RU2160627C1

RU2160627C1 - Gas-liquid reactor

Info

Publication number: RU2160627C1
Application number: RU99115795A
Authority: RU
Inventors: Ф.Ш. Хафизов; Н.Ф. Хафизов
Original assignee: Хафизов Фаниль Шамильевич
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2000-12-20

Abstract

FIELD: chemical engineering. SUBSTANCE: gas-liquid reactor for air oxygen-oxidation of hydrocarbon stock has vertical cylindrical casing enclosing separation barrier, in which downpipes with caps disposed above them are fixed. Cavitation-swirling apparatus is made in the form of mixing and foaming chambers interconnected through narrowing nozzle. Raw material inlet pipe made in the form of nozzle with cavitation ring is located on the axis of mixing chamber. Air-supply pipe is mounted tangentially and oxidized product outlet pipe is located on one side of reactor at distance 3.5-4.5 m from the bottom and above cavitation-swirling apparatus. Pipe discharging partially oxidized product into air-hydrocarbon stock line of cavitation-swirling apparatus is disposed in the bottom part of reactor. EFFECT: improved quality of product. 2 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области химической и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к газожидкостным реакторам процессов окисления углеводородного сырья кислородом воздуха и может быть использовано для получения дорожных высокомарочных битумов. The invention relates to the field of chemical and oil refining industries, in particular to gas-liquid reactors for the oxidation of hydrocarbons by atmospheric oxygen and can be used to produce road high-quality bitumen.

Известен реактор для окисления углеводородов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого установлена распределительная перегородка, закрепленные в ней сливные стаканы и барботажные трубы, с размещенными над ними колпачками и смонтированными в нижней части соплами, выходные отверстия которых расположены выше нижней кромки труб, распределительную тарелку, распылитель, технологические штуцеры и опору, причем внутри барботажных труб по всей высоте размещены конфузоры, напротив которых в стенках барботажных труб выполнены отверстия (SU 1247074 A1, 30.07.1986). A known reactor for the oxidation of hydrocarbons, containing a vertical cylindrical body, inside which there is a distribution baffle, drain cups and sparging pipes fixed in it, with caps placed above them and nozzles mounted in the lower part, the outlet openings of which are located above the lower pipe edge, a distribution plate, a sprayer, technological fittings and a support, and inside the bubblers along the entire height confusers are placed, opposite which in the walls of the bubblers pipes le orifice (SU 1247074 A1, 30.07.1986).

Недостатком известного устройства является низкая эффективность его работы. A disadvantage of the known device is the low efficiency of its work.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является газожидкостный реактор для окисления углеводородного сырья кислородом воздуха (SU 1806002 A3, 30.03.1993), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого установлена разделительная перегородка, закрепленные в ней сливные стаканы с размещенными над ними колпачками и патрубок для ввода сырья и воздуха, а в средней части корпуса установлен кавитационно-вихревой аппарат, выполненный в виде смесительной и пенной камер, соединенный между собой посредством сужающего сопла, при этом патрубок ввода сырья расположен по оси смесительной камеры и выполнен в виде сопла с кавитационным кольцом, а патрубок для подвода воздуха установлен тангенциально. Известное техническое решение решает задачу повышения эффективности работы за счет увеличения межфазного взаимодействия, времени контакта фаз и активации углеводородного сырья кавитационным полем. Однако в известном техническом решении отбор готового продукта производят снизу реактора, что обеспечивает выход продукта с высоким качеством, т.к. температура его размягчения 35^oC, определяемая методом кольца и шара (КиШ), не соответствует требованиям ГОСТа, предъявляемым к дорожным битумам.The closest technical solution to the claimed invention is a gas-liquid reactor for the oxidation of hydrocarbons with atmospheric oxygen (SU 1806002 A3, 03/30/1993), containing a vertical cylindrical body, inside of which there is a separation wall, drain cups fixed in it with caps placed over them and a pipe for input of raw materials and air, and in the middle part of the body a cavitation-vortex apparatus is installed, made in the form of mixing and foam chambers, interconnected by narrowing a nozzle with the input of raw materials located along the axis of the mixing chamber and made in the form of a nozzle with a cavitation ring, and the nozzle for supplying air is installed tangentially. A well-known technical solution solves the problem of increasing work efficiency by increasing interfacial interaction, contact time of phases and activation of hydrocarbons by cavitation field. However, in the known technical solution, the selection of the finished product is carried out from the bottom of the reactor, which ensures a high quality product yield, because its softening temperature of 35 ^o C, determined by the method of the ring and ball (KiSh), does not meet the requirements of GOST for road bitumen.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в улучшении качества готовой продукции. The technical result achieved by the implementation of this invention is to improve the quality of the finished product.

