Установка для обработки углеводородосодержащей жидкой среды и плазменный реактор, входящий в ее состав
Владельцы патента RU 2465303:
Скакунов Юрий Павлович (UA)
Федичкин Олег Валерьевич (RU)
Скакунов Александр Юрьевич (UA)
Федичкин Евгений Валерьевич (RU)
Скакунова Алла Юрьевна (UA)
Федичкин Валерий Николаевич (RU)
Изобретение относится к устройствам для каталитической и плазменной обработки жидких сред нефти и нефтепродуктов, в частности к технологии их каталитического риформинга в сочетании с крекингом. Установка содержит основной каталитический реактор 1 с магистралью 2 подачи в него жидкой среды, дополнительный каталитический реактор 3, магистраль 4 выдержки под давлением обработанной жидкой среды, рециркуляционую магистраль 5, первый и второй смесители 6, 7, насос 8, а также первую и вторую магистрали 9, 10 подачи исходной жидкой среды, при этом каждый каталитический реактор 1, 3 выполнен в виде полой емкости с установленным со стороны входа в нее соплом 11, сопло 11 основного каталитического реактора через магистраль 2 подачи в него жидкой среды и сопло 11 дополнительного каталитического реактора со стороны входа в них параллельно подключены к напорной магистрали 12 насоса 8, который входом подключен к выходу второго смесителя 7, подключенного входом к выходу первого смесителя 6, подключенного входом к выходу из дополнительного каталитического реактора 3 и к первой магистрали 9 подачи исходной жидкой среды, к емкости дополнительного каталитического реактора 3 подключена магистраль 13 подачи каталитической добавки, причем выходное сечение последней расположено от выходного сечения сопла 11 дополнительного каталитического реактора 3 на расстоянии L, составляющем от 0,5 до 0,8 диаметра d выходного сечения сопла 11 дополнительного каталитического реактора 3, к проточной части сопел каждого из каталитических реакторов 1 и 3 подключены мановакуумметры 14, а рециркуляционная магистраль 5 подключена со стороны входа в нее к выходу из основного каталитического реактора 1 и со стороны выхода из нее - к входу во второй смеситель 7. Основной каталитический реактор 1 выполнен плазменным, снабженным высоковольтным источником питания 15 с постоянным током 10-100 мА, дополнительный каталитический реактор 3 выполняет функцию сверхзвукового струйного смесителя. Установка дополнительно содержит дегазатор 16, охладитель 17, второй насос 18, магистраль 20 отвода парогазовой смеси и газа, магистраль 21 возврата конденсата низкомолекулярных компонентов, магистраль 22 подачи дегазированной жидкой среды, вторая магистраль 10 подачи исходной жидкой среды через второй насос 18 подключена к входу дегазатора 16, который одним выходом подключен магистралью 20 отвода парогазовой смеси и газа к охладителю 17, а другим выходом - магистралью 22 подачи дегазированной жидкой среды к входу второго смесителя 7, выход охладителя 17 магистралью 21 возврата конденсата низкомолекулярных компонентов подключен к магистрали 22 подачи дегазированной жидкой среды. Изобретение позволяет повысить производительность процесса, улучшить качество и увеличить ассортимент обработки углеводородсодержащих жидких сред. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.
Настоящее изобретение относится к устройствам для каталитической и плазменной обработки жидких сред нефти или нефтепродуктов, в частности к технологии их каталитического риформинга в сочетании с крекингом.
Известны различные реакторы для обработки углеводородосодержащей жидкой среды, использующие ее плазменную обработку в присутствии катализаторов.
Известен способ плазмокаталитической утилизации нефтяных шламов, включающий плазменную обработку в присутствии катализаторов, согласно которому плазменную обработку нефтяных шламов осуществляют в виде диспергированных горючих водотопливных композиций в условиях каталитически активной воздушной плазмы электрических разрядов при среднемассовой температуре 1500-6000 К за 10-5-10-3 с, при содержании ультрадисперсных каталитически активных материалов 0,01-1,0 мас.%, полученных в процессе плазмокаталитической утилизации нефтяных шламов. (RU, 2218378).
Известен плазмокаталитический реактор, содержащий плазменный генератор, реакционную камеру, форсунку и патрубки ввода сырья и вывода продуктов, в котором плазменный генератор, реакционная камера и дисковая форсунка расположены горизонтально на одной осевой линии, причем плазменный генератор и дисковая форсунка присоединены к реакционной камере с противоположных сторон, дисковая форсунка содержит приводной вал, на котором установлены внешняя камера с дисками-эмульгаторами и внутренняя камера, содержащая втулку с отверстиями и диск-диспергатор, соединенные между собой корпусом с расположенным на нем уплотнительным кольцом, а реакционная камера содержит кварцевую трубу и водоохлаждаемый корпус с расположенным на нем патрубком вывода продуктов утилизации (RU, 2218378).
