RU2411286C1 - Installation for plasma-chemical hydro-cracking of hydrocarbon fractions - Google Patents
Installation for plasma-chemical hydro-cracking of hydrocarbon fractions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411286C1 RU2411286C1 RU2009136410/04A RU2009136410A RU2411286C1 RU 2411286 C1 RU2411286 C1 RU 2411286C1 RU 2009136410/04 A RU2009136410/04 A RU 2009136410/04A RU 2009136410 A RU2009136410 A RU 2009136410A RU 2411286 C1 RU2411286 C1 RU 2411286C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- anode
- plasma
- flange
- cylinder
- Prior art date
Links
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 title claims abstract description 31
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 title claims abstract description 31
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004517 catalytic hydrocracking Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 title abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000008400 supply water Substances 0.000 claims 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N [B].[Fe].[Nd] Chemical compound [B].[Fe].[Nd] QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 239000010763 heavy fuel oil Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидрокрекингу углеводородных фракций, в частности тяжелого нефтяного или мазутного сырья, легких фракций для их очистки от вредных примесей и повышения октанового числа, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности в области глубокой переработки нефти для получения легких фракций (дизельного топлива, керосина, бензина, спиртов и газа), переработке природного газа в спирты, очистке нефтепродуктов от вредных примесей, а также при работе теплогенерирующих установок, где рациональна замена жидкого топлива на газ.The invention relates to hydrocracking of hydrocarbon fractions, in particular heavy oil or fuel oil raw materials, light fractions for their purification from harmful impurities and increase the octane number, and can be used in the oil refining industry in the field of deep oil processing to produce light fractions (diesel fuel, kerosene, gasoline, alcohols and gas), the processing of natural gas into alcohols, purification of oil products from harmful impurities, as well as during the operation of heat-generating plants, where the replacement of liquid is rational of fuel gas.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство для гидрокрекинга тяжелых углеводородных фракций, состоящее из корпуса реактора, на верхнем фланце которого монтируется плазмотрон, а в нижней части устанавливается форсунка с патрубком для подачи в реактор тяжелых углеводородов. Расстояние между соплом плазмотрона и форсункой можно регулировать. К корпусу реактора присоединен патрубок выхода прореагировавшей части углеводородных фракций в парообразном состоянии. На корпусе установлены датчики температуры и уровня (RU 2319730, 20.03.2008).The closest analogue of the claimed invention is a device for hydrocracking of heavy hydrocarbon fractions, consisting of a reactor vessel, on the upper flange of which a plasmatron is mounted, and in the lower part there is a nozzle with a nozzle for supplying heavy hydrocarbons to the reactor. The distance between the plasma torch nozzle and the nozzle can be adjusted. The outlet pipe of the reacted part of the hydrocarbon fractions in the vapor state is connected to the reactor vessel. Temperature and level sensors are installed on the body (RU 2319730, 03.20.2008).
Устройство имеет ряд недостатков, существенно снижающих его производительность:The device has several disadvantages that significantly reduce its performance:
1. Требуется применение паропроизводительной установки, для выработки водяного пара, используемого в качестве плазмообразующего газа. Кроме того, водяной пар резко сокращает срок работы электродов плазмотрона, в связи с чем в качестве катода приходится использовать расходный электрод, а это в свою очередь усложняет конструкцию плазмотрона.1. Requires the use of a steam production plant to generate water vapor used as a plasma-forming gas. In addition, water vapor dramatically reduces the life of the plasma torch electrodes, and therefore it is necessary to use a consumable electrode as a cathode, and this in turn complicates the construction of the plasma torch.
2. В устройстве используется обычный плазмотрон, предназначенный для резки и сварки, в котором образование плазменной струи происходит в результате продувки газа через электрическую дугу. Гидрокрекинг тяжелых углеводородов происходит на контакте плазменной струи с тяжелой углеводородной фракцией. Так как площадь контакта представляет круг, то образовавшиеся легкие фракции внутри круга, выделяясь из сырья в виде пара, препятствуют процессу крекинга и продолжают подвергаться «бомбардировке» ионами до тех пор, пока не выйдут из зоны плазменной струи. Это приводит к нежелательному пиролизу углеводородов, интенсивному образованию газа и существенному снижению производительности.2. The device uses a conventional plasma torch designed for cutting and welding, in which the formation of a plasma jet occurs as a result of gas purging through an electric arc. Hydrocracking of heavy hydrocarbons occurs at the contact of a plasma jet with a heavy hydrocarbon fraction. Since the contact area is a circle, the light fractions formed inside the circle, released from the raw materials in the form of steam, interfere with the cracking process and continue to be “bombarded” by ions until they exit the plasma jet zone. This leads to undesirable pyrolysis of hydrocarbons, intense gas production and a significant decrease in productivity.
