Реактор для окисления нефтяных остатков

Реактор для окисления нефтяных остатков

Реферат

 

Реактор для окисления нефтяных остатков может быть использован при производстве битума. Цель изобретения - сокращение времени пребывания реагирующих веществ в реакционном пространстве, повышение степени отработки окислителя и сокращение времени разделения паро-газовой и жидкой фаз продуктов реакции. Реактор выполнен в виде прямой реакционной трубы, на нижнем конце которой установлены соединенные общей вихревой смесительной камерой от двух до шести секций диспергирования, смешения и гомогенизации сырья и окислителя, каждая из которых выполнена в виде цилиндрического корпуса с распределительной камерой и выходным соплом, при этом первая секция выполнена из двух камер, снабженных дополнительно сдвоенными двухканальными струйными излучателями колебаний, а нижняя камера первой секции дополнительно снабжена распределительной камерой, входным соплом окислителя и каналами, соединяющими распределительную камеру окислителя с каналами струйных излучателей колебаний, вторая - шестая секции дополнительно снабжены двумя блоками сдвоенных двухканальных струйных излучателей колебаний. На верхнем конце реакционной трубы установлен сепаратор для распределения паро-газовой и жидкой фаз продуктов реакции, выполненный в виде цилиндрического корпуса с распределительной камерой, двумя блоками сдвоенных двухканальных струйных излучателей колебаний, сливной решеткой, каплеотбойником и входным и выходным соплами. Реактор позволяет сократить продолжительность реакции окисления в 60-180 раз, понизить содержание кислорода в отработанных газах окисления в 2,5 раза, повысить производительность действующей установки производства битума в 2 раза. 3 з.п. ф-лы, 5 табл., 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для проведения окисления нефтяных остатков и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтяной промышленности.

Известен реактор для окисления нефтяных остатков окислительный куб - вертикальный цилиндрический аппарат, имеющий штуцеры ввода сырья, воздуха и пара и вывода готового продукта и отработанных газов, оборудованный диспергатором воздуха и предназначенный для работы по периодической схеме. Недостаток окислительного куба неудовлетворительное использование кислорода воздуха, что увеличивает затраты энергии на подачу воздуха и топлива на сжигание отработанных газов, и большая продолжительность реакции окисления, что отрицательно влияет на качество получаемого битума. Эти недостатки делают невозможным применение окислительного куба в крупнотоннажных производствах битума [1] Известен бескомпрессорный реактор горизонтальный цилиндрический аппарат с рабочим колесом, вращающиеся вокруг вертикальной оси и соединенным полым валом с атмосферой. Реактор разделен на шесть секций. В пяти секциях установлены вращающиеся элементы диспергаторы с индивидуальными электроприводами (мешалки), шестая секция служит буфером-накопителем битума. Реактор имеет штуцеры ввода сырья, рециркулирующего битума в первую секцию, пара во все секции, вывода отработанного газа из всех секций и готового битума из последней секции. Несмотря на сокращение продолжительности реакции окисления в результате увеличения межфазной поверхности за счет диспергирования реакционной массы, в каждой секции образуются застойные зоны и отмечается неполное разрушение сложных надмолекулярных структур сырья и рециркулирующего битума размером более 500 мкм, неравномерно распределенных в их объемах, что отражается на качестве готового продукта. Кроме того, такие реакторы имеют невысокую производительность, сравнительно низкую степень использования воздуха и большие затраты энергии [1] Известны также колонны реакторы, снабженные штуцерами ввода сырья, воздуха и пара и вывода готового продукта и отработанных газов, и диспергаторами воздуха. Недостаток таких реакторов отсутствие диспергаторов сырья, поступающего на окисление и отличающегося присутствием в сложных надмолекулярных структур, и низкой степенью использования кислорода воздуха. Для ее повышения фирма Britisch Petroleum рекомендует подачу через диспергатор смеси воздуха и рециркулирующего битума, что приводит к увеличению энергозатрат на процесс. Кроме того, в этом случае не обеспечивается равномерное перемешивание реагирующих веществ из-за большой степени плотностей циркулирующего битума и воздуха. Известен также трубчатый реактор с вертикальным расположением труб, соединенных с помощью калачей, с общим вводом через один штуцер сырья, сжатого воздуха и рециркулирующего битума, предварительно смешенных в трубопроводе. Реагирующие фазы перемешиваются в вертикальном трубчатом змеевике в турбулентном режиме за счет энергии сжатого воздуха [1] или за счет устройств дополнительного перемешивания, установленных внутри реакционных труб. За счет энергии сжатого воздуха или устройств дополнительного перемешивания увеличивается межфазная поверхность реакционной массы, что приводит к повышению скорость реакции окисления и сокращению продолжительности процесса до 1880 5700 с. Однако, в местах первоначального контакта (в трубопроводе) горячего прямогонного гудрона и окислителя образуются локализованные зоны с высокой степенью перегрева, в которых создается большое количество центров переокисления с образованием кокса. В то же время неравномерно распределенные крупные надмолеклярные структуры сырья и рециркулирующего битума, размеры которых достигают 400 мкм, (фиг. 1, цена деления на фотографии капли прямогонного гудрона 20 мкм) не успевают вступить в реакцию в трубопроводе. В трубчатом реакторе для завершения окисления этих структур требуется 1800 5700 с. Но кокс, полученный при первоначальном контакте реагирующих веществ, остается в готовом битуме, ухудшая его качество. Кроме того, при работе трубчатого реактора отмечается невысокая степень использования окислителя. Так, при использовании в качестве окислителя атмосферного воздуха содержание кислорода в отработанных газах окисления составляет 2,7-7,5% Отличительной особенностью и недостатком работы трубчатого реактора является получение жидких продуктов реакции с большим включением паро-газовой фазы. Для ее разделения требуется длительное время.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является реактор для проведения экзо- и эндотермических процессов в системе газ-жидкость [2] Известный реактор содержит выполненный из отдельных секций, соединенных фланцами, имеющий штуцеры ввода сырья (жидкости) и окислителя (воздуха) и вывода реакционной смеси, центральную трубу со сливными отверстиями, циркуляционные карманы, расположенные вдоль пазов корпуса и имеющие цилиндрическую форму, с переточными трубками, расположенными в центральной трубе, и завихрители, установленные на центральной трубе в зоне сливных отверстий с возможностью осевого перемещения.

