Способ разделения несмешивающихся жидкостей и устройство для его осуществления

Союз Советских Социалистических Республик(23) Приорите (31) 621 704 т - (32) 14.10.75Р 3) США осударственный комите СССР по делам изобретений и открытий3 Че 3 и и я 2 5,0 9.7 9 1 т а опубликования Иностранцы айд Е. Поттер и Джордж72) Автори иэобретеии хт Иностранная ФирмаТексако Дивелопмент, Корпорейшн (США ) 71) Заявите(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕСМЕШИВАЮЗ,ИХСЯЖИДКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ нт,де эо о для раздкостей, индричесподвода тельные Изобретение относится к спосоам разделения несмешивающихся жидостей с различным удельным весом конструкциям устройств для их осу ествления и может быть испольэовао для разделения смеси воды с част ами углерода и органического экстр гента. Известен способ разделения несме шивающихся жидкостей с различным удельным весом, одна из которых содержит взвешенные твердые частицы, наприме" смеси воды с частицами углерода и органического экстрагента, 15 путем введения смеси воды с частицами углерода и экстрагента в зону сепарации, разделения их под действием гравитационных сил на очищенную воду и органический экстрагент с диспергированными в нем частицами углерода до образования поверхности разла фаз и последующего вывода из ны сепарации разделенных жидкостей 1) Известно также устройст деления несмешивающихся жи содержащее вертикальный ци кий корпус, трубопровод дл смеси жидкостей, распредел сопла и штуцеры вывода очищенныхжидкостей 1),Недостатками известного устройства и способа являются: недостаточ - ная эффективность процесса за счет неравномерного распределения смеси внутри корпуса устройства.С целью интенсификации процесса, в предлагаемом способе смесь в зону сепарации вводят в горизонтально-радиальном направлении под поверхность раздела фаз и одновременно между поверхностью раздела фаз и местом ввода смеси в горизонтально-радиальном направлении вводят чистый экстраге количество экстрагента в смеси не более, чем в 3 раза превышает количество частиц углерода, в качестве органического экстрагента применяют легкий углеводород с температурой кипения 37,6-38,9 С, плотностью 0,934-0,61 г/смЗи углеродньм числом 5-16, в качестве органического экстр- агента п 15 именяют смесь жидких побочных продуктов оксо- или оксилпроцесса, разделение осуществляют при температуре 100-343,3 фС и при давлении, предотвращающем испарение зкстрагента., 68 бг оС целью интенсификации процессаза счет улучшения распределения смеси внутри корпуса и одновременноговвода чистого экстрагента, устройство снабжено трубопроводом для подвода чистого экстрагента, размещенным коаксиально внутри трубопроводадля подвода смеси, причем оба трубопровода установлены по оси корпуса,а распределительные сопла закреплены соосно друг над другом на выходных концах трубопроводов на высоте,равной 1/4-3/4 высоты корпуса, гричем распределительные сопла выполнены в виде горизонтальных Форсунокс радиусом распыла 360,На Фиг, 1 изображен продольныйразрез общего вида устройства; нафиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; нафиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; наФиг, 4 - сечение В-В на Фиг. 3.Устройство состоит из вертикально расположенного цилиндрическогокорпуса 1, трубопровода 2 для подвода смеси жидкостей, распределительных сопел 3 и штуцеров 4 и 5 выводаочищенных жидкостей, Внутри трубопровода 2 для подвода смеси коаксиально размещен трубопровод 6 для подвода чистого экстрагента. Оба трубопровода 2 и б установлены по осикорпуса, а распределительные сопла 3закреплены соосно друг над другомна выходных концах трубопроводов 2и б на высоте, равной 1/4-3/4 высоты корпуса, причем распределительныесопла 3 выполнены в виде горизонтальных форсунок с радиусом распыла 360.Пороиообразный углерод, полученный при производстве синтез-газа,является гидрофильным и олеофильным.Он легко диспергируется в воде и имеет большую удельную поверхность.Горячие газы, содержащие сажу илипорошкообразный углерод, на выходеиз зоны реакции синтез-газа можноохлаждать водой, затем промыватьдополнительным количеством воды вобычной зоне промывки газа для удаления суспендированных частиц углерода и других твердых частиц.Перекачиваемые дисперсии углеродвода, получаемые при охлаждении ипромывке, содержат 0,5-3 вес.% порошкообразного углерода, Желательно выделять и циркулировать воду иэдисперсии углерод-вода и возвращатьпорошкообразный углерод в газогенератор в виде части углеродсодержащего сырЬя. Это может сопровождатьсясмешением дисперсии углерод-вода сжидким ограническим экстрагентом иподачей смеси в декантатор. В немуглерод отделяется от воды и образует дисперсию углерода в жидком органическом экстрагенте, которая плавает на поверхности воды, Перекачиваемый слой жидкого органического экстрагента с углеродом, одержа -щий около 0,5-9,0 вес.