Известен способ гидрокрекинга тяжелых углеводородных фракций, согласно которому предварительно подогретую до 60-370°С тяжелую углеводородную фракцию подвергают «бомбардировке» ионами водорода и ионами гидроксильной группы в реакторе без доступа кислорода, при этом ионы водорода и ионы гидроксильной группы подают в камеру в виде плазмы (RU, 2319730).
Известно устройство для гидрокрекинга тяжелых углеводородных фракций, которое содержит реактор, имеющий датчик уровня, датчик температуры, патрубок выхода непрореагировавшей части тяжелых фракций в жидком состоянии, патрубок выхода прореагировавшей части углеводородных фракций в парообразном состоянии, при этом в верхней части реактора установлен плазмотрон с соплом, а в нижней его части патрубок подачи тяжелых углеводородных фракций с форсункой, установленной с возможностью регулирования расстояния от сопла плазмотрона до ее верхней части (RU, 2319730).
Известен способ плазмохимического гидрокрекинга тяжелых углеводородных фракций, в котором предварительно подогретую до 60-350°С тяжелую углеводородную фракцию подвергают воздействию плазмы для расщепления в зоне высокой температуры углеводородных молекул на атомы без доступа кислорода, последующей «бомбардировке» ими других углеводородных цепочек, дроблению их и гидрированию в зоне реакции, приводящему к образованию легких углеводородных фракций, при этом плазма представляет из себя ионизированный высокотемпературный газ (RU, 2343181).
Известно устройство для плазмохимического гидрокрекинга тяжелых углеводородных фракций, содержащее реактор, имеющий датчик уровня, датчик температуры, патрубок выхода прореагировавшей части углеводородных фракций в парообразном состоянии и патрубок подачи сырья, при этом внутри реактора расположен вращающийся с продольными щелями барабан для образования в реакторе вращающегося слоя тяжелых углеводородных фракций, прилегающего к внутренним стенкам реактора, а в верхней части реактора установлен плазмотрон с соплом для вхождения струи плазмы в тяжелые углеводородные фракции, поданные в реактор (RU, 2343181).
Во всех выше описанных способах и устройствах используется источник «горячей плазмы» с температурой 1500-6000К, т.е. применяется плазмотрон с подачей в него воздуха, паров воды или инертного газа. Струя плазмы нагревает углеводородную жидкую среду и одновременно вводит в нее ионы.
Ограничениями этих технических решений являются:
- для питания плазмотрона нужен электроискровой источник, с охлаждением и большими токами (более 10 А);
- происходит электроискровое разрушение электродов плазмотрона и перенос продуктов разрушения (ионов металла) в углеводородную жидкую среду;
- осуществляется локальный прогрев углеводородосодержащей жидкой среды, требуется многократная обработка.
Известна установка для обработки углеводородосодержащей жидкой среды, содержащая основной каталитический реактор с магистралью подачи в него жидкой среды, дополнительным каталитическим реактором, магистралью выдержки под давлением обработанной жидкой среды, рециркуляционую магистраль, первый и второй смесители, насос, а также первую и вторую магистрали подачи исходной жидкой среды, при этом каждый каталитический реактор выполнен в виде полой емкости с установленным со стороны входа в нее соплом, сопло основного каталитического реактора через магистраль подачи в него жидкой среды и сопло дополнительного каталитического реактора со стороны входа в них параллельно подключены к напорной магистрали насоса, который входом подключен к выходу второго смесителя, подключенного входом ко второй магистрали подачи исходной жидкой среды и к выходу первого смесителя, подключенного входом к выходу из дополнительного каталитического реактора и к первой магистрали подачи исходной жидкой среды, к емкости дополнительного каталитического реактора подключена магистраль подачи каталитической добавки, причем выходное сечение последней расположено от выходного сечения сопла дополнительного каталитического реактора на расстоянии L, составляющем от 0,5 до 0,8 диаметра d выходного сечения сопла дополнительного каталитического реактора, к проточной части сопел каждого из каталитических реакторов подключены мановакуумметры, а рециркуляционная магистраль подключена со стороны входа в нее к выходу из основного каталитического реактора и со стороны выхода из нее - к входу во второй смеситель (RU, 2415702).
Это техническое решение позволяет упростить оборудование для проведения процессов обработки жидкой среды при одновременном упрощении технологического цикла ее обработки.
Ограничением этой установки является недостаточно высокая скорость химических реакций и, как следствие, производительность и качество обработки жидкой среды.
Решаемая изобретением задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик.
