УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕСТРУКЦИИ СМЕСИ ТЯЖЕЛЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ

Полезная модель относится к устройствам для деструкционных химических процессов и может быть использована в нефтехимии для переработки и использования отходов углеводородов.
Известен реактор пиролиза, включающий систему параллельных труб, соединенных ретурбентами, заполненных катализаторами и помещенных в радиантную секцию трубчатой печи (SU 1787046, 1993).
Недостатком реактора является большое гидравлическое сопротивление реакционных труб, заполненных катализаторами, в которых процесс пиролиза проходит при высоком давлении и образовании значительного количества смолянистых веществ, дезактивирующих катализатор.
Известен реактор пиролиза, включающий систему параллельных труб, соединенных ретурбентами и помещенных в радиантную секцию трубчатой печи, при этом трубы снабжены внешней и внутренней винтовой поверхностями (SU 453184,1974).
Недостатком данного реактора является технологическая сложность изготовления винтовых поверхностей труб. Кроме того, наличие на трубах внешней винтовой поверхности снижает интенсивность теплосъема за счет уменьшения конвективной составляющей теплового потока, а наличие на трубах внутренней винтовой поверхности способствует осаждению на ней смолистых веществ с последующим их коксованием.
Известен также реактор пиролиза, включающий систему параллельных труб, соединенных ретурбентами и помещенных в радиантную секцию трубчатой печи (SU 63297, 1944).
Недостатком этого реактора является неоднородность температурного поля в зоне реакции, приводящая к низкой конверсии исходного сырья и селективности процесса.
Наиболее близким к полезной модели является реактор, используемый для реализации способа переработки и использования отходов углеводородов, включающий разогрев отходов углеводородов, добавление воды, смешивание отходов углеводородов с тяжелым жидким топливом, диспергирование получаемой смеси для образования водотопливной эмульсии и подачу водотопливной эмульсии на сжигание. Разогрев отходов углеводородов осуществляют до температуры 20-90°C с добавлением либо без добавления воды. Смешивание отходов углеводородов с топливом и диспергирование этой смеси выполняют одновременно в роторно-пульсационном смесителе-гомогенизаторе с рабочим зазором 50-250 мкм и скоростью сдвига не менее 10 м/с, обеспечивая подачу отходов углеводородов и топлива в смеситель-гомогенизатор в соотношении 1:15-1:1,5. Процесс гомогенизации контролируют либо с помощью измерительного микроскопа по пробам водотопливной эмульсии, либо визуально по виду факела горения. При размере частиц дисперсной фазы в пробах водотопливной эмульсии более 10 мкм либо при уменьшении яркости и прозрачности факела горения и при появлении копоти в хвостовой части факела горения повышают число оборотов двигателя смесителя-гомогенизатора или подают часть водотопливной эмульсии с выхода смесителя-гомогенизатора на его вход, или увеличивают подачу топлива в смеситель-гомогенизатор, или уменьшают подачу на его вход отходов углеводородов. Технический результат: обеспечение возможности переработки и использования отходов жидких и загустевших углеводородов практически любого класса, повышение производительности переработки отходов, возможность оперативной корректировки процесса, экономия топлива и ресурсов (RU 2204761, 2003).
Недостатком данного реактора является использование низких температур в процессе реакции (20-90°C), а также отсутствие точного анализа разложения среды в процессе реакции при отсутствии визуального контроля.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в обеспечении возможности переработки и использования отходов для утилизации смеси тяжелых углеводородов (тяжелых пиролизных смол) с переработкой их в легкие фракции.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в повышении степени конверсии тяжелых углеводородов (тяжелых пиролизных смол) и селективности процесса пиролиза за счет улучшения теплопередачи и диффузии сырьевых компонентов при образовании в реакторе устойчивого турбулентного потока.
Сущность полезной модели заключается в достижении указанного технического результата в устройстве для деструкции смеси тяжелых углеводородов, которое содержит камеру гомогенизации смеси тяжелых углеводородов и кислой воды с размещенными в средней ее части барботажным устройством, связанным с источником кислой воды, и патрубком ввода смеси тяжелых углеводородов и размещенный в верхней части емкости патрубок вывода гомогенизированной смеси, связанный с камерой реактор с расположенными в верхней части патрубком отвода пиролизных газов и в нижней части - системой выгрузки угольного продукта, при этом внутри реактора расположен ориентированный вдоль его осевой линии змеевик, соединенный с патрубком выхода из емкости гомогенизированной смеси, а на трубопроводе подвода гомогенизированной смеси в реактор установлено устройство для подогрева гомогенизированной смеси.
Полезная модель поясняется чертежом, где изображена схема устройства для деструкции смеси тяжелых углеводородов.
