УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООКТАНОВЫХ КОМПОНЕНТОВ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ В ПРИСУТСТВИИ ФТОРИСТОГО ВОДОРОДА, ПРЕДОСТАВЛЯЮЩЕЕ ВОЗМОЖНОСТЬ РАБОТЫ С ВЫСОКОЙ СКОРОСТЬЮ ПОТОКА РЕАГЕНТОВ

Полезная модель относится к нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к технологии получения высокооктановых компонентов моторных топлив - алкилбензина алкилированием изопарафинов олефинами в жидкой фазе, в присутствии фтористого водорода.
Известно устройство для получения алкилбензина, которое содержит горизонтальный каскадный реактор с внутренним охлаждением [А.З. Дорогочинский, А.В. Лютер, Е.Г. Вольпова. Сернокислотное алкилирование изопарафинов олефинами. М.: Химия, 1970, с. 110]. Устройство представляет собой горизонтальный аппарат, разделенный L-образными перегородками, не доходящими до дна, на реакционную и отстойную зоны - в первой отделяется от углеводородов основная масса кислоты, а во второй - небольшое остаточное ее количество, кроме того, вторая отстойная зона является сборником углеводородов. В каждой реакционной секции расположены циркуляционные пропеллерные мешалки, а над мешалками - змеевики для ввода сырья и вертикальные перфорированные трубы для циркуляции эмульсии. Ввод олефинов осуществляется через патрубок в каждую секцию, а серной кислоты и изопарафинов - через патрубки в зону реактора, расположенную перед первой секцией, затем реагенты поступают в первую секцию и в каждую последующую через L-образные перегородки. Для снятия тепла, выделяющегося в результате реакции алкилирования и работы мешалки, а также вносимого с потоками, в реакторе поддерживают давление, равное давлению паров углеводородной смеси. Это позволяет автоматически отводить тепло из реакционной зоны путем испарения части жидкости, т.е. здесь используется внутренний холодильный цикл. Недостатками устройства являются необходимость в перемешивании реакционной смеси, высокий расход серной кислоты, необходимость поддержания температуры в узких заданных пределах (2-7°C).
Известно также устройство для сернокислотного алкилирования изопарафинов олефинами представляющее вертикальный контакторный реактор с внешним охлаждением хладагентом [А.З. Дорогочинский, А.В. Лютер. Е.Г. Вольпова. Сернокислотное алкилирование изопарафинов олефинами. М: Химия, 1970, с. 108.] Контакторный реактор имеет цилиндрическую форму, в его корпусе располагаются смесительная и холодильная системы. Сверху корпуса реактора размещена холодильная камера для подачи и вывода хладагента. В верхней и нижней частях камеры имеются решетки, в которых развальцованы трубы холодильника: в верхней - внутренние, в нижней - наружные. Принцип работы холодильной системы заключается в следующем. Хладагент поступает сверху аппарата, проходит по внутренним трубам вниз, отнимая тепло от реагирующих веществ в реакторе, и попадает в кольцевое пространство наружных труб, испаряется и поднимается по нему, уходя в виде паров на холодильную установку. С целью улучшения теплообмена стенки наружных труб холодильника выполнены ребристыми. Олефины смешиваются с изопарафинами, охлаждаются в холодильнике с помощью хладагента, после чего посредством патрубка, расположенного в нижней части реактора, поступают в кольцеобразное пространство между корпусом реактора и обечайкой, поднимаются, а затем опускаются к мешалке по внутреннему пространству цилиндрической перегородки между оребренными трубками холодильника, В верхней части реактора расположены патрубки для подачи серной кислоты и вывода продуктов реакции. Внизу обечайки установлена пропеллерная мешалка для принудительной циркуляции реакционной смеси и получения эмульсии углеводородов с кислотой, представляющая собой рабочее колесо с лопастями, приводимое во вращение паровой турбиной или электромотором. Вращательное движение циркулирующего потока в одной плоскости предотвращается с помощью расположенных вертикально ребер. Процесс алкилирования протекает в основном при нисходящем движении реакционной смеси вдоль поверхности охлаждения (пучка труб). Недостатками известного реакционного устройства являются необходимость использования мешалки, невозможность регулирования и формирования потока при подаче серной кислоты и в связи с этим высокий расход катализатора, недостаточно высокое октановое число алкилбензина.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототип) является секционный трубный реактор [патент №62541 патентообладатель Коростов Сергей Николаевич (RU)]. Устройство представляет собой условно разделенный на 3 зоны реактор: - зону подготовки эмульсии, зону стабилизации эмульсии, зону - секцию собственно фтористоводородного алкилирования и стабилизации эсульсии, расположенную горизонтально с уклоном 10%, смеситель, горизонтальный цилиндрический корпус с патрубками для ввода смеси изопарафинов и олефинов, заканчивающийся соплом, с расположенным в нижней части патрубком для ввода фтористого водорода, входящим в досопловую камеру и камеру смешивания сырья с катализатором. Кожухотрубный теплообменник с закрепленной системой насадок, каждая из которых составлена из закрепленных на продольной штанге сопряженных между собой перфорированных цилиндров, «секция» - змеевик, последовательно кожухотрубный теплообменник с закрепленной системой насадок, каждая из которых составлена из закрепленных на продольной штанге сопряженных между собой перфорированных цилиндров. Недостатками известного реакционного устройства являются недостаточная итенсивность смешивания и эмульгирования в реакторе, вследствие чего невозможно достичь необходимое качество алкилата.