Обеспечивая интенсификацию процесса за счет исключения "мертвых зон" в реакторе путем завихрения газового потока, что приводит к сокращению его расхода, и улучшения теплообмена за счет развитой поверхности переточных трубок, известный реактор имеет некоторые недостатки.

Первый существенный недостаток известного реактора состоит в узкой области применения, так как может быть использован только в системе газ-жидкость, т. е. для его работы обязательно использование в качестве окислителя газа (воздуха). Однако известно, при производстве нефтяного битума, сырьем для которого являются тяжелые нефтяные остатки, в качестве окислителя используют кислый гудрон (смесь сернокислотных отходов) жидкий бросовый продукт нефтепереработки, хранящийся в специальных прудах-накопителях и отравляющий окружающую среду. Поэтому при его использовании решается проблема как сокращения потребления атмосферного воздуха так и утилизации кислого гудрона.

Второй существенный недостаток известного реактора состоит в том, что сырье, поступающее в реактор в виде жидкости, содержит крупные надмолекулярные структуры (фиг. 1) и не подвергается предварительной подготовке, т.е. диспергированию и гомогенизации, направленных на разрушение этих структур и создание гомогенной системы, что приводит, с одной стороны, к ухудшению качества полученного битума и повышенному расходу окислителя, с другой, даже при использовании в качестве окислителя атмосферного воздуха, который поступает на смешение с сырьем в виде крупных пузырьков. Таким образом, в известном реакторе реагирующие вещества обладают неразвитой межфазной поверхностью контакта, что приводит к уменьшению глубины переработки сырья, сокращению выхода готового продукта и ухудшению его качества. Кроме того, в точках первоначального контакта сырья и окислителя крупные надмолекулярные структуры активно участвуют в реакции окисления, что приводит в образованию локализованных зон с высокой степенью перегрева, за счет чего возникают и существуют центры переокисления сырья, вплоть до кокса. Присутствие кокса в потоке ухудшает качество готового продукта, с одной стороны, а с другой - приводит к понижению производительности реактора по сырью из-за ухудшения теплопередачи стенок переточных трубок.

