УСТРОЙСТВО РИФОРМИНГА СМЕСИ ТЯЖЕЛЫХ ПИРОЛИЗНЫХ СМОЛ И КИСЛОЙ ВОДЫ

Полезная модель относится к устройствам высокотемпературных 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 риформинга смеси тяжелых пиролизных смол и кислой воды с переработкой их в углеводороды (их гомологи) и водородосодержащий синтез-газ.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в риформинге с целю получения углеводородов (их гомологов), водородосодержащего синтез-газа и кокса, причем на достижение данного результата влияют: - система перемешивания тяжелых пиролизных смол и кислой воды; - устройство реактора с внутренним змеевиком; - система нагрева на основе Токов Высокой Частоты; причем совокупность всех систем влияет на достижение результата.
Сущность полезной модели заключается в достижении указанного технического результата в устройстве риформинга смеси тяжелых пиролизных смол и кислой воды, которая содержит емкость перемешивания (гомогенизации) смеси тяжелых пиролизных смол и кислой воды с размещенными в нижней части барботажным коллектором, связанным с источником кислой воды, и барботажным коллектором, связанным с источником тяжелых пиролизных смол, с расположенным в верхней части емкости патрубка вывода перемешанной (гомогенной) смеси, связанной через патрубок с огнепреградителем, который связан с реактором риформинга, в верхней части реактора риформинга расположен патрубок отвода углеводородов (их гомологов) и водородосодержащего синтез газа, а в нижней части - средство для выгрузки кокса, при этом внутри реактора расположен ориентированный вдоль его осевой линии змеевик, соединенный с огнерпреградителем, а на корпусе реактора установлены индукционные петли генератора тока высокой частоты.
Полезная модель поясняется чертежом, где изображена схема устройства риформинга смеси тяжелых пиролизных смол и кислой воды.
Устройство для риформинга смеси тяжелых пиролизных смол и кислой воды содержит емкость 1 перемешивания (гомогенизации) смеси тяжелых пиролизных смол и кислой воды с размещенными в нижней ее части барботажным коллектором 2, связанным с источником кислой воды (на чертеже не показан) через патрубок 3. Барботажный коллектор выполнен с кавитационными соплами 250 мкм. Также в нижней части емкости 1 размещен барботажный коллектор 4, связанный с источником тяжелых пиролизных смол через патрубок 5, а в верхней части емкости 1 размещен патрубок 6 вывода перемешанной (гомогенной) смеси, на котором размещен огнепреградитель 7. Устройство содержит также реактор риформинга 8 с расположенным в верхней части патрубком 9 отвода углеводородов (их гомологов) и водородосодержащий синтез-газ, а в нижней части - средством 10 для сбора и выгрузки кокса. Внутри реактора риформинга расположен ориентированный вдоль его осевой линии змеевик 11 риформинга, соединенный с огнепреградителем 7. На корпусе реактора риформинга 8 установлены индукционные петли 12 генератора тока высокой частоты, связанные с источником напряжения (на чертеже не показан).
Корпус реактора риформинга 8, емкости перемешивания 1, барботажные коллекторы 2, и 4 выполнены из нержавеющей жаропрочной стали марок 20Х23Н18, 20Х13, 30Х13 и 40Х13. Змеевик риформинга 11, выполнен из нержавеющей жаропрочной стали марок 20Х25Н20С2, AISI 310, AISI 330
Работает устройство следующим образом.
н2о=
Тяжелые пиролизные смолы под давлением подают в емкость 1 перемешивания (гомогенизации смеси) через нижний барботажный коллектор ввода с расположенными на нем кавитационными соплами. В этот момент через другой барботажный коллектор в камеру подается кислая вода, происходит их перемешивание, затем смесь тяжелых пиролизных смол и кислой воды по патрубку 6, с установленным на патрубке огнепреградителем 7, подают в реактор 8 риформинга. Поданная в реактор риформинга через патрубок ввода и огнепреградитель 7, перемешанная (гомогенная) смесь тяжелых пиролизных смол и кислой воды попадает в змеевик 11 риформинга, где подвергается воздействию высоких температур полученных от лучевого тепла индукционного нагрева корпуса реактора индукционными петлями генератора тока высокой частоты, лучевой нагрев вызывает переход кислой воды из жидкого состояния в газообразное (процесс эндотермического испарения). Это испарение в перемешанной (гомогенизованной) смеси и замкнутом объеме за счет конвекции водяными парами разлагает тяжелые пиролизные смолы. Такое разложение преобразует тяжелые пиролизные смолы в пары углеводородов (их гомологов) и водородосодержащий синтез-газ. Возникшие в процессе риформинга углеводороды (их гомологи) и водородосодержащий синтез-газ, удаляются из реактора через патрубок отвода углеводородов (их гомологов) и водородосодержащего синтез-газа в следующий объем конденсации/поликонденсации термических стабильных ароматических углеводородов (не обозначенный на схеме). Неорганические частицы термического разложения (кокса) выпадают в зону выгрузки 10. В качестве кислой воды используют конденсат дымовых труб (гидролиз дымовых газов при температуре с 130°C-200°С в парах воды, с pH3,8-7) (при отсутствии кислой воды используют смесь воды и соляной кислоты).
Риформинг смеси тяжелых пиролизных смол и кислой воды в объеме реактора нагретого индукционными петлями генератора тока высокой частоты (далее ТВЧ) протекает в гомогенной смеси, имеющей влияние на скорость диффузионного испарения в змеевике риформинга. Скорость сдвига в гомогенной 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 пиролизных смол с кислой водой. Интенсификация термодиффузионного испарения закрученной гомогенной смеси тяжелых пиролизных смол и кислой воды достигается за счет лучевого переноса тепла от корпуса реактора риформинга нагретого индукционными петлями генератора ТВЧ (температура нагрева +600-+1200°C) к змеевику риформинга. Разогрев змеевика проходит не только за счет лучевого тепла разогретого корпуса реактора, но и за счет глубокого проникновения индукционных полей вплоть до поверхности самого змеевика, что влияет на скорость испарения смеси. Процесс диффузионного пиролиза интенсифицируется за счет того, что при закрутке реакционной смеси в змеевике риформинга снижается толщина ламинарного подслоя смеси, снижая диффузионное сопротивление змеевика, что воздействует на молекулы тяжелых пиролизных смол разлагая их на углеводороды (их гомологи) и водородосодержащий синтез-газ. Дальнейшая интенсификация вторичного процесса протекает на поздней стадии риформинга 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 риформинга, что достигнуто путем разбавления тяжелых пиролизных смол паром кислой воды. В результате парциальное давление 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 кислой воды к тяжелой смоле должно составлять величины 0,3÷1,0, 0,4÷1,0, 0,5÷1,0.
В полезной модели повышается степень конверсии тяжелых пиролизных смол и селективность процесса риформинга за счет улучшения теплопередачи и диффузии сырьевых компонентов при образовании в реакторе устойчивого турбулентного потока.