RU2841364C1 - Laboratory reactor for simulating coke formation processes on its walls - Google Patents
Laboratory reactor for simulating coke formation processes on its walls Download PDFInfo
- Publication number
- RU2841364C1 RU2841364C1 RU2024131063A RU2024131063A RU2841364C1 RU 2841364 C1 RU2841364 C1 RU 2841364C1 RU 2024131063 A RU2024131063 A RU 2024131063A RU 2024131063 A RU2024131063 A RU 2024131063A RU 2841364 C1 RU2841364 C1 RU 2841364C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- walls
- disk
- entire length
- central disk
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к области нефтепереработки, а именно к процессу новообразования на стенках реактора при термокаталитическом крекинге.The invention relates to the field of oil refining, namely to the process of new formation on the walls of a reactor during thermal catalytic cracking.
Известны реакторы (Химические реакторы в примерах и задачах. Ленинградское отделение издательства «Химия» 1968 г. Смирнов Н.Н. и Волжинский А.И.) для термокаталитического крекинга в псевдоожиженном слое, а также в неподвижном слое катализатора, представляющие собой вертикальную термостатированную трубу с расположенными в ней зонами расположения катализатора, в которых осуществляется крекинг, в процессе которого на катализаторе и стенках реактора наблюдается коксообразование, снижающее эффективную площадь поверхности катализатора и скорость теплообмена между стенками реактора и сырьем, что приводит к снижению активности катализатора и нарушению тепловых режимов процесса. Оценить фактическую степень закоксованности промышленного реактора можно только при капитальном ремонте, а оценить динамику процесса отложения кокса вообще невозможно.Reactors are known (Chemical reactors in examples and problems. Leningrad branch of the publishing house "Chemistry" 1968. Smirnov N.N. and Volzhinsky A.I.) for thermocatalytic cracking in a fluidized bed, as well as in a fixed catalyst bed, which are a vertical thermostatted pipe with catalyst zones located in it, in which cracking is carried out, during which coke formation is observed on the catalyst and reactor walls, reducing the effective surface area of the catalyst and the rate of heat exchange between the reactor walls and the feedstock, which leads to a decrease in catalyst activity and disruption of the thermal conditions of the process. It is possible to assess the actual degree of coking of an industrial reactor only during major repairs, and it is generally impossible to assess the dynamics of the coke deposition process.
Известны также лабораторные реакторы, представляющие собой уменьшенные в десятки раз копии промышленных реакторов, в которых протекают аналогичные процессы, но для изучения динамики осаждения кокса необходим доступ к внутренним поверхностям реакторов, которые имеют внутренний диаметр от 10 до 40 мм и длину от 500 до 1000 мм, что требует разрушения реакторов.Laboratory reactors are also known, which are copies of industrial reactors reduced by tens of times, in which similar processes occur, but to study the dynamics of coke deposition, access is required to the internal surfaces of the reactors, which have an internal diameter of 10 to 40 mm and a length of 500 to 1000 mm, which requires the destruction of the reactors.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Целью изобретения является обеспечение возможности изучения процессов новообразования на внутренней поверхности реактора путем измерения толщины и структуры кокса, отложившегося на стенках реактора по всей его длине, в процессе термокаталитического крекинга и отработки методов снижения коксуемости.The aim of the invention is to provide the possibility of studying the processes of new formation on the inner surface of a reactor by measuring the thickness and structure of coke deposited on the walls of the reactor along its entire length during the process of thermocatalytic cracking and developing methods for reducing coking.
Указанная цель достигается тем, что в реакторе, содержащем термостатированный корпус в виде трубки с элементами герметизации на его концах, корпус реактора выполнен разъемным по всей длине его внутреннего объема и состоит из соосно установленных друг на друга с минимальным зазором трех соединенных между собой плоских дисков, при этом на поверхностях верхнего и нижнего дисков, обращенных к центральному диску, выполнены, связанные между собой через отверстие в центральном диске углубления в виде «спиралей Архимеда», являющиеся внутренним объемом реактора, выход и вход которого расположены на верхнем и нижнем диске соответственно.The said objective is achieved by the fact that in a reactor containing a thermostatted housing in the form of a tube with sealing elements at its ends, the reactor housing is made detachable along the entire length of its internal volume and consists of three flat disks connected to each other coaxially mounted on each other with a minimum gap, while on the surfaces of the upper and lower disks facing the central disk, there are depressions in the form of "Archimedes spirals" connected to each other through an opening in the central disk, which are the internal volume of the reactor, the outlet and inlet of which are located on the upper and lower disks, respectively.