Технический результат, который может быть получен при выполнении заявленной установки, - уменьшение потребления электроэнергии, повышение производительности, улучшение качества и увеличение ассортимента обработки углеводородосодержащих жидких сред.
Технический результат, который может быть получен при выполнении плазменного реактора, - уменьшение потребления электроэнергии, повышение производительности, улучшение качества, увеличение ассортимента обработки углеводородосодержащих жидких сред, а также упрощение конструкции.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата известной установке для обработки углеводородосодержащей жидкой среды, содержащей основной каталитический реактор с магистралью подачи в него жидкой среды, дополнительный каталитический реактор, магистраль выдержки под давлением обработанной жидкой среды, рециркуляционую магистраль, первый и второй смесители, насос, а также первую и вторую магистрали подачи исходной жидкой среды, при этом каждый каталитический реактор выполнен в виде полой емкости с установленным со стороны входа в нее соплом, сопло основного каталитического реактора через магистраль подачи в него жидкой среды и сопло дополнительного каталитического реактора со стороны входа в них параллельно подключены к напорной магистрали насоса, который входом подключен к выходу второго смесителя, подключенного входом к выходу первого смесителя, подключенного входом к выходу из дополнительного каталитического реактора и к первой магистрали подачи исходной жидкой среды, к емкости дополнительного каталитического реактора подключена магистраль подачи каталитической добавки, причем выходное сечение последней расположено от выходного сечения сопла дополнительного каталитического реактора на расстоянии L, составляющем от 0,5 до 0,8 диаметра d выходного сечения сопла дополнительного каталитического реактора, к проточной части сопел каждого из каталитических реакторов подключены мановакуумметры, а рециркуляционная магистраль подключена со стороны входа в нее к выходу из основного каталитического реактора и со стороны выхода из нее - к входу во второй смеситель, согласно изобретению основной каталитический реактор выполнен плазменным, снабженным высоковольтным источником питания с постоянным током 10-100 мА, дополнительный каталитический реактор выполняет функцию сверхзвукового струйного смесителя, введены дегазатор, охладитель, второй насос, магистраль отвода газа, магистраль возврата конденсата низкомолекулярных компонентов, магистраль подачи дегазированной жидкой среды, вторая магистраль подачи исходной жидкой среды через второй насос подключена к входу дегазатора, который одним выходом подключен магистралью отвода газа к охладителю, а другим выходом - магистралью подачи дегазированной жидкой среды к входу второго смесителя, выход охладителя магистралью возврата конденсата низкомолекулярных компонентов подключен к магистрали подачи дегазированной жидкой среды.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном плазменном ректоре, содержащем корпус, патрубок подвода жидкости, патрубок отвода жидкости, согласно изобретению корпус между патрубком подвода жидкости и патрубком отвода жидкости выполнен составным из чередующихся вдоль продольной оси корпуса втулок, первая электропроводящая втулка сопряжена с патрубком подвода жидкости и выполнена с диаметром Dc меньше входного диаметра Dвx патрубка подвода жидкости, вторая изолирующая втулка сопряжена с первой электропроводящей втулкой и выполнена с диаметром Dкc=(1,24÷2,0)Dc, третья электропроводящая втулка сопряжена со второй изолирующей втулкой и выполнена с диаметром Dэ1=(1,0÷7,1)Dc, четвертая изолирующая втулка сопряжена третьей электропроводящей втулкой и выполнена с диаметром Dпp=(1,24÷2,0)Dc, пятая электропроводящая втулка сопряжена с четвертой изолирующей втулкой и выполнена с диаметром Dэ2=(1,0÷7,1)Dc, шестая изолирующая втулка сопряжена одним торцом с пятой электропроводящей втулкой, а другим - с патрубком отвода жидкости, и выполнена с коническим отверстием с одной стороны одного торца, равным Dэ2, а с другой стороны другого торца, равным диаметру Dд патрубка отвода жидкости, с углом раскрытия конического отверстия, равным (10÷60°), при этом первая электропроводящая втулка и пятая электропроводящая втулка служат для приложения к ним постоянного напряжения одного знака, а третья электропроводящая втулка - другого.
Возможен дополнительный вариант выполнения устройства, в котором целесообразно, чтобы толщина Lc первой электропроводящей втулки была выбрана в пределах Lc=(3,0÷5,0)Dc, толщина Lсзв второй изолирующей втулки - в пределах Lcзв=(3,0÷5,0)Dкс, толщина Lэ1 третьей электропроводящей втулки - в пределах Lэ1=(1,0÷3,0)Dкс, толщина Lпр четвертой изолирующей втулки - в пределах Lпp=(4,0÷12,0)Dкс, а толщина Lэ2 пятой электропроводящей втулки была выбрана в пределах Lэ2=(1,0÷3,0)Dкс.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры.
