Способ проведения подземных химических реакций и установка для его осуществления

) В 01 У 19/00 САН ОБРЕТЕНИЯ ПАТЕНТУ об по п, 1, о т лтем, что в качеагентов используюодят в жидкостьи в нисходящий кдовательного рядх пузырей, которю подают в реакц 168 ичаютве одт газ, а поверхнал в удлинене вместе онную эо 2, Спо ий ся го иэ р который вв ности эемлде после х газовы с жидкость нувинык чаю- интен- здания ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(75) Джей Лининджер Макгру (США(54) СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ проведения подземных химических реакций путем подачи реагентов, па крайней мере один изкоторых является жидкостью, в вер.- тикальную скважину, пробуренную в земле, по нисходящему каналу, создания гидростатического давления эа счет столба жидкости в скважине, онтактирования реагентов в реакционной зоне, расположенной в нижней части скважины, с образованием продуктов реакции, нагрева реакционной смеси, вывода нагретых реагентов и продуктов реакции на поверхность земли по восходящему каналу, осуществления теплообмена между. компонентами в нисходящем и восходящем каналах и регулирования температуры и давления реагентов в скважине, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью интенсификации процесса путем достижения максимальной скорости химической реакции и устранения кипения реагентов в скважине, регулирование температуры осуществляют путем нагрева и охлаждения жидкости непосредственно в скважине и в реакционной зоне, причем температуру реагентов в скважине и реак ционной зоне поддерживают ниже тем пературы кипения жидкости, а давлю ние подцерживают выае давления ки пения жидкости.,801 О 88 3. Способ по пп, 1 и 2, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что газообразный реагент вводят в жидкость ниже поверхности земли в виде параллельных и расположенных друг над другом по высоте скважины потоков с. увеличением давления газа по мере удаления от поверхности земли.4. Способ по п.1, о т ли ч а ю щ и й с я тем, что давление жидкости в верхней части реакционной зо ны поддерживают до 14 ати.5. Способ по пп. 1 в 4, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что осуществля ют рециркуляцию жидкости, выходящей ,иэ восходящего канала, путем ее возврата в нисходящий канал, причем жидкость, поступающую из восходящего канала, перед рециркуляцией подвергают дегаэации и очистке от газообразных продуктов реакции.б, Способ по пп. 1 - 5, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве жидкости используют сточные воды, а в качестве газообразного реагента применяют воздух с кислородом.7, Установка для проведенИя подземных химических реакций, включающая пробуренную в земле вертикаль- ную скважину, реактор, расположенный в скважине устройство для подачи реагентов, соединенное трубопр водом с реактором, и устройство регулирования температуры, давления и расхода реагентов, о т л ищ а я с я тем, что, с цельюсификации процесса путем соПЕедотВЕащения кипения при максимальной скорости реакции.На фиг. 22 показано предлагаемоеустройство, в котором три подземных реактора 106 - 108 установленыв одной наружной обсадной трубе 109для большей произвадительност,л водном вертикальном стволе меньшейглубины, чем это требовалось быдля одного длиннного реактора. Обсадная труба также имеет цементную 1облицовку внутри скважины и цемент -ную уплотняющую пробку 110 у днища,Пространство между реакторами иобсадной трубой заполнено изоляцией 111, 1Каждый реактор имеет наружнуютрубную часть и внутреннюю трубнуючасть, к которым присоединены устройства для ввода и вывода над поверхностью земли, ЕЗ пЕедлагаемомустройстве имею:ся емкость 112 для2реактора 106, емкость 113 для реактора 10 и емкость 11.4 для реактора108. К каждому реактору подсоединеннасос 115 для жидкости и воздуггл ыйкомпрессор 116, Поступающая жидкость, показанная линией 117, поддавлением закачивается в емкость112, откуда направляется в реактор106 в прстивотоке с отходящей кэреактора 106 жидкостью, поступающейв емкость 113, Поступающая жидкостьиэ емкости 113 и таэ подаются в ре -актор 107, а отходящая иэ реактора107 жидкость нагн тастся в емкость1 14. И наконец, вытекающая жидкость 3и гаэ под давлением откачиваются иэемкости 114 в реактор 108, а отходящая иэ реактора 108 жидкость направляется в точку использованияпо линии .".8,Такое устройство иэ трех последовательно соединенных реакторовповышает .редукцию СОД снижает хлгли-. ческую потребность в кислороде посравнению с одним реактором, благодаря тому, что полученный в результате реакции СО 2 может удалятьсячерез емкости 112 и 113,Б целом предлагаемые, способ и устройство представляют собой описаниехимического реагирсвания при высокой температуре и высоком давлении,вклю гающега мокрое окисление сточных вод и других загрязненных жидкостей, требующее лишь аппаратуры,работающей под низким давлением,Исходные капиталовложения, как и г,эксплуатационные расходы значительно меньше, чем для других известных способов и устройств, обеспечиваю их такие же конечные результаты, Кроме того, предлагаемые способи устройство требуют миниглальнойквалификации и обеспечивают получение энергии в виде пара высокого кач"-ства. Изобретение обеспечиваетпа существу 100 Ъ-ную деструкциювс,х живых органиэглов и примерно98,-ное снижение СОД, не сопровождается запахом и дает легко обезвоживаемый зольный продукт, Ересь контроль осуществляется на поверхностиземли, затрачивается минимум энергии на прокачивание относительнобольших количеств жидкости и обеспечивается непрерывная производительность по нисходящему и восходящему потокам жидкости. Предлагаемыеспособ и, устройство пригодны дляосуществления химических реакцийпри высокой температуре и под высокигл давлением, например, при крекинге нефтя,.