Третий существенный недостаток известного реактора состоит том, что в реакторе не обеспечивается выдержка реакционной смеси во времени, что приводит к снижению глубины превращения сырья и повышенному расходу окислителя - воздуха.

Цель предлагаемого изобретения расширение области применения реактора за счет использования жидкого окислителя, повышение степени отработки окислителя и сокращение времени разделения паро-газовой и жидкой фаз продуктов реакции.

Поставленная цель достигается тем, что реактор дополнен прямой вертикальной реакционной трубой, нижний конец которой соединен с последовательно связанными общей вихревой смесительной и реакционной камерой с двумя шестью секциями диспергирования, гомогенизации и смешения сырья и окислителя, каждая из которых снабжена кольцевой распределительной камерой, сдвоенными, последовательно соединенными и соосно размещенными по вертикальной оси секций двухканальными диспергаторами и выходным соплом: при этом нижняя секция дополнена второй кольцевой распределительной камерой, соединенной своими каналами с каналами диспергаторов первой кольцевой распределительной камеры, нижний ряд которых ограничен глухой перегородкой, каждая промежуточная секция дополнительно снабжена вторым диспергатором, последовательно соединенным с первым, а верхняя секция дополнительно снабжена вторым диспергатором, последовательно соединенным с первым, и связана с нижним концом прямой вертикальной реакционной трубы, на верхнем конце которой установлен с сепаратором для разделения паро-газовой и жидкой фаз продуктов реакции, выполненный в виде цилиндрического корпуса с вводом продуктов реакции из реакционной трубы через входное сопло и два сдвоенных, последовательно соединенных и соосно размещенных по вертикальной оси корпуса двухканальных диспергаторов, нижний ряд которых ограничен глухой перегородкой, выводом паро-газовой фазы через каплеотбойник, а жидкой через сливную решетку с глухим днищем и выходное сопло, при этом длину прямой вертикальной реакционной трубы принимают равной 50-70 ее диаметрам, а в качестве диспергаторов применяют струйные излучатели колебаний.

Указанные отличительные признаки предлагаемого реактора для окисления нефтяных остатков определяют его существенные отличия в сравнении с уровнем техники в области получения окисленных битумов, так как дополнение реактора прямой вертикальной реакционной трубой и соединение ее с последовательно связанными общей вихревой и реакционной камерой с двумя шестью секциями диспергирования, гомогенизации и смешения сырья и окислителя и установки на верхнем конце прямой вертикальной реакционной трубы сепаратора для разделения продуктов реакции на паро-газовую и жидкую фазы, при длине реакционной трубы равной 50-70 ее диаметрам и использование в качестве диспергаторов струйных излучателей колебаний обеспечивают: многократное диспергирование сырья и окислителя за счет наложения акустических колебаний на выходе потока в каналы струйных излучателей колебаний и их воздействия на поток по длине каналов, а также за счет использования эффекта кавитации и срезающих усилий (щелевой эффект) на выходе потоков из каналов и входе в общую вихревую смесительную и реакционную камеру. Такое диспергирование приводит к существенному увеличению межфазной поверхности контакта реагирующих веществ за счет разрушения крупных надмолекулярных структур с получением тонкодисперсного потока однородной структуры. На фотографии капли прямогонного гудрона (фиг. 2) видна капля равномерной структуры с размером частиц не более 20 мкм (цена деления на фотографии 20 мкм); получение тонкодиспергированного гомогенного вихревого закрученного потока реагирующих веществ за счет организации вращения диспергированных потоков в вихревой смесительной и реакционной камере в противоположные стороны соответствующей установкой струйных излучателей колебаний и создание вихревого закрученного потока; повышение степени отработки окислителя за счет проведения реакции окисления в закрученном вихревом турбулентном гомогенизированном потоке, и сокращение расхода окислителя; разделение паро-газовых и жидких продуктов реакции за счет разрушения дисперсности потока продуктов реакции путем воздействия акустических колебаний, центробежного поля и энергии перепада давления.

Число секций диспергирования, гомогенизации и смешения потока сырья и окислителя, которые устанавливают на нижнем конце прямой вертикальной реакционной трубы, может изменяться от двух до шести и зависит от производительности установки по сырью и требований по качеству битума, что обусловлено необходимостью изменения числа зон кавитации, образуемых в секциях диспергирования, гомогенизации и смешения.

