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°С 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°С), 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 емкость гомогенизации смеси тяжелых углеводородов и кислой воды с размещенными в нижней 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 емкостью реактор с расположенными в верхней части патрубком отвода пиролизных газов и в нижней части - средством для выгрузки продукта, при этом внутри реактора расположен ориентированный вдоль его осевой линии змеевик, соединенный с патрубком выхода из емкости гомогенизированной смеси, а на корпусе реактора установлен генератор токов высокой частоты.
Полезная модель поясняется чертежом, где изображена схема устройства для деструкции смеси тяжелых углеводородов.
Устройство для деструкции смеси тяжелых углеводородов содержит емкость 1 гомогенизации смеси тяжелых углеводородов и кислой воды с размещенными в нижней ее части барботером 2, связанным с источником кислой воды (на чертеже не показан) через патрубок 3. Барботажное устройство выполнено с кавитационными соплами 250 мкм. Также в нижней части емкости 1 размещен патрубок 4 ввода смеси тяжелых углеводородов, а в верхней - патрубок 5 вывода гомогенизированной смеси. Устройство содержит также реактор 6 с расположенными в верхней части патрубком 7 отвода пиролизных газов и в нижней части - средством 8 для сбора и выгрузки угольного продукта. Внутри реактора расположен ориентированный вдоль его осевой линии змеевик 9, соединенный с патрубком 5 выхода из емкости 1 гомогенизированной смеси. На корпусе реактора 6 установлен генератор 10 токов высокой частоты, связанный с источником напряжения (на чертеже не показан).
Корпус реактора 6, емкости 1, барботера выполнены из нержавеющей жаропрочной стали марок 20Х23Н18, 20X13, 30X13 и 40X13. Работает устройство следующим образом.
Тяжелые углеводороды (тяжелые пиролизные смолы) подают в емкость 1 гомогенизации смеси через нижний патрубок ввода и установленное на нем кавитационное сопло. В этот момент через барботажное устройство в камеру подается кислая вода, происходит их перемешивание, затем смесь тяжелых углеводородов (тяжелых пиролизных смол) и кислой воды по патрубку подаются в реактор 6. Поданная в реактор через патрубок ввода, гомогенизированная смесь тяжелых углеводородов (тяжелых пиролизных смол) и кислой воды попадает в змеевик деструкции, где подвергается воздействию высоких температур за счет работы генератора токов высокой частоты, влияние которых вызывают переход кислой воды из жидкого состояния в газообразное (процесс эндотермического испарения). Это испарение в гомогенизованной смеси и замкнутом объеме за счет конвекции тепла от водяных паров разлагает тяжелые углеводороды (тяжелые пиролизные смолы). Такое разложение преобразует тяжелые углеводороды в пары углеводородов с меньшей молекулярной массой и пирогаз. Возникшие в процессе деструкции пиролизные пары и пирогаз удаляются из реактора через патрубок отвода пиролизных газов в следующий объем конденсации/поликонденсации термических стабильных ароматических углеводородов (не обозначенный на схеме). Неорганические частицы термического разложения (технический углерод) выпадают в зону выгрузки 7. В качестве кислой воды используют обыкновенную воду, подкисленную, например, соляной кислотой.
Деструкции смеси тяжелых углеводородов (тяжелых пиролизных смол) и кислой воды в объеме реактора нагретого токами высокой частоты (далее ТВЧ) 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. На эти данные влияют величины зазоров кавитационных сопл более >250 мкм. ухудшающие характеристики перемешивания пиролизной смолы с кислой водой. Интенсификация термодиффузионного испарения закрученной гомогенизованной смеси тяжелых углеводородов (тяжелых пиролизных смол) и кислой воды достигается за счет конвективного переноса тепла от корпуса реактора нагретого ТВЧ (температура нагрева 600-1200°С) к змеевику деструкции. Разогрев змеевика проходит не только за счет конвекции тепла от корпуса, но и за счет термоизлучения поверхности самого змеевика разогретого ТВЧ, 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.
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÷4,0, 0,4÷1,0, 0,5÷1,0.
В полезной модели повышается степени конверсии тяжелых углеводородов (тяжелых пиролизных смол) и селективность процесса пиролиза за счет улучшения теплопередачи и диффузии сырьевых компонентов при образовании в реакторе устойчивого турбулентного потока.