РЕАКТОР ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Предлагаемое устройство относится к газожидкостным реакторам непрерывного действия с противоточным движением фаз. Устройство может также использоваться в качестве тепло- и массообменного аппарата при непосредственном контакте жидкой и газовой (или паровой) фазами. Особенно эффективно его применение в качестве реактора для окисления нефтепродуктов кислородом воздуха при получении окисленных битумов из гудронов, экстрактов селективной очистки масел, асфальтов процесса деасфальтизации гудронов и их смесей.
За прототип изобретения принят реактор для окисления нефтепродуктов (Патент РФ на полезную модель №104552), в котором повышение эффективности процесса достигается за счет того, что в центральной части реактора, оснащенного инжекторами ввода сырья и воздуха, установлено пульсационное перемешивающее устройство, соединенное с генератором пневматических импульсов, расположенным вне реактора.
Недостатком этого такого реактора является сложность конструкции, связанная с установкой генератора пневматических импульсов, обеспечивающего работу пульсационного перемешивающего устройства.
Цель изобретения - упрощение конструкции реактора при обеспечении достигнутых ранее показателей: получение битумов улучшенного качества, снижении удельного расхода подаваемого на окисление воздуха и повышение эффективности его использования - сокращение содержания кислорода в газах окисления.
Поставленная цель достигается тем, что реактор оснащен установленным вне корпуса инжектором для инжектирования газов окисления из верхней части реактора циркулирующим потоком битума, отводимого из кубовой части реактора, и распределительным устройством, расположенным в центральной части реактора для подачи образующегося газо-жидкого потока.
На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый реактор, на фиг. 2, 3 показаны узлы ввода сырья и воздуха через соответствующие инжекторы, а также основные потоки газа и жидкости в зоне их установки.
На фиг. 4 представлена схема распределительного устройства, расположенного в центральной части реактора для подачи газо-жидкого потока, образующегося при инжектировании газов окисления из верхней части реактора циркулирующим потоком битума, отводимого из кубовой части аппарата. Схематично показано распределение потоков на выходе из распределительного устройства.
В верхней части цилиндрического корпуса 1 реактора (фиг. 1, 2) соосно установлен инжектор ввода сырья, состоящий из приемной камеры 2, камеры смешения 3, диффузора 4 и рабочего сопла 5, соединенного с внешней линией подачи сырья трубопроводом 6. К приемной камере 2 присоединен патрубок 7 с отверстиями, выходящий в пространство над уровнем сырья в реакторе. Диффузор 4, к которому крепится отбойник 8, погружен газо-жидкую среду, заполняющую реактор.
Инжектор ввода воздуха (фиг. 1, 3) находится в нижней части реактора и также установлен соосно с корпусом 1. Инжектор состоит из приемной камеры 9, камеры смешения 10, диффузора 11 и рабочего сопла 12, соединенного с внешней линией подачи воздуха трубопроводом 13. К диффузору 11 крепится отбойник 14.
Сырье 15 и воздух 16 подаются через штуцеры, расположенные в цилиндрической части реактора. Окисленный битум 17 и газы окисления 18 отводятся через штуцеры в нижнем и верхнем днище, соответственно.
Вне корпуса реактора установлен инжектор 19 (фиг. 1, 4), соединенный трубопроводом 20 с линией 21 откачки насосом 22 битума из кубовой части реактора.
Трубопровод 20 завершается соплом 23 подачи инжектирующего (рабочего) потока битума в инжектор 19, состоящий из приемной камеры 24, смесительной камеры 25 и диффузора 26.
Диффузор 26 соединен трубопроводом 27 с распределительным устройством 28. Приемная камера 24 инжектора 19 трубопроводом 29 соединена с верхней незаполненной жидкостью частью корпуса 1 реактора.
Принцип работы реактора, основой работы которого является использование энергии входящих потоков сырья, воздуха и циркулирующего потока битума, путем применения струйной аппаратуры (инжекторов), заключается в следующем.
Непрерывно подаваемые в реактор сырье 15 и воздух 16 (фиг. 2, 3) попадают через соответствующие инжекторы в верхнюю и нижнюю части корпуса 1. Между зонами установки инжекторов сырье и диспергированный воздух совершают противоточное движение. Образовавшиеся в процессе реакции газы окисления 18 после достижения уровня сырья в реакторе покидают реакционное пространство и отводятся из аппарата. Битум 17, полученный в процессе окисления сырья кислородом воздуха, откачивают насосом 22 из нижней части реактора.
Сырье 15 (фиг. 2), поступающее с высокой скоростью через сопло 5 в сужающуюся часть приемной камеры 2 инжектора ввода сырья, создает в полости этой камеры разряжение. В результате по патрубку 7, соединяющему инжектор с частью реактора, не заполняемой сырьем, инжектируются газы окисления, содержащие не прореагировавший кислород.
