. За диффузором 17, в результате повышени 

статического давлени , часть кавитацион- ных пузырьков схлопываетс  с образованием кумул тивных микроструек, имеющих размеры 5-20 мкм и скорости пор дка 300800 м/с. Врем  схлопывани  пузырьков очень мало, пор дка с, давление з точках схлопывани  достигает значительных величин, пор дка 100 МПа. При этом кумул тивные микроструйки прошивают

0 жидкость и распадаютс  на мелкомасштабные вихри большой интенсивности, способству  субмолекул рнЬму перемешиванию с по влением свежей поверхности жидкой фазы и значительным содержанием реакци5 онноспособных углеводородов. Далее.при

обтекании двухфазным потоком за лопаст - ми 19 крыльчатки 18 образуютс  гели ридальные макровихри и еуперкаверны, за

которыми также генерируютс  пол  мелко0 дисперсных кавитационных пузырьков, заполненных воздухом, поступающим по патрубку 10, цилиндрической камере 9, отверсти м 22 и каналам 21 в лопаст х непосредственно в полости суперкаверн.

5 Наличие большого количества микропузырьков воздуха в потоке перед вторым ка- вернообразующим элементом способствует образованию устойчивых каверн с минимальными энергетическими затратами.

0 На выходе из сопла 14, в результате взаимодействи  газожйдкостной рабочей струи с острой кромкой 24 кольца 23 структура поверхности струи существенно изме- . н етс .- она значительно увеличиваетс  в

5 поперечных размерах и приобретает сильно возмущенный характер. При истечении рабочей струи из сопла 14 в цилиндрической камере 10 создаетс  разрежение, способствующее эжекции воздуха, увлекаемого ак0 тивной поверхностью струи, Интенсивное взаимодействие струи с воздушным потоком в рабочем участке 12 секции смешени  вызывает рост эффективности энергообме- на между активной и пассивной средами,

5 сопровождаемого образованием тонкодисперсной газожидкостной смеси. В диффузо- ре 13 кинетическа  энерги  потока преобразуетс  в потенциальную. Этот процесс приводит к уменьшению скорости и

5 повышению статического давлени  в потоке , что способствует интенсификации процесса окислени  в результате улучшени  диффузии кислорода в жидкую фазу.

Двухфазный поток, состо щий из ча0 стично окислившихс  нефтепродуктов и газовых пузырьков, подаетс  по цилиндрической секции 25, с большой скоростью выбрасываетс  из сопла 26 и удар етс  о дно куба 1, при этом пузырьки дроб тс  и всплывают на поверхность, заполн   весь объем

реакторного куба. Продолжаетс  процесс диффузии непрореагировавшего кислорода . Отход щие газы (газы окислени ) собираютс  в верхней части куба 1 и отвод тс  через патрубок 3 на обезвоживание. В процессе работы окислившиес  нефтепродукты поступают в уравнительную емкость 2, откуда часть их через патрубок 4 и трубопровод 6, смешива сь с исходным сырьем, поступает в циркул ционный насос 7. Балансовое количество готового продукта отбираетс  через патрубок 27. Наличие измерительной и регулирующей аппаратуры позвол ет поддерживать гидродинамические и температурные параметры протекающих процессов в пределах значений, устанавливаемых технологическим регламентом.;

Работа установки по циркул ционной схеме дает возможность варьировать продолжительность пребывани  сырь  в зоне реакции при стабильной подаче смеси в реакторный куб. Циркул ци  позвол ет, например при производстве битума, повысить пенетрацию при 25°С на (2-8).0,1 м, понизить температуру хрупкости и повысить интервал пластичности. Возможна также работа установки и без рециркул ции. В этом случае, измен   расход сырь  и воздуха , регулируют врем  пребывани  нефтепродуктов в зоне реакции, подбирают оптимальные услови  процесса окислени .

Исследовани , проведенные на гидродинамическом стенде, позволили определить оптимальное значение внутреннего диаметра кромки 24 кольца 23, равное 0,85- 0,95 внутреннего диаметра сопла 14. Уменьшение указанного значени  приводит к значительному повышению гидравлического сопротивлени , что, в свою очередь, требует дополнительных энергетических затрат. Увеличение же внутреннего диаметра кромки при прочих равных услови х (скорости , давлении, температуре) приводит к снижению коэффициента эже.кции, вследствие снижени  возмущающего вли ни  кромки на поверхность активной рабочей струи кавитациоиного струйного аппарата.

Таким образом, предлагаема  конструкци  устройства дл  окислени  нефтепродуктов позвол ет интенсифицировать процесс окислени , увеличить коэффициент использовани  кислорода воздуха до 0,95 и

уменьшить на 40-60% удельные энергетические затраты за счет использоват  режимов гидродинамической кавитации, способствующих увеличению дисперсности

воздуха, удельной поверхности Контакта фаз, и как следствие, значительному ускорению реакции окислени . Кроме того:, простота предлагаемой конструкции позвол ет продолжить эксплуатацию существующих в

насто щее врем  в промышленности окислительных колонн с незначительной их переделкой .

Claims (2)

1. Установка дл  окислени  нефтепродуктов , содержаща  вертикальный цилиндрический реакторный куб с уравнительной емкостью, патрубки ввода обезвоженных нефтепродуктов и воздуха, патрубки вывода газов и готового продукта, внешний циркул ционный контур,- соединенный с патрубком забора нефтепродуктов из уравнительной емкости и состо щий из насоса, секции смешени  нефтепродуктов и воздуха с установленными на входе соосно с ней воздуховодом и соплом и вход щей внутрь реакторного куба цилиндрической секции с направленными вниз соплом, о т л и ч а ю- щ а   с   тем, что, с целью интенсификации

процесса окислени , увеличени  коэффициента использовани  кислорода воздуха и уменьшени  удельных энергозатрат путем создани  режима развитой гидродинамической кавитации, секци  смешени  снабжена

последовательно расположенными цилиндрической камерой с патрубком подачи воздуха , конфузором, рабочим участком и диффузором, а в сопле соосно с ним по ходу потока расположены диффузор, закрепленный на выходном конце воздуховода, неподвижна  крыльчатка с лопаст ми су- перкавитирующего профил , в которых выполнены сообщенные с цилиндрической камерой каналы с выходными отверсти ми

на тыльной стороне, и кольцо с острой кромкой , закрепленное на внутренней поверхности выходного участка сопла, с диаметром кромки, составл ющим 0,85-0,95 внутреннего диаметра сопла.

2. Установка по п. 1, отличающа - с   тем, что лопасти имеют клиновидную форму сечени  с острой передней кромкой.

М 20 19 22

Фиг.З