Установка для окисления нефтепродуктов

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ хЕСПУБЛИК/04 51)5 В 01 Р 5/00, С Ивйй ОПИСА ПАТЕН к ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР(56) 1, Авторское свидетельство СССРМ 968053, кл. С 10 С 3/12, 1981.2. Авторское свидетельство СССРМ 1335560, кл, С 10 С 3/12, 1985.(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ НЕФТЕП РОДУКТОВЫ 1792342 А о нефтяния; секрической здуха 10, 12 и дифиффузор крыл ьчатго профитиями нд ой кром- оверхноз.п. ф-лы,(57) Использование: производств ных битумов, Сущность изобрете ция смещения снабжена цилинд камерой 9 с патрубком подачи во конфузором 11, рабочим участком фузором 13, В сопле установлены д на выходном конце воздуховода, ка с лопастями суперкавитирующе ля и каналами с выходными отверс тыльной стороне, кольцо 23 с остр кой, закрепленное на внутренней и сти выходного участка сопла 14, 1 4 ил.Изобретение относится к оборудованию для проведения технологических: массообменных процессов и может быть использовано, в частности, для окисления нефтепродуктов (нефтяных остатков; мазутов, гудронов, полугудронов, асфальтов де-асфальтизации, крекингостатков и т.п,) кислородом воздуха при производстве нефтяных битумов." "ф"Известнаустановкадля приготовления 10 битума, включающая реакторный куб, нагреватель, нагнетатель воздуха и перепускной трубопровод с насосОм Ц. Недостатком известной конструкции 15 является низкая интенсивность процесса окисления в результате недостаточно развитой поверхности контакта фаз,Наиболее близким к предполагаемому йзобретению по технической сущности идостигаемому результату является приня тая за прототип установка для приготовления битума из гудрона, содержащая реакторный куб с высотой, превышающей его поперечный размер,-уравнительную ем 25 кость, перепускной трубопровод между емкостью и кубом, выполненный в виде секций с соплами, воздуховод, размещенный в первой за насосом секции, и последней секцией, входящей в реакторный куб; с 30 направленным вниз дополнительным соплом 2.Недостатками известной установки яв ляются невысокая эффективность работы в результате слабо развитой удельной поверхности раздела фаз (воздух-жидкость), а так 35 же низкой интенсивности процесса смешения и, как следствие, незначительный коэффициент использования кислорода воздуха. Кроме того, подача воздуха осущеявляется интенсификация процесса окисле ния, увеличение коэффициента использования кислорода воздуха й уменьшение удельных энергетических затрат за счет создания режимов развитой гидродинамической кавитации. Поставленная цель 50 достигается тем, что в установке для окисления нефтепродуктов (нефтяных остатков), содержащей вертикальный цилиндрический реакторный куб с уравнительной емко-. стью, патрубки ввода обезвоженных 55 нефтепродуктов и воздуха, патрубки вывода газов и готового продукта, внешний циркуляционный контур, соединенный с патрубком забора нефтепродуктов из уравнительной емкости и состоящий из насоса,ствляется в зону повышенного давления 40 секции смешения, что обуславливает необходимость значительных энергетическихзатрат наего сжатие.Целью предполагаемого изобретения секции смешения нефтепродуктов и .воздуха, с установленными на входе соосно ей воздуховодом и соплом и входящей внутрь реакторного куба, цилиндрической секции с направленным вниз .соплом, согласно изобретению секция смешения 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, закрепленный на выходном конце воздуховода, неподвижная крыльчатка с лопастями суперкавитирующего профиля, в которых выполнены сообщенные с цилиндрической камерой каналы с выходными отверстиями на тыльной стороне и кольцо с острой кромкой, закрепленное на внутренней поверхности выходного участка сопла, с диаметром кромки, составляющим 0,85- 0,95 внутреннего диаметра сопла. Лопасти неподвижной крыльчатки имеют, например, клиновидную форму сечения 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 для окисления нефтепродуктов содержит вертикальный цилиндрический реакторный куб 1 с уравнительной емкостью 2, патрубки вывода отходящих газов 3, внешний циркуляционный контур, соединенный с патрубком 4 забора нефтепродуктов из емкости 2 и расположенным йиже уровня верхней границы 5 зоны окисления, циркуляционный контур, состоящий из трубопровода б, насоса 7 с размещенным на его входе патрубком подачи обезвоженных нефтепродуктов 8, секции