3. Вырабатываемая плазмотроном плазма состоит из ионизированных атомов газа (водорода, кислорода, гидроксильной группы), обладающих энергией, эквивалентной десяткам тысяч градусов. В то же время известно, что уже при температуре 4500 градусов Цельсия 98% водорода (наиболее трудно ионизируемого) находится в ионизированном состоянии и, следовательно, такая температура плазмы вполне достаточна для протекания процесса плазмохимического гидрокрекинга. Целесообразно было бы понизить энергию ионов плазмы (т.е. понизить ее температуру), увеличив их количество, что обеспечит повышение производительности устройства, однако, конструктивные особенности плазмотрона не позволяют это делать.3. The plasma produced by the plasmatron consists of ionized gas atoms (hydrogen, oxygen, hydroxyl group) with an energy equivalent to tens of thousands of degrees. At the same time, it is known that already at a temperature of 4500 degrees Celsius 98% of the hydrogen (the most difficult to ionize) is in the ionized state and, therefore, such a plasma temperature is quite sufficient for the process of plasma chemical hydrocracking. It would be advisable to lower the energy of plasma ions (i.e., lower its temperature) by increasing their number, which will increase the productivity of the device, however, the design features of the plasma torch do not allow this.
4. В процессе работы устройства, при прогревании мундштука плазмотрона, находящегося в контакте с реактором, неизбежно возникают пропуски воды, используемой для охлаждения электродов плазмотрона. Это приводит в конечном итоге к срыву в работе плазмотрона.4. During operation of the device, when the mouthpiece of the plasma torch in contact with the reactor is heated, there will inevitably pass water used to cool the plasma torch electrodes. This ultimately leads to a breakdown in the plasma torch.
Задачей изобретения является создание такого устройства для плазмохимического гидрокрекинга углеводородных фракций, которое исключало бы указанные выше недостатки.The objective of the invention is to provide such a device for plasmachemical hydrocracking of hydrocarbon fractions, which would eliminate the above disadvantages.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в упрощении конструкции за счет отказа от применения паропроизводительной установки, повышении производительности процесса гидрокрекинга за счет оптимального позиционирования и формирования плазменной струи, воздействующей на сырье, предотвращении пропусков жидкости охлаждения при прогреве конструкции и обеспечении герметичности мест контактов электродов плазмотрона с фланцами за счет жесткой конусной посадки нижних концов электродов плазмотрона и возможности свободного перемещения верхних концов электродов при прогреве конструкции, увеличении количества ионов за счет перераспределения их энергии, возникающего при изменении направления потока плазменной струи с осевого на радиальный.The technical result achieved by the implementation of this invention is to simplify the design by abandoning the use of a steam generating unit, increase the productivity of the hydrocracking process due to the optimal positioning and formation of a plasma jet acting on the raw materials, to prevent gaps in the cooling fluid during heating of the structure and to ensure tightness of the contact points plasmatron electrodes with flanges due to rigid conical landing of the lower ends of the plasmatron electrodes and the possibility of free movement of the upper ends of the electrodes during heating of the structure, an increase in the number of ions due to the redistribution of their energy arising from a change in the direction of the plasma jet flow from axial to radial.
1. Указанный технический результат достигается в устройстве для плазмохимического гидрокрекинга углеводородных фракций, содержащем реактор и плазмотрон, состоящий из нижнего и верхнего завихрителей, катодного фланца, внутри которого расположен полый катод с электромагнитной катушкой, анодного фланца с установленным в нем расширяющимся соплом-анодом, при этом в реакторе под анодным фланцем расположен цилиндр, который используют в качестве анода при отключенном от «массы» анодном фланце, цилиндр имеет канал для подвода встречного потока водяного газа в плазменную струю, создающего изменение направления потока плазменной струи с осевого на радиальный, канал для подвода встречного потока водяного газа в плазменную струю соединен с трубой для подачи воды, причем реактор содержит патрубок подвода углеводородного сырья и патрубок выхода продуктов реакции.1. The specified technical result is achieved in a device for plasmachemical hydrocracking of hydrocarbon fractions containing a reactor and a plasmatron consisting of lower and upper swirlers, a cathode flange, inside of which there is a hollow cathode with an electromagnetic coil, an anode flange with an expanding anode nozzle installed in it, with in this case, a cylinder is located under the anode flange in the reactor, which is used as the anode when the anode flange is disconnected from the “mass”, the cylinder has a channel for supplying a counter current and water gas into the plasma jet, creating a change in the plasma jet flow direction from the axial to the radial channel for supplying water oncoming flow of gas into the plasma jet is connected with a pipe for supplying water, wherein the reactor comprises a conduit for supplying hydrocarbon feed and exit nozzle of the reaction products.
Катодный фланец содержит внутреннюю полость, штуцер для отвода охлаждающей жидкости и канал для подвода воздуха к нижнему завихрителю. Полый катод выполнен из меди.The cathode flange contains an internal cavity, a fitting for draining the coolant, and a channel for supplying air to the lower swirl. The hollow cathode is made of copper.