ых продуктов и для осуществления гидрирования при высокойтемпературе и под высоким давлением,например при полученик аммиака,для чего нет необходимости в увеличенных пузырях.1088648 ПодписноССР аз 2695/54 Тираж 53,3 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская набПроектная, 4 лиал ППП "Патент", г. Ужгород Составитель ТарасовактоР А,Шишкина ТехРед И.Метелева , КоРРекторто И,Эрдей1088648 10 15 20 30 гидростатического столба жидкостии проведения химических реакций наглубине скважины при повышенныхдавлениях и температурах, она снабжена коаксиально установленными вскважине трубами, образующими нисходящий и восходящий каналы в реакционную зону, расположенную в нижнейчасти скважины, соединенную с каналами и выполненную в виде О -образного гидравлического затвора.8. Установка по и. 7, о т л ич а ю щ а я с я тем, что она снабжена опорной плитой, расположеннойна поверхности земли, а трубы закреплены на опорной плите,9, Установка по и, 7, о т л и ч аю щ а я с я тем, что трубы выполнены с уменьшающимся от поверхностиземли диаметром,10, Установка по п.7, о т л ич а ю щ а я с я тем, что устройстИзобретение относится к способу осуществления химических реакций, в частности к новому и улучшенному способу и устройству для проведения ускоренных химических реакций, особенно зФфективному при осуществлении мокрого окисления сточных вод и подобных загрязненных потоков,при осветлейии воды, а также при утилизации энергии в виде тепла.Известен ряд химических реакций, которые можно ускорить при температуре, значительно превышающей температуру окружающей среды над поверхностью и при давлении, существенно превышающем атмосФерное давление. До сих пор бодьшая часть реакторов, предназначенных для проведения различных химических реакций при повышенных температурах и давлениях, обычно требовала установки жидкостных насосов высокого давления, теплообменников, работающих под высоким давлением и при высокой температуре, и сосудов под давлением с вращающимися уплотнениями, а также значительной земельной площади.Известны способ Зимпро, процесс Барбер-Колеман и судовые установки Нейви, используемые для прямого мокрого окисления сточных вод, причем все эти способы включают ввод отходов в реактор, работающий при высокой температуре и под высоким давлением, находящийся по существу на уровне земли. В реактор нагнетают воздух и обогревают его снаво для регулирования температурывыполнено в виде трубчатого теплообменника,11. Установка по п.7, о т л ич а ю щ а я с я тем, что она снабжена устройством для создания удлиненных газовых пузырей, соединеннымс нисходящим каналсм,12, Установка по пп, 7 - 11, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что она снабжена патрубками для ввода газообразного реагента, соединенными с нисходящим каналом и расположенными друг над другом по высоте скважины.13, Устаиовка по пп. 7 - 12, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что патрубки для ввода газообразного реагента установлены по оси нисходящего канала с выходным концом, помещенным в реакционной зоне. 2ружи. Для смешения кислорода ( реаген-та 1 с жидкостью и для удалениядвуокиси углерода продукта реакции требуется непрерывное механическое перемешиваниеНаиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяспособ проведения подземных химических реакций путем подачи реаген. тов, по крайней мере один из которых является жидким, в вертикальнуюскважину, пробуренную в земле, понисходящему каналу, создания гидростатического давления эа счет столба жидкости в скважине, контактирования реагентов в реакционной зоне,расположенной в нижней части скважины, с образованием продуктов реакции, нагрева реакционной смеси,причем нагретые реагенты и продукты реакции выходят на поверхностьземли по восходящему каналу, и теплообмена в нисходящем и восходящемканалах, а также регулированиятемпературы и давления реагентов вскважине,Известна установка для осуществления укаэанного способа, включающаяпробуренную в земле вертикальнуЮскважину, расположенный в скважинереактор, устройство для подачи реагентов, соединенное трубопроводомс реактором, и устройство регулиро:вания температуры, давления и расхода реагентов 1 . В известной установке ввод воздуха осуществляют в основание реактора. Вводимые пузырьки имеют минимальные размеры при большой общей площади поверхности. Такое барботирование повышает разность давлений и ограничивает скорость реакции изэа ограничения потока реагентов и продуктов через пограничный слой,5 вследствие чего создается потребность в значительно большей мощнос-. ти нагнетания для пропускания жидкости через систему, нежели в системе с использованием пузырьков больших 0 размеров. Избыточное тепло отбирается бт устройства посредством разбавления поступающих реагентов или эа счет выпуска пара. Разбавление подаваемых реагентов снижает общую 15 производительность процесса обработки и повышает удельную стоимость обработки. В известной установке необходимы дополнительная опора для , канала для центрального потока и . 