Задачей полезной модели является создание секционной конструкции реактора, позволяющей получать алкилат с более высоким октановым числом за счет точной дозировки реагентов по всей длине змеевика, защиты змеевиков от скачков давления при передаче реакционной массы в последующую секцию и исключения местных скачков температуры в змеевиках при экзотермической реакции алкилирования изобутана олефинами в присутствии фтористого водорода, а также возможности эксплуатации устройства при движении потока реакционной смеси внутри реактора с линейной скоростью от 7 до 15 метров в секунду.
Техническим результатом полезной модели является улучшение качества алкилата до октанового числа согласно ГОСТ4095-75 93-96 пунктов.
Технический результат обеспечивается тем, что устройство, содержащее секционный трубный реактор, дополнительно содержит циклон, совмещенный с отстойником, а секционный трубный реактор выполнен в виде секций смесителей-эмульгаторов и змеевиков, с выбранным диаметром условного прохода, расположенных последовательно, при этом по длине охлаждаемого змеевика через каждые 70-150 метров установлены смесители-эмульгаторы с использованием нескольких универсальных форсунок для дозировки олефинов по всей длине реактора.
В частном случае, смеситель-эмульгатор и форсунки могут быть выполнены цилиндрической формы, и форсунки могут быть расположены по спирали в трубе смесителя.
Смесители-эмульгаторы, создающие высокодисперсную эмульсию в секции из смеси олефинов с изобутаном во фтористом водороде, устанавливаются через каждые 70-150 метров по длине охлаждаемого змеевика для точной дозировки реагентов, для защиты змеевиков от скачков давления реакционной массы в последующую секцию.
Расположенные по спирали в трубе смесителя форсунки, при линейной скорости потока реагентов в секции от 7 до 15 метров в секунду обеспечивают турбулентность потока, тем самым, исключая местные скачки температуры в змеевиках при экзотермической реакции алкилирования изобутана олефинами в присутствии фтористого водорода.
Выбранный диаметр условного прохода змеевика позволяет достичь линейную скорости потока реагентов в реакторе от 7 до 15 метров в секунду.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид устройства для получения высокооктановых компонентов моторных топлив в присутствии фтористого водорода; на фиг. 2 представлена секция смесителя-эмульгатора в разрезе.
Заявленное устройство содержит секции расположенных последовательно смесителей-эмульгаторов (1) и змеевиков (2), помещенных в охлаждающую жидкость, а также дополнительно содержит циклон (3) совмещенный с отстойником (4). По длине змеевика (2) через каждые 70-150 метров установлены смесители-эмульгаторы (1) с использованием нескольких универсальных форсунок (5).
На фиг. 2 - вариант смесителя-эмульгатора (1) цилиндрической формы в разрезе с цилиндрическими универсальными форсунками (5), расположенными по спирали в трубе смесителя-эмульгатора (1).
Устройство работает следующим образом.
В смеситель-эмульгатор (1) подают циркулирующий в системе фтористый водород в объеме, необходимом для создания линейной скорости потока 7-15 метров в секунду выбранного диаметра условного прохода змеевика (2), а через цилиндрические форсунки (5), расположенные по спирали в трубе смесителя-эмульгатора, подают для эмульгирования с фтористым водородом смесь изобутана и олефинов. Эмульсия далее поступает в охлаждаемый змеевик (2) по длине которого через каждые 70-150 метров установлены смесители-эмульгаторы, через которые подают расчетное количество олефинов. (1). После прохождения реакционного потока секций смесителей-эмульгаторов и змеевиков поток поступает в циклон (3)для быстрого разделения эмульсии на фтористый водород и органические компоненты реакции, совмещенный с отстойником (4), где смесь алкилата и фтористого водорода расслаивается, а оставшийся газ изобутан откачивают, охлаждая циркуляционный фтористый водород и снижая давление в системе, тем самым создавая возможность прокачки с высокой скоростью. Готовый продукт из отстойника (4) поступает на очистку, а фтористый водород дополнительно охлажденный в смеситель-эмульгатор (1). Октановое число алкилата по моторному методу составляет 90 и выше пунктов.
Использование предлагаемого устройства позволит повысить выход и качество получаемого продукта за счет практически полного исключения побочных реакций и создания однородной, монодисперсной и устойчивой эмульсии.
Устройство подходит для эксплуатации в качестве малотоннажных, малогабаритных установок фтористоводородного алкилирования легких изопарафинов олефинами с целью получения высокооктановых компонентов моторных топлив.