Электромагнитная катушка выполнена из диэлектрика. В верхней части электромагнитная катушка имеет канал для подвода охлаждающей жидкости и канавку под резиновое уплотнительное кольцо. В центре электромагнитной катушки установлен верхний завихритель с ввинченным в него электродом осциллятора, расположенным над полым катодом.The electromagnetic coil is made of dielectric. In the upper part, the electromagnetic coil has a channel for supplying coolant and a groove under the rubber o-ring. In the center of the electromagnetic coil, there is an upper swirl with an oscillator electrode screwed into it, located above the hollow cathode.
Из верхней части катушки выходят концы провода электромагнита, намотанного на катушку, который включен в цепь параллельно цепи «полый катод - сопло-анод».The ends of the wire of an electromagnet wound on a coil, which is connected to the circuit in parallel with the hollow cathode – nozzle – anode circuit, come out from the top of the coil.
Нижний завихритель выполнен из диэлектрика.The lower swirl is made of dielectric.
Анодный фланец имеет полость и каналы для подвода и отвода охлаждающей жидкости.The anode flange has a cavity and channels for supplying and discharging coolant.
Реактор выполнен из трубы, верхний конец которой имеет фланец для установки плазмотрона и которая внутри разделена на две полости кольцевым фланцем, который соединен с центральным патрубком с напрессованным на нем наголовником и образует полость для подвода углеводородного сырья, поступающее в зону реакции через кольцевой зазор, образованный наголовником и цилиндром, а нижний конец трубы закрыт днищем, по центру которого расположено сальниковое гнездо, через которое проходит труба для подачи воды.The reactor is made of a pipe, the upper end of which has a flange for installing a plasma torch and which is internally divided into two cavities by an annular flange, which is connected to the central pipe with a headband pressed on it and forms a cavity for supplying hydrocarbon raw materials entering the reaction zone through an annular gap formed a cap and a cylinder, and the lower end of the pipe is closed by a bottom, in the center of which there is a stuffing box, through which a pipe for supplying water passes.
Патрубок с напрессованным на нем наголовником, труба для подачи воды и цилиндр, расположенный в центре, по осевой линии, в сборе образуют форсунку реактора для плазмохимического гидрокрекинга углеводородных фракций. В центре форсунки реактора расположен цилиндр.A nozzle with a cap pressed on it, a water supply pipe and a cylinder located in the center, along the axial line, assembled to form a reactor nozzle for plasma-chemical hydrocracking of hydrocarbon fractions. A cylinder is located in the center of the reactor nozzle.
Анодный фланец изолирован от катодного фланца и корпуса реактора и подключается к «массе» с помощью магнитного пускателя, а труба для подачи воды подключена к «массе» постоянно, что позволяет использовать цилиндр реактора в качестве анода при отключенном от «массы» анодном фланце, в вариантных решениях использования устройства.The anode flange is isolated from the cathode flange and the reactor vessel and is connected to the “mass” using a magnetic starter, and the water supply pipe is connected to the “mass” constantly, which allows the reactor cylinder to be used as an anode when the anode flange is disconnected from the “mass”, in alternative solutions for using the device.
Плазменную струю в реакторе формируют двумя потоками: основным - плазмообразующим газом, проходящем через плазмотрон, и встречным - потоком водяного газа, и позиционируют ее таким образом, чтобы зона контакта плазмы с сырьем проходила по кольцевому сечению, расположенному концентрично, относительно исходного направления движения плазмы.The plasma jet in the reactor is formed by two streams: the main one is a plasma-forming gas passing through the plasmatron and the opposite one is a stream of water gas, and it is positioned in such a way that the zone of contact of the plasma with the raw material passes along an annular section located concentrically with respect to the initial direction of plasma motion.
Герметичность мест контактов электродов плазмотрона с фланцами достигается за счет жесткой конусной посадки нижних концов электродов и возможностью перемещения верхних концов электродов при прогреве конструкции.The tightness of the contact points of the plasma torch electrodes with the flanges is achieved due to the rigid conical landing of the lower ends of the electrodes and the possibility of moving the upper ends of the electrodes during heating of the structure.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства для плазмохимического гидрокрекинга углеводородных фракций; на фиг.2 - схематическое изображение плазменной струи в статическом состоянииThe essence of the claimed invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of a device for plasmachemical hydrocracking of hydrocarbon fractions; figure 2 - schematic representation of a plasma jet in a static state
Устройство включает в себя:The device includes:
- плазмотрон косвенного действия, с распределенным полым катодом, электромагнитным и газовихревым перемещением катодного пятна одновременно, и расширяющимся соплом-анодом. На фиг.1 детали плазмотрона указаны под №№1-12 и 26-35. В качестве плазмообразующего газа используется воздух.- Indirect plasma torch, with a distributed hollow cathode, electromagnetic and gas-vortex movement of the cathode spot at the same time, and an expanding anode nozzle. In Fig.1, the details of the plasma torch are indicated under No. 1-12 and 26-35. Air is used as a plasma-forming gas.