В табл. 1 представлены результаты промышленных испытаний предлагаемого реактора для окисления тяжелого прямогонного гудрона, качество которого приведено в табл. 2, смесью сернокислотных отходов очистки масел и парафина (кислый гудрон), качество которой приведено в табл. 3, при изменении числа секций диспергирования, гомогенизации и смешения сырья и окислителя от двух до шести при прочих равных условиях.

Анализ показателей качества битума и их сравнение с требованиями ГОСТ (табл. 1) показывает, что при окислении тяжелого сырья с увеличением числа секций диспергирования, гомогенизации и смешения постепенно улучшается качество готового битума, достигая удовлетворения требованиям ГОСТ по всем показателям. Экспериментально подтверждено, что при окислении более легкого сырья число секций диспергирования, гомогенизации и смешения в предлагаемом реакторе сокращается.

Экспериментально на лабораторном стенде и на промышленном реакторе установлено, что чем выше производительность установки по сырью, тем больше устанавливают секций диспергирования, гомогенизации и смешения сырья и окислителя. Если реактор окисления нефтяных остатков перерабатывает сырье из разных источников, то не требуется предварительного смешения сырья. Сырье каждого источника можно подавать раздельно в одну или несколько секций, в зависимости от доли этого сырья в общем потоке. Кроме того, в разные секции диспергирования, гомогенизации и смешения можно подавать сырье с разной температурой, так как при движении потоков сырья и окислителя по секциям обеспечивается выравнивание температуры.

Длина прямой вертикальной реакционной трубы определена на основании экспериментов, проведенных на промышленной установке. При этом установлено, длины реакционной трубы менее 50 ее диаметров недостаточно для проведения реакции окисления в полном объеме, а при длине более 70 ее диаметров в верхней трети трубы существует балластный участок, к началу которого реакции окисления уже завершены. Поэтому при длине реакционной трубы более 70 ее диаметров создаются предпосылки для повышения энергозатрат для преодоления дополнительного гидравлического сопротивления.

В секциях диспергирования, гомогенизации и смешения сырья и окислителя и сепараторе для разделения паро-газовых и жидких продуктов реакции в качестве диспергаторов применены струйные излучатели колебаний.

На фиг. 3 показан внешний вид предлагаемого реактора для окисления нефтяных остатков, а на фиг. 4 показана схема реактора.

Реактор выполнен в виде прямой вертикальной реакционной трубы 1 (фиг. 3 и фиг. 4) с фланцами 2, на нижнем конце которой последовательно установлены секции диспергирования, гомогенизации и смешения сырья и окислителя 3, 4, 5, 6, 7 и 8. Каждая секция выполнена в виде цилиндрического корпуса 9, 10, 11, 12, 13 и 14, соответственно, с нижним 15 и верхним 16 фланцами и оборудована штуцерами ввода порции сырья в секции 17, 18, 19, 20, 21 и 22, соответственно.

Секция 3, нижняя, дополнительно оборудована нижней крышкой 23 со штуцером ввода окислителя.

Секция 8, верхняя, дополнительно оборудована верхней крышкой 25 со штуцером ввода гомогенизированной смеси сырья и окислителя 26 в реакционную трубу 1.

Все секции соединены между собой последовательно общей вихревой смесительной и реакционной камерой 27.

Общее число секций, устанавливаемых на нижнем конце реакционной трубы 1, может изменяться от двух до шести. При этом установка секций 3, нижняя, и 8, верхняя, обязательна, а секции 4, 5, 6 и 7 устанавливают при производственной необходимости.

На верхнем конце прямой вертикальной реакционной трубы 1 установлен сепаратор 28 для разделения паро-газовых и жидких продуктов реакции, который выполнен в виде цилиндрического корпуса 29 со штуцером вывода жидких продуктов реакции 30, нижнем днищем 31 со штуцером ввода продуктов реакции 32 из реакционной трубы 1, верхним фланцем 33 с верхней крышкой 34, имеющей штуцер вывода паро-газовой фазы продуктов реакции 35.

