Результат интеллектуальной деятельности: Газожидкостной реактор

Изобретение относится к области химической и нефтеперерабатывающей промышленности, в части к способу получения высокомарочных окисленных нефтяных битумов с использованием кавитационно-вихревых реакторов.

Известен реактор для окисления углеводородов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого установлена распределительная перегородка, закрепленные в ней сливные стаканы и барботажные трубы с размещенными над ними колпачками и смонтированными в нижней части соплами, выходные отверстия которых расположены выше нижней кромки труб, распределительную тарелку, рапылитель, технологические штуцеры и опору, причем внутри барботажных труб по всей высоте размещены конфузоры, напротив которых в стенках барботажных труб выполнены отверстия (SU 1247074, опубл. 30.07.1986).

Недостатком известного устройства является низкая эффективность его работы.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является газожидкостный реактор для окисления углеводородного сырья кислородом воздуха (патент РФ №2160627, опубл. 20.12.2000), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого установлена разделительная перегородка, закрепленные в ней сливные стаканы с размещенными над ними колпачками и патрубок для ввода сырья и воздуха, а в средней части корпуса установлен кавитационно-вихревой аппарат, выполненный в виде смесительной и пенной камер, соединенный между собой посредством сужающего сопла, при этом патрубок ввода сырья расположен по оси смесительной камеры и выполнен в виде сопла с кавитационным рассекателем, а патрубок для подвода воздуха установлен тангенциально. Для готового окисленного продукта установлен патрубок сбоку реактора на расстоянии 3,5÷4,5 м от днища над кавитационно-вихревым аппаратом. Известное техническое решение решает задачу повышения эффективности работы за счет увеличения межфазного взаимодействия, времени контакта фаз и активации углеводородного сырья кавитационным полем и отвода продукта сбоку реактора.

Однако в известном техническом решении отбор готовой продукции предусматривает только битумов одной марки. Для перехода на другую марку необходимо менять режимы, что, в свою очередь, ведет к ухудшению качества продукции в период перехода установки от одного режима на другой и потере времени, что снижает выход продукции.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в улучшении качества готовой продукции и увеличению выхода, снижение энергетических затрат и времени на переход для получения других марок битума.

Указанный технический результат достигается тем, что газожидкостный реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого установлена разделительная перегородка, закрепленные в ней стаканы с размещенными над ними колпачками, кавитационно-вихревой аппарат, выполненный в виде смесительной и пенной камер соединенных между собой, и технологические патрубки при этом согласно изобретению патрубки для вывода готового окисленного продукта расположены сбоку реактора на расстоянии:

7-8 м для битума марки БНД-100/130,

10-11 м для битума марки БНД-70/100 от днища над кавитационно-вихревым аппаратом.

Снизу реактора расположен патрубок для вывода недоокисленного продукта, который может быть использован в качестве рециркулята для регулирования качества готовой продукции.

На фигуре изображен общий вид газожидкостного реактора.

Газожидкостный реактор содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, внутри которого установлена разделительная перегородка 2 со сливными стаканами 3, кавитационно-вихревой аппарат 4, патрубок 5 тангенциального подвода воздуха, трубопровод 6 подачи сырья к перегородке и кавитационно-вихревому аппарату, патрубок 7 для вывода битума марки БНД 100/130, патрубок 8 - для битума марки БНД 70/100 и патрубок 9 для вывода недоокисленного продукта в качестве рециркулята в кавитационно-вихревой реактор.

Газожидкостный реактор работает следующим образом.

Сырье подается по трубопроводу 6 к кавитационно-вихревому аппарату 4, где приобретает скорость 12-15 м/с. Кавитатор, установленный в кавитационно-вихревом аппарате, генерирует кавитацию (т.е. волновую энергию).

В результате взаимодействия двух потоков происходит диспергирование сырья в потоке воздуха, который имеет скорость 25-50 м/с, и вывод газожидкостной смеси (объемное соотношение сырья и воздуха 1:70÷100) через сопло кавитационно-вихревого аппарата в пенную зону. В пенной части кавитационно-вихревого аппарата скорость движения потока уменьшается за счет увеличения диаметра. Происходит коалесценция части пузырьков, в результате чего их размер увеличивается до 5-8 мм. Пузырьки этого диаметра за счет выталкивания движутся вверх. В результате уравновешивания этих сил происходит образование пенного режима в зоне реакции, где при 250-290°С происходит окисление нефтяных остатков, готовый продукт из зоны реакции на высоте:

7-8 м - БНД 100/130

10-11м - БНД 70/100 выводится сбоку реактора.

Недоокисленный продукт выводится снизу реактора и в качестве рециркулята, подается в сырьевую линию кавитационно-вихревого аппарата.

При проведении промышленных испытаний предложенного реактора использовали смесь остатков нефтепереработки гудрон АВТ, асфальт с установки деасфальтизации, черная соляра (5 фракция с установки АВТ) в соотношении 70:15:15 со следующими физико-химическими свойствами смеси:

Плотность, кг/см³ - 980,3

Температура размягчения по КиШ, С - 178

Вязкость условная Т = 80°С, -19

Содержание; % макс

Масло - 70,2

Смолы - 26,3

Асфальтены - 3,5

Результаты отбора проб из реактора показывают, что пробы на высоте 7-8 м соответствуют марке битума БНД 100/130 (КиШ 46).

Известно, что с увеличением времени окисления показатели КиШ (капля и шар) увеличивается (с 46 до 49). Отбор проб показал, что на высоте 10-11 м битум соответственно получается марки БНД 70/100. Сведения, подтверждающие причинно-следственную связь указанных расстояний с заявляемым техническим расстоянием, представлены в таблице.

Качественные показатели битумов соответствуют ГОСТ 33133-2014.