В верхнем и нижнем дисках выполнены каналы для контрольных термопар, проходящие в непосредственной близости к виткам спиральных углублений, которые сдвинуты в дисках относительно друг друга на величину шага «спиралей Архимеда».In the upper and lower disks, channels are made for control thermocouples, passing in close proximity to the turns of the spiral recesses, which are shifted in the disks relative to each other by the value of the pitch of the “Archimedes spirals”.
Описание чертежейDescription of drawings
На фиг. 1 изображен предлагаемый реактор.Fig. 1 shows the proposed reactor.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Реактор выполнен в виде легкоразборного пакета соосно скрепленных между собой трех плоских дисков. На поверхностях верхнего диска 1 и нижнего диска 2, обращенных к центральному диску 3, выполнены, в виде «спиралей Архимеда», углубления 4, являющиеся внутренним объемом реактора. В центре среднего диска 3 выполнено отверстие 5, соединяющее начало и конец объемов формируемых углублениями 4 с одной и другой стороны плоского среднего диска, не имеющего углублений, которые совместно формируют внутренний объем реактора, длина которого составляет несколько метров, а сечение зависит от ширины и глубины углубления 4. К наружной поверхности дисков 1 и 2 приварены штуцеры, 6 и 7, соединенные с началом и концом канала, формируемого спиральными углублениями 4, являющиеся входом и выходом реактора. В теле верхнего и нижнего диска выполнены карманы 8 для контрольных термопар, проходящие вдоль всех витков спиральных углублений 4 в непосредственной близости к ним.The reactor is made in the form of an easily disassemblable package of three flat disks coaxially fastened together. On the surfaces of the upper disk 1 and the lower disk 2 facing the central disk 3, depressions 4 are made in the form of "Archimedes spirals", which are the internal volume of the reactor. In the center of the middle disk 3, an opening 5 is made, connecting the beginning and the end of the volumes formed by the depressions 4 on one and the other side of the flat middle disk, which does not have depressions, which together form the internal volume of the reactor, the length of which is several meters, and the cross-section depends on the width and depth of the depression 4. To the outer surface of the disks 1 and 2, nozzles 6 and 7 are welded, connected to the beginning and the end of the channel formed by the spiral depressions 4, which are the inlet and outlet of the reactor. In the body of the upper and lower disk, pockets 8 for control thermocouples are made, passing along all the turns of the spiral depressions 4 in close proximity to them.
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Реактор нагревается до рабочей (350÷600°С) температуры, и на его вход 7 дозирующим насосом подается подогретое сырье (битум, мазут, вакуумный газойль), которое движется по каналу, образованному углублением 4 в нижнем диске 2 и поверхностью центрального диска 3, а затем через отверстие 5 в среднем диске 3 поступает в канал, образуемый поверхностью среднего диска 3 и углублением 4 в верхнем диске 1, что позволяет увеличить длину реактора в два раза без увеличения габаритов реактора и обеспечить более равномерное распределение теплового поля по длине реактора. Время движения сырья по углублениям 4 в дисках 1 и 2, длина которых составляет более пяти метров, может составлять от нескольких часов до десятков часов. Канал, образуемый углублениями 4, может быть частично или полностью заполнен катализатором. В процессе движения по нагретому каналу сырье трансформируется в легкие фракции, а часть его в виде кокса осаждается на его стенках. Подвижными термопарами 9, расположенными в карманах 8, осуществляется контроль за температурой по всей длине реактора с шагом, равным длине витка спирального углубления 4, что позволяет судить о характере процессов в реакторе и их корреляции с коксообразованием. Разъемность реактора по всей его длине и наличие среднего съемного диска 3, на обеих сторонах которого равноценно с остальной внутренней поверхностью реактора происходит отложение кокса на всех стадиях процесса от входа сырья в реактор до выхода из него продуктов крекинга, позволяет измерять толщину и структуру слоя кокса, отложившегося на поверхностях углублений 4 и на обеих плоскостях диска 3 по всей длине реактора, что позволяет делать выводы и принимать решения об условиях эксперимента и состава сырья с целью снижения коксообразования, т.е. достигается поставленная цель.The reactor is heated to the operating temperature (350÷600°C), and heated raw material (bitumen, fuel oil, vacuum gas oil) is fed to its input 7 by a metering pump, which moves along the channel formed by the recess 4 in the lower disk 2 and the surface of the central disk 3, and then through the opening 5 in the middle disk 3 it enters the channel formed by the surface of the middle disk 3 and the recess 4 in the upper disk 1, which makes it possible to double the length of the reactor without increasing the dimensions of the reactor and to ensure a more uniform distribution of the thermal field along the length of the reactor. The time of movement of the raw material along the recesses 4 in disks 1 and 2, the length of which is more than five meters, can be from several hours to tens of hours. The channel formed by the recesses 4 can be partially or completely filled with a catalyst. In the process of movement along the heated channel, the raw material is transformed into light fractions, and some of it is deposited on its walls in the form of coke. Movable thermocouples 9, located in pockets 8, monitor the temperature along the entire length of the reactor with a step equal to the length of the turn of the spiral recess 4, which allows us to judge the nature of the processes in the reactor and their correlation with coke formation. The detachability of the reactor along its entire length and the presence of the middle removable disk 3, on both sides of which coke is deposited equally with the rest of the internal surface of the reactor at all stages of the process from the input of raw materials into the reactor to the output of cracking products, allows us to measure the thickness and structure of the coke layer deposited on the surfaces of recesses 4 and on both planes of disk 3 along the entire length of the reactor, which allows us to draw conclusions and make decisions on the conditions of the experiment and the composition of the raw materials in order to reduce coke formation, i.e. the set goal is achieved.