20 множество поплавков для этой цели. Кроме того, в ней предусмотрены ограничения для любых реакций окисления количеством присутствующего в материале кислорода.В поток отходов вообще не подается дополнительный воздух или кислород. Такой способ, .обработки сточных вод не желателен, поскольку приводит к пиролиэу от- ходов и получению. в результате свободного углерода и других нежелательных продуктов. Согласно этому способу для осуществления реакции необходима непрерывная подача тепловой .энергии. Скорость ввода тепловой энергии регулирует поток и созда- З 5 ет тепловой напор, обеспечивающий. выход жидкости из реактора. Размещение паропровода в стоке приводит к потерям энергии, которая отбирается жидкостью, к повышенной потреб ности в энергии и повышению стоимости производственного процесса.Целью изобретения является интенсификация процесса путем достижения максимальной скорости химической реакции и устранения кипения реагентов в скважине, а также интенсификация процесса путем создания гидростатйческого столба жидкости и проведения химических реакций на глубине скважины при повышенных давлениях и температурах.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу проведения подземных химических реакций путем подачи реагентов, по крайней Мере один из которых является жидким, в вертикальную скважину, пробуренную в земле, по нисходящему каналу, создания гидростатического давления эа счет столба жидкости в60 скважине, контактирования реагентов в реакционной зоне, расположенной в нижней части скважины, с образованием продуктов реакции, нагрева реакционной смеси, вывода нагретых ре агентов и продуктов реакции на по верхность земли по восходящему каналу, осуществления теплообмена между компонентами в нисходящем и восходящем каналах и регулирования температуры и давления реагентов в скважине, регулироване температуры осуществляют путем нагрева и охлаждения жидкости непосредственно в скважине и в реакционной зоне, причем температуру реагентов в скважине и реакционной зоне поддерживают ниже температуры кипения жидкости, а давление поддерживают выше давления кипения жидкссти.При этом в качестве одного из реагентов используют газ, который вводят в жидкость на поверхности земли в нисходящий канал с образованием последовательного ряда удлиненных газовых пузырей Тейлора, которые вместе с жидкостью подают в реакционную зонуГазообразный реагент вводят в жидкость ниже поверхности земли в виде параллельных и расположенных друг над другом по высоте скважины потоков с увеличением давления газа по мере удаления от поверхности земли.Давление жидкости на поверхности земли поддерживается на уровне 14 ати.Кроме того, осуществляют рециркуляцию жидкости, выходящей иэ восходящего канала, путем возврата ее в нисходящий канал, причем жидкость поступающую из восходящего канала, перед рециркуляцией подвергают дегаэации и очистке от газообразных продуктов реакции. В качествежидкости используют сточные воды, а в качестве газообразного реагента применяют воздух с кислородом.Установка для осуществления указанного способа, включающая пробуренную в земле вертикальную скважину, реактор, расположенный в скважине, устройство .для подачи реагентов, соединенное трубопроводом с реактором, и устройство регулирования температуры, давления и расхода реагентов, снабжена коаксиально установленными в скважине трубами, образующими нисходящий и восходящий каналы и реакционную зону, расположенную в нижней части скважины, соединенную с каналами и выполненную в виде О-образного гидравлического затвора.При этом установка снабжена опорной плитой, расположенной на поверхности земли, а трубы закреплены на опорной плите.Трубы выполнены с уменьшающимся от поверхности земли диаметром.Устройство для регулирования температуры выполнено в виде трубчато-го теплообменника,Установка снабжена устройствомдля создания удлиненных газовых пузырей Тейлора, соединенным с нисходящим каналом,Кроме того, установка снабженапатрубками для ввода газообразногореагента, соединенными с нисходящимканалом и расположенными друг наддругом по высоте скважины,Патрубки для ввода газообразногореагента установлены по оси нисходящего канала с выходным концом,помещенным в реакционной зоне.