Фиг.1 изображает функциональную схему установки для обработки жидкой среды.
Фиг.2 - плазменный реактор, продольное сечение.
Установка для обработки углеводородосодержащей жидкой среды (фиг.1) содержит основной каталитический реактор 1 с магистралью 2 подачи в него жидкой среды, дополнительный каталитический реактор 3, магистраль 4 выдержки под давлением обработанной жидкой среды, рециркуляционую магистраль 5, первый и второй смесители 6, 7, насос 8, а также первую и вторую магистрали 9, 10 подачи исходной жидкой среды соответственно. Каждый каталитический реактор 1 и 3 выполнен в виде полой емкости с установленным со стороны входа в нее соплом 11. Сопло 11 основного каталитического реактора 1 через магистраль 2 подачи в него жидкой среды и сопло 11 дополнительного каталитического реактора 3 со стороны входа в них параллельно подключены к напорной магистрали 12 насоса 8. Насос 8 входом подключен к выходу второго смесителя 7, подключенного входом к выходу первого смесителя 6, подключенного входом к выходу из дополнительного каталитического реактора 3 и к первой магистрали 9 подачи исходной жидкой среды. К емкости дополнительного каталитического реактора 3 подключена магистраль 13 подачи каталитической добавки. Выходное сечение магистрали 13 расположено от выходного сечения сопла 11 дополнительного каталитического реактора на расстоянии L, составляющем от 0,5 до 0,8 диаметра d выходного сечения сопла 11 дополнительного каталитического реактора 3. К проточной части сопел каждого из каталитических реакторов 1 и 3 подключены мановакуумметры 14. Рециркуляционная магистраль 5 подключена со стороны входа в нее к выходу из основного каталитического реактора 1 и со стороны выхода из нее - к входу во второй смеситель 7.
Основной каталитический реактор 1 выполнен плазменным, снабженным высоковольтным источником питания 15 с постоянным током 10-100 мА. Дополнительный каталитический реактор 3 выполняет функцию сверхзвукового струйного смесителя. В установку введены дегазатор 16, охладитель 17, второй насос 18, магистраль 20 отвода парогазовой смеси и газа, магистраль 21 возврата конденсата низкомолекулярных компонентов, магистраль 22 подачи дегазированной жидкой среды. Вторая магистраль 10 подачи исходной жидкой среды через второй насос 18 подключена к входу дегазатора 16. Дегазатор 16 одним выходом подключен магистралью 20 отвода парогазовой смеси и газа к охладителю 17, а другим выходом - магистралью 22 подачи дегазированной жидкой среды к входу второго смесителя 7.
Выход охладителя 17 магистралью 21 возврата конденсата низкомолекулярных компонентов подключен к магистрали 22 подачи дегазированной жидкой среды.
На фиг.1 также показаны: запорная арматура 23, регулирующая арматура 24, измерители расхода 25, датчики температуры 26, датчики давления 27, фильтры 28, насосы 29 для подачи дополнительного потока и присадки соответственно. Римскими цифрами обозначены: I - линия подачи основного потока, II - линия подачи дополнительного потока, III - линия подачи присадки, IV - линия выхода газа, V - линия подачи охладителя (вода, воздух), VI - линия выхода готового продукта.
Плазменный реактор (фиг.2) содержит корпус 30, патрубок 31 подвода жидкости и патрубок 32 отвода жидкости. Корпус 30 между патрубком 31 подвода жидкости и патрубком 32 отвода жидкости выполнен составным, из чередующихся вдоль продольной оси корпуса 30 втулок. Первая электропроводящая втулка 33 сопряжена (встык) с патрубком 31 подвода жидкости и выполнена с диаметром Dc меньше входного диаметра Dвx патрубка 31. Отверстие 34 выполняет функцию сопла. Вторая изолирующая втулка 35 сопряжена с первой электропроводящей втулкой 33 и выполнена с диаметром Dкc=(1,24÷2,0)×Dc. Третья электропроводящая втулка 36 сопряжена со второй изолирующей втулкой 35 и выполнена с диаметром Dэ1=(1,0÷7,1)×Dс. Четвертая изолирующая втулка 37 сопряжена с третьей электропроводящей втулкой 36 и выполнена с диаметром Dпp=(1,24÷2,0)×Dc. Пятая электропроводящая втулка 38 сопряжена с четвертой изолирующей втулкой 37 и выполнена с диаметром Dэ2=(1,0÷7,1)×Dc. Шестая изолирующая втулка 39 сопряжена одним торцом с пятой электропроводящей втулкой 38, а другим - с патрубком 32 отвода жидкости. Шестая изолирующая втулка 39 выполнена с коническим отверстием 40 с одной стороны одного торца, равным Dэ2, а с другой стороны другого торца, равным диаметру Dд патрубка 32 отвода жидкости. Угол раскрытия конического отверстия 40 шестой изолирующей втулки 39 выбран в пределах 10÷60°. Коническое отверстие 40 выполняет функцию диффузора. Первая электропроводящая втулка 33 и пятая электропроводящая втулка 38 служат для приложения к ним постоянного напряжения одного знака, а третья электропроводящая втулка 36 - другого (на фиг.2 показано позицией 41).
