РЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕПРЕДЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ЭТИЛЕНА Российский патент 2009 года по МПК B01J7/00 C07C11/00 

Описание патента на изобретение RU2369431C2

Изобретение относится к области переработки углеводородного сырья, а именно к высокотемпературным реакторам для получения непредельных углеводородов, преимущественно этилена.

Известна технологическая установка ЭП-300 для получения этилена из бензиновых фракций [Пиролиз углеводородного сырья. Мухина Т.Н., Барабанов Н.Л., Бабаш С.Е. и др. - М.: Химия, 1987, стр.142-145]. Пиролиз сырья осуществляется в трубчатой печи. Полученная реакционная смесь подвергается закалке в закалочно-испарительном аппарате и далее подвергается компримированию, очистке, сушке, после чего производится газоотделение. Для осуществления этих трудоемких операций используется сложное, громоздкое и энергоемкое оборудование, в том числе пароперегреватели, колонны фракционирования, сепараторы, компрессоры и т.д. В результате многоступенчатой переработки бензиновых фракций на выходе установки получают до 25% этилена и незначительное количество ацетилена и пропилена.

Известен реактор для переработки углеводородного сырья [патент РФ 2290991, опубл. 10.01.07]. В корпусе реактора имеется узел поджига газовой смеси, камера образования рабочего тела, камера пиролиза с узлом подачи перерабатываемого сырья и камера закалки. К корпусу присоединены патрубки для подвода и отвода реагентов. Реактор также содержит генератор горячих газов, выход которого соединен с входом камеры образования рабочего тела. Генератор горячих газов имеет внутреннюю камеру сгорания, которая сообщается с узлом поджига газовой смеси и снабжена патрубком подачи инициирующего горение газа. Во входной части камеры образования рабочего тела установлен коллектор с радиальными отверстиями для подачи горючего. Между камерой образования рабочего тела и камерой пиролиза расположены радиальные форсунки для подачи перерабатываемого сырья. Между камерой пиролиза и камерой закалки расположены радиальные форсунки для подачи водорода. Реактор имеет сложную конструкцию и позволяет перерабатывать тяжелые фракции углеводородов - кубовые остатки, гудроны, битумы, мазуты и т.д.

В качестве прототипа выбран реактор для получения ацетилена из углеводородов [патент РФ 2087185, опубл. 20.08.97]. Вертикальный реактор имеет в своем составе:

- смеситель для смешения подогретых до 650°С газа-окислителя (кислорода) и сырья (метана);

- горелку для поджига смеси;

- реакционную камеру, в которой происходит пиролиз;

- закалочный аппарат.

Благодаря закручиванию поступающей смеси углеводородов с кислородом на лопастях горелки обеспечивается винтообразное движение горячего газового потока в туннеле корпуса реактора и в полости закалочного аппарата. Реактор имеет рассекатель, представляющий собой втулку, соосную стенкам закалочного аппарата с форсунками на верхнем торце, который распределяет основной цилиндрический поток реакционных газов, преобразуя его в закрученный кольцевой поток. Реактор позволяет перерабатывать метан с получением в основном синтез-газа (свыше 80%) и содержанием ацетилена в газе пиролиза до 9% об.

Таким образом, существует техническое противоречие. Производство этилена в трубчатых печах позволяет получить значительный выход этого продукта, однако процесс переработки длительный, трудоемкий, энергоемкий и требует модернизации при переходе с одного вида сырья на другой. С другой стороны, известные высокотемпературные реакторы существенно проще в эксплуатации и менее энергоемки, однако при их эксплуатации выход непредельных углеводородов значительно ниже, чем у трубчатых печей, так выход ацетилена составляет менее 10%, а этилен вообще является сопутствующим продуктом, его доля составляет 0,2-0,4%.

В основу изобретения поставлена задача решить имеющееся противоречие и создать высокотемпературный реактор высокой производительности, универсальный по сырью (жидкие и газообразные углеводороды) и с высоким выходом низших олефинов (этилена).

Технический результат - создание условий для сочетания гидродинамической и термической деструкции углеводородного сырья, обеспечивающих высокий процент выхода этилена.

Поставленная задача решается изменением конструкции реактора. Реактор имеет в своем составе охлаждаемый корпус с патрубками для подачи окислителя и углеводородного сырья, а также реакционную камеру, сообщающуюся с закалочной камерой. От прототипа реактор отличается тем, что дополнительно снабжен генератором горячих газов, соединенным с входом реакционной камеры и снабженным патрубком подачи горючего, патрубком подачи окислителя и узлом поджига газовой смеси. Выходная часть генератора горячих газов сужается в сторону реакционной камеры с образованием сопла, а патрубки подачи углеводородного сырья расположены в зоне критического сечения сопла и ориентированы радиально.

Более подробно сущность изобретения поясняется в приведенном ниже примере реализации и иллюстрируется чертежомВ, на котором схематично представлен продольный разрез реактора.

