РЕАКТОР ДЛЯ НЕКАТАЛИТИЧЕСКОГО ГИДРООБЕССЕРИВАНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Предлагаемая полезная модель относится к химической технологии, в частности к устройствам для осуществления плазмохимических реакций. Полезная модель может применяться в процессах гидрообессеривания нефтепродуктов.
Предлагаемый реактор использует для генерации плазмы барьерный разряд. Частным случаем плазмохимических реакторов, использующих данный тип разряда, являются озонаторы, которые имеют конструкционную схему, позволяющую их применить для осуществления других плазмохимических превращений. Плазмохимические реакторы (озонаторы), работающие на принципе барьерного разряда, содержат в общем случае группу электродов, один или оба из которых покрыты слоем диэлектрика. Реакционная среда подается в межэлектродное пространство, где и происходит ее плазмохимическое превращение. Концентрация активных частиц (например «горячих» электронов с высокой энергией) выше в граничной зоне на поверхности диэлектрика, поэтому, с целью максимального выхода по электрическому току, конструктивно стараются увеличить площадь электродов и уменьшить межэлектродный объем.
Известен ряд устройств, включающих электроды, выполненные в виде планарных пластин электродов, в промежутке между которыми проходит реакционная среда (Пат. РФ №1718530, C01B 13/11, опубл. 20.06.2000, Пат. РФ №2132300, C01B 13/11, опубл. 27.06.1999, Пат. РФ №2180315, C01B 13/11, опубл. 10.03.2002).
Известен ряд устройств, включающих электроды, выполненные в виде коаксиальных труб электродов, в промежутке между которыми проходит реакционная среда, например Пат. РФ №2084400, C01B 13/11, опубл. 20.07.1997.
Подобного типа конструкции характеризуются неудовлетворительным соотношением межэлектродного объема и площади электрода, и, как следствие, относительно невеликим выходом по току.
В Пат. РФ №2466977, C07C 2/80, опубл. 20.11.2012 имеется описание плазмохимического реактора, имеющего схожую конструкционную схему, но применяемую для осуществления других плазмохимических реакций, например паровой конверсии метана и получения углеводородов. Его конструкции свойственны те же недостатки, что и вышеприведенным конструкциям.
Наиболее близким решением (прототип) является устройство по Пат. РФ №2196730, C01B 13/11, опубл. 20.01.2003. Устройство (озонатор) содержит коаксиально расположенные высоковольтный и низковольтный электроды, заключенные в герметичный корпус. Отличительной особенностью является то, что рабочий промежуток между электродами заполнен сыпучим гранулированным диэлектриком - катализатором, что увеличивает площадь образования барьерного разряда. Недостаток этого устройства состоит в том, что оно не применимо для реализации наиболее энергоэффективных способов проведения процессов гидрообессеривания, когда очищаемые от серы нефтепродукты находятся в жидком состоянии, к которым относятся высококипящие тяжелые нефтепродукты. В то же время следует отметить и быструю потерю работоспособности катализатора из-за его быстрой дезактивации при работе на тяжелых нефтепродуктах. На этом озонаторе (прототип) практически возможна только реализация процессов гидрообессеривания для легких нефтепродуктов, способных к испарению при атмосферном давлении без их термического разложения, что в свою очередь создает благоприятные условия работы катализатора в рабочем промежутке между электродами.
Задачей заявляемой полезной модели является то, что полезная модель должна иметь конструкцию, обеспечивающую возможность реализации процесса некаталитического гидрообессеривания, в т.ч. тяжелых нефтяных продуктов, находящихся в жидкой фазе. Технический результат полезной модели проявляется в улучшении контакта нефтяного сырья с активированным водородом, т.к. реакция происходит на поверхности кварцевой трубки в пленочном режиме. Одновременно на поверхности кварцевой трубки происходит барьерный разряд с образованием активного водорода непосредственно на пленке подаваемого сырья. Этим достигается минимальное потребление водорода, близкое к теоретическому для необходимой степени обессериванияя, а также минимальный расход электроэнергии на активацию водорода.
