RU104552U1

RU104552U1 - REACTOR FOR OXIDATION OF OIL PRODUCTS

Info

Publication number: RU104552U1
Application number: RU2010154703/05U
Authority: RU
Inventors: Сергей Павлович Яковлев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ВОКСТЭК"
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2011-05-20

Abstract

Реактор для окисления нефтепродуктов, характеризующийся тем, что он состоит из вертикального цилиндрического корпуса, в котором трубопровод ввода сырья соединен с инжектором, расположенным соосно корпусу над уровнем сырья в реакторе, а диффузор этого инжектора погружен в сырье, трубопровод подачи воздуха соединен с инжектором, расположенным в нижней части реактора соосно корпусу, диффузоры инжекторов подачи сырья и воздуха снабжены отражателями, причем в центральной части реактора установлено пульсационное перемешивающее устройство, соединенное с генератором пневматических импульсов, расположенным вне реактора. A reactor for the oxidation of petroleum products, characterized in that it consists of a vertical cylindrical body, in which the feed pipe is connected to the injector located coaxially to the housing above the feed level in the reactor, and the diffuser of this injector is immersed in the feed, the air supply pipe is connected to the injector located in the lower part of the reactor coaxial to the casing, the diffusers of the injectors for supplying raw materials and air are equipped with reflectors, and a pulsating mixing device is installed in the central part of the reactor connected to a pneumatic pulse generator located outside the reactor.

Description

Заявленное техническое решение относится к газожидкостным реакторам непрерывного действия с противоточным движением фаз. Предлагаемое устройство может также использоваться в качестве тепло- и массообменного аппарата при непосредственном контакте жидкой и газовой (или паровой) фазами. Особенно эффективно его применение в процессе окисления нефтепродуктов кислородом воздуха при получении окисленных битумов из гудронов, экстрактов селективной очистки масел, асфальтов процесса деасфальтизации гудронов и их смесей.The claimed technical solution relates to gas-liquid continuous reactors with countercurrent phase motion. The proposed device can also be used as a heat and mass transfer apparatus with direct contact of the liquid and gas (or vapor) phases. Especially effective is its use in the process of oxidizing oil products with atmospheric oxygen in the preparation of oxidized bitumen from tar, extracts of the selective purification of oils, asphalts of the process of deasphalting tar and their mixtures.

Из существующего уровня техники известен реактор для окисления нефтепродуктов (Пат.2203132 РФ, 2003 г.), в котором повышение эффективности процесса достигается за счет усиления межфазного взаимодействия и увеличения времени контакта фаз путем применения инжекторов с отражателями, через которые производится подача сырья и воздуха.A reactor for the oxidation of petroleum products (Pat. 2203132 of the Russian Federation, 2003) is known from the existing state of the art, in which an increase in process efficiency is achieved by enhancing interfacial interaction and increasing the phase contact time by using injectors with reflectors through which raw materials and air are supplied.

Недостатком этого реактора является то, что внедрение предлагаемого устройства решает вопрос развития поверхности контакта фаз и интенсификации их перемешивания только в нижней и верхней зоне реакторного объема. Отсутствие гидромеханического воздействия в центральной зоне реактора приводит к коалесценции пузырьков газовой фазы, образованию струйного движения встречных потоков (газового и жидкого). Возникающие вертикальные циркуляционные контуры в центральной части аппарата, переносят не прореагировавшие массы по высоте колонны. Следствием этого является снижение эффективности работы реактора, выражающееся в повышении удельного расхода воздуха для получения битума требуемой марки и увеличении содержания кислорода в газах окисления.The disadvantage of this reactor is that the introduction of the proposed device solves the issue of the development of the contact surface of the phases and the intensification of their mixing only in the lower and upper zone of the reactor volume. The absence of hydromechanical action in the central zone of the reactor leads to coalescence of the gas phase bubbles, the formation of the jet movement of the oncoming flows (gas and liquid). The resulting vertical circulation circuits in the central part of the apparatus transfer unreacted masses along the height of the column. The consequence of this is a decrease in the efficiency of the reactor, manifested in an increase in the specific air flow rate to obtain the required grade of bitumen and an increase in the oxygen content in the oxidation gases.

