УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к нефтехимии, в частности к области переработки углеводородов, и может быть использована в химической, нефтехимической промышленности и топливной энергетике для получения различных нефтепродуктов, в том числе высококачественного топлива.
Известен роторно-пульсационный аппарат переработки нефтяного сырья путем механической обработки, где нефтяное сырье подвергают ударно-кавитационному воздействию (патент РФ 2102434, 25.06.1996, C10G 15/08), включающий корпус с патрубками для ввода и вывода продукта и установленные на приводном валу разбрызгиватель с лопатками, цилиндрические статор и ротор, имеющие прорези.
При вращении лопаток разбрызгивателя относительно статора происходит активация нефтяного сырья за счет периодического ударного и кавитационного воздействия в высокочастотном пульсирующем режиме.
Недостатки прототипа:
- конструкция устройства не обеспечивает эффективную механическую обработку сырья в интересах глубокого изменения его углеводородной структуры, особенно для разнородных фракций, что ведет к неполному выходу легких нефтепродуктов,
- конструкция прорезей в статоре и роторе допускает протекание части сырья через прорези без формирования замкнутого объема кавитации и участия этой части сырья в заданном режиме,
- время пребывания сырья в зоне режима кавитации и частота прохождения продукта через прорези малоэффективны.
Целью полезной модели является увеличение глубины переработки углеводородного сырья с повышением выхода легких фракций на основе формируемого в реакторе непрерывного специального технологического процесса. Эта цель достигается тем, что корпус устройства с патрубком вывода остатков сырья, обечайка с патрубком выхода легких углеводородных фракций и крышка с патрубком ввода сырья, стянутые шпильками, составляют реактор предлагаемого конструкционного исполнения, технологический процесс в котором обеспечивает получение искомого продукта.
Особенность конструкции предлагаемого реактора:
- внутри реактора на ведущем валу жестко закреплен блок цилиндров ротора, в которых вырезаны прямоугольные окна, образующие которых параллельны оси вращения цилиндров, и жестко несоосно с ним установлен блок цилиндров статора, в которых вырезаны прямоугольные окна, образующие которых параллельны оси цилиндров;
- ось вращения цилиндров ротора смещена относительно оси цилиндров статора на заданную величину эксцентриситета так, что при каждом обороте цилиндров ротора и периодическом совмещении их окон с окнами статора в зазорах между цилиндрами ротора и статора формируется переменный многокамерный рабочий объем, в котором возникает мощное ударное воздействие на массу сырья в виде мощных пульсаций, вызывающих разрушение, деструкцию углеводородов и ужесточение режимов кавитации. Достигаемый таким образом высокочастотный пульсирующий режим (при скорости вращения цилиндров более 8000 оборотов/мин) ведет к возникновению эффективного диспергирующего воздействия на исходное углеводородное сырье, способствующего приросту выхода из его массы легких фракций. Лопатки цилиндров ротора способствуют созданию экстремальных кавитационных полей и центробежной силы с диспергированием сырья по всему объему гидропотока. В зонах же коллапса кавитационных пузырьков в гидропотоке активизируется межмолекулярное взаимодействие компонент исходных углеводородов вплоть до разрыва связей в их молекулах. Процесс сопровождается выделением большого количества энергии и генерацией акустического излучения, активно воздействующего на сырье в рабочих камерах;
- для оптимизации процессов переработки сырья различной плотности предусмотрена перестановка цилиндров ротора вокруг собственной оси относительно цилиндров статора;
- для активизации вывода из реактора остатков сырья на нижней поверхности ротора размещены лопасти.
Конструкция реактора пояснена чертежами, где на фиг.1, 2, 3 изображены:
1 - корпус с патрубком 11 вывода остатков сырья,
2 - обечайка с патрубком 12 вывода легких фракций,
3 - крышка с патрубком 13 ввода сырья,
4 - ведущий вал,
5 - ротор,
6 - разбрызгиватель восьмизаходный шнекового типа,
7 - блок цилиндров ротора с окнами 14 и с лопатками 15, направленными от оси вала 4,
8 - лопасти для вывода остатков сырья,
9 - блок цилиндров статора с окнами 14,
10 - шпильки стяжки реактора.
На фиг. 1 изображен общий вид реактора, на фиг. 2 дан разрез реактора по линии А-А с показом организации многокамерного объема турбулизации сырья, на фиг. 3 показана возможность изменения зазоров между цилиндрами ротора и статора.
Сборка «корпус 1+обечайка 2+крышка 3+шпильки 10» жестко установлена на стенде с электроприводом - фиг. 1 (стенд и привод на рисунках не показаны). Жестко закрепленный на ведущем валу 4 ротор 5 вращается совместно с восьмизаходным разбрызгивателем 6 шнекового типа. Жестко закрепленные на верхней плоскости ротора 5 соосно с ним собранные в блок четыре цилиндра 7 установлены так, что восемь их лопаток направлены от оси вращения - фиг. 1. В стенках цилиндров 7 ротора вырезаны прямоугольные окна, образующие которых параллельны оси цилиндров 7 ротора. На нижней плоскости ротора 5 жестко закреплены лопасти 8 для вывода остатков сырья.