Работает установка (фиг.1) следующим образом.
Способ работы установки для обработки жидких сред включает подачу жидкой среды в основной каталитический реактор 1 по магистрали 2 подачи жидкой сред, причем часть смеси жидкой среды с каталитической добавкой подают насосом 8 через сопло 11 в дополнительный каталитический реактор 3 с формированием за выходным сечением сопла 11 в зоне истечения из сопла 11 струи жидкой среды пониженного давления с образованием в емкости дополнительного каталитического реактора 3 за счет вскипания части жидкой среды сверхзвукового парожидкостного потока, за счет чего дополнительный каталитический реактор 3 выполняет функцию сверхзвукового смесителя.
Основной поток обрабатываемой среды I (≥ 50% всего расхода) через фильтр 28 вторым насосом 18 по магистрали 10 подается в дегазатор 16. Давление в дегазаторе 16 поддерживается равное давлению насыщения среды при температуре обработки. Осуществляется контроль давления в дегазаторе 16. На магистрали 10 подачи установлены приборы контроля - датчики температуры 26 и датчики давления 27. Растворенные газы и пары из среды удаляют через охладитель 17. Охлаждение охладителя производится водой (воздух) V. Сконденсировавшиеся пары возвращаются из охладителя 17 в основной поток после дегазатора 16 по магистрали 22 подачи дегазированной жидкой среды по магистрали 21.
Дополнительный поток II через фильтр 28, насос 29 по магистрали 9 и первый смеситель 6 (грубой эмульсии) объединяется с основным потоком I. Расход дополнительного потока II ≤ 50% всего расхода установки. На магистрали 9 подачи дополнительного потока установлены приборы контроля - измерители расхода 25, датчики температуры 26, датчики давления 27.
Подача присадки (катализатора) III в дополнительный поток II происходит по магистрали 13 через дополнительный каталитический реактор 3 - сверхзвуковой смеситель. Расход присадки (катализатора) равен 0,01÷1,5% всего расхода установки. На магистрали 13 установлены приборы контроля - измерители расхода 25, датчики температуры 26, датчики давления 27. Каталитическую добавку подают в дополнительный каталитический реактор 3 на расстоянии L, равном от 0,5d до 0,8d, от выходного сечения сопла 11, где d - диаметр выходного сечения сопла 11.
Часть смеси жидкости с реагентом и прочими добавками подают под давлением через сопло 11 в дополнительный каталитический реактор 3 с формированием за выходным сечением сопла 11 в зоне истечения из него струи реакционной смеси зоны пониженного давления с образованием в дополнительном каталитическом реакторе 3 за счет вскипания части жидкости сверхзвукового парожидкостного потока. Необходимые параметры работы дополнительного каталитического реактора 3 создают регулирующей арматурой 24 (вентилем).
Со стороны выхода из дополнительного каталитического реактора 3 также регулирующей арматурой 24 создают давление с формированием в дополнительном каталитическом реакторе 3 скачка давления и конденсацией. Величину давления поддерживают в диапазоне, составляющем от 0,1 до 0,7 от давления, под которым жидкость поступает в сопло 11. Полученный в дополнительном каталитическом реакторе поток смешивают в первом смесителе 6 (грубой эмульсии) с дополнительным потоком, поступающим по магистрали 13. Далее полученную смесь смешивают во втором смесителе 7 с основным потоком, поступающим по магистрали 22 подачи дегазированной жидкой среды. После смесь насосом 8 подают по магистралям 12 и 2 под давлением в основной каталитический реактор 1, выполненный плазменным, и в дополнительный каталитический реактор 3. Расход среды в дополнительном каталитическом реакторе 3 составляет 5÷15% от общего расхода установки.
В основном каталитическом реакторе 1 за выходным сечением сопла 11 (фиг.1, 2) образуются зоны обработки углеводородосодержащей среды.
Работает основной каталитический реактор 3 (плазменный) в режиме образования «холодной» плазмы, образующейся с помощью высоковольтного источника 15 питания с постоянным током 10-100 мА.
Основной каталитический реактор 1 - плазменный ректор (фиг.1, 2) работает следующим образом.