Задача достигается за счет того, что плазмохимический реактор для некаталитического гидрообессеривания нефтепродуктов включает в свой состав генератор плазмы барьерного разряда, совмещенный с основной проточной реакционной камерой. При этом генератор плазмы барьерного разряда выполнен в виде двух и более стержневидных электродов, обеспечивающих возникновение барьерного разряда между ними и расположенных внутри основной реакционной камеры вдоль ее длины. На входе в основную реакционную камеру установлено кавитационное диспергирующее устройство, а на выходе из основной реакционной камеры последовательно установлены вспомогательная реакционная камера и коалесцирующее устройство.
На Фиг. показана схема заявляемого плазмохимического реактора для некаталитического гидрообессеривания нефтепродуктов, в т.ч. тяжелых нефтепродуктов.
Конструкция плазмохимического реактора состоит из основной проточной реакционной камеры 1 и размещенных внутри нее стержневидных электродов 2. На входе в основную реакционную камеру 1 размещено кавитационное диспергирующее устройство 3, через которое подается жидкая фаза (исходное сырье - неочищенный нефтепродукт) 4. Подача водорода или водородсодержащего газа (ВСГ) 5, осуществляется через штуцер 6. Основная реакционная камера последовательно соединена с вспомогательной реакционной камерой 7 и коалесцирующим устройством 8. Выход продукта гидрообессеривания 9 из плазмохимического реактора осуществляется через штуцер 10, а отработанного водорода (ВСГ) 11 через штуцер 12.
Принцип работы плазмохимического реактора состоит в следующем. Жидкая фаза (неочищенный нефтепродукт) 4 подается на кавитационное устройство 3 любого типа (гидродинамического, пьезоэлектрического и т.п.), обеспечивающее распыление жидкой фазы на капли менее 10 мкм. Одновременно на вход основной реакционной камеры 1 через штуцер 6 подается водород или ВСГ 5. На электроды 2 подается питающее напряжение, достаточное для возникновения барьерного разряда между ними. Учитывая диэлектрическую неоднородность среды (капли жидкости в газе) разрядная область распространяется не только на приэлектродное пространство, но и на весь объем реакционной камеры. Под действием плазмы барьерного разряда, осуществляется взаимодействие молекул неочищенного нефтепродукта и водорода. Далее реакционная среда из основной реакционной камеры 1 поступает во вспомогательную реакционную камеру 7, где осуществляются вторичные плазмохимические реакции, обусловленные цепным механизмом реакции. На выходе из вспомогательной реакционной камеры 7 установлено коалесцирующие устройство 8 любого типа. В качестве такого устройства может быть использована набивка из металлической сетки. Назначение коалесцирующего устройства 8 - осуществить конденсацию дисперсной жидкой фазы - продукта гидрообессеривания. Жидкий продукт гидрообессеривания 9 выводится из реактора через штуцер 10, а отработанный водород (ВСГ) 11 выводится через штуцер 12.
Для апробации технического решения был создан экспериментальный образец патентуемого устройства, содержащий пару стержневидных электродов барьерного разряда (материал электродов сталь 12х18н10т в оболочке из отрезка кварцевой трубы), размещенных внутри основной реакционной камеры диаметром 40 мм и длиною 500 мм. Экспериментальный образец обеспечивал гидрообессеривание тяжелых нефтепродуктов, при подаче питающего напряжения на электроды 15 кВ и расходе жидкой фазы до 1 л/час.
Данные по апробации устройства на разных типах нефтепродуктов и достигаемая степень некаталитической плазмохимической очистки от серы приведены в таблице.
Таким образом вышеприведенное сведения подтверждают достоверность заявленного технического результата.
fffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffe010101040000002701ffff030000000000