Устройство ввода газа выполнеиов виде расположенной по оси нисходящего канала трубы с выходным кон"цом помещенным в реакционную зону,коаксиальные трубы образуют несколько последовательно соединенныхмежду собой реакторов,Поступающий жидкий поток прокачивается через проходящую книзучасть трубы от уровня поверхностиземли при выбранных регулируемыхтемпературе, давлении и расходе довыбранной глубины ниже поверхностиземли для создания гидростатического столба, достаточного для обеспечения выбранных давления и температуры, при которых реагенты взаимодействуют между собой с повиаеннойскоростью, и затем проходит нисходящую часть трубы через зону реакциив течение выбранного времени пребывания, в результате чего в этойзоне выделяется тепло, образуютсяпродукты реакции и жидкость нагревается. Иагретая жидкость и продуктреакции поступают в восходящую частьтрубы, обмениваясь теплом с нисходящей жидкостью для осуществленияохлаждения ее перед выходом иэ восходящей части трубы. Температурапоступающей в реакционную зону жидкости. регулируется путем ввода илиотвода тепла для поддержания максимальной скорости реакции и для предотвращения кипения жидкости в реакционной зоне, Процесс осуществляется таким образом, что тепло экэотермической реакции извлекается ввиде полезной тепловой энергии.Если в реакции используется газ,результаты улучшаются, если вводитьпоток газа под низким давлением ввиде ряда удлиненных пузырьков"пузырьки Тейлора" ), образующихсяу верха реактора. В предпочтительномварианте газ вводят в виде множества потоков в нескольких отметках высоты с целью уменьшения затрат нанагревание, Эти продолговатые пузырьки вызывают наименьший перепаддавления в канале и тем самьм сводят к минимуму давление нагнетания для поддержания определенного расхода. Эти увеличенные пузырьки также обеспечивают интенсивное перемешивание и контактирование для увеличения потока реагентов и продуктов в жидкость и иэ нее, поскольку жидкость течет над пузырями и пограничный слой не образуется, тогда как для пузырьков меньшего размераимеет место образование пограничного слоя. Количество впрыскиваемого газа регулируется для обеспечения точных отношений к поступающей жидкости, поскольку недостаток газа приводит к образованию нежелательных продуктов, а избыток газа сбрасывается и уменьшает производитель;ность реактора. Скорости движения потока поддерживают более высокими,чем скорость подъема пузырька с тем,чтобы каждый пузырек смог опуститьсявниз в реакционную зону. Давлениеи производительность реактора регулируются с целью поддержания соответствующих величин этих параметровв системе, На фиг,1 представлена схема предлагаемого устройства при использовании газа в качестве единственного реагента; на фиг.2 - схема устройства, показывающая способ ввода газа под давлением в поток жидкостидля образования увеличенных пуэырьков, проходящих вниз по наружному каналу и вверх по внутреннему каналу; на фиг.3 - схема, показывающая каналы и пузырьки, движение которыхпротивоположно движению пузырьковна фиг.2; на фиг,4 - схема реакторас обозначением различных глубин,на фиг,5 - верхняя часть реактора,сечение, на фиг.б - сечение А-А нафиг,5; на фиг.7 - промежуточная частьреактора, вертикальное сечение; на фиг.8 - нижняя часть реактора, вертикальное сечение; на фиг.9 - сечение Б-Б на фиг.7; на фиг,10 - сечение В-В на фиг,9; на фиг. 11 сечение Г-Г на фиг,7; на фиг.12 сечение Д-Д на фиг.7; на фиг.13 сечение Е - Е на фиг.8 на фиг.14 - сечение Ж-Ж на фиг.8; на фиг.15 - сечение Э - 3 на фиг.8", на фиг.16 - поток жидкости между кожухом и линией тока, вертикальное сечение по фиг.13 1; на фиг,17 - сечение И-И на фиг, 8; на фиг.18 сечение К-К на фиг.17; на фиг.19днище кожуха реактора, аксонометри" ческая проекция; на фиг.20 - боковой вид пузырька Тейлора; на фиг.21 то же, вид снизу; на фиг.22 - схема трех реакторов, соединенных последовательно и помещенных в один наружный корпус.Реактор 1 установлен в скважине пробуренной в земле, и находится ниже уровня 3 поверхности земли,25 Реактор 2 имеет наружную трубнуючасть 4 и внутреннюю трубную часть5, концентрически расположеннуюпо отношению к наружной трубной части 4, канал б между наружной ивнутренней трубными частями и внутренний канал 7 во всей внутреннейтрубной части 5. Наружная трубнаячасть 4 имеет заглушку 8, закрывающую ее нижнюю часть, а внутренняятрубная часть 5 заканчивается на 10выбранном расстоянии над заглушкой8 для образования глубинной гидравлической конструкции О -образнойгидравлической трубы в скважине 2.Реактор 1 также имеет верхнюючасть, выступающую над уровнем 3 земной поверхности" с отверстием 9,связанным с каналом б,через который течет поступающая жидкость, и отнерстие10, связанное с внутренним каналом7, через который отводится потокжидкости, Течение поступающего пото.ка жидкости в низ канала 6 и к верху внутреннего канала 7 обеспечивает большую производительность повходным потокам, которые обычноимеют большую вязкость, чем выходные потоки, однако направление течения потоков может быть реверсировано фиг.3).На уровне поверхности земли установлен насос 11 низкого давления,предназначенный для откачиванияпитающей жидкости иэ питателя 12,по линии 13 с регулятором 14 давления при выбранном давлении через 35отверстие 9, по линии 15 между насосом и отверстием 9 жидкость спускается по каналу б, как показанострелками. Байпасный клапан 16,установленный в байпасной линии 17, 40байпасирует насос 11 для отвода потока непосредственно из линии 13 влинию 15, так как после прохожденияжидкости по 0 -образной трубе вомногих случаях не требуется давления для поддержания постоянного потока через трубу. Обратный клапан18 на выходной линии 19 регулируетрасход и давление отходящего потока жидкости, проходящего через клапан 7, с помощью размера отверстияклапана. Питающая жидкость из питателя 12 отводится по линии 13, иее поток регулируется регулятором14. Насос 11 регулирует давление ирасход в период пуска, а клапаны16 и 18 регулируют давление и расходв период работы устройства.