% порошкообразного углерода, можно откачать исмешать с тяжелым углеродсодержащимгорючим, например с сырой нефтью,Эту смесь разделяют перегонкой нафракцию жидкого органического экстрагента, которую возвращают в зонуразделения (декантатор), и суспен -зию углерода и тяжелого углеродсодержащего горючего, которую подаютв газогенератор в виде части сырья.Жидким органическим экстрагентом может быть любая перекачиваемаяорганическая жидкость, которая несмешивается с водой и с которой порошкообразный углерод имеет большеесродство, чем с водой. Получаемаядисперсия углерода в органическойжидкости легче воды, поэтому она отделяется и всплывает на отделеннойосветленной воде. Затем дисперсиюуглерода в экстрагенте можно вывести из верхней части декантатора, аосветленную воду - через патрубокв его донной части.К соответствующим органическимжидким экстрагентам, которые образуют дисперсии с порошкообразнымуглеродом и которые легче воды, относятся: 1) жидкие органические углеводороды с температурой кипения приатмосферном давлении 37,6-38,9 С,уд. вес в градусах, ЛР 1 20-100(0,9340-0610 г/см), углероднымчислом 5-16;2) окисленные углеводороды, например, нерас воримые в воде, обычно жидкие органические побочные продукты оксо- или оксильных процессови 3) смеси углеводородов 1 и 2. Примерами жидких экстрагентов типа 1служат бутаны, пентаны, гексаны,толуол, природный бензин, бензин,нафта, газойль, их смеси и т.п, Примерами экстрагентов типа 2 могутслужить спирты, эфиры, альдегиды,кетоны и простые эфиры и их смеси.Предлагаемый декантатор выполняетуказанную стадию разделения в способе удаления углерода, в которомсырьевая смесь, содержащая смесьпорошкообразного углерода, воды ижидкого органического экстрагента,разделяется за счет силы тяжести надве Фазы. Эти,две фазы, которые содержат дисперсию порошкообразногоуглерода в жидком органическом эктрагенте с содержанием твердых веществ05-9 вес,В и осветленную воду, непрерывно и раздельно выводятся издекантатора,Хотя на чертеже показан корпусдекантатора в виде удлиненного вертикально расположенного цилиндра,можно применять и другие геометрические Формы, например шара, вертикального цилиндра с коническим верхам или вертикального цилиндра сцилиндрическим куполом меньшега диаметра по аси.Для подачи сырья в декантатор можно использовать два метода. В первомслучае весь жидкиЙ органический экстрагент в смеси со всей водной дисперсией углерода пропускают через одингоризонтальный радиальный распределитель или сопла, установленные повертикальной оси сосуда на 1/4-3/4высоты сосуда, лучше по вертикальнойоси сосуда, Желательно вводить сырьепод поверхностью раздела фаз.В декантаторе образуется поверхность раздела за счет разделения,дисперсии углерод-вода жидким органическим экстрагентом на водную фазуи Фазу дисперсии углерод - жидкийорганический экстрагент, котораяотделяется и всплывает на водной Фазе.Общее количество жидкого органического экстрагента, применяемоедля разделения дисперсии углерод-нада, превосходит н 2-200 раз, лучшев 20-70 раз, нес порошкообразногоуглерода в дисперсии углерод-нада,Декантатор работает при 100-3433 Солучше при температуре выше 121,1 С.Давление в декантаторе устанавливается, в основном, за счет подъематемпературы. Давление должно бытьдостаточно высоким для предотвращения испарения жидкого .органическогоэкстрагента н декантаторе. Так, если температура выходящих из декантатара донных продуктов составляет148,9 С и жидким органическим экстрагентом является нафта, то давление в декантаторе должно быть нениже 21 атм, 40Объем декантатора должен обеспечивать достаточное время пребываниядля того, чтобы произошло разделение фаз при данном расходеТак,время пребывания для водной фазы ифазы жидкого органического экстрагента в декантаторе может составлять 2-20 мин, лучше 6-15 мин,Скорость подачи жидкого сырья,проходящего через горизоятальяоерадиальное сопла, составляет 0,030,15 м/с, а скорость подачи сырья,проходящего через вертикальную трубу, - 0,15-3 м/с. Поверхностные вертикальные скорости жидкого органического экстрагента и воды должны составлять 0,05-0,6 м/мин, чтобы разделение Фаз происходило только приочень слабом перемешивании в верхнем или дисперсионном слое углероджидкий органический экстрагент. 6 ОВторой способ введения исходныхвеществ в декантатор показан ка чертежах. Применяют два параллельныхгоризонтальных радиальных сопла,как указано выше, Смесь углерод-, 65 воды и органического экстрагента подают через нижнее горизонтальноерадиальное сопла, саедикенкое с наружной нертикалькай питательной трубой. Дополнительное количество органического экстрагента падают через внутреннюю питателькую трубу,концентричную с наружной нортккаль -ной питательной трубой и находящуюся внутри ее, затем он проходит через нижкее горизонтальное радиальное сопла в верхнее горизонтальноерадиальное сопла,Верхнее горизонтальное радиальное сопла расположено вблизи илипод поверхностью раздела дисперсииуглерод-жидкий органический экстрагент и водного: слоя. Нижнее горизонтальное радиальное сопла расположена кад поверхностью раздела,например, не менее чем ка 60 мм подверхним горизонтальным радиальнымсоплом.