Диапазон наиболее эффективной работы инжекторов ограничен. Поэтому при снижении загрузки реактора по сырью, которое сопровождается сокращением количества требуемого воздуха, сырьевой и воздушный инжекторы могут прейти в режим работы, при котором происходит недостаточное диспергирование и перемешивание фаз. Это ухудшает работу центральной части реактора в связи с усилением струйного движения фаз и образованием циркуляционных контуров. Режим работы реактора в целом становится не стабильным, в частности возникают трудности с поддержанием устойчивого температурного профиля по высоте аппарата.The range of the most efficient operation of the injectors is limited. Therefore, with a decrease in the reactor load for raw materials, which is accompanied by a reduction in the amount of required air, the feed and air injectors can enter a mode of operation in which insufficient dispersion and mixing of the phases occurs. This worsens the operation of the central part of the reactor in connection with the intensification of the jet motion of the phases and the formation of circulation circuits. The operating mode of the reactor as a whole becomes unstable, in particular, difficulties arise in maintaining a stable temperature profile along the height of the apparatus.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в получении битумов заданного качества при снижении удельного расхода подаваемого на окисление воздуха и повышении эффективности его использования (сокращении содержания кислорода в газах окисления) наряду с повышением диапазона стабильной работы реактора при изменении его загрузки по сырью.The problem to which the claimed technical solution is directed is to obtain bitumen of a given quality while reducing the specific consumption of air supplied for oxidation and increasing its efficiency (reducing the oxygen content in oxidation gases) along with increasing the range of stable operation of the reactor when changing its load on raw materials .

Данная задача решается за счет того, реактор состоит из вертикального цилиндрического корпуса, в котором трубопровод ввода сырья соединен с инжектором, расположенным соосно корпусу над уровнем сырья в реакторе, а диффузор этого инжектора погружен в сырье, трубопровод подачи воздуха соединен с инжектором, расположенным в нижней части реактора соосно корпусу, диффузоры инжекторов подачи сырья и воздуха снабжены отражателями, причем в центральной части реактора установлено пульсационное перемешивающее устройство, соединенное с генератором пневматических импульсов, расположенным вне реактора.This problem is solved due to the fact that the reactor consists of a vertical cylindrical body, in which the raw material input pipe is connected to the injector located coaxially to the body above the raw material level in the reactor, and the diffuser of this injector is immersed in the raw material, the air supply pipe is connected to the injector located in the lower parts of the reactor coaxial to the casing, diffusers of the injectors for supplying raw materials and air are equipped with reflectors, and in the central part of the reactor there is a pulsating mixing device connected to the generator rum of pneumatic pulses located outside the reactor.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является получение битумов заданного качества при снижении удельного расхода подаваемого на окисление воздуха и повышении эффективности его использования (сокращении содержания кислорода в газах окисления) наряду с повышением диапазона стабильной работы реактора при изменении его загрузки по сырью.The technical result provided by the given set of features is to obtain bitumen of a given quality while reducing the specific consumption of air supplied for oxidation and increasing its efficiency (reducing the oxygen content in oxidation gases) along with increasing the range of stable operation of the reactor when changing its load on raw materials.

Сущность технического решения поясняется фиг.1, 2, 3 на которых схематично изображен реактор и показаны узлы ввода сырья и воздуха через соответствующие инжекторы, а также основные потоки газа и жидкости в зоне их установки.The essence of the technical solution is illustrated in figures 1, 2, 3, which schematically shows the reactor and shows the input nodes of the raw materials and air through the respective injectors, as well as the main flows of gas and liquid in the area of their installation.