Устройство (фиг,1 пригодно дляосуществления прямого мокрого окисления загрязненных потоков и в ссобенности для установки аэробной обработки сточных вод,применимо для проведения ряда высокотемпературных химических реакций, протекающих подвысоким давлением. 65 В схеме, где перерабатываются сточные воды, поток обходящей жидкости из линии 19 поступает в отстойник 20, откуда очищенная вода рециркулирует обратно в качестве чистого или очищенного разбавителя и питательную линию 13 через линию 21 с клапаном 22 для регулирования концентрации питающей жидкости, Путем настройки клапанов 23 и 22 получают смесь питающей жидкости, имеющую выбранную величину СОД. Количество кислорода, необходимое для завершения реакции окисления, называют "химическим потреблением кислорода" (СОДсточной водой . Отстойник 20 имеет линию 24 для отвода очищенной воды и линию 25 для отвода золы,.Устройство для регулирования н аппарате предназначено для регулирования температуры поступающей жидкости в реакционной зоне 26. Это устройство для регулирования температуры включает охлаждающий насос 27, установленный на уронне земной поверхности, который прокачивает охлаждающую жидкость, хранящуюся в соответствующей емкости 28 на уровне земли, через подогреватель 29 (на уровне поверхности земли ) в нижнюю часть рубашки 30 через трубу 31 с регулятором и отводится из рубашки по трубе 32 с регулятором.Подогреватель 29 может иметь разные формы, но как показано схематически, он представляет собой электронагреватель, в который подаютэлектрическую мощность от силового источника 33 с регулируемым реостатом 34 для регулирования напряжения, подводимого к нагревательному элементу 35 для изменения установленной температуры нагрева и тем самым температуры охлаждающей жидкости, протекающей по трубе 31. Рубашка 30 представляет собой полую кольцевую цилиндрическую конструкцию, которая практически имеет одну длину с реакционной зоной 26 и, кроме того, обменивается теплом с каналом б. Труба 32 присоединена к верхней части рубашки реакционной эоны, выходит на уровень поверхности земли и подводится к емкости 28 в виде возвратной линии 36 с регулятором для подвода тепла к потоку в трубах 31 и 32. Цепь для отвода тепла включает линию 37 с регулятором, присоединенную к трубе 32, нисходящей к верху рубашки 30, и трубу 38 с регулятором над поверхностью земли, присоединенную к теплообменнику 39, ко. торый в свою очередь присоединен к емкости 28 с созданием замкнутой цепи с регулируемой температурой жидкости. Регулятор в трубе 38 регулирует расход потокав этой цепи.С помощью регулирования температуры охлаждающей жидкости в рубашке 30 и трубах 31 и 32 регулируетсятемпература поступающей жидкости вреакционной зоне 26, Это достигается путем добавления или отвода тепла от охлаждающей жидкости, регулируемого таким образом, чтобыдостичь практически максимальнойскорости реагирования. Регулировкаосуществляется по давлению пара по- Оступающей жидкости при локальнойтемпературе, поддерживаемой всегданиже локального давления для предотвращения кипения поступающей жидкости. Температуру поступающей жид"кости поднимают эа счет добавлениятепла, вырабатываемого нагревателем29, нагревающего охлаждающую жидкость, проходящую по трубе 31 в рубашку 30 с помощью насоса 27, Расход охлаждающей жидкости регулируют установкой регулятора в трубе 31.Верхний предел температуры поступающей жидкости в реакционнойзоне регулируют с помощью количестватепла, отводимого из теплообменника 39., и расхода, регулируемогоустановкой клапана в трубе 38. Количество отводимого тепла пряМо связано с установкой клапана в трубе38. К теплообменнику 39 присоедине- ЗОна турбина 40 при помощи линии .41с регулятором для утилизации энергии,и в частности полученного в результате реакции тегла, с превращениемтепловой энергии в механическую. 35В другом варианте к теплообменникуприсоединяется нагрузка 42 через линию с регулятором, которая можетпредставлять собой обогреваемую комнату. 40Датчик давления для измерения давления у верхней границы или в начале реакционной эоны 26 включает трубку 43 малого диаметра, напримертрубку из нержавеющей стали, проходящуюфкнизу через внутреннюю трубную часть линии 15 к верхней границе реакционной зоны 26. У поверхности земли установлен сосуд 44,обеспечивающий подачу воздуха подвыбранным давлением вниз через трубку 43 с помощью нагнетательногоклапана 45. Между сосудом 44 и трубкой 43 установлены воздушный манометр и регулятор 47 давления, Для эамера давления из трубки 43 вымывают 55воду и нагнетательный клапан 45 закрывают. Показание манометра 48представляет собой давление внутриреактора у верхней границы или верха реакционной зоны, которая представляет собой важную часть температуры и давления в реакторе,В химических реакциях, где в качестве реагента применяется газ, ив особенности при осуществлении 65 мокрого окисления сточных вод, при котором требуется наличие в воздухе кислорода, работа установок и результаты существенно улучшаются при использовании. Увеличенных газовых пузырей Тейлора 49, Эти пузыри имеют сферическую верхнюю часть 50,цилиндрическую часть 51 и усеченную нижнюю часть 52. Поперечное сечениепузыря представляет собой круг. Ос-.