смешения, 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 установлены три элемента кавернообразующей 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 лопастями 19, имеющими клиновидную форму сечения с острой передней кромкой 20, в теле которых выполнены каналы 21, выходящие на тыльную сторону лопастей и соединенные с цилиндрической камерой 9 секции смешения посредством1радиальных отверстий 22 в сопле 14, и третий элемент, представляющий собой кольцо 23 с острой кромкой 24, закрепленное на внутренней поверхности выходного участка сопла 14. Диаметр кромки составляет 0,85 - 0,95 внутреннего диаметра сопла, Циркуляционный контур включает в себя также, расположенную за секцией смешения цилиндрическую секцию 25 с направленным вниз соплом 26, входящую внутрь реакторного куба. Готовый продукт (окисленные нефтепродукты) отводится через патрубок 27, размещенный в нижней части уравнительной емкости 2. Кроме того, установка содержит измерительную и регулирующую аппаратуру, установленную на линиях подачи обезвоженных нефтепродуктов, воздуха, трубопроводе циркуляционного контура, линии отвода готового продукта и реакторном кубе,Установка для окисления 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) вводятся 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) изменяются: скорость увеличивается, достигая величины 10 - 15 м/с, а статическое давление падает, При обтекании потоком первого кавернообразующего элемента (кавитатора), выполненного в виде диффузора 17, происходит разрыв жидкости с образованием развитой присоединенной кавитационной полости (суперкаверны), представляющей собой область минимального давления, величина которого меньше или равна парциальному давлению растворенных в жидкости газов, Разность статических 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 ооразование и отрыв микропузырьков, наполненных воздухом, Создается двухфазная плотно . упакованная мелкодисперсная пузырьковая смесь.В результате диффузии кислорода через поверхность каверны и развитую удельную поверхность пузырьковой смеси, начинается процесс окисления нефтепродуктов с высокой скоростью реакции, За диффузором 17, в результате повышениястатического давления, часть кавитационных пузырьков схлопывается с образованием кумулятивных микроструек, имеющих размеры 5 - 20 мкм и скорости порядка 300- 800 м/с. В ремя схл оп ы вания пузырьков очень мало; порядка 10 - 10 с, давление в точках схлопывания достигает значительных величин, порядка 100 МПа, При этом кумулятивные микроструйки "прошивают" жидкость и распадаются на мелкомасштабобтекании двухфазным потоком за лопастями 19 крыльчатки 18 образуются геликоидальные макровихри и суперкаверны, за которыми также генерируются поля мелко 20 дисперсных кавитационных пузырьков, заполненных воздухом, поступающим по патрубку 10, цилиндрической камере 9, отверстиям 22 и каналам 21 в лопастях непосредственнов полости суперкаверн Наличие большого количества микропузырьков воздуха в потоке перед вторым кавернообразующим элементом способствует образованию устойчивых каверн с мини 25 мальными энергетическими затратами. На вьходе из сопла 14, в результате взаимодействия газожидкостной рабочей30 струи с острой кромкой 24 кольца 23 структура поверхности струи существенно изменяется. - она значительно увеличивается в поперечных размерах и приобретаетсильно возмущенный характер, При истечении рабочей струи из сопла 14 в цилиндрической камере 10 создается разрежение, способствующее эжекции воздуха, увлекаемого активной поверхностью струи, Интенсивное 40 взаимодействие струи с воздушиым потоком в рабочем участке 12 секции смешения вызывает рост эффективности энергообмена между активной и пассивной средами,45 сопровождаемого образованием тонкодисперсной газожидкостной смеси. В диффузоре 13 кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную, Этот процесс приводит к уменьшению скорости и 55 повышению статического давления в потоке, что способствует интенсификации процесса окисления в результате улучшения диффузии кислорода в жидкую фазу Двухфазный поток, состоящий из частично окислившихся нефтепродуктов и газовых пузырьков, подается по цилиндри 50 ческой секции 25, с большой скоростью выбрасывается из сопла 26 и ударяется о дно куба 1, при этом пузырьки дробятся и всплывают на поверхность, заполняя весь обьем ные вихри большой интенсивности, способствуя субмолекулярному