Реактор имеет сборный водоохлаждаемый корпус 1. Основными узлами реактора являются: генератор горячих газов 2, реакционная камера (камера пиролиза) 3, закалочная камера 4.

Генератор горячих газов 2 имеет осевой патрубок 5 подачи горючего, например метана, радиальный патрубок 6 подачи окислителя, например кислорода. Генератор горячих газов 2 снабжен узлом поджига горючей смеси, имеет цилиндрическую камеру сгорания и сопло 7, сужающееся в сторону реакционной камеры 3. Патрубки 8 подачи сырья расположены в зоне 9 критического сечения сопла, т.е. в зоне сечения, в котором скорость потока равна местной скорости звука, и ориентированы радиально. Реактор работает следующим образом.

Вначале в генератор горячих газов подается окислитель (кислород) и горючее (метан), и полученная смесь поджигается при помощи плазматрона или ВЧ-свечи. Горение осуществляется при коэффициенте избытка окислителя α<1. После выхода на рабочий режим осуществляют подачу углеводородного сырья. В качестве сырья возможно использование жидких или газообразных углеводородов, например прямогонного бензина, бензиновой фракции (температура выкипания 70-110°С), углеводородного рафината. Перерабатываемое сырье подается радиальными струями в зону критического сечения сопла 7, т.е. в зону, где скорость потока близка к местной скорости звука. Сырье, движимое потоком из генератора горячих газов, поступает в реакционную камеру 3. В камере 3 происходит высокоскоростной нагрев сырья, сопровождающийся деструкцией высокомолекулярных компонентов. Турбулентность звуковых потоков и разница кинетического и теплового напоров, вызванные наложением осевых и радиальных потоков, повышают степень деструкции высокомолекулярных соединений. Рабочими режимами в камере являются Т=800-1200°С, давление 3-6 ати. Далее продукты пиролиза поступают в закалочную камеру 4. Вода, поступающая в камеру 4, превращается в пар, температура парогазовой смеси снижается до 300-450°С и процесс пиролиза прекращается.

Разделение на фракции полученной на выходе смеси производится традиционным способом.

Ниже приводится таблица материальных балансов по сырью и полученному продукту после разделения.

Сырье Состав полученного продукта Масса, кг % мас. Прямогонный бензин 31200 кг Водород 2215,2 7,1 Метан 5366,4 17,2 Этилен 11793,6 37,8 Ацетилен 3088,8 9,9 Этан 1310,4 4,2 Пропилен 4773,6 15,3 ΣС4 1029,6 3,3 Потери 1622,4 5,2 ИТОГО 31200 100% Бензиновая фракция (температура выкипания 70-110°С) 33600 кг Водород 2761,9 8,22 Метан 6253,0 18,61 Этилен 14169,1 42.17 Ацетилен 4986,2 14,84 Этан 719,0 2,14 Пропилен 1985,8 5,91 ΣС4 994,6 2,96 Потери 1730,4 5,15 ИТОГО 33600 100% Углеводородный рафинат 34800 кг Водород 3383,0 9,81 Метан 9408,0 17,50 Этилен 15486,7 40,33 Ацетилен 3728,6 13,71 Этан 1063,7 2,77 Пропилен 2073,6 7,40 ΣС4 937,0 3,44 Потери 2319,4 5,04 ИТОГО 34800 100%

Приведенные выше и другие многочисленные испытания реактора показали, что он позволяет перерабатывать различное углеводородное сырье, как жидкое, так и газообразное. Процентный выход этилена колеблется от 38 до 50%, ацетилена - 10-15%. Конкретный процент в основном определяется физико-химическими характеристиками перерабатываемого сырья.

Настоящая заявка описана с некоторыми деталями для достижения ясности и понимания. Специалисты в данной области при прочтении описания могут понять, что возможны некоторые изменения в деталях без выхода за пределы области применения и прилагаемой формулы.