новная часть пузыря расходится отверха книзу по кривой линии. Этипузыри часто называют "пузырями Тейлора". Пузыри Тейлора сжимаются по мере течения по наружному каналу,и после достижения реакционной эоныдоставленный кислород вступает в реакцию, которая вызывает интенсивное перемешивание, контактирование и быстрое окисление сточных вод, а маленькие. пузырьки возвращаются через внутренний канал.Принципиальные преимущества использования этих пузырьков по сравнению с массой очень мелких пузырьков состоят в том, что падение давления на единицу длины трубы для пузыря Тейлора значительно меньше, благодаря чему снижается напор для прокачивания жидкости и пузырейвглубь земли, и кроме того, при этомдостигается большая скорость массо- передачи между газом и жидкой фазой в реакционной зоне 26. Это приводит к улучшению перемешивания всистеме газ - жидкость с большим растворением газа в жидкости и к большому извлечению из жидкости продуктов реакции.Устройство для получения увеличенных пузырей представляет собойвоздушный компрессор 53, установленный на поверхности земли, которыйчерез одну или ряд линий нагнетаетодин или несколько потоков воздухапри определенном давлении в верхнюю часть наружного канала для. соединения с поступающей жидкостью изпитательной линии 15. ОбразуеТсяряд или цепочка увеличенных пузырей Тейлора 49, которые перемещаются вниз с поступающей жидкостью.С этой целью используются кла-пан 54, установленный на линии 55,1входящей в линию 15 у поверхностиземли, и клапан 56 в линии 57,погруженной на определенную глубину ниже уровня поверхности земли,а также клапан 58 в линии 59, проходящей еще глубже от поверхностиземли. Концевые части каждОй из лини 59, 57 и 55 проходят в продольном направлении внутрь нисходящегоканала, и выход иэ этих линий открыт в направлении движения потокав нисходящем канале, так что потоквоздуха с выбранным давлением и расходом вводится в поступающий потокЧ =0,46 Йсг 60 жидкости. Путем соответствующего подбора давления, температуры и расхода по отношению к расходу и давлению поступающей жидкости пузырьки срастаются в цепь пузырей Тейлора 49, отстоящих друг от друга и находящихся в канале б.Эти увеличенные пузыри Тейлора поднимаются с одинаковой скоростью. по отношению к воде. Их относительная скорость по отношению к воде выражается уравнением где 9 с=32,2 Фут/с;внутренний радиус трубы,футы.В устройстве скорость поступающего потока загрязненной жидкости следует поддерживать выше скорости подъема пузырей с тем, чтобы каждый пузырь достигал реакционной эоны 26. Поступающая жидкость течет над пузырем и повышает массопередачу между жидкой и газовой фазами на реакционной зоне. Поскольку реакция окисления в целом имеет первый порядок, то скорость реакции прямо пропорциональна количеству продуктов и реагентов в жидкости. Пузыри Тейлора обеспечивают меньшую потерю давления внутри канала по сравнению с массой более мелких пузырей, благодаря чему снижается количество энергии, потребной для проталкивания материала при определенной скорости через О-образную трубу. Более мелкие пузыри создают большие потери давления в гидравлической колонне, Кроме того, мелкие пузыри имеют пограничный слой воды, который замедляетмассопередачу между двумя фазами. Таким образом пузыри Тейлора доводят до максимального значе,ния скорости реакции, сводя к минимуму мощность, требуемую для прокачивания жидкости через систему трубопроводов. Для сведения к минимуму потребляемой компрессором 53 мощности воздух вводят у верха канала б в нескольких отметках фиг.1 и 2 1.На самой высокой отметке вводят при наименьшем давлении в количестве, равном одному объему воздуха на объем жидкости, По мере опускания жидкости давление возрастает и воздух компремируется. Дополнительный воз дух вводят на самой нижней отметке и соответственно при более высоких давлениях, но в количестве, также равном одному объему воздуха на объем жидкости. Такое последовательное введение воздуха на постепенно увеличивающиеся глубины сводит к минимуму требования к мощности компрессора и обеспечивает систему кислоро 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дом, необходимым для окисления реагентов в жидкости.Давление в любой точке реактора зависит от массы жидкости над этой точкой. При использовании одной воды градиент давления будет составлять примерно 0,43 Р 51 на фут глубины 10,1 отм/м. Однако в канале б содержится существенный объем газа, который сжимается и нагревается по мере перемещения книзу.В целом, благодаря введению воздуха на разных отметках ниже уров- ня пОверхности земли, требуется меньшее давление нагнетания, и при работе установки нисходящий поток поступающего жидкого материала перемещаетоя без необходимости в установке насоса для жидкости. Такая Форма пузырей Тейлора свОдит к минимуму требования к мощности компрессора, создает .наименьший перепад давления и увеличивает поток реагентов и продуктов в жидкость и из жидкости, так как жидкость течет над пузырем, и,отсутствует пограничный слой., имеющийся у пузырей более мелкого размера.