перемешиванию с появлением "свежей" поверхностй жидкой фазы и значительным содержанием реакци онноспособных углеводородов, Далее приреакторного куба, Продолжается процессдиффузии непрореагировавшего кислорода, Отходящие газы (газы окисления) собираются в верхней части куба 1 и отводятсячерез патрубок 3 на обезвоживание. В процессе работы окислившиеся нефтепродуктыпоступают в уравнительную емкость 2, откуда часть их через патрубок 4 и трубопровод6, смешиваясь с исходным сырьем, поступает в циркуляционный насос 7. Балансовое 10количество готового продукта отбираетсячерез патрубок 27, Наличие измерительйойи регулирующей аппаратуры позволяет поддерживать гидродинамические и температурные параметры протекающих процессов 15в пределах значений, устанавливаемых технологическим регламентом,Работа установки по циркуляционнойсхеме дает возможность варьировать продолжительность пребывания сырья в зоне 20реакции при стабильной подаче смеси в реакторный куб, Циркуляция позволяет, например при производстве битума, повыситьпенетрацию при 25 С на (2-8).0,1 м, понизить температуру хрупкости и повысить интервал пластичности. Возможна такжеработа установки и без рециркуляции, Вэтом случае, изменяя расход сырья и воздуха, регулируют время пребывания нефтепродуктов в зоне реакции, подбирают 30оптимальные условия процесса окисленияИсследования, проведенные на гидродинамическом стенде; позволили определить оптимальное значение внутреннегодиаметра кромки 24 кольца 23, равйое 0,85- 350,95 внутреннего диаметра сопла 14, Уменьшение указанного значения приводит кзначительному повышению гидравлического сопротивления, что, в свою очередь, требует дополнительных энергетических 40затрат, Увеличение же внутреннего диаметра кромки при прочих равнь 1 х условиях (скорости, давлении, температуре) приводит кснижению коэффициента эжекции, вследствие снижения возмущающего влияния 45кромки на поверхность активной рабочейструи кавитационного струйного аппарата,Таким образом, предлагаемая конструкция устройства для окисления нефтепро-.дуктов позволяет интенсифицировать 50процесс окисления, увеличить коэффициентиспользования кислорода воздуха до 0,95 и уменьшить на 40 - 600 удельныеаиергетические затраты за счет использования режимов гидродинамической кавитации, способствующих увеличению дисперсности воздуха, удельной поверхности:контакта фаз, и как следствие, значительному ускорению реакции окисления. Кроме того," простота предлагаемой конструкции позволяет продолжить эксплуатацию существующих в . настоящее время в промышленности окислительных колонн с незначительной их переделкой. Формула изобретения 1. Установка для окисления нефтепродуктов, содержащая вертикальный цилиндрический реакторный куб с уравнительной емкостью, патрубки ввода обезвоженных нефтепродуктов и воздуха, патрубки вывода газов и готового продукта, внешний циркуляционный контур, соединенный с патрубком забора нефтепродуктов из уравнительной емкости и состоящий из насоса, секции смешения нефтепродуктов и воздуха с установленными на входе соосно с ней воздуховодом и соплом и входящей внутрь реакторйого куба цилиндрической секции с направленйыми вниз соплом, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью интенсификации . процесса окисления, увеличения коэффициента использования кислорода воздуха и уменьшения удельных энергозатрат путем создания режима развитой гидродинамической кавитации, секция смешения снабжена .последовательно расположенными цилиндрической камеройс патрубком.подачи воздуха, конфузором, рабочим участком и диффузором, а в сопле соосно с ним по ходу потока расположены диффузор, закрепленный на выходном конце воздуховода, неподвижная крыльчатка с лопастями суперкавитирующего профиля, в которых выполнены сообщенные с цилиндрической камерой каналы с выходными отверстиями на тыльной стороне, и кольцо с острой кромкой, закрепленное на внутренней поверхности выходного участка сопла, с диаметром кромки, составляющим 0,85-0,95 внутреннего диаметра сопла,2, Установка по и. 1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что лопасти имеют клиновидную форму сечения с острой передней кромкой.17.92342 оставитель С.болейнехред М,Моргентал эктор В.Павлова орректор О.Густи Зак Производственно. издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, Ул. Гагарина, 101 165 Тираж ПодписноеИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 45