Дисперсия углерода н воде в смеси с частью жидкого органическогоэкстрагекта проходит через кольцевой проход между вертикальными наружной и внутренней трубами, затемвыбрасывается через нижкее горизонтальное радиальное сопла. Одновременна оставшаяся часть жидкого органического экстрагента, т.е. около85-95 вес.Ь нсега количества жидкогоорганического экстрагекта, подаетсян декантатор по внутренней вертикальной трубе, которая соединена с верхним горизонтальным радиальным соплом.Этот поток жи;-кого органическогоэкстрагента смывает,парошкоабразньйуглерод с поверхности слоя осветленной воды при минимальном перемешинании, таким образом образование эмульсии предотвращается за счет подачирадиалькаго горизонтального потокажглдкаго органического экстрагекта.Смывающее .цейстние па поверхности раздела также способствует диспергирананию углерода в жидком экстрагенте,Количество жидкого органического экстрагента, которое равномерно распредеоляется па окружности 360 верхким горизонтальным радиальным соплом, достаточно для образования дисперсии углерода в экстрагенте, н которой содержится 0,5-9 нес. углерода,Отношение диаметра поверхностираздела к наружному диаметру горизонтального радиального сопла илисопел мажет составлять 3-8,Действительное количество жидкогоорганического экстрагента, котороенужно смешать с дисперсией углерода в воде, для распределения черезнижнее горизонтальное радиальноесопла можно определить экспериментально опытами са встряхиванием.При этом жидкий ар акический зкстрагент добавляют к гробе диспер:Формула изобретения 20 30 углерода в воде мелкими порциями спромежуточным встряхиванием до техпор, пока количество экстрагентадостаточно для быстрого отделенияуглерода и всплывания его на поверхности осветленной воды. Количество 5экстрагента считается оптимальным,когда углерод выглядит сухим ипушистым. Количество жидкого органического экстрагента грубо можнооценить как превышающее в 1-3 разачисло маслоемкости (АЯТМ Д-31)порошкообразного углерода в цисгерсии углерода в воде. бно может составлять 0,6-6 кг экстракта на 0,45 кгуглерода, лучше 1,5 - 5 кг,1. Способ разделения несмешивающихся жидкостей с различным удельным весом, одна из которых содержит взвешенные твердые частицы, например смеси воды с частицами углерода и органического экстрагента, путем введения смеси воды с частицами углерода и экстрагента в зону сепарации, разделения их под действием гравитационных сил на очищенную воду и органический экстрагент с диспергированньии в нем частицами углерода до образования поверхности раздела Фаз и последующего вывода,из зоны сепарации разделенных жидкостей, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью интенсификации процесса, смесь в зону сепарации вводят в горизонтально-радиальном направлении под поверхность раздела фаз и одновременно между поверхностью раздела фаэ и местом ввода смеси в горизонтально-радиальном направлении вводят чистый экстраГент 2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю- Ш и й с я тем, что количество экстр- агента в смеси, не более, чем в 3 раза превышает количество частицу гле рода,3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в качестве органического экстрагента применяют легкий углеводород с температурой кипения 37,6-38,9 С, плотностью 0,934-0,61 г/см и углероднымчислом 5 - 16.4. Способ по пп. 1-3, о т л ич а ю ш и й с я тем, что в качестве органического экстрагента применяют смесь жидких побочных продуктов оксо- или оксилпроцесса.5. Способ по пп, 1-4, о т л ич а ю ш и й с я тем, что разделение осуществляют при температуре100-343,3 фС и при давлении, предотвращающем испарение экстрагента.б. Устройство для осуществленияспособа по и. 1, содержащее вертикальный цилиндрический корпус, трубопровод для подвода смеси жидкостей, распределительные сопла и штуцеры вывода очищенных жидкостей,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью интенсификации процесса врезультате улучшения распределениясмеси внутри корпуса и одновременного ввода чистого экстрагента, оноснабжено трубопроводом для подвода чистого экстрагента, размещенным коаксиально виутри трубопровода для подвода смеси, причем обатрубопровода установлены по осикорпуса, а распределительные соплазакреплены соосно друг над другомна выходных концах трубопроводовна высоте, равной 1/4-3/4 высотыкорпуса.7. Устройство по п. б, о т л ич а ю ш е е с я тем, что распределительные сопла выполнены в видегоризонтальных Форсунок с радиусом распыла 360,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США 9 3917569,кл. 210-21, 04.11,75 (прототип) .686599 ФЬз. г Фи ель И. Ненашева С,Мигай Коррек оста Техр едактор Т. Девятк Патруше каэ 5485 суд ам и лиал ППППатент , г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ЦЯИИПИ по де 113035, МТираж 877рственного кобретений и Ж, Раужс Подписномктета СССРкрытийя наб., д.