- реактор с форсункой, для подачи в зону реакции углеводородов и водяного газа, обеспечивающей потоком водяного газа формирование плазменной струи в максимально возможном объеме и необходимой температуры и ее позиционирование в оптимальном положении по отношению к подаваемому в реактор углеводородному сырью.- a reactor with a nozzle for supplying hydrocarbons and water gas to the reaction zone, which ensures the formation of a plasma jet in the maximum possible volume and the required temperature and its positioning in the optimal position relative to the hydrocarbon feed supplied to the reactor with the water gas stream.
На фиг.1 детали реактора изображены под №№13-25.In Fig.1, the details of the reactor are depicted under No. 13-25.
Плазмотрон состоит из катодного 8 и анодного 11 фланцев, верхнего 1 и нижнего 10 завихрителей.The plasma torch consists of cathode 8 and anode 11 flanges, upper 1 and lower 10 swirlers.
В катодный фланец 8, имеющий внутреннюю полость, штуцер 33 для отвода охлаждающей жидкости и канал 9 для подвода воздуха к нижнему завихрителю 10, вставлен медный полый катод 34. Сверху, в катодный фланец 8 устанавливают электромагнитную катушку 2, изготовленную из диэлектрика, например, фторопласта. В верхней части электромагнитная катушка 2 имеет канал 3 для подвода охлаждающей жидкости и канавку под резиновое уплотнительное кольцо 6. В центре электромагнитной катушки 2 устанавливают верхний завихритель 1 с ввинченным в него электродом осциллятора 35. Электрод осциллятора 35 устанавливают над полым катодом 34 в целях сокращения длины разрядной камеры. Через верхнюю часть электромагнитной катушки 2 проходят также концы провода электромагнита 7. Электромагнит 7 включают в цепь параллельно цепи «полый катод - сопло-анод». Электромагнит 7 небольшой мощности, 10-15 ватт и числом ампер-витков на единицу длины, равным 700, в сочетании с газовихревым потоком способен обеспечить продолжительность работы полого катода 34 более 8 часов при токе до 320 ампер.A copper
Вариант: Вместо электромагнита может быть использован постоянный магнит из сплава неодим-железо-бор, изготовленном в форме шаров или разрезных колец, которыми заполняют катушку.Option: Instead of an electromagnet, a permanent magnet made of a neodymium-iron-boron alloy made in the form of balls or split rings that fill the coil can be used.
Электромагнитную катушку 2 зажимают гайкой 4 до упора ее в торец полого катода 34, который в свою очередь упирается нижним концом в посадочное место на катодном фланце 8, выполненное в виде конуса. Между гайкой 4 и электромагнитной катушкой 2 устанавливают толстое резиновое кольцо 5, позволяющее за счет упругой деформации создавать усилие прижатия полого катода 34 к катодному фланцу 8 по месту посадки при прогревании деталей плазмотрона в процессе работы, обеспечивая герметичность и надежный контакт. На нижней плоскости катодного фланца 8 имеется кольцевое углубление, в которое входит канал 9 для подвода воздуха к нижнему завихрителю 10.The electromagnetic coil 2 is clamped with a nut 4 until it stops against the end of the
Нижний завихритель 10 изготавливают из диэлектрика, например, текстолита, толщиной 2-3 мм, достаточной для надежного зазора между полым катодом 34 и соплом-анодом 26. Нижний завихритель 10 фиксируют на прижимной шайбе 30, которая по внутреннему диаметру упирается на выступ сопла-анода 26. При стягивании катодного 8 и анодного 11 фланцев болтами 32 с вставленными под гайки резиновыми втулками 31, через нее передается усилие прижатия сопла-анода 26 к анодному фланцу 11 по конусной посадке, что обеспечивает надежный контакт и герметичность при нагреве анодного фланца 11. Резиновые втулки 31, после стягивания болтов 32, упруго деформируются, поддерживают прижимающее усилие на сопло-анод 26 при прогреве конструкции, что предотвращает пропуски воды по месту посадки сопла-анода 26 в анодный фланец 11. Верхний контакт сопла-анода 26 с анодным фланцем 11 герметизируется резиновым уплотнительным кольцом 27 для чего на сопле-аноде 26 делают канавку.The
Анодный фланец 11, в котором устанавливают расширяющееся сопло-анод 26, также имеет полость и каналы 12 и 29 для подвода и отвода охлаждающей жидкости, соответственно.The anode flange 11, in which an expanding nozzle-
Таким образом, за счет жесткой конической посадки, на нижних концах каждого из электродов 35 создают надежный контакт для электрической цепи и герметичность конструкции, а верхние - имеют возможность перемещения при нагревании деталей плазмотрона, что в сочетании с постоянно действующими на электроды прижимающими усилиями, создаваемыми упруго деформированными резиновыми элементами, не допускает нарушения герметичности конструкции при ее прогреве.Thus, due to the rigid conical fit, the lower ends of each of the electrodes 35 create a reliable contact for the electric circuit and the tightness of the structure, and the upper ones have the ability to move when heating the plasma torch parts, which in combination with the pressing forces constantly acting on the electrodes created elastically deformed rubber elements, does not allow violation of the tightness of the structure during its heating.