На фиг.4, 5 представлена схема пульсационной камеры (пульскамеры) пульсационного перемешивающего устройства, расположенной в центральной части реактора, и направления потоков газо-жидкой смеси во время импульса и выхлопа воздуха, создаваемых генератором пневматических импульсов - пульсатором, установленным вне реактора.Figures 4 and 5 show a diagram of a pulsation chamber (pulsamers) of a pulsating mixing device located in the central part of the reactor and the direction of gas-liquid mixture flows during a pulse and air exhaust generated by a pneumatic pulse generator — a pulsator installed outside the reactor.

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 в газожидкую среду, заполняющую реактор.In the upper part of the cylindrical body 1 of the reactor (1, 2), a raw material injection injector is installed coaxially, consisting of a receiving chamber 2, a mixing chamber 3, a diffuser 4 and a working nozzle 5 connected to an external feed line by a pipe 6. To the receiving chamber 2 connected pipe 7 with holes extending into the space above the level of raw materials in the reactor. The diffuser 4, to which the bump 8 is attached, is immersed in a gas-liquid medium filling the reactor.

Инжектор ввода воздуха находится в нижней части реактора (фиг.1, 3) 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.The air inlet injector is located in the lower part of the reactor (Figs. 1, 3) and is also installed coaxially with the housing 1. The injector consists of a receiving chamber 9, a mixing chamber 10, a diffuser 11, and a working nozzle 12 connected to the external air supply line by a pipe 13. The baffle 14 is attached to the diffuser 11.

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.Raw materials 15 and air 16 are supplied through fittings located in the cylindrical part of the reactor. Oxidized bitumen 17 and oxidation gases 18 are discharged through fittings in the lower and upper bottom, respectively.

В центральной части реактора (фиг.1) соосно расположена пульсационная камера (пульскамера) 19, которая в сочетании с генератором пневматических импульсов (пульсатором) 20 представляет собой пульсационное перемешивающее устройство. Пульскамера состоит из трубы 21, заглушенной в верхней части крышкой, с которой соединен трубопровод подачи пневматических импульсов 22.In the central part of the reactor (FIG. 1), a pulsation chamber (pulsamer) 19 is coaxially located, which in combination with a pneumatic pulse generator (pulsator) 20 is a pulsating mixing device. The pulsamer consists of a pipe 21, which is plugged in the upper part by a cover, to which a pneumatic impulse supply pipe 22 is connected.

Труба 21 помещается в кожух 23, оснащенный патрубками-соплами 24, расположенными по периметру и высоте кожуха. Патрубок-сопло 25 расположен в нижней крышке кожуха 23.The pipe 21 is placed in a casing 23, equipped with nozzles-nozzles 24 located along the perimeter and height of the casing. The nozzle nozzle 25 is located in the lower cover of the casing 23.

Принцип работы реактора, основой которого является применение инжекторов подачи сырья и воздуха, и оснащенного пульсационным перемешивающим устройством, заключается в следующем.The principle of operation of the reactor, which is based on the use of injectors for the supply of raw materials and air, and equipped with a pulsating mixing device, is as follows.

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 из нижней части реактора.The raw materials 15 and air 16 (FIGS. 2, 3) continuously fed into the reactor pass through the respective injectors into the upper and lower parts of the housing 1. Between the zones of the injector installation, the raw materials and dispersed air make countercurrent movement. The oxidation gases 18 formed during the reaction 18 after reaching the level of raw materials in the reactor leave the reaction space and are removed from the apparatus. Bitumen 17, obtained in the process of oxidation of raw materials with atmospheric oxygen, is pumped from the bottom of the reactor.

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.Raw materials 15 (figure 2), arriving at a high speed through the nozzle 5 in the tapering part of the receiving chamber 2 of the raw material injection injector, creates a vacuum in the cavity of this chamber. As a result, oxidation gases containing unreacted oxygen are injected through a pipe 7 connecting the injector to a part of the reactor not filled with raw materials.