Похожие патенты RU2369431C2

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕПРЕДЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ЭТИЛЕНА 2013
  • Филимонов Юрий Николаевич
  • Анискевич Юлия Владимировна
  • Красник Валерьян Вигдорович
  • Загашвили Юрий Владимирович
  • Мячин Сергей Иванович
  • Шавалеев Дамир Ахатович
RU2534991C1
РЕАКТОР ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ 2005
  • Улько Борис Николаевич
  • Стребков Дмитрий Семенович
  • Янин Анатолий Артемович
  • Завьялов Эдуард Васильевич
  • Бурганов Фарит Салихович
RU2290991C1
РЕАКТОР ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ 2002
  • Стребков Д.С.
  • Рачук В.С.
  • Важенин Ю.И.
  • Иванов В.А.
  • Сухов А.И.
  • Бурганов Ф.С.
  • Улько Б.Н.
RU2206387C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И/ИЛИ НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ 2012
  • Артемов Арсений Валерьевич
  • Крутяков Юрий Андреевич
  • Кулыгин Владимир Михайлович
  • Переславцев Александр Васильевич
  • Кудринский Алексей Александрович
  • Тресвятский Сергей Сергеевич
  • Вощинин Сергей Александрович
RU2503709C1
СПОСОБ ПИРОЛИЗА ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2019
  • Фещенко Юрий Владимирович
RU2701860C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ 2001
  • Плаченов Б.Т.
  • Лебедев В.Н.
  • Филимонов Ю.Н.
  • Пинчук В.А.
  • Барунин А.А.
  • Кехва Т.Э.
  • Красник В.В.
  • Шевчук В.Т.
  • Ахапкин К.Н.
RU2188846C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ 2006
  • Плаченов Борис Тихонович
  • Лебедев Виктор Николаевич
  • Филимонов Юрий Николаевич
  • Барунин Анатолий Анатольевич
  • Кехва Тоомас Эрнстович
  • Соляр Анатолий Яковлевич
  • Веснеболоцкий Константин Иванович
  • Швейко Юрий Игоревич
  • Анискевич Юлия Владимировна
RU2325426C2
РЕАКЦИОННАЯ КАМЕРА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО РЕАКТОРА 2005
  • Янин Анатолий Артемович
  • Завьялов Эдуард Васильевич
  • Бурганов Фарит Салихович
  • Улько Борис Николаевич
RU2286206C1
СПОСОБ ПЛАЗМЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ 2012
  • Артемов Арсений Валерьевич
  • Крутяков Юрий Андреевич
  • Кулыгин Владимир Михайлович
  • Переславцев Александр Васильевич
  • Кудринский Алексей Александрович
  • Тресвятский Сергей Сергеевич
  • Вощинин Сергей Александрович
RU2504443C1
Реактор гомогенного пиролиза углеводородов 1966
  • Попов В.Ф.
SU249346A1

Реферат патента 2009 года РЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕПРЕДЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ЭТИЛЕНА

Изобретение может быть использовано для переработки углеводородного сырья. В генератор горячих газов 2 подают окислитель и горючее, после чего полученную смесь поджигают. Выходная часть генератора горячих газов 2 сужается в сторону реакционной камеры 3 с образованием сопла 7, а патрубки подачи углеводородного сырья 8 расположены в зоне критического сечения сопла 9 и ориентированы радиально. Сырье, движимое потоком из генератора горячих газов 2, поступает в реакционную камеру 3, в которой происходит высокоскоростной нагрев сырья. Далее продукты пиролиза поступают в закалочную камеру 4. Изобретение позволяет создать условия для сочетания гидродинамической и термической деструкции углеводородного сырья, обеспечивающие высокий процент выхода непредельных углеводородов. 1 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 369 431 C2

Реактор для получения непредельных углеводородов, имеющий охлаждаемый корпус с патрубками для подачи окислителя и углеводородного сырья и имеющий реакционную камеру, сообщающуюся с закалочной камерой, отличающийся тем, что дополнительно снабжен генератором горячих газов, соединенным с входом реакционной камеры и снабженным патрубком подачи горючего, патрубком подачи окислителя и узлом поджига газовой смеси, выходная часть генератора горячих газов сужается в сторону реакционной камеры с образованием сопла, а патрубки подачи углеводородного сырья расположены в зоне критического сечения сопла и ориентированы радиально.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2369431C2

РЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЦЕТИЛЕНА ИЗ УГЛЕВОДОРОДОВ 1991
  • Романюк Иван Михайлович[Ua]
  • Гузечак Орест Ярославович[Ua]
  • Петруняк Роман Петрович[Ua]
  • Мацив Вера Владимировна[Ua]
  • Воронков Александр Петрович[Ua]
  • Муший Роман Яковлевич[Ua]
  • Герич Сергей Васильевич[Ua]
RU2087185C1
РЕАКТОР ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ 2005
  • Улько Борис Николаевич
  • Стребков Дмитрий Семенович
  • Янин Анатолий Артемович
  • Завьялов Эдуард Васильевич
  • Бурганов Фарит Салихович
RU2290991C1
РЕАКТОР ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ 2002
  • Стребков Д.С.
  • Рачук В.С.
  • Важенин Ю.И.
  • Иванов В.А.
  • Сухов А.И.
  • Бурганов Ф.С.
  • Улько Б.Н.
RU2206387C1
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды 1921
  • Богач Б.И.
SU4A1
Способ приготовления мыла 1923
  • Петров Г.С.
  • Таланцев З.М.
SU2004A1

RU 2 369 431 C2

Авторы

Протосеня Григорий Анатольевич

Осипов Сергей Викторович

Четаев Юрий Васильевич

Анискевич Юлия Владимировна

Филимонов Юрий Николаевич

Швейко Юрий Игоревич

Сенатов Юрий Иванович

Даты

2009-10-10Публикация

2007-09-28Подача