Катодный и анодный фланцы изолированы друг от друга с помощью нижнего завихрителя 10, выполненного из диэлектрика. Изоляция анодного фланца от «массы» достигается за счет установки паранитовой прокладки 28. Перед установкой фланцев на реактор, на болты крепления 32 одевают диэлектрические втулки, предотвращая таким образом электроконтакт фланцев с «массой» и друг с другом.The cathode and anode flanges are isolated from each other by means of a
Реактор изготавливают из толстостенной трубы 17, к верхнему концу которой приваривают верхний фланец 13 для установки на него плазмотрона. Реактор имеет патрубок подвода углеводородного сырья 20 и патрубок выхода продуктов реакции 18. Внутри реактор разделен на две полости кольцевым фланцем 19, к которому приваривают патрубок 16 с напрессованным на нем наголовником 15. Снизу реактора приваривают днище 21, по центру которого делают сальниковое гнездо с гайкой 22. Через него пропускают трубу 23 для подачи воды, а по внутренней полости, между трубой 23 для подачи воды и патрубком 16 подают углеводородное сырье, поступающее в зону реакции через кольцевой зазор, образованный наголовником 15 и цилиндром 14. В сборе патрубок 16 с наголовником 15 труба 23 для подачи воды и цилиндр 14 (цилиндр имеет обращенную к соплу-аноду внешнюю конусообразную поверхность) образуют форсунку устройства для плазмохимического гидрокрекинга углеводородных фракций.The reactor is made of a thick-walled pipe 17, to the upper end of which the upper flange 13 is welded for installation of a plasma torch on it. The reactor has a pipe for supplying hydrocarbon feedstock 20 and a pipe for outputting reaction products 18. Inside the reactor, it is divided into two cavities by an annular flange 19, to which a pipe 16 is welded with a cap 15 pressed on it. A bottom 21 is welded from the bottom of the reactor, in the center of which a stuffing box with a nut is made 22. A pipe 23 for supplying water is passed through it, and hydrocarbon feed is fed into the reaction zone through the annular gap formed by the headgear 15 through the inner cavity, between the pipe 23 for supplying water and the pipe 16. and
Для контроля над технологическим процессом в реакторе устанавливают датчик давления 24 и датчик температуры 25.To control the process in the reactor, a pressure sensor 24 and a temperature sensor 25 are installed.
Паранитовая прокладка 28 необходима для создания герметичности устройства после сборки реактора с плазмотроном, а также она выполняет роль теплоизолятора и диэлектрика.The paranitic gasket 28 is necessary to create the tightness of the device after assembling the reactor with a plasmatron, and it also acts as a heat insulator and dielectric.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Устройство в собранном виде устанавливают на линии подачи подогретого сырья в ректификационную колонну, создавая проход сырья через патрубки 20 и 18 реактора. При сборке устройства к торцу сопла-анода 26 крепится лепесток из алюминиевой фольги толщиной 0,1-0,3 мм, перекрывающий выход сопла-анода 26 с целью предотвращения поступления внутрь плазмотрона сырья. Производят обвязку плазмотрона с воздушной линией. Подача воздуха к верхнему 1 и нижнему 10 завихрителям примерно в одинаковом объеме. Подсоединяют плазмотрон к линии охлаждающей жидкости, крепят клемму осциллятора к верхнему завихрителю 1, клемму «минус» источника питания плазмотрона подсоединяют к катодному фланцу 8, а клемму «плюс» источника питания к анодному фланцу 11. Электрическую цепь в плазмотроне можно создавать двумя путями, как показано на фиг.2. При низких температурах ведения технологического процесса (100-120 градусов Цельсия) отключают анодный фланец 11 от «массы», и тогда, роль анода будет выполнять цилиндр, а при более высоких температурах «массу» подключают к анодному фланцу 11 и, так как он расположен к катоду ближе цилиндра 14, контакт последнего с «массой» не будет иметь значения.The device in assembled form is installed on the feed line of the heated raw materials to the distillation column, creating a passage of raw materials through the pipes 20 and 18 of the reactor. When assembling the device, a petal of aluminum foil 0.1-0.3 mm thick is attached to the end of the nozzle-
Плазмотрон приводят в готовность к работе и подают через него в реактор инертный газ с заданным давлением. Таким образом, происходит опрессовка реактора. Первоочередность проведения этой операции также необходима с целью предотвращения попадания сырья в плазмотрон.The plasma torch is set ready for operation and an inert gas with a given pressure is supplied through it to the reactor. Thus, pressure testing of the reactor takes place. The priority of this operation is also necessary in order to prevent the ingress of raw materials into the plasma torch.