Устройство для деструкции смеси тяжелых углеводородов (продуктов термического разложения углеродосодержащих производственных или бытовых отходов) содержит камеру 1 гомогенизации смеси тяжелых углеводородов и кислой воды с трубопроводом 2 для ввода продуктов разложения углеродосодержащих отходов, соединенным с патрубком ввода 3, представляющим собой систему сопел. В средней части смесителя расположена барботажная система в виде форсунок по периметру кольцеобразных трубок 4 для впрыска в камеру 1 гомогенизации кислой воды, которые соединены патрубком 5 с источником кислой воды. Камера 1 имеет патрубок 6 вывода из него гомогенизированной смеси для подачи ее в реактор 7 через трубопровод 8, на котором установлено устройство 9 для подогрева гомогенизированной смеси на основе генератора токов высокой частоты. Трубопровод 8 связан с установленным в реакторе змеевиком 10, на корпусе реактора установлена тепловая рубашка 11. Сверху реактор имеет патрубок 12 вывода летучие углеводороды и синтезгаза, получаемые при работе реактора, который соединен с ректификационной колонной 13, связанной с газопоршневым агрегатом 14, который, в свою очередь связан с тепловой рубашкой 11. В нижней части реактора расположено устройство для вывода осадка, представляющее собой шибер 15. Корпусы реактора 7, смесительной камеры 1, все трубопроводы выполнены из коррозионностойкой жаропрочной стали.
Устройство работает следующим образом.
Продукты разложения углеродосодержащих отходов по трубопроводу 2 поступают в смесительную камеру 1 через патрубок ввода 3, представляющий из себя систему сопел. Подводят кислую воду в камеру 1 через систему форсунок трубок 4, расположенных по периметру кольцеобразных труб в нижней и средней части реактора. Под влиянием получаемых турбулентных потоков происходит перемешивание компонентов смеси летучих продуктов разложения (углеводородов, оксидов углерода, воды и водорода) и кислой воды. Гомогенизированная смесь через патрубок 6 подается в реактор 7. Предварительно смесь подвергается разогреву за счет работы устройства 9 для подогрева гомогенизированной смеси на основе генератора токов высокой частоты., чтобы затем в змеевике 10 произошла реакция эндотермического разложения тяжелых углеводородов и смол (температура начала кипения ~200°C). Такое разложение преобразует тяжелые углеводороды и смолы в пары углеводородов с меньшей молекулярной массой и синтезгаз. Возникшие в процессе деструкции летучие углеводороды и синтезгаз удаляются из реактора 7 через отводящий патрубок газов 12 в ректификационную колонну 13 для разделения продуктов термического разложения на фракции. Твердые частицы, содержащиеся в потоке газа (различные примеси и не вступивший в реакцию углерод) осаждаются на дне реактора, где через шибер 15 периодически выводятся из реактора. В качестве кислой воды можно использовать водопроводную воду, подкисленную, соляной кислотой. Поддержание необходимой для реакции температуры происходит за счет подачу в рубашку нагрева 11 продуктов сгорания синтезгаза, получаемого при разделении продуктов реакции в ректификационном блоке 13, в газопоршневом агрегате 14. После прохождения рубашки нагрева выхлопные газы по дымоходу 16 поступают в дымовую трубу (на схеме не показана).
Особенность процессов в данной полезной модели достигается за счет снижения скорости вторичной реакции пиролиза, что достигнуто путем разбавления тяжелых углеводородов (тяжелых пиролизных смол) водяным паром кислой воды. В результате парциальное давление тяжелых углеводородов (тяжелых пиролизных смол) снизилось и согласно принципу Ле-Шателье, снижение давления в зоне реакции способствовало протеканию реакции, идущей с увеличением объема, то есть по всем признакам - первичный процесс. Для протекания реакции соотношение пара к тяжелой смоле должно составлять величины 0,3÷1,0, 0,4÷1,0, 0,5÷1,0.
Деструкции смеси тяжелых углеводородов (тяжелых пиролизных смол) и кислой воды в объеме реактора с подогревом поступающей смеси протекает в гомогенизированной смеси, имеющей влияние на скорость диффузионного испарения в змеевике деструкции. Скорость сдвига в гомогенизированной смеси должна достигать 10 м/с, поскольку при скорости менее 10 м/с не достигаются необходимые параметры, следствием которых являются частицы, размеры которых в дисперсной фазе превышают 10 мкм. Интенсификация термодиффузионного испарения закрученной гомогенизованной смеси тяжелых углеводородов (тяжелых пиролизных смол) и кислой воды достигается за счет конвективного переноса тепла от корпуса реактора к змеевику деструкции. Разогрев змеевика проходит не только за счет конвекции тепла от корпуса, но и за счет термоизлучения поверхности самого змеевика разогретого за счет устройства для подогрева гомогенизированной смеси, которое установлено на трубопроводе подвода гомогенизированной смеси к реактору, что влияет на скорость испарения смеси. Процесс диффузионного пиролиза интенсифицируется за счет того, что при закрутке реакционной смеси в змеевике деструкции снижается толщина ламинарного подслоя смеси, снижая диффузионное сопротивление змеевика, что воздействует на молекулы тяжелых углеводородов (тяжелых пиролизных смол) разлагая их на углеводороды с меньшей молекулярной массой. Дальнейшая интенсификация вторичного процесса протекает на поздней стадии пиролиза и проходит с уменьшением объема реакционной массы. При этой реакции образуются полиядерные ароматические углеводороды в объеме конденсации/поликонденсации термических стабильных ароматических углеводородов.
Такое протекание процесса пиролиза приводит к улучшения теплопередачи и диффузии сырьевых компонентов при образовании в реакторе устойчивого турбулентного потока», что, соответственно, приводит к повышению степени конверсии тяжелых углеводородов (тяжелых пиролизных смол) и селективности процесса пиролиза.