Нижняя секция 3 (фиг. 4) выполнена из двух камер 36 и 37, разделенных глухой перегородкой 38. Верхняя камера 36 этой секции оборудована сдвоенными, последовательно соединенными и соосно размещенными по вертикальной оси секции двухканальными диспергаторами 39, в качестве которых используют струйные излучатели колебаний, с глухой перегородкой 40, отделяющей нижний ряд излучателей от кольцевой распределительной камеры 41 с выходным соплом 42 и каналами 43, соединяющими распределительную камеру окислителя с каналами диспергаторов 39, имеет кольцевую распределительную камеру сырья 44 и выходное сопло 45.

Камера 37 секции 3 имеет кольцевую распределительную камеру 46, выходное сопло 47 и оборудована сдвоенными, последовательно соединенными диспергаторами 48, в качестве которых используются струйные излучатели колебаний.

Секция 4 размещена над секцией 3 и оборудована двумя блоками сдвоенных, последовательно соединенных и соосно размещенных по вертикальной оси секции двухканальных диспергаторов 49 и 50, в качестве которых используются струйные излучатели колебаний, имеет кольцевую распределительную камеру 51 и выходное сопло 52.

Секции 4, 5 и 6, не показанные на фиг. 4, аналогичны секции 4.

Секция 8, верхняя, оборудована двумя блоками сдвоенных, последовательно соединенных и соосно размещенных по вертикальной оси секции двухканальных диспергаторов 53 и 54, в качестве которых используются струйные излучатели колебаний, имеет кольцевую распределительную камеру 55 и выходное сопло 56.

Сепаратор 28 оборудован входным соплом 57, двумя блоками сдвоенных, последовательно соединенных двухканальных диспергаторов 58 и 59, в качестве которых используются струйные излучатели колебаний, с глухой перегородкой 60, имеет кольцевую распределительную камеру 61, выходное сопло 62, сливную решетку 63 с отверстиями 64 и глухим днищем 65, размещенными по внутренней образующей штуцера вывода жидких продуктов реакции, и каплеотбойник 66.

Предлагаемый реактор работает следующим образом.

Сырье для получения битума, например, прямогонный гудрон, равномерно распределяется на три потока (фиг. 4) и через штуцеры 17, 18 и 22 поступает в кольцевые распределительные камеры 44, 51 и 55 секций 3, 4 и 5, соответственно.

Первая порция сырья, поступившая через штуцер 17 в кольцевую распределительную камеру 44, поступает в каналы сдвоенных, последовательно соединенных и соосно размещенных струйных излучателей колебаний 39, куда из кольцевой камеры окислителя 41 через каналы 43 подается поток окислителя, который поступил в эту камер через штуцер 24. В каналах струйных излучателей колебаний 39 за счет наложения акустических колебаний на входе в канал и их воздействия по длине канала, эффекта кавитации и срезающих усилий при выходе потока из каналов сырье и окислитель диспергируются и частично гомогенизируются. В вихревой смесительной и реакционной камере 27, куда поступает этот поток, продолжается его гомогенизация за счет высокой скорости и вращения диспергированных потоков в противоположные стороны соответствующей установкой струйных излучателей колебаний 39 для создания закрученного вихревого потока.

Для повышения степени гомогенизации первой порции сырья и окислителя частично гомогенизированный поток сырья и окислителя через сопло 45 поступает в кольцевую распределительную камеру 46, откуда в каналы сдвоенных, последовательно соединенных и соосно размещенных струйных излучателей колебаний 48. Полученная гомогенная смесь первой порции сырья и окислителя через сопло 47 поступает в кольцевую распределительную камеру 51 секции 4, куда через штуцер 18 поступает вторая порция сырья и смешивается с потоком, поступившим из секции 3. Смешенный поток сырья и окислителя поступает в каналы двух блоков с сдвоенных, последовательно соединенных и соосно размещенных двухканальных струйных излучателей колебаний 49 и 50, где происходит диспергирование второй порции сырья и гомогенизация поступивших потоков. Через выходное сопло 52 гомогенизированная система поступает в кольцевую распределительную камеру 55 секции 8, куда через штуцер 22 поступает последняя порция сырья. Смешенный поток сырья и окислителя проходит через каналы двух блоков сдвоенных, последовательно соединенных и соосно размещенных двухканальных струйных излучателей колебаний 53 и 54 и через выходное сопло 56 и штуцер 26 поступает в прямую вертикальную реакционную трубу 1.