Устанавливают циркуляцию сырья в необходимом объеме, обеспечивая выход его через патрубок 18 и подачу через патрубок 20.Set the circulation of raw materials in the required volume, ensuring its exit through the pipe 18 and supply through the pipe 20.
Убедившись в нормальной циркуляции сырья, включают в работу плазмотрон с электромагнитом 7. В обвязке плазмотрона необходимо предусмотреть автоматический переход его работы с инертного газа на воздух при включении источника питания, и наоборот, автоматический переход на инертный газ при выключении источника питания. Кроме того, в обвязке плазмотрона, на воздушной линии, необходимо также предусмотреть установку компенсатора перепада давления, позволяющего обеспечить устойчивую работу плазмотрона при повышении давления в реакторе.After verifying the normal circulation of raw materials, turn on the plasmatron with an electromagnet 7. In the strapping of the plasma torch, it is necessary to provide for an automatic transition of its operation from inert gas to air when the power source is turned on, and vice versa, an automatic transition to inert gas when the power source is turned off. In addition, in the strapping of the plasma torch, on the overhead line, it is also necessary to provide for the installation of a differential pressure compensator, which allows for stable operation of the plasma torch with increasing pressure in the reactor.
Убедившись в нормальной работе плазмотрона, в плазменную струю начинают подавать дозировочным насосом воду, вначале в небольшом количестве, примерно 2-3 см3 в секунду, затем доводят до оптимального, ориентируясь на датчики температуры и давления. Вода, двигаясь по трубе, прогревается до парообразного состояния от тепла, передаваемого сырьем и в виде водяного газа, контактирует с плазменной струей.After ascertaining the normal operation of the plasma torch, they begin to feed water into the plasma jet with a dosing pump, first in a small amount, about 2-3 cm 3 per second, then bring it to the optimum, focusing on temperature and pressure sensors. Water moving through the pipe warms up to a vapor state from the heat transferred by the raw materials and in the form of water gas, comes into contact with the plasma jet.
Плазменная струя 36, проходя через расширяющееся сопло-анод 26, принимает конусообразную форму, как показано на фиг.2. Электроны «стекают» на сопло-анод 26, а плазма движется к торцу цилиндра 14, где происходит изменение направления потока плазменной струи 36 в результате воздействия на нее встречного потока водяного газа. Плазменная струя 36 направляется на сырье, выходящее через кольцевое сечение в форсунке. Таким образом, обеспечивается оптимальная зона контакта плазмы с сырьем по кольцевому сечению.
На контакте плазмы со встречным потоком водяного газа происходит передача части энергии ионов плазменной струи молекулам водяного газа, их пиролиз и ионизация, увеличивается количество ионов в общем объеме, что положительно сказывается на интенсивности процесса гидрокрекинга.At the plasma contact with the oncoming water gas flow, part of the energy of the plasma jet ions is transferred to the water gas molecules, their pyrolysis and ionization, the number of ions in the total volume increases, which positively affects the intensity of the hydrocracking process.
При использовании цилиндра 14 в качестве анода встречный поток, дополнительно, способствует охлаждению цилиндра, снимает с него часть тепловой нагрузки и предотвращает сжатие плазменной струи при увеличении давления в реакторе в процессе образования паров легких углеводородов.When using
Таким образом, в реакторе формируется и позиционируется плазменная струя, воздействующая на углеводороды, двумя потоками: основным, проходящим через плазмотрон плазмообразующим газом - воздухом, и дополнительным, встречным, проходящем через цилиндр - водяным газом.Thus, a plasma jet acting on hydrocarbons is formed and positioned in the reactor in two streams: the main plasma-forming gas passing through the plasmatron — air, and the additional counter-flowing gas passing through the cylinder — water gas.
Выбирают оптимальный режим работы реактора путем подбора соотношения подачи объемов сырья и воды, ориентируясь на давление и температуру в реакторе.The optimal operating mode of the reactor is selected by selecting the ratio of the supply of volumes of raw materials and water, focusing on the pressure and temperature in the reactor.
При нормальной работе реактора, давление должно быть постоянным, без резких скачков и колебаний. Величина давления будет зависеть от мощности плазмотрона, конструкции реактора и начальной температуры сырья.During normal operation of the reactor, the pressure should be constant, without sudden jumps and fluctuations. The pressure will depend on the power of the plasma torch, the design of the reactor and the initial temperature of the feed.