В связи с тем, что теплопроводность сырья меньше, чем теплопроводность металла, витки спиральных углублений 4 сдвинуты относительно друг друга на величину шага спирали, что обеспечивает более равномерный нагрев по внутреннему сечению реактора.Due to the fact that the thermal conductivity of the raw material is less than the thermal conductivity of the metal, the turns of the spiral recesses 4 are shifted relative to each other by the value of the spiral pitch, which ensures more uniform heating across the internal cross-section of the reactor.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2841364C1 true RU2841364C1 (en) | 2025-06-06 |
Family
ID=
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU968570A1 (en) * | 1981-03-11 | 1982-10-23 | Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Химико-Технологический Институт Им.Ф.Э.Дзержинского | Laboratory furnace for simulating bed type coking process |
| US4411772A (en) * | 1982-02-24 | 1983-10-25 | Exxon Research And Engineering Co. | Fluid coking with the addition of perovskite-containing catalysts |
| DE3329048A1 (en) * | 1982-08-13 | 1984-02-16 | Toyo Engineering Corp., Tokyo | METHOD FOR THERMALLY CRACKING HEAVY OIL |
| US4521529A (en) * | 1984-09-04 | 1985-06-04 | Son Su Kung | Catalyst for cracking kerosene |
| US4557803A (en) * | 1984-07-02 | 1985-12-10 | Marathon Oil Company | Cracking process catalyst selection based on cation electronegativity |
| US4756819A (en) * | 1983-11-21 | 1988-07-12 | Elf France | Process for the thermal treatment of hydrocarbon charges in the presence of additives which reduce coke formation |
| RU2074229C1 (en) * | 1994-06-20 | 1997-02-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма "Томирис" | Method of processing hydrocarbon material |
| WO2006022731A1 (en) * | 2004-08-19 | 2006-03-02 | Albemarle Corporation | Reusable friedel-crafts catalysts, their use, and their regeneration |
| RU2315079C2 (en) * | 2005-12-15 | 2008-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭкоБит" | Reactor for processing coking petroleum processing waste into liquid fuel and coke |
| RU2445344C1 (en) * | 2010-08-23 | 2012-03-20 | Учреждение Российской академии наук Институт химии нефти Сибирского отделения РАН (ИХН СО РАН) | Heavy oil stock processing method |
| RU2537551C1 (en) * | 2013-09-19 | 2015-01-10 | Владимир Андреевич Золотухин | Advanced hydrocarbon processing unit |
| US20190284485A1 (en) * | 2016-10-07 | 2019-09-19 | Sabic Global Technologies B.V. | Process and a system for hydrocarbon steam cracking |
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU968570A1 (en) * | 1981-03-11 | 1982-10-23 | Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Химико-Технологический Институт Им.Ф.Э.Дзержинского | Laboratory furnace for simulating bed type coking process |
| US4411772A (en) * | 1982-02-24 | 1983-10-25 | Exxon Research And Engineering Co. | Fluid coking with the addition of perovskite-containing catalysts |
| DE3329048A1 (en) * | 1982-08-13 | 1984-02-16 | Toyo Engineering Corp., Tokyo | METHOD FOR THERMALLY CRACKING HEAVY OIL |
| US4756819A (en) * | 1983-11-21 | 1988-07-12 | Elf France | Process for the thermal treatment of hydrocarbon charges in the presence of additives which reduce coke formation |
| US4557803A (en) * | 1984-07-02 | 1985-12-10 | Marathon Oil Company | Cracking process catalyst selection based on cation electronegativity |
| US4521529A (en) * | 1984-09-04 | 1985-06-04 | Son Su Kung | Catalyst for cracking kerosene |
| RU2074229C1 (en) * | 1994-06-20 | 1997-02-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма "Томирис" | Method of processing hydrocarbon material |
| WO2006022731A1 (en) * | 2004-08-19 | 2006-03-02 | Albemarle Corporation | Reusable friedel-crafts catalysts, their use, and their regeneration |