При проведении промышленных испытаний нами установлено, что, несмотря на высокие скорости движения потока по вихревой смесительной и реакционной камере 27, реакция окисления начинается именно с этой камеры. Поэтому в реакционную трубу 1 поступает гомогенизированный, турбулентный закрученный поток сырья, окислителя и продуктов реакции с развитой межфазной поверхностью контакта. Реакция окисления завершается в реакционной трубе 1 за короткий отрезок времени, что обусловлено, с одной стороны, высокой скоростью движения потока, а с другой развитой межфазной поверхностью контакта.

При проведении промышленных испытаний предлагаемого реактора нами установлено, что, несмотря на высокую скорость движения потока в реакционной трубе и его турбулентное вихревое движение в реакционной трубе 1 одновременно с реакцией окисления происходит частичная дегазация паро-жидкой смеси и первичное разделение паров и жидкости, за счет центробежных сил, развиваемых вихревым потоком. Выделившиеся газы и пары концентрируются по вертикальной оси реакционной трубы 1.

Организованный таким образом вихревой закрученный поток продуктов реакции с паро-газовой фазой по центру через штуцер 32 и выходное сопло 56 поступает в кольцевую распределительную камеру 61 сепаратора 28, откуда направляется в каналы двух блоков сдвоенных, последовательно установленных и соосно размещенных двухканальных струйных излучателей колебаний 58 и 59. Разделение паро-газовой и жидкой фаз осуществляется под действием акустических колебаний, центробежного поля и энергии перепада давления. Поток из каналов струйных излучателей колебаний 58 и 59 поступает на сливную решетку 63 через сопло 62. Жидкие продукты реакции поступают в карман сливной решетки 63, ограниченной глухим днищем 65 через отверстия 64. Жидкие продукты реакции выводятся из сепаратора 28 через штуцер 30. Паро-газовые продукты реакции выводятся из сепаратора 28 через каплеотбойник 66 для отделения захваченных капель жидкости через штуцер 35.

Предлагаемый реактор для окисления нефтяных остатков прошел промышленные испытания на промышленной установке производства битума при использовании в качестве сырья прямогонного гудрона, физико-химические характеристики которого приведены в табл. 2, а в качестве окислителя смеси сернокислотных отходов очистки масел и парафинов в соотношении 1:1, физико-химические характеристики, которой приведены в табл. 3.

Промышленные испытания проведены на реакторе для окисления нефтяных остатков диаметром 150 мм при длине реакционной трубы 7,5 м. Общий расход прямогонного гудрона при проведении промышленных испытаний изменяли от 28 м³/ч до 40,8 м³/ч, температура гудрона изменялась от 150^oC до 225^oC, давление процесса изменяли от 4 кгс/см² до 6 кгс/см². При всех изменениях параметров технологического режима получали битум требуемого качества (табл. 4).

Прямогонный гудрон перед входом в реактор распределяли равномерно на шесть потоков, от 4,7 м³/ч до 6,8 м³/ч по каждому потоку. Каждый поток прямогонного гудрона через штуцеры 17, 18, 19, 20, 21 и 22 поступал в секции диспергирования, гомогенизации и смешения сырья 3, 4, 5, 6, 7 и 8, соответственно.

Окислитель поступал в секцию 3 через штуцер 24 в кольцевую распределительную камеру окислителя 41, из которой через каналы 43 поступал в каналы струйных излучателей колебаний 39, в которые также поступала первая порция гудрона из кольцевой распределительной камеры сырья 44. Диспергированная и частично гомогенизированная смесь окислителя и первой порции сырья через выходное сопло 45 поступала в кольцевую распределительную камеру 45 камеры 37 секции 3 для повторного диспергирования сырья и окислителя с помощью струйных излучателей колебаний 48. Полученная гомогенная смесь окислителя и первой порции сырья через выходное сопло 47 поступала в кольцевую распределительную камеру 51, куда через штуцер 18 поступала вторая порция сырья и откуда полученная смесь сырья и окислителя направлялась в каналы струйных излучателей колебаний 49 и 50 для диспергирования второй порции сырья и гомогенизации его с первой порцией сырья и окислителем. Полученная смесь через выходное сопло 52 поступала в кольцевую распределительную камеру 55 секции 8, куда через штуцер 22 поступала последняя порция сырья. Смесь последней порции сырья, первой и второй порции сырья и окислителя поступала в каналы струйных излучателей колебаний 53 и 54 для диспергирования последней порции сырья и гомогенизации сырья и окислителя. Полученная однородная система через штуцер 26 поступала в прямую вертикальную реакционную трубу 1.