Образующаяся в сырьевом инжекторе газожидкая смесь в виде высокоскоростного потока из диффузора 4 поступает на отражатель 8.The gas-liquid mixture formed in the raw material injector in the form of a high-speed stream from the diffuser 4 enters the reflector 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.Injecting part of the oxidation gas with a jet of raw materials entering the reactor leads to the fact that this gas stream containing unreacted oxygen again enters the reaction space of the apparatus, increasing the efficiency of use of the air used, as can be judged by the decrease in the oxygen concentration in the oxidation gases 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 газовоздушным 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.In addition, stirring at the top of the reactor is intensified. The volume of injected oxidation gases significantly exceeds the volume of incoming raw materials and the resulting total gas-liquid flow exiting the diffuser 4 at a high speed, the reflector 8 is directed to the periphery of the cross section of the reactor vessel, mixing with the ascending gas stream from the bottom of the apparatus. Part of the feed carried up by the flow of injected oxidation gases forms a circulating medium flow in the upper zone of the reactor. In combination with the intensification of mixing, this contributes to a more complete oxidation of the feed stream in this zone.

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 газовоздушной 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.Air 16 (figure 3), arriving at high speed through the nozzle 12 into the tapering part of the receiving chamber 9 of the air supply injector, creates a vacuum in the cavity of this chamber. As a result, a part of the feed stream with the gas-air mixture located in this zone is injected into the receiving chamber 9. The resulting gas-liquid mixture through the mixer 10 and the diffuser 11 in the form of a high-speed stream is supplied to the reflector 14, which distributes it across the reactor cross section. A high degree of dispersion of the supplied air, mixing by the jets of the reflected stream and the ascending gas-air stream, multiple circulation of air carried into the ejector as part of the gas-liquid mixture, provide an intensification of the oxidation process in the air supply zone to the reactor.

Использование энергии входящих в реактор потоков за счет применения струйной техники - 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 сохранено противоточное движение сырья и воздуха.Using the energy of the streams entering the reactor through the use of jet technology - injectors allows to increase the degree of phase dispersion in the reaction volume, to intensify the mixing process in the feed and air supply zones, and also to create circulation flows in these zones, providing multiple contacting of the reacting phases. In this case, the countercurrent movement of raw materials and air is preserved in the main volume of the apparatus.

Пульсатор 20 (фиг.1.), соединенный с трубопроводом подачи в него сжатого воздуха 26, преобразует поступающий в пульсатор непрерывный поток воздуха в пневматические импульсы - пульсацию.The pulsator 20 (Fig. 1.), connected to the pipeline for supplying compressed air 26 to it, converts a continuous stream of air coming into the pulsator into pneumatic pulses - pulsation.

Пульсатор 20 в первой части цикла создает импульс давления в пульскамере за счет соединения трубопровода 26 с трубопроводом 22 (и далее с полостью трубы 21 пульскамеры 19). Поступление воздуха из трубопровода 26 в трубопровод 27 в это время отключено пульсатором 20.The pulsator 20 in the first part of the cycle generates a pressure pulse in the pulse chamber by connecting the pipe 26 to the pipe 22 (and then with the cavity of the pipe 21 of the pulse camera 19). The flow of air from the pipe 26 into the pipe 27 at this time is disabled by the pulsator 20.

Во второй части цикла производится сброс избыточного давления (выхлоп) из пульскамеры путем соединения пульсатором 20 трубопровода 22 с трубопроводом 27. Вход сжатого воздуха из трубопровода 26 в трубопровод 22 в это время отключен пульсатором 20.In the second part of the cycle, excess pressure (exhaust) is released from the pulsameter by connecting the pipe 22 with the pipe 22 with the pulsator 20. The compressed air inlet from the pipe 26 into the pipe 22 is turned off by the pulsator 20 at this time.

Выхлоп воздуха по трубопроводу 27 производится в зону выхода газожидкого потока из диффузора сырьевого инжектора.Air exhaust through the pipeline 27 is made in the zone of exit of the gas-liquid stream from the diffuser of the raw material injector.