Плазменный ректор (фиг.2) содержит корпус 30, патрубок 31 подвода жидкости с диаметром Dвx и патрубок 32 отвода жидкости с диаметром Dд. Корпус 30 между патрубком 31 подвода жидкости и патрубком 32 отвода жидкости выполнен составным из чередующихся вдоль продольной оси корпуса 30 втулок.
Первая электропроводящая втулка 33 служит электродом и сопряжена (встык) с патрубком 31 подвода жидкости и выполнена с диаметром dc меньше входного диаметра Dвx патрубка 31. Отверстие 34 выполняет функцию сопла с диаметром Dc и толщиной Lc (длиной вдоль продольной оси корпуса 30).
Вторая изолирующая втулка 35 сопряжена с первой электропроводящей втулкой 33 и выполнена с диаметром Dкc и толщиной Lсзв. Вторая изолирующая втулка 35 служит для образования зоны, пониженного давления с вскипанием части жидкости и образованием сверхзвукового парожидкостного потока.
Третья электропроводящая втулка 36 служит электродом, сопряжена со второй изолирующей втулкой 35 и выполнена с диаметром Dэ1 и толщиной Lэ1.
Четвертая изолирующая втулка 37 сопряжена с третьей электропроводящей втулкой 36 и выполнена с диаметром Dпр и толщиной Lпр. Четвертая изолирующая втулка 37 служит для образования зоны плазменного разряда.
Пятая электропроводящая втулка 38 служит электродом, сопряжена с четвертой изолирующей втулкой 37 и выполнена с диаметром Dэ2 и толщиной Lэ2.
Шестая изолирующая втулка 39 сопряжена одним торцом с пятой электропроводящей втулкой 38, а другим - с патрубком 32 отвода жидкости. Шестая изолирующая втулка 39 выполнена с коническим отверстием 40 с одной стороны одного торца, равным Dэ2, а с другой стороны другого торца, равным диаметру Dд патрубка 32 отвода жидкости. Угол раскрытия конического отверстия 40 шестой изолирующей втулки 39 выбран в пределах 10÷60°. Коническое отверстие 40 выполняет функцию диффузора.
Первая электропроводящая втулка 33 и пятая электропроводящая втулка 38 служат для приложения к ним постоянного напряжения одного знака, а третья электропроводящая втулка 36 - другого (на фиг. 2 показано позицией 41).
Плазменный разряд может происходить и в отверстии второй изолирующей втулки 35, а также одновременно в двух отверстиях - отверстии второй изолирующей втулки 35 и в отверстии четвертой изолирующей втулки 37. В их зонах образуется вакуум равный давлению насыщения самой легкокипящей составляющей жидкости. Эти зоны от давления в диффузоре закрываются скачком давления при переходе режима течения от сверхзвукового в дозвуковой.
Диаметры Dвx и Dд патрубков 31 и 32 выбираются из условия скорости движения жидкости не более 1÷1,5 м/с.
Диаметр сопла рассчитывается исходя из условия получения минимального давления на выходе. Толщина (ширина) сопла равна Lc=(3,0÷5,0)×Dc.
Диаметр Dкc зоны формирования сверхзвукового двухфазного потока определяется из условия минимальной локальной скорости звука [(5÷50) м/с] среды и находится в пределах Dкc=(1,24÷2,0)×Dc. Толщина второй изолирующей втулки 35 участка равна (4,0÷12,0)×Dкс.
Диаметр Dэ1 третьей электропроводящей втулки 36 находится в пределах Dэ1=(1,0÷7,1)×Dc. Толщина Lэ1 третьей электропроводящей втулки 36 - в пределах Lэ1=(1,0÷3,0)×Dкс.
Диаметр Dпр зоны плазменного разряда определяется из условия минимальной локальной скорости звука [(5÷50) м/с] этой среды и определяется как Dпр=(1,24÷2,0)×Dc. Толщина четвертой изолирующей втулки 37 Lпр=(4,0÷12,0)×Dкс.
Диаметр Dэ2 пятой электропроводящей втулки 38 находится в пределах равен Dэ2=(1,0÷7,1)×Dc. Ее толщина Lэ2 = (1,0÷3,0)×Dкc.
Полный угол раскрытия диффузора выбирается (10÷60)°.
Указанные диаметры являются характеристическими для качественной обработки углеводородосодержащей жидкой среды за один проход. Что же касается толщин втулок, то они могут быть выбраны в достаточно широких пределах в зависимости от величин прикладываемого напряжения на электроды.