Продукты реакции из реакционной трубы 1 через штуцер 32 и сопло 57 поступали в сепаратор 28, где с помощью струйных излучателей колебаний 58 и 59, сливной решетки 63 с отверстиями 64 и глухим днищем 65 и каплеотбойника 66 осуществлялось разделение жидкой фазы, которая выводилась через штуцер 39, и паро-газовой фазы, которая выводилась через штуцер 35.

В примере приведено описание работы реактора, имеющего три секции (нижнюю, промежуточную и верхнюю). В промышленных условиях фактически проведены промышленные испытания реакторов, имеющих две, три, четыре и шесть секций диспергирования, гомогенизации и смешения сырья и окислителя.

Результаты промышленных испытаний предлагаемого реактора для окисления нефтяных остатков при использовании в качестве окислителя серно-кислотных отходов очистки нефтепродуктов и результаты лабораторных испытаний этого реактора при использовании в качестве окислителя атмосферного воздуха приведены в табл. 5. В этой же таблице приведены аналогичные показатели для реактора, предназначенного для проведения экзо- и эндотермических процессов в системе газ-жидкость, принятого за прототип.

Анализ данных, приведенных в табл. 4 и табл. 5, показывает, что предлагаемый реактор для окисления нефтяных остатков обеспечивает получение битума требуемого качества, даже при использовании в качестве окислителя кислого гудрона, что обусловлено многократным диспергированием реагирующих веществ с последующей многократной гомогенизацией их смеси и проведением реакции в гомогенной системе с развитой межфазной поверхностью контакта. Этим же можно объяснить и повышение степени отработки окислителя и сокращение его расхода, что подтверждается понижением содержания кислорода в отработанных газах окисления на выходе из реактора в 2,5 раза и высокой степенью отработки серной кислоты, содержащейся в кислом гудроне, до 96 98% Кроме того, применение специального сепаратора продуктов реакции, обеспечивающего разрушение продуктов реакции с помощью струйных излучателей колебаний, позволило сократить продолжительность процесса получения битума, обеспечив повышение производительности действующей установки производства битума в 2 раза, при этом выход битума увеличивается на до 82-96% в зависимости от качества исходного сырья.

Формула изобретения

1 1. Реактор для окисления нефтяных остатков, выполненный из отдельных секций, соединенных фланцами, имеющий штуцеры ввода сырья и окислителя и вывода продуктов реакции в паровой и жидкой фазах, отличающийся тем, что реактор дополнен прямой вертикальной реакционной трубой, нижний конец которой соединен с последовательно связанными общей вихревой смесительной и реакционной камерой двумя шестью секциями диспергирования, гомогенизации и смешения сырья и окислителя, каждая из которых снабжена кольцевой распределительной камерой, сдвоенными, последовательно соединенными и соосно размещенными по вертикальной оси секции двухканальными диспергаторами и выходным соплом, при этом нижняя секция дополнена второй распределительной камерой, соединенной своими каналами с каналами диспергаторов первой кольцевой распределительной камеры, нижний ряд которых ограничен глухой перегородкой, каждая промежуточная секция дополнительно снабжена вторым диспергатором, последовательно соединенным с первым, а верхняя секция дополнительно снабжена вторым диспергатором, последовательно соединенным с первым, и связана с нижним концом прямой вертикальной реакционной трубы.2 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что на верхнем конце прямой вертикальной реакционной трубы установлен сепаратор для разделения парогазовой и жидкой фаз продуктов реакции, выполненный в виде цилиндрического корпуса с вводом продуктов реакции из реакционной трубы через входное сопло и два сдвоенных, последовательно соединенных и соосно размещенных по вертикальной оси корпуса двухканальных диспергатора, нижний ряд которых ограничен глухой перегородкой, выводом парогазовой фазы через каплеотбойник, а жидкий через сливную решетку с глухим днищем и выходное сопло.2 3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что длину прямой вертикальной реакционной трубы принимают равной 50 70 ее диаметров.2 4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что в качестве диспергаторов применяют струйные излучатели колебаний.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7