Минимальная разница температур сырья на входе и выходе из реактора, в пределах 5-10 градусов Цельсия, свидетельствует о максимальном использовании энергии плазмы непосредственно на процесс гидрокрекинга.The minimum temperature difference of the raw materials at the inlet and outlet of the reactor, in the range of 5-10 degrees Celsius, indicates the maximum use of plasma energy directly to the hydrocracking process.
Образовавшиеся в результате гидрокрекинга пары легких углеводородов с остатками не прореагировавшего сырья направляют в ректификационную колонну.Hydrocracked vapors of light hydrocarbons with residues of unreacted feed are sent to a distillation column.
Варианты:Options:
1. Пропуская через реактор сырье с температурой 40-50 градусов Цельсия и воду в качестве встречного потока в плазменную струю, можно перерабатывать тяжелые углеводороды в газ.1. By passing through the reactor raw materials with a temperature of 40-50 degrees Celsius and water as a counter stream into the plasma jet, it is possible to process heavy hydrocarbons into gas.
2. Пропуская через реактор природный газ и водяной газ (пар) в качестве встречного потока в плазменную струю, можно использовать реактор для получения спиртов.2. By passing natural gas and water gas (steam) through the reactor as a counter stream into the plasma jet, a reactor can be used to produce alcohols.
Регулируя параметры технологического режима плазмохимического крекинга (температуру сырья, соотношение объемов сырья и плазмообразующего газа, состава плазмообразующего газа), можно получать преобладающий выход одной из фракций светлых углеводородов и достигать необходимой степени очистки продукции от вредных примесей.By adjusting the parameters of the technological regime of plasmachemical cracking (temperature of raw materials, ratio of volumes of raw materials and plasma forming gas, composition of plasma forming gas), it is possible to obtain the predominant yield of one of the fractions of light hydrocarbons and achieve the necessary degree of purification of products from harmful impurities.
Формирование плазменной струи и ее оптимальное расположение относительно подаваемого в реактор сырья, достигаемое с помощью вышеописанного устройства, позволяет значительно повысить производительность процесса гидрокрекинга.The formation of a plasma jet and its optimal location relative to the feed to the reactor, achieved using the above device, can significantly increase the performance of the hydrocracking process.
Ниже в таблице приводятся результаты плазмохимического гидрокрекинга, осуществляемого с использованием, в качестве плазмообразующего газа, водяного пара и плазмохимического гидрокрекинга в соответствии с вышеописанным техническим решением:The table below shows the results of plasma chemical hydrocracking carried out using, as a plasma-forming gas, water vapor and plasma chemical hydrocracking in accordance with the above technical solution:
Дальнейшее увеличение подачи воды в качестве встречного потока не приводило к увеличению выхода легких углеводородных фракций.A further increase in water supply as a counter flow did not lead to an increase in the yield of light hydrocarbon fractions.
Мощность источника питания плазмотрона при использовании в качестве плазмообразующего газа водяного пара ограничивалась 30 кВт из-за очень быстрого выгорания электродов плазмотрона.The power of the plasma torch power source when using water vapor as the plasma-forming gas was limited to 30 kW due to the very fast burn-out of the plasma torch electrodes.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009136410/04A RU2411286C1 (en) | 2009-10-02 | 2009-10-02 | Installation for plasma-chemical hydro-cracking of hydrocarbon fractions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009136410/04A RU2411286C1 (en) | 2009-10-02 | 2009-10-02 | Installation for plasma-chemical hydro-cracking of hydrocarbon fractions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2411286C1 true RU2411286C1 (en) | 2011-02-10 |
Family
ID=46309254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009136410/04A RU2411286C1 (en) | 2009-10-02 | 2009-10-02 | Installation for plasma-chemical hydro-cracking of hydrocarbon fractions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2411286C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013100787A1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-07-04 | Pevgov Vyacheslav Gennadievich | Method for the plasma-chemical processing of a raw material and device for implementing same |
| RU2574732C1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-02-10 | Беличенко Евгений Ефимович | Method of evaporation of high temperature hydrocarbon liquids and device for its implementation |
| RU2671822C1 (en) * | 2018-07-31 | 2018-11-07 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазариум" | Device and method for plasma-chemical hydrocracking and installation equipped therewith |