По предлагаемому изобретению решение поставленной задачи обеспечивается тем, что жидкость подают в сопло плазменного реактора с дальнейшим истечением ее в зону формирования сверхзвукового двухфазного потока. При этом исходную жидкость подают в сопло плазменного реактора под давлением, равным 0,4÷8,0 МПа, а в зоне второй изолирующей втулки 35 за счет вскипания части жидкости формируют двухфазный сверхзвуковой поток, после чего создают противодавление в диффузоре шестой изолирующей втулки 39, обеспечивающее формирование в реакторе скачка давления с лавинообразной конденсацией в газообразной составляющей двухфазного потока и запирания вакуумных зон реактора от давления внешней среды в диффузоре шестой изолирующей втулки 39.
При формировании скачка давления формируется спектр колебаний различной физической природы, в том числе ультразвуковых, электромагнитных и т.д., способствующих схлопыванию новых газовых пузырьков, которые, в свою очередь, схлопываясь, рождают новые колебания, то есть наблюдается лавинообразный процесс схлопывания газовых пузырей, что создает мощное ультразвуковое поле, в результате чего происходит преобразование компонентов исходной жидкости (расщепление, изомеризация и т.д.).
Скачок давления можно перемещать противодавлением в зону плазменного разряда четвертой изолирующей втулки 37 и даже в зону формирования двухфазного потока второй изолирующей втулки 35. Все зависит от режима работы плазменного реактора и свойств обрабатываемой среды.
В зоне плазменного разряда четвертой изолирующей втулки 37 создают электрическое поле с напряжением 100÷10000 Вт (постоянное/переменное). Напряжение электрического поля определяется временем пребывания (обработки) среды в зоне плазменного разряда. Примерное время воздействия - 10-4÷10-8 с.
Для формирования плазменного разряда необходим вакуум в зонах второй изолирующей втулки 35 и четвертой изолирующей втулки 37. Вакуум достигается за счет использования сопла и закрывается скачком давления в диффузоре шестой изолирующей втулки 39. Величина вакуума должна быть 0,01÷0,001 МПа.
На выходе основного каталитического реактора 1 (фиг.1) расположена магистраль 4 выдержки под давлением обработанной жидкой среды. Магистраль 4 рассчитывается так, чтобы жидкость находилась под выходным давлением 5÷250 секунд, в зависимости от обрабатываемой жидкости.
Со стороны выхода основного каталитического реактора 1 регулирующей арматурой 24 (регулятором) создают противодавление с формированием в основном каталитическом реакторе 1 скачка давления и конденсацией. При этом величину противодавления поддерживают в диапазоне 0,1 до 0,7 от давления, под которым жидкость поступает в сопло 11 основного каталитического реактора 1.
По магистрали 5 часть жидкости 0,1÷33% с выхода основного каталитического реактора 1 до магистрали 4 выдержки подают во второй смеситель 7. Регулирующая арматура 24 и магисталь 5 предназначены для запуска химических реакций до поступления углеводородосодержащей жидкой среды в обработку.
Пример осуществления изобретения
Исходную многокомпонентную углеводородсодержащую смесь (дизельное топливо, печное топливо), представляющую собой однофазную жидкую рабочую среду, подают под давлением в основной каталитический реактор 1 - плазменный реактор, дополнительный каталитический реактор 3 - сверхзвуковой смеситель отключен. Давление на входе плазменного реактора должно быть 1,5÷6,0 МПа.
В плазменном реакторе создается вакуум меньше давления насыщения самой легкокипящей компоненты исходной смеси при данной температуре на 30÷80%. Например, для печного топлива это 0,001÷0,003 МПа при температуре 4÷30°С.
После стабилизации давления на входе плазменного реактора и вакуума создают максимально возможное противодавление с помощью регулятора 24, при котором вакуум не изменяется. Это давление, как правило, меньше величины давления, создаваемого первым насосом 8, в 0,2÷0,62 раза.
На электроды плазменного реактора подают постоянное напряжение U=2500 В, ток I=10÷25 мА. Возникает низкотемпературная плазма, служащая для обработки углеводородосодержащей жидкой среды.
При применении указанной выше технологии получают печное топливо с плотностью (см. таблицу 1).
| Таблица 1 | |||
| ИСХ | Обр 1.06 | Обр 2.06 | |
| Температура печного топлива, °С | 21,1 | 21,1 | 21,1 |
| Давление на входе в основной реактор, бар | - | 20 | 25 |
| Вакуум в основном реакторе, бар | - | 0,03 | 0,02 |
| Плотность, кг/м3 при 20°С. ГОСТ-3900 | 850,77 | 847,78 | 846,78 |
Изменения в плотности выше, чем погрешность метода (0,6 кг/м3) по ГОСТ 3900.
Как показали испытания, использование настоящего изобретения позволяет повысить производительность не менее чем на 6 %, улучшить качество и увеличить ассортимент обработки углеводородсодержащих жидких сред.
