Реакционная емкость
Изобретение относится к реакционной емкости для стабилизации температуры жидкой смеси веществ. Реакционная емкость (1), предназначенная для температурной стабилизации жидкой смеси веществ (12), включает верхнюю часть (2) емкости и нижнюю часть (15) емкости. Верхняя часть (2) емкости конструктивно выполнена таким образом, чтобы ее габаритные размеры превышали габаритные размеры нижней части (15) емкости. Нижняя часть (15) емкости снабжена погружным насосом (13) и перемешивающим устройством, а также внутренним устройством прямого охлаждения (9), внешним устройством непрямого охлаждения (10) и внутренним устройством прямого нагревания (9) и внешним устройством непрямого нагревания (10), соединенными с системой терморегулирования. Технический результат: поддержание постоянной температуры жидкой смеси веществ в процессе реакции. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящее изобретение относится к реакционной емкости, включающей верхнюю часть емкости и нижнюю часть емкости, а также к способу температурной стабилизации жидкой смеси и к применению реакционной емкости.
Из предшествующего уровня техники известны различные способы, разработанные для прямого сжижения углеводородных отходов и иных жидкостей в целях производства среднего дистиллята. Ни один из указанных способов не обеспечивает в достаточной степени управление тепловым процессом для температурной стабилизации жидкой смеси. Ввиду указанного фактора ни на одной из установок прямого сжижения углеводородных отходов не обеспечивается производство средних дистиллятов в промышленных объемах.
Из теории термодинамики известно, что такие факторы, как проводимость, количество и температура перерабатываемого вещества, смешиваемого с другим веществом при температуре, отличающейся от температуры первого вещества, либо поверхности контакта, на которых будет происходить обмен энергией, обуславливают насколько эффективно или неэффективно, быстро или медленно происходит теплообмен и функционирует система с целью доведения смеси до необходимой температуры и (или) поддержания температуры.
В WO 2016/116484 A1 приведено описание устройства для каталитической деполимеризации при атмосферном давлении, снабженное встроенным устройством активного охлаждения и устройством активного нагревания. Указанный способ терморегулирования может рассматриваться как исключительно эффективный, и, тем не менее, он обладает рядом недостатков.
В процессе каталитической переработки сырья при атмосферном давлении путем деполимеризации искусственные или природные полимеры и длинноцепочечные углеводороды при добавлении катализатора и без создания избыточного давления преобразуются при температуре ниже 400°C в короткоцепочечные алифатические углеводороды. Полученные таким способом горючие углеводороды могут быть использованы в качестве топлива.
Цель настоящего изобретения заключается в поддержании постоянной температуры жидкой смеси в процессе реакции, которая постоянно подвергается температурным колебаниям в широком диапазоне, например, в процессе прямого сжижения для производства среднего дистиллята из биогенных остатков и иных углеводородсодержащих отходов.
Цель настоящего изобретения достигается за счет использования реакционной емкости вышеуказанного типа, при этом основание емкости снабжено внутренним устройством прямого охлаждения и внешним устройством непрямого охлаждения, и внутренним устройством прямого нагревания и внешним устройством непрямого нагревания.
С помощью внутреннего устройства охлаждения или внутреннего устройства нагревания осуществляется непосредственное охлаждение или нагревание жидкой смеси, находящейся в реакционной емкости.
Жидкая композиция может представлять собой смесь самых разнообразных веществ, таких как биогенные остатки и иные углеводородные отходы производства, образующиеся в процессе прямого сжижения при производстве среднего дистиллята.
Реакционная емкость соответственно представляет собой состоящую из двух частей емкость (или сепаратор) с тепловой изоляцией, имеющую относительно малый объем в своей нижней части.
Системы внутреннего охлаждения и внутреннего нагревания, а также внешнего охлаждения и внешнего нагревания предпочтительно соединены с системой терморегулирования. Система терморегулирования обеспечивает поддержание температуры жидкой смеси в реакционной емкости на постоянном уровне.
Система терморегулирования предпочтительно включает масляный нагреватель. Кроме того, система терморегулирования включает различные насосы, трубопроводы, термостаты, регуляторы и холодильные установки, а также контроллер, с помощью которого обеспечивается охлаждение или нагревание реакционной емкости/сепаратора.