Реактор, показанный на фиг.5 - 10, расположен внутри скважины, облицованной изнутри обсадной трубой, которая состоит из трубы 60 и трубы 61 с наружной цементной заливкой 62, которая расположена в трубах 61 и 60 и имеет цементную пробку 63, эакрывакшую и уплотняющую днище обсадной трубы. Верхний конец обсадной трубы прикреплен, например сваркой, к круглой плите 64, установленной заподлицо с поверхностью 3 земли.Обычно наружная 4 и внутренняя 5 трубные части независимо подвешены относительно плиты 64 с тем, чтобы обеспечить их расширение и сжатие относительно обсадной трубы при изменениях температуры.Верхний конец наружной трубной части 4 прикреплен, например сваркой, к круглой плите 65, покоящейся на плите 64, для укрепления наружной трубной части 4 в подвешенном со- стоянии относительно обсадной трубы. Через отверстие в плите между об садной трубой и,наружной трубной частью проходят две трубы 31 и 32 для подвода и отвода жидкости из рубашки 30.Кроме того, над уровнем поверхности земли для расширения наружной трубной части 4 предусмотрена прямая втулка бб, одетая на наружную резьбу верхней части трубной части 4, прикрепленной к плите 65, покоящейся на плите 64, ниппель 67, тройник 68 и труба 69 с фланцем 70, прикрепленным, например сваркой, к верхнему концу и с нижним концом, ввинченным в тройник 68. Па фланце70 уотаНОВЛЕ:1 ФЛЬНЕ /1) К КОтГ)0)- МУ ГРИКРЕПЛЕНа БЕР;(НЯЯ Чаотк В 1 гтренней трубной части 5, напримерсваркой . такил Образ ол ) 1 .О РнутреянЯЯ т РУбн сяЯ с 7 сть .) У,."1 анс Бл (на ВПОДВЕ 1 ЕНПОи ГОС ГОЯ;1;ИЭТНОС) ТжЬнонаружной трубной части 4, "(ОтораяБ СвгОЮ ОЧЕРЕДЬ ОГ.П;)аЕТГ:Я На ПЛИТЫ64 и б 5, На ф/ЭНЕ 71,Г", ангсьг)ЕНЕг(Е - ПЕ Гй гяланг72 Б КОтОООЙБ В Ь ч е Н Н 5 П: Ссг ь 7 3 С:р И К 1) е 17 :, к Н (";( нему БГ /1(э. 74 дляО.л(.г)единения лици 19, через кот Рую прохо -Д 1 Т ПО 1 ОК .: Т;ОД 7ЖгКОСТИ, 1(Г)О -ме того ме)г, Йла 1 ся 1 г 70 к 71установле;а РО:(л,:,КГ) 5 а междуЛаЦаЛ 1 Г Т И /- ПО)г/ алка ) 6ВЛЕ-тЕ С КРЕГя)1 ИМ бег:"О;77 дяяУДЕже 1151:."Л 7751 С 3 Р Ест УПЛОТНЕНны)лпл н с)эа "; ;,51 Бод),гЕОС Э цсц г П г; , 7, 1 БН)ТОг . РубНГЛ с) а-, ,г; - )дк, Труб 1(а 43 дс) 1 -Б 1 Я ЕГСЯ - Д/с "Вс" ( 3 Гг И ЭГс."Д(ЕНИЯ С 0.Г:.Н:)"1 /ДЛЯ ОТБ)д 1 С;Лажл )Ю"с)51 ЖИЦКОЬ ТиО,Ея 101 Г 03"(г т;1ВРЕЗ Г 3 уб 5 прог(с)0 трсоны,гэе тргубь 31 к 32 гух. ЕЛ ЕС НС) . Г 1 ПГ-)Г(ЕЭХ.С -тк труб ой сг)ки ( г)511, 9 ) 10 , ЕакьЕт РЯД СОК;Ий г 1;:)Каз/КИЬХ Б В:ДЕжес".сой г, б: 78 -.,: , Бс"с) - Оггог, -НЮ 1".ОБСРХН( .1 Е Ж", 0 К)СГ)Т.ИггО БЕ)с 1 лсг сгр.,ц ( г), ,. " .1, р Жтрубнок ;а ти с ь Ос г)ом нсэпэав)с -НИИ 1 ИМЕЕТ ОТ 3рст)0 5: К:)ТОЭОЕСБО 1) Ос(ЕГ)ЕТЬ НГ Сст УГР;гГУК) В ГК)84 Жесткая -.руба 75( исот ОсевоеПЕРЕМСЕН Е г, гПРУ) Ой Б г/Лкста -ким ОбэаэО 1 г)т 1 .:И:ия и;)жгт а(Ск -БГ ЬНО ПЕ)Г Г . Ь 051 РИ 3 ЕН ГЧХтемпературь . Втулка 80 1 а нижнемконЦе скользит пО трубе ,8 )и Верх -НИЙ КОНЕЦ )ТУЛКИ 80 УДЕРЖИВаЕТГ)Якрсн)те)н м 81. Гибкая труса 85 мо -ЖЕ Т". Ь3 "с О " С В ЛЕ 11 ( 3 С ИЛ ЬО Н О -подобно.)/гОПРОВОда ) пОк;)ытОГОплете 5 Гл теплос той ким 10 крьти ем,Наружная трубная часть 4 (фкг.7г,И 8 г ПРОХО/я;,а 7 От ПС 3 ЕРХНОСтИ ЗЕМли в скважину. состоит из множества соедкне;ных Встык секй 86) стыКК КОТОРЫХ ОСУЯЕСТ)Б)7 СНЫ С ПО )ОЬЮВтулок 8 /, .3 тк Втулкимею.г наэезанную часть на каждом кг:нце и представлЯют собой стандсртн;:э трубныгВтУлки ДЯ скьа)ки . Р,/б) н) е секЦик гобразуюие нпг/куо тс;,.) ю часть4 сад РЕЗКЦХГ) с Ной 3 НО , г. ЭГС "О)ПЕ- -НЬ; Из ТгзМНО - ГОг г) сг . - =, Г Сб/И - г ) Б к Ой и:31Рк а Б е юе ; ) т 1.)э и и г с 8 8, И. 1и 12 ) ПРОХОця Т И 3 )ЕсЭКЫГГНнои зон Блоть до глубины ниже го - Верх:Ости земли и имсрцо на 152 м, Такая конст укция препятствует корг,Нотбныл же Обрээом Бн/трен)няя тэ)/бная часть э изОтовлена из м;О - жест:.37 труб 1 Ьх секций 89 соседя = кгпы кот ых соединены свс"кОЙ,нк;е 1 аоужной 1 эубнОЙ чссти 41 1)кг. 11.5 г предс "авляет собой заггуши" 8 В форме пол у сферь дл я 1)эедот - гзра 43 Н(5 3 абкьци ГутсЛ ра 3 ЛЫБ;г,т .) , ) . н а Г 1 Р а Бл я е т и 0 т 0 ( к Б е р х у ч е е .) су г)Гсгю)тр),бную; .( Ть г 11 ицс От Г: ТСТБКЯ ЕРЕПЭД", Дав 1 Г НИ Я ПО 1 Е .га( ( ТЕ сКЛ 3 ЛтЕПГг К 3 Гс 73 Ои 1 с.: НР с: "ЯОНКОСТСНан ТУбс, Ч Г) / ЛГстокмОсть к ул)ест тс: 000" .е Между горячил пото(ом 0(одя;эе 33 аКРОВ агИЯ 5/Ксг ТК гКОЛ О 1:О: НЕ(б;ЭабстЭННОЙ Поступ)К),Е: Ж;1)КОГ)ТЬЮ.Рубаяка 30 па наэужной трубной5 а инаетсЯ 1 а 111)б;313 эй лу-. бсиже уровня Ээс(нос говгц)хОс - ТИ, КОТООаЯ Нс-ХОД 1 Т(Я / ВС 1)Ха ИЛИ Б:Бча 1 е РеакциОннОЙ 301 ц 26 . На этой 1 ).Уб 1 е как на)эу)к)Б 5 тзк и Б)Утэ 31 Н 5 Я трубные части 1;/гэют ,мс:и Вене размеры д)я Обеспечения П:В(ТИЧЕСКИ ОСТОЯННОГО МОСОБО 10 расх да.Г 0 С "Е Т Е "1 Е Н 1 Я ЖИД(ГС г К "К / в:ар"ж оканале В 13; В ргэу 1 таге этого 0 бъ пГ)г О нг; -Е и И 0 .