Указанный технический результат достигается тем, что газожидкостный реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого установлена разделительная перегородка, закрепленные в ней сливные стаканы с размещенными над ними колпачками, кавитационно-вихревой аппарат, выполненный в виде смесительной и пенной камер, соединенных между собой посредством сужающегося сопла, и технологические патрубки: патрубок для ввода сырья, расположенный по оси смесительной камеры и выполненный в виде сопла с кавитационным кольцом, установленный тангенциально патрубок для подвода воздуха, патрубок для вывода продуктов реакции, расположенный снизу реактора, согласно изобретению дополнительно содержит патрубок для вывода готового окисленного продукта, расположенный сбоку реактора на расстоянии 3,5 - 4,5 м от днища над кавитационно-вихревым аппаратом. The specified technical result is achieved in that a gas-liquid reactor containing a vertical cylindrical body, inside which a dividing wall is installed, drain cups fixed therein with caps placed above them, a cavitation-vortex apparatus made in the form of mixing and foam chambers, interconnected by tapering nozzles and process pipes: a pipe for introducing raw materials located along the axis of the mixing chamber and made in the form of a nozzle with a cavitation ring, is installed The tangentially sealed pipe for supplying air, a pipe for outputting reaction products located at the bottom of the reactor, according to the invention further comprises a pipe for outputting the finished oxidized product located on the side of the reactor at a distance of 3.5 - 4.5 m from the bottom above the cavitation-vortex apparatus.

Снизу реактора расположен патрубок для вывода недоокисленного продукта в воздушно-сырьевую линию кавитационно-вихревого аппарата. At the bottom of the reactor there is a pipe for withdrawing the under-oxidized product into the air-feed line of the cavitation-vortex apparatus.

На чертеже изображен общий вид газожидкостного реактора. The drawing shows a General view of a gas-liquid reactor.

Газожидкостный реактор содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, внутри которого установлена разделительная перегородка 2 со сливными стаканами 3, кавитационно-вихревой аппарат 4, патрубок 5 тангенциального подвода воздуха, трубопровод 6 подачи сырья к кавитационно-вихревому аппарату через сопло 7, кавитатор 8, установленный в сопле аппарата, конфузор 9 и корпус 10 кавитационно-вихревого аппарата, патрубок 11 для вывода готового окисленного продукта и патрубок 12 для вывода недоокисленного продукта в воздушно-сырьевую линию кавитационно-вихревого аппарата. The gas-liquid reactor contains a vertical cylindrical body 1, inside which a separation wall 2 with drain cups 3, a cavitation-vortex apparatus 4, a tangential air supply pipe 5, a feed pipe 6 for supplying raw materials to the cavitation-vortex apparatus through a nozzle 7, a cavitator 8 installed in the nozzle are installed apparatus, confuser 9 and housing 10 of the cavitation-vortex apparatus, pipe 11 for outputting the finished oxidized product and pipe 12 for outputting the under-oxidized product into the cavitation air-feed line o-vortex apparatus.

Газожидкостный реактор работает следующим образом. A gas-liquid reactor operates as follows.