| RU2694228C1 (en) * | 2019-04-03 | 2019-07-10 | Открытое акционерное общество "Инфотэк Груп" | Method of processing organic substances of oil origin |
| RU2703515C1 (en) * | 2018-06-08 | 2019-10-18 | Беличенко Юрий Евгеньевич | Device for plasma-chemical hydrocracking of heavy hydrocarbons |
| RU206053U1 (en) * | 2021-01-29 | 2021-08-18 | Болтенков Евгений Владимирович | NON-THERMAL CRACKING REACTOR |
| RU2766847C1 (en) * | 2021-01-29 | 2022-03-16 | Болтенков Евгений Владимирович | Non-thermal cracking reactor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0292391A1 (en) * | 1987-05-22 | 1988-11-23 | Electricite De France | Hydrocracking process of a hydrocarbon feed, and apparatus for carrying out this process |
| RU2169170C1 (en) * | 2000-10-19 | 2001-06-20 | Зао "Тк Сибур Нн" | Heavy hydrocarbon stock hydrocracking process |
| RU2319730C1 (en) * | 2006-11-09 | 2008-03-20 | Евгений Ефимович Беличенко | Methods of hydrocracking of the heavy hydrocarbon fractions and the device for its implementation |
| RU2343181C1 (en) * | 2007-10-17 | 2009-01-10 | Евгений Ефимович Беличенко | Method for plasmochemical hydrocracking of heavy hydrocarbon fractions and device for its realisation |
-
2009
- 2009-10-02 RU RU2009136410/04A patent/RU2411286C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0292391A1 (en) * | 1987-05-22 | 1988-11-23 | Electricite De France | Hydrocracking process of a hydrocarbon feed, and apparatus for carrying out this process |
| RU2169170C1 (en) * | 2000-10-19 | 2001-06-20 | Зао "Тк Сибур Нн" | Heavy hydrocarbon stock hydrocracking process |
| RU2319730C1 (en) * | 2006-11-09 | 2008-03-20 | Евгений Ефимович Беличенко | Methods of hydrocracking of the heavy hydrocarbon fractions and the device for its implementation |
| RU2343181C1 (en) * | 2007-10-17 | 2009-01-10 | Евгений Ефимович Беличенко | Method for plasmochemical hydrocracking of heavy hydrocarbon fractions and device for its realisation |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013100787A1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-07-04 | Pevgov Vyacheslav Gennadievich | Method for the plasma-chemical processing of a raw material and device for implementing same |
| RU2574732C1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-02-10 | Беличенко Евгений Ефимович | Method of evaporation of high temperature hydrocarbon liquids and device for its implementation |
| RU2703515C1 (en) * | 2018-06-08 | 2019-10-18 | Беличенко Юрий Евгеньевич | Device for plasma-chemical hydrocracking of heavy hydrocarbons |
| RU2671822C1 (en) * | 2018-07-31 | 2018-11-07 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазариум" | Device and method for plasma-chemical hydrocracking and installation equipped therewith |
| WO2020027702A2 (en) | 2018-07-31 | 2020-02-06 | Plazarium | Apparatus and method for plasma-chemical hydrocracking, and plant with such apparatus |
| RU2694228C1 (en) * | 2019-04-03 | 2019-07-10 | Открытое акционерное общество "Инфотэк Груп" | Method of processing organic substances of oil origin |
| RU206053U1 (en) * | 2021-01-29 | 2021-08-18 | Болтенков Евгений Владимирович | NON-THERMAL CRACKING REACTOR |
| RU2766847C1 (en) * | 2021-01-29 | 2022-03-16 | Болтенков Евгений Владимирович | Non-thermal cracking reactor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2411286C1 (en) | Installation for plasma-chemical hydro-cracking of hydrocarbon fractions | |
| KR101249457B1 (en) | Plasma torch of non-transferred and hollow type | |
| RU2456780C2 (en) | Direct arc plasma burner | |
| KR101438463B1 (en) | Plasma apparatus and system | |
| KR102497660B1 (en) | Plasma torch design | |
| AU2012371647B2 (en) | Extended cascade plasma gun | |
| WO2012094743A1 (en) | Plasma reactor and method of operation thereof | |
| EP2957152B1 (en) | High power dc non transferred steam plasma torch system | |
| WO2007114556A1 (en) | Dc arc plasmatron and method of using the same | |
| CN104505325A (en) | Electronic gun device for high-voltage gas discharge | |
| CN110677971A (en) | Thermal plasma torch generator | |
| CN110677974A (en) | Plasma generator | |
| HK1220661A1 (en) | Oil purifying apparatus | |
| US20080264784A1 (en) | Media Injector | |
| WO2019221644A1 (en) | Plasma torch for thermal plasma jet generation | |
| US3508106A (en) | High-grade contaminationless plasma burner as light source for spectroscopy | |
| RU2400861C1 (en) | Gas-discharge electron gun | |
| CN111491437B (en) | Non-jet normal-pressure large-volume microwave plasma generation method | |
| RU2259262C1 (en) | Plasma generator | |
| KR102061220B1 (en) | Thermal plasma torch | |
| KR101106688B1 (en) | Appratus for generating ozone | |
| RU2703515C1 (en) | Device for plasma-chemical hydrocracking of heavy hydrocarbons | |
| KR20210115813A (en) | Conversion method from hydrocarbonaceous material to acetylene or ethylene and device of the same | |
| RU2826506C1 (en) | Plasmatron for welding and surfacing | |
| CN119841282B (en) | A combined intelligent ozone generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121003 |