| RU2315079C2 (en) * | 2005-12-15 | 2008-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭкоБит" | Reactor for processing coking petroleum processing waste into liquid fuel and coke |
| RU2445344C1 (en) * | 2010-08-23 | 2012-03-20 | Учреждение Российской академии наук Институт химии нефти Сибирского отделения РАН (ИХН СО РАН) | Heavy oil stock processing method |
| RU2537551C1 (en) * | 2013-09-19 | 2015-01-10 | Владимир Андреевич Золотухин | Advanced hydrocarbon processing unit |
| US20190284485A1 (en) * | 2016-10-07 | 2019-09-19 | Sabic Global Technologies B.V. | Process and a system for hydrocarbon steam cracking |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Giltrap et al. | A steady state model of gas-char reactions in a downdraft biomass gasifier | |
| Schietekat et al. | Computational fluid dynamics‐based design of finned steam cracking reactors | |
| Iranshahi et al. | Modeling of naphtha reforming unit applying detailed description of kinetic in continuous catalytic regeneration process | |
| Schietekat et al. | Catalytic coating for reduced coke formation in steam cracking reactors | |
| Goodwin et al. | Conversion of glucose to hydrogen-rich gas by supercritical water in a microchannel reactor | |
| CN102998013B (en) | Soft sensing method for true temperature of pyrolysis mixed products at outlet of ethylene cracking furnace | |
| Schubert et al. | 4-Lump kinetic model of the co-pyrolysis of LDPE and a heavy petroleum fraction | |
| Bao et al. | Experiment and modelling of supercritical pyrolysis and coking of RP-3 aviation kerosene in a U-bend tube | |
| Li et al. | Coke deposition influence based on a run length simulation of a 1, 2-dichloroethane cracker | |
| RU2841364C1 (en) | Laboratory reactor for simulating coke formation processes on its walls | |
| Kshetrimayum et al. | CFD simulation of microchannel reactor block for Fischer–Tropsch synthesis: effect of coolant type and wall boiling condition on reactor temperature | |
| Du et al. | Equivalent reactor network model for the modeling of fluid catalytic cracking riser reactor | |
| Iranshahi et al. | A novel dynamic radial-flow, spherical-bed reactor concept for naphtha reforming in the presence of catalyst deactivation | |
| Zhu et al. | Surface deposition characteristics of supercritical kerosene RP-3 fuel within treated and untreated stainless-steel tubes. Part 1: short thermal duration | |
| Dasila et al. | Simulation of an industrial fluid catalytic cracking riser reactor using a novel 10-lump kinetic model and some parametric sensitivity studies | |
| Geerts et al. | Crude to olefins: effect of feedstock composition on coke formation in a bench-scale steam cracking furnace | |
| Duque et al. | Relevant aspects of propagating a combustion front in an annular reactor for out-of-bed heat recovery | |
| Ho | A study of crude oil fouling propensity | |
| Sørensen | The establishment of a coke-burn kinetic model for zeolite catalysts | |
| Monzavi et al. | Microwave catalytic pyrolysis of heavy oil: A lump kinetic study approach | |
| CN101498578B (en) | An On-line Detection Method of Coking Thickness of Delayed Coking Heating Furnace Tube | |
| Iranshahi et al. | Modeling of an axial flow, spherical packed-bed reactor for naphtha reforming process in the presence of the catalyst deactivation | |
| Xu et al. | Modeling and analysis of supercritical hydrocarbon fuel heat and mass transfer with catalytic steam reforming | |
| Mohamadzadeh Shirazi et al. | Coke formation in steam cracking reactors: deciphering the impact of aromatic compounds and temperature on fouling dynamics | |
| Shahrokhi et al. | Optimal temperature control of a propane thermal cracking reactor |