Сырье подается по трубопроводу 6 к кавитационно-вихревому аппарату 4, где, проходя через сопло 7, приобретает скорость 12-15 м/с. Кавитатор 8, установленный в сопле, делит поток на две части: первая часть 20-30% от общего объема приобретает осесимметричное движение, остальной объем 70-80% впрыскивается в закрученный объем газа, который подводится по патрубку 5. В результате взаимодействия двух потоков происходит диспергирование сырья в потоке воздуха, который имеет скорость 25-50 м/с, и вывод газожидкостной смеси (объемное соотношение сырья и воздуха 1:80-120) через сопло 7 кавитационно-вихревого аппарата в пенную зону. В пенной части кавитационно-вихревого аппарата скорость движения потока уменьшается за счет увеличения диаметра. Происходит коалесценция части пузырьков, в результате чего их размер увеличивается до 5-8 мм. Пузырьки этого диаметра за счет выталкивания движутся вверх, но поток из сопла аппарата направляет их вниз. В результате уравновешивания этих двух сил происходит образование пенного режима в зоне реакции, где при 250-290^oC происходит окисление нефтяных остатков, готовый окисленный продукт из зоны реакции на высоте 3,5-4,5 м выводится сбоку реактора. Недоокисленный продукт выводится снизу реактора и в качестве рециркулята подается в воздушно-сырьевую линию кавитационно-вихревого аппарата.Raw materials are fed through pipeline 6 to the cavitation-vortex apparatus 4, where, passing through the nozzle 7, it acquires a speed of 12-15 m / s. The cavitator 8, installed in the nozzle, divides the flow into two parts: the first part 20-30% of the total volume acquires an axisymmetric movement, the remaining volume 70-80% is injected into the swirling volume of gas, which is supplied through the nozzle 5. As a result of the interaction of the two flows, dispersing the feed in an air stream that has a speed of 25-50 m / s, and discharging a gas-liquid mixture (volume ratio of feed to air 1: 80-120) through the nozzle 7 of the cavitation-vortex apparatus into the foam zone. In the foam part of the cavitation-vortex apparatus, the flow velocity decreases due to an increase in diameter. A coalescence of part of the bubbles occurs, as a result of which their size increases to 5-8 mm. Bubbles of this diameter due to pushing move up, but the flow from the nozzle of the apparatus directs them down. As a result of balancing these two forces, the formation of a foam regime occurs in the reaction zone, where at 250-290 ^o C oxidation of oil residues occurs, the finished oxidized product from the reaction zone at an altitude of 3.5-4.5 m is discharged on the side of the reactor. The under-oxidized product is discharged from the bottom of the reactor and is fed into the air-feed line of the cavitation-vortex apparatus as recycle.

При проведении промышленных испытаний предложенного реактора использовали смесь остатков нефтепереработки: гудрон с установки АВТ и асфальт с установки деасфальтизации в соотношении 4:1 со следующими физико-химическими свойствами:
Плотность, кг/см³ - 982,3
Температура размягчения по КиШ, ^oC - 17,9
Вязкость условная T = 80^oC - 18
Содержание, мас.%:
Масло - 71,2
Смолы - 26,3
Асфальты - 2,5
Качество полученных продуктов и результаты эксперимента приведены в таблице.When conducting industrial tests of the proposed reactor, a mixture of oil refining residues was used: tar from the AWT unit and asphalt from the deasphalting unit in a ratio of 4: 1 with the following physicochemical properties:
Density, kg / cm ³ - 982.3
Softening temperature according to KSh, ^o C - 17.9
Conventional viscosity T = 80 ^o C - 18
Content, wt.%:
Oil - 71.2
Resins - 26.3
Asphalt - 2.5
The quality of the products obtained and the experimental results are shown in the table.

Как видно из таблицы, при отборе продукта на высоте колонны 3,5-4,5 м над вихревым аппаратом получают готовый битум с температурой размягчения по КиШ 47^oC, а при отборе продукта снизу колонны получают недоокисленный битум с температурой размягчения по КиШ 35^oC, что не отвечает требованиям ГОСТа, а по ГОСТу температура размягчения по КиШ 37^oC.As can be seen from the table, when sampling the product at a column height of 3.5-4.5 m above the vortex apparatus, ready-made bitumen with a softening temperature of KiSh 47 ^o C is obtained, and when sampling the product from the bottom of the column, under-oxidized bitumen with a softening temperature of KiSh 35 ^{o is} obtained C, which does not meet the requirements of GOST, and according to GOST, the softening temperature according to KiSh 37 ^o C.

Полученный дорожный битум соответствует требованиям ГОСТа при непосредственном отборе из колонны и может быть использован в строительстве. The resulting road bitumen meets the requirements of GOST for direct selection from the column and can be used in construction.

Claims

1. A gas-liquid reactor containing a vertical cylindrical body, inside which a dividing baffle is installed, drain cups fixed therein with caps placed above them, a cavitation-vortex apparatus made in the form of mixing and foam chambers interconnected by means of a tapering nozzle, an inlet pipe raw materials located along the axis of the mixing chamber and made in the form of a nozzle with a cavitation ring, a tangentially installed nozzle for air supply, a nozzle for outputting the product reaction, located at the bottom of the reactor, characterized in that it additionally contains a pipe for outputting the finished oxidized product, located on the side of the reactor at a distance of 3.5 - 4.5 m from the bottom above the cavitation-vortex apparatus.

2. The gas-liquid reactor according to claim 1, characterized in that a pipe is located at the bottom of the reactor for withdrawing the under-oxidized product into the air-feed line of the cavitation-vortex apparatus.