На нижней поверхности крышки 3 жестко закреплены собранные в блок четыре цилиндра 9 статора - фиг. 1. В стенках цилиндров 9 статора вырезаны прямоугольные окна, образующие которых параллельны оси цилиндров 9 статора. Цилиндры 7 ротора и цилиндры 9 статора установлены поочередно внутри обечайки 2 так, чтобы оси вращения цилиндров 7 и 9 сохраняли бы заданный эксцентриситет «е» - фиг. 3 разрез по А-А. При этом диаметры цилиндров 7 и 9 выполнены с таким размером, чтобы цилиндр 9 с заданным зазором вошел в наружный цилиндр 7, затем следующий - меньшего диаметра - цилиндр 7 последовательно вошел в цилиндр 9, далее цилиндр 9 - в цилиндр 7, цилиндр 7 - в цилиндр 9…
Такое расположение элементов в процессе вращения цилиндров 7 ротора обеспечивает формирование многокамерного, переменной величины объема, в котором турбулизируется диспергированный поток углеводородов с последующим непрерывным выводом переработанных продуктов процесса за пределы реактора по выходному патрубку обечайки 2 под действием центробежных сил (см. фиг. 2). При этом существенно повышается эффективность воздействия элементов конструкции камер переменного объема на массу перерабатываемого сырья в процессе формирования легких углеводородных фракций. Для повышения эффективности процесса и получения искомого результата ось вращения цилиндров 7 ротора смещена относительно оси цилиндров 9 статора на заданную величину эксцентриситета «е» с изменением текущего зазора между цилиндрами 7 и цилиндрами 9 от минимального расстояния С1 до максимального расстояния С2, определяемую конкретным конструктивным вариантом устройства (см. фиг. 3).
Функционирование предложенного устройства (реактора) осуществляется следующим образом.
В корпус 1 с обечайкой 2 и крышкой 3 через патрубок 13 ввода сырья обечайки 2 исходное жидкое тяжелое углеводородное сырье, смешанное с водосодержащей добавкой, подают в реактор под давлением. Смесь далее попадает под действие закрепленного на ведущем валу 4 с помощью ротора 5 разбрызгивателя 6 шнекового типа, приобретая в реакторе интенсивное завихрение и ускорение, что приводит к турбулизации диспергированного потока углеводородов.
При вращении цилиндров 7 ротора и периодическом совмещении их окон с окнами цилиндров 9 статора возникают пульсации давления (за счет пульсирующего режима истечения из окон камер), обуславливающие возникновение кавитации в обрабатываемом сырье при последовательном прохождении им рабочих камер.
Переменный объем рабочих камер, возникающий при конструктивно организованном изменении зазоров между окнами эксцентрично установленных цилиндров 7 и 9, в процессе вращения обеспечивает активное кавитационно-акустическое воздействие, нагрев углеводородного сырья и разрыв связей в молекулах исходного сырья. Каждый элемент (образующая) окна статора и каждый элемент (образующая) окна ротора в результате взаимодействия с обрабатываемым потоком дополнительно увеличивает частоту воздействия конструкции на компоненты проходящего через окна сырья. В результате воздействия этих факторов происходит переформатирование углеводородных молекул и других компонент исходного сырья в поток преимущественно легких фракций.
В отличие от прототипа предложенное устройство обладает способностью конструктивной перенастройки для переработки исходных углеводородов, отличающихся по плотности, т.е. содержащих разнообразные фракции. Перевод устройства с одного перерабатываемого сырья на другое - как правило, сложная операция. Универсализация предлагаемого реактора осуществляется путем простой перестановки блока цилиндров 7 ротора на заданный угол вокруг собственной оси вращения относительно неподвижного блока цилиндров 9 статора. Такая операция ведет к изменению объемов рабочих кавитационных зон в соответствующих секторах цилиндров и формирует дополнительные факторы, влияющие на процесс переработки.
Поток сырья, проходя через образованные цилиндрами 7 ротора и цилиндрами 9 статора рабочие камеры и окна в цилиндрах, подвергается пульсирующему воздействию экстремальных кавитационных полей, центробежной силы и диспергированию. В зонах коллапса кавитационных пузырьков происходит межмолекулярное взаимодействие в потоке перерабатываемого сырья вплоть до разрыва связей в молекулах с выделением большого количества энергии. Этот процесс сопровождается генерацией акустического излучения в ультразвуковом диапазоне, активно воздействующего на поступающее в рабочие камеры сырье.
Важная функция лопаток цилиндров 7 ротора - существенное увеличение воздействия полей и сил на поток сырья в камерах, что способствует активному перемешиванию смеси и облегчает выход из нее легких фракций, а также очищение внутренних поверхностей цилиндров 9 статора во избежание застойных зон.
Предложенное устройство (реактор) обеспечивает повышение эффективности переработки любого вида углеводородного сырья, непрерывный выход легких фракций в результате активного воздействия на сырье формирующихся в конструкции реактора акустических и физических факторов.
В условиях реиндустриализации народного хозяйства и диверсификации нефтехимического производства предложенное устройство является существенным фактором повышения эффективности отрасли.