Наиболее успешно заявленные установка для обработки углеводородосодержащей жидкой среды и плазменный реактор промышленно применимы в нефтехимической промышленности преимущественно для увеличения октанового числа и выхода светлых (бензиновых) фракций при переработке нефти или нефтепродуктов.
1. Установка для обработки углеводородосодержащей жидкой среды, содержащая основной каталитический реактор с магистралью подачи в него жидкой среды, дополнительный каталитический реактор, магистраль выдержки под давлением обработанной жидкой среды, рециркуляционную магистраль, первый и второй смесители, насос, а также первую и вторую магистрали подачи исходной жидкой среды, при этом каждый каталитический реактор выполнен в виде полой емкости с установленным со стороны входа в нее соплом, сопло основного каталитического реактора через магистраль подачи в него жидкой среды и сопло дополнительного каталитического реактора со стороны входа в них параллельно подключены к напорной магистрали насоса, который входом подключен к выходу второго смесителя, подключенного входом к выходу первого смесителя, подключенного входом к выходу из дополнительного каталитического реактора и к первой магистрали подачи исходной жидкой среды, к емкости дополнительного каталитического реактора подключена магистраль подачи каталитической добавки, причем выходное сечение последней расположено от выходного сечения сопла дополнительного каталитического реактора на расстоянии L, составляющем от 0,5 до 0,8 диаметра d выходного сечения сопла дополнительного каталитического реактора, к проточной части сопел каждого из каталитических реакторов подключены мановакуумметры, а рециркуляционная магистраль подключена со стороны входа в нее к выходу из основного каталитического реактора и со стороны выхода из нее - к входу во второй смеситель, отличающаяся тем, что основной каталитический реактор выполнен плазменным, снабженным высоковольтным источником питания с постоянным током 10-100 мА, дополнительный каталитический реактор выполняет функцию сверхзвукового струйного смесителя, введены дегазатор, охладитель, второй насос, магистраль отвода парогазовой смеси и газа, магистраль возврата конденсата низкомолекулярных компонентов, магистраль подачи дегазированной жидкой среды, вторая магистраль подачи исходной жидкой среды через второй насос подключена к входу дегазатора, который одним выходом подключен магистралью отвода парогазовой смеси и газа к охладителю, а другим выходом - магистралью подачи дегазированной жидкой среды к входу второго смесителя, выход охладителя магистралью возврата конденсата низкомолекулярных компонентов подключен к магистрали подачи дегазированной жидкой среды.
2. Плазменный реактор, содержащий корпус, патрубок подвода жидкости, патрубок отвода жидкости, отличающийся тем, что корпус между патрубком подвода жидкости и патрубком отвода жидкости выполнен составным из чередующихся вдоль продольной оси корпуса втулок, первая электропроводящая втулка сопряжена с патрубком подвода жидкости и выполнена с диаметром Dc меньше входного диаметра Dвx патрубка подвода жидкости, вторая изолирующая втулка сопряжена с первой электропроводящей втулкой и выполнена с диаметром Dкс=(1,24÷2,0)Dc, третья электропроводящая втулка сопряжена со второй изолирующей втулкой и выполнена с диаметром Dэ1=(1,0÷7,1)Dс, четвертая изолирующая втулка сопряжена третьей электропроводящей втулкой и выполнена с диаметром Dпр=(1,24÷2,0)Dc, пятая электропроводящая втулка сопряжена с четвертой изолирующей втулкой и выполнена с диаметром Dэ2=(1,0÷7,1)Dс, шестая изолирующая втулка сопряжена одним торцом с пятой электропроводящей втулкой, а другим - с патрубком отвода жидкости и выполнена с коническим отверстием с одной стороны одного торца, равным Dэ2, а с другой стороны другого торца, равным диаметру Dд патрубка отвода жидкости, с углом раскрытия конического отверстия, равным (10÷60°), при этом первая электропроводящая втулка и пятая электропроводящая втулка служат для приложения к ним постоянного напряжения одного знака, а третья электропроводящая втулка - другого.
3. Плазменный реактор по п.2, отличающийся тем, что толщина Lc первой электропроводящей втулки выбрана в пределах Lc=(3,0÷5,0)Dc, толщина Lcзв второй изолирующей втулки - в пределах Lcзв=(3,0÷5,0)Dкс, толщина Lэ1 третьей электропроводящей втулки - в пределах Lэ1=(1,0÷3,0)Dкс, толщина Lпр четвертой изолирующей втулки - в пределах Lпр=(4,0÷12,0)Dкс, a толщина Lэ2 пятой электропроводящей втулки выбрана в пределах Lэ2=(1,0÷3,0)Dкс.