Образующаяся в сырьевом инжекторе газо-жидкая смесь в виде высокоскоростного потока из диффузора 4 поступает на отражатель 8.
Инжектирование части газов окисления струей входящего в реактор сырья приводит к тому, что этот газовый поток, содержащий не прореагировавший кислород, снова попадает в реакционное пространство аппарата, повышая эффективность использования применяемого воздуха, о чем можно судить по снижению концентрации кислорода в газах окисления 18.
Кроме того, интенсифицируется перемешивание в верхней части реактора. Объем инжектируемых газов окисления значительно превосходит объем поступающего сырья и образующийся суммарный газожидкостной поток, выходящий из диффузора 4 с большой скоростью, отражателем 8 направляется к периферии поперечного сечения корпуса реактора, смешиваясь с восходящим газо-воздушным потоком из нижней части аппарата. Часть сырья, увлекаемого вверх потоком инжектируемых газов окисления, образует циркулирующий поток среды в верхней зоне реактора. В сочетании с интенсификацией перемешивания это способствует более полному окислению сырьевого потока в этой зоне.
Воздух 16 (фиг. 3), поступающий с высокой скоростью через сопло 12 в сужающуюся часть приемной камеры 9 инжектора подачи воздуха, создает в полости этой камеры разрежение. В результате часть сырьевого потока с газо-воздушной смесью, находящейся в этой зоне, инжектируются в приемную камеру 9. Образующаяся газожидкостная смесь через смеситель 10 и диффузор 11 в виде высокоскоростного потока подается на отражатель 14, распределяющий ее по поперечному сечению реактора. Высокая степень диспергирования подаваемого воздуха, перемешивание струями отраженного потока и восходящим газовоздушным потоком, многократная циркуляция воздуха, увлекаемого в эжектор в составе газожидкостной смеси, обеспечивают интенсификацию процесса окисления в зоне подачи в реактор воздуха.
Использование энергии входящих в реактор потоков за счет применения струйной аппаратуры - инжекторов - позволяет повысить степень диспергирования фаз в реакционном объеме, интенсифицировать процесс перемешивания в зонах подачи сырья и воздуха, а также создать циркуляционные потоки в этих зонах, обеспечивая многократное контактирование реагирующих фаз. При этом в основном объеме аппарата сохраняется противоточное движение сырья и воздуха.
Поток циркулирующего по трубопроводу 20 битума (фиг. 1, 4), поступающий с высокой скоростью через сопло 23 в сужающуюся часть приемной камеры 24 инжектора 19, создает в полости этой камеры разрежение. В результате по трубопроводу 29, соединяющему инжектор с частью реактора, не заполняемой сырьем, инжектируются газы окисления, содержащие не прореагировавший кислород.
Образующаяся в инжекторе 19 газо-жидкая смесь из диффузора 26 в виде высокоскоростного потока поступает по линии 27 в распределитель 28.
Инжектирование части газов окисления струей входящего в реактор циркулирующего битума приводит к тому, что этот газовый поток, содержащий не прореагировавший кислород, снова попадает в реакционное пространство аппарата, повышая эффективность использования применяемого воздуха, о чем можно судить по снижению концентрации кислорода в газах окисления 18.
Кроме того, интенсифицируется перемешивание в центральной части реактора. Объем инжектируемых газов окисления значительно превосходит объем циркулирующего битума и образующийся суммарный газожидкостной поток, выходящий из диффузора 26, поступающий с высокой скоростью в распределитель 28, направляется к периферии поперечного сечения корпуса реактора, смешиваясь с восходящим газовоздушным потоком из нижней части аппарата (фиг. 4).
Смесь нисходящего потока окисляемого сырья с поступившим через инжектор битумом, после сепарации инжектируемых газов окисления, движется в нижнюю часть реактора в область работы воздушного инжектора.
Создаваемое работой инжектора 19 гидромеханическое воздействие в центральной зоне реактора приводит к дополнительному диспергированию пузырьков газовой фазы, предотвращению струйного движения встречных потоков (газового и жидкого). Отсутствие продольных циркуляционных контуров в центральной части аппарата, предотвращает перенос не прореагировавших масс по высоте колонны. Следствием этого является повышение эффективности работы реактора, выражающееся в снижении удельного расхода воздуха для получения битума требуемой марки и уменьшение содержания кислорода в газах окисления.
Устройство реактора в сравнении с прототипом существенно упрощается.
Улучшение гидродинамического и температурного режимов в реакторе обеспечивает возможность получения битума повышенного качества с улучшенными эксплуатационными характеристиками при высокой эффективности использования кислорода воздуха, подаваемого на окисление.