При создании импульса давления в трубе 21 пульсационной камеры уровень газо-жидкой среды в ней резко опускается (фиг.4). При этом происходит высокоскоростное истечение вытесняемой среды через горизонтальные сопла 24 и вертикальное сопло 25.When creating a pressure pulse in the pipe 21 of the pulsating chamber, the level of the gas-liquid medium in it drops sharply (figure 4). When this occurs, the high-speed flow of the displaced medium through the horizontal nozzle 24 and the vertical nozzle 25.

При выхлопе воздуха из полости трубы 21 (фиг.5) происходит наполнение кожуха 23 и, соответственно, трубы 21 средой из реактора через сопла 24 и 25. Обратное движение среды в пульскамеру обусловлено разностью уровня установки пульскамеры и линии выхлопа воздуха в реактор.When air is exhausted from the cavity of the pipe 21 (Fig. 5), the casing 23 and, accordingly, the pipe 21 are filled with medium from the reactor through the nozzles 24 and 25. The reverse movement of the medium into the pulsation chamber is due to the difference in the level of installation of the pulsation chamber and the air exhaust line into the reactor.

Циклически повторяющееся движение в пульскамеру и из нее через сопла обеспечивают перемешивание в центральной части реактора. Расход воздуха на пульсацию составляет 120-140 нм³/ч, что, как правило, составляет 5-7% от общего расхода воздуха, требуемого для окисления сырья.Cyclically repeated movement into and out of the pulschamber through the nozzles ensures mixing in the central part of the reactor. The pulsating air flow rate is 120-140 nm ³ / h, which, as a rule, is 5-7% of the total air flow rate required for the oxidation of the feed.

Создание гидромеханического воздействия в центральной зоне реактора приводит к дополнительному диспергированию пузырьков газовой фазы, предотвращению струйного движения встречных потоков (газового и жидкого). Отсутствие 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.The creation of hydromechanical effects in the central zone of the reactor leads to additional dispersion of the gas phase bubbles, preventing the jet movement of oncoming flows (gas and liquid). The absence of circulation circuits in the central part of the apparatus prevents the transfer of unreacted masses along the height of the column. The consequence of this is an increase in the efficiency of the reactor, expressed in a decrease in the specific air flow rate for producing bitumen of the required grade and a decrease in the oxygen content in the oxidation gases.

При получении дорожных битумов заданного качества повышается производительность аппарата по сырью на 20-25% наряду со снижением удельного расхода воздуха (в расчете на одну тонну сырья) на 15-20% и повышением эффективности его использования - сокращением содержания кислорода в газах окисления по сравнению с реактором, соответствующим существующему уровню техники. Диапазон эффективной работы реактора при изменении его загрузки по сырью повышается на 30-35%.Upon receipt of road bitumen of a given quality, the apparatus’s raw material productivity is increased by 20–25% along with a decrease in specific air consumption (per one ton of raw material) by 15–20% and an increase in its efficiency — reduction in the oxygen content in oxidation gases compared to a reactor according to the state of the art. The range of effective operation of the reactor when changing its load on raw materials increases by 30-35%.

Улучшение гидродинамического и температурного режимов в аппарате, а также более равномерное распределение газо-воздушного потока в реакционном объеме приводит к предотвращению получения переокисленных компонентов - возможности получения битума повышенного качества с улучшенными эксплуатационными характеристиками.Improving the hydrodynamic and temperature conditions in the apparatus, as well as a more uniform distribution of the gas-air flow in the reaction volume, prevents the production of peroxidized components — the possibility of obtaining high-quality bitumen with improved performance characteristics.

Claims

A reactor for the oxidation of petroleum products, characterized in that it consists of a vertical cylindrical body, in which the feed pipe is connected to the injector located coaxially to the housing above the feed level in the reactor, and the diffuser of this injector is immersed in the feed, the air supply pipe is connected to the injector located in the lower part of the reactor coaxial to the casing, diffusers of injectors for supplying raw materials and air are equipped with reflectors, and a pulsating mixing device is installed in the central part of the reactor connected to a pneumatic pulse generator located outside the reactor.