Г а Э а К ЖИД К 0 С Т И уС 1 ЬЭ) с Г Т С я С "3) утсту",Г;:; УМЕНЬЬЕНКЕМ СКО;ЭОС Г) ж(лкостл. Дг 51 поддержания скорости )1 д к Ос т и б Ол е е близкОЙ к Г 0 с т 0 я и н ОЙ неличкне в районе реакконгОй зоны размер наружной и внутренней трубнь х частей умень 1 ают. Это. Умень.:епе УРГ 5 Гк 1 иват ВыхОд продукции на Каг 1 тс)ЛО)ЛО)КЕНИЯ г а ТаКЖЕ ПОДДЕРЖИ Наст по краййсй мере ту скорость, которая требуется для проталкквания 1 Уэыэей газа Вниз:На некотором расстояник над реакцион;ой зоной 1,гэкг. 1 1 внутренняя т"Убна 51 секкин 90 имеет БтУлку 91 г В котору:, (ставлена ВнутреннЯЯ трубка)1 с(1 к. 9 2 еньего д 1 аметра, НсгУжная ). РУбнаЯ секЦКЯ 93 иг. " 2) ниже втулки 91 и над реакцио ной ЭОе 1 ОЙ имеет Втглку клк муфту 94, которая В сВОю Очередь имеет внутреннее ОтВерстие Р(ОтОРОм укреплсьа наружная трубная секция 95 м)енььегодиаметра, 5 предпочтительном Варианте 1 с 7 ружгая трубная секЦия 93изготовлена иэ темно-серого чугуна)облицованного нержавег;ил тюбкнгом88 наД Б гу 1 кОЙ 94 КО"Оглй 1 РОхОДит3 плоть ДО 152 м ниже НОг.ерхнссти ЗелгИ, РЕдуКцИОННЬС ГЛуЭтЬ Иэ) Отавг(ипают из нержавеющей стали и обрабатывают до гладкой конусой входной поверхности для предотвращения забивания. Большая нару зная трубная секция96 крепится по наружному кольцувтулки 94 а екотарам расстоянии отсекции 95, образуя рубашку 30, проходящую к дещу реактора,Тепло реакции собирается в рубашке 30 и отводится из нее тепло может подвод ться В виде нагретойакдаЖДЕЮЩЙ ЖИДКОСТИ и/ИЛИ Пс(радля запуска реактора, у. Верхней грани рубашки 30 имеется фитинг 9.7, установленныйт на трубной секции 96отводящиЙ поток из трубы 32 Внутрьверхней части рубашки. у нижнего конца наружной трубной секции 96, образующей рубашку прикрепленное к нейсваркой или резьбовьм соедисниемДНИЩЕ 98 И 11 ЗЕТ ВЕР.1 КдЛЬНОЕ ОТВЕРстие 99,Фитинг т)1 иг.17 - 19) прикрепленнапример сваркой, к дищу 98 и выступает снаружи одои стараы заглущки, Фитиг .1.00 имеет какал, откры-ый В днище рубашки, и отверстие101 у одного конца, присоединенноек трубе 31, Рубашка с заглушкой иитинромэаканчиваетсг а екотором расс;ОЯнии над тпрабкай 63, чтообеспечивает им Возврата-поступательное движение относительно пробки 63 при рдсшитренит и сжатии.ЛЯ РЕГУЛИРаваИЯ ЛпттПЕОтс 1 ТРЬна 1 таРУжнои тРУбай части оаз;.:СЩеНЫ ДатЯКИ тЕМГ 1 ЕРатУРЬ В ВИДЕ ТЕРМОпар 102 )иг,4 с итервдлам .римерНО 76 МКОТарЫС ПрИСОЕД тст; ( уКс 1 эателю 103 темтператрты а ровСповерхности.)таг 1 ичне ВОДЫ Вутрг Тттуб 60 И 61"Фвызывает большие потери тепла. Этавода будет испаряться и достигатьУРОВНИ ХОЛОДИЛЬтнка, ГДЕ Од КаДЕНСИРУЕтСЯ И СТЕКаЕт ВН З Па ВНЕШЕй1 гэверхности стенки;еактора до техПОРПака. а.1 а НЕ 11 спсаРИТСЯ ВНОВЕ .Зто дефлегмирова 1 Ие снижает общийэнергетический 1:ПД и возможностьосуществлЕия процесса. Для предотвращения этой гроблес Внутренняяполость обсадтой трубы может высуШИВаТЬСЯ ПУТЕМ ПРОКдлтиваЕИЕ ИЛИ ПРО"дуБКИИЛИ МОЖЕТ ИЗОЛИровстТЬСЯ СЛОем иэолЯции 104 1 Фитг. 817 и 18 ) .Эффективной изоляцией для этой целиможет служить покрытый пластиком;1 птберглтассавый лст, м 1 еральная силикатная шерсть или войлок иэ кераМИКИ, КатаР 1 Е СЛУжат ПЕРЕГОРалайдля предотвращения потерь теглатЕПЛОПРОВОДаСтЬЮ Ет КОНВЕКЦИЕИ. 6устройство работает следу 1 сщим образом.Поступающая жидкость - поток сточных вад, закачивается из питателя 12по линиям 13 и 15 Б канал 6, Потокла е ВОЭДУХа ПОД ДаЗЛЕ 1 Ет,аГЕтс-.ЮТ Внаружный канал для образования цепи отстоящих друг от друга пузырейТейлора 49, и обеспечиваемое насосам:1 давление доста:очно для перемещения вниз как поступающей жидкости, так и пузырей по каналу 6, Помере тогсткак материал огт (тскаэттсяниже г 1 аВарх 1 аст 1 земли1 эм 11 ео" 1и ДапЛЕНЕЕ ВОЗРасТ. Ют 1 Даст 1 .т ГТОЧКИ ПРИ КОТОтай С.с.тт ЛЕ 1-.Е:,аДИТ С 1-,аВЫШЕ:.,СИ;(аРСС Ь.:, с:11 анной у линии Тт 05, и пртттсск,: Дареактора 106.Б реакционной зоЕтт,;Е;, И три ПСЕЬт 11 с са .быстРо стЗзИвают кислсРСД с Вадат тВЫЫВБЯ бЫСТраЕ ОКЙСЛЕттнтГО,.;:.,;:тктвеРДых ВеЩеств и Ве(Раба 1 Вд Ят:епЛО тГЯ НаГРЕНа ж 1 кос.; ,1 т(КОС"Ь И траДУт ЫЕтИ С сР ":емье Выход;щей жидоспосту пдют Бо Вутрет 1:; к;нал 7 иОбЕНИВЯЮТСЯ ГРПЛ ОМ сЕ сттЕт 11 т К И -ПОТОКОМ ПОСТ уГт ающай.осле выхода иэ реактора ВыхадяШс(Я ЖИДКасТЬ ПООХОДИТ Ч.Рзз атстай;ИК, а Эатсм Лнба ИСПО:1 ЬЭуатаякак разбдвитель пас",гд 1:".Сй, ж 111 костИ ДЛЯ ПОДДЕРжаНИЯ Саат ВЕТС Т В УЮ 1 тдйвелчины СОД, либо сбрссьВсаетсЯ палии 11 24Смесь илн каПентрае 11 Я реагентовБ ЗаВИСИМаа .а 1 СОДЕ жатт 1 ят ЖИЦР е Г У т, 1 1 т е 1 с Я ," с т с. 0 В 1 т с й к л а и а н с в 5 8О 11 5 Д).уГ О:Нас:"ТЕ,.Ь.тс .т;ОГт Лтсдутзт ОТМЕТ 1 ТЬ, Чта (дждЗй 11 Э ОЕГУГЯтатРОВ ЮСТИРУЕГСЯ ИЛ:., УотадЭЛПается на уровне па терхности земли.Прн ЭауСКЕ К рЕ КцтЛ в ,та . Э,1,Еобтч 1:а подвсцтт.тся ,: с1 Я г;ало 1 ое.Вд ГО(",ТУатоЩЕй ЖИД(ат тп ПтТСМ ПРОКБ .чинания охлаждеВшей ж(Цкости иэ см,ос:и 28 чеоез нагоевател. 9 га труба 31 через руба:"ку и аб;.атно ВВ ;:х:1 о труое 32. После пад;-е:а темпеоа;,ры примерно до 204 С у ВерхнейГттасп(цы Реакционной эоны 1 т вьРабатКИ тЕПЛа От ПРСТЕКатг Я Э 1(ЗОТЕРти -чсской реакции аправление.готакаохлаждающей жидкости Ь ;рубах 31и 32 реверсируется (мэЯзтзя на проТИВОПОЛОЖНОЕ 1И асп ГраЕ с 1 Ч 1 За ТСЯИЗ рубашки ГБе 1 х По Тзбам 1 И 38в теплаобменник 39, иэ которого тепможет отводит ся для наг ева нагруз-КИ 4;., НсапрМЕр КСНаты ИЛИ атВОдится В Виде тепла или работы, Вырабатываемой турбиной 40,Температура в начале реакциирегулируется путем из.:1 се 11 я установКИ ОЕОСТата 34 И раС . ".тст В ГО;бЕ.Температооа при раооте устройстваКОНТраЛИруЕТСя дЛЯ 1 аддт држаНИЯ д,.-.зЛ11 Я ПЗРа ПОСТУПаОДтэй ЖИДКОСТИ ПРИлскальной температуре боле ниэКИМ, ЧЕМ ЛОКаЛЬНОЕ Ддн.т 1 ЕНИЕ ДЛЯ