При необходимости проведения внутреннего охлаждения/нагревания охлажденное или нагретое термомасло нагнетают по трубопроводной системе, размещенной в нижней части емкости, при этом система теплопередачи находится в непосредственном контакте с жидкой смесью веществ.
При необходимости проведения внешнего охлаждения/нагревания охлажденное или нагретое термомасло нагнетают по трубопроводной системе, размещенной на внешней стороне нижней части емкости, при этом трубопроводная система находится в контакте со стенкой реактора для обеспечения теплопередачи и, следовательно, обеспечивает непрямое охлаждение или нагревание жидкой смеси. Для этой цели стенка реактора, по меньшей мере, на участке, на котором она контактирует с внешней системой охлаждения/нагревания, выполнена из теплопроводного материала, такого как металл.
Кроме того, на и (или) в реакционной емкости размещены точки, оборудованные резервируемыми инструментами для проведения измерений температуры, давления и уровня жидкости. Блок управления получает измеренные значения, анализирует их и обеспечивает их регулировку. В результате этого в реакционной емкости обеспечивается поддержание постоянного уровня, давления и температуры независимо от состояния загружаемого сырья, и лишь при абсолютном согласовании указанных факторов может быть обеспечено непрерывное производство среднего дистиллята.
Блок управления/регулирования может быть встроен в систему терморегулирования или выполнен в виде отдельного блока.
Предпочтительно выполнить верхнюю часть емкости таким образом, чтобы по своим размерам она превышала размеры нижней части емкости. Предпочтительно, чтобы в верхней части реакционный емкости имелся большой объем расширения, а также, чтобы поверхность испарения верхней части существенно превышала поверхность испарения нижней части емкости. За счет этого при нормальном атмосферном давлении или при низком отрицательном давлении обеспечивается производство большого количества пара, его сбор и дистилляция. Предпочтительно, чтобы поверхность испарения верхней части емкости была выполнена большей, чем поверхность основания нижней части емкости.
Предпочтительно, чтобы в верхней части емкости были размещены одна или более дистилляционных установок.
Предпочтительно, чтобы в верхней части емкости был установлен клапан избыточного давления.
Предпочтительно, чтобы в нижней части емкости был размещен сепаратор тяжелых частиц. Сепаратор тяжелых частиц предназначен для сепарирования частиц тяжелых металлов или более крупных частиц, попавших случайно в реакционную емкость. Для этой цели сепаратор тяжелых частиц включает выпускное отверстие, или аварийное выпускное отверстие, через которое производится спуск или откачка нежелательных частиц из реакционной емкости. Предпочтительно, чтобы во внутреннем пространстве емкости был размещен погружной насос и (или) перемешивающее устройство, через который(-ое) происходит перемещение жидкой смеси и в котором(-й) частицы измельчаются и перемешиваются.
Реакционная емкость может быть снабжена различными источниками нагрева (например, инфракрасный, микроволновой и т.д.), размещенными внутри или снаружи реакционной емкости и предназначенными для нагревания жидкой смеси. Кроме того, цель настоящего изобретения достигается за счет применения реакционной емкости в соответствии с настоящим изобретением в устройстве для каталитической деполимеризации при атмосферном давлении карбонатного исходного сырья в соответствии с описанием, например, в WO 2016/116484 A1. В устройстве для каталитической деполимеризации при атмосферном давлении реакционная емкость может найти применение в качестве сепаратора.
Кроме того, цель настоящего изобретения достигается за счет способа температурной стабилизации жидкой смеси в реакционной емкости, при котором жидкую смесь подают в реакционную емкость, и за счет внутреннего охлаждения или внутреннего нагревания и внешнего охлаждения или внешнего нагревания и соединения системы терморегулирования с емкостью обеспечивается поддержание постоянной температуры смеси.
Предпочтительно, чтобы обеспечивалось регулирование, в частности, автоматическое регулирование, степени внутреннего охлаждения и внутреннего нагревания, а также внешнего охлаждения и внешнего нагревания регулируется с помощью системы терморегулирования, включающей масляный нагреватель, одно или более охлаждающих устройств, различные насосы и один или несколько клапанов.
Дополнительные пояснения, признаки и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения очевидны из следующего ниже описания вариантов осуществления настоящего изобретения, которое ведется со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
Фиг. 1 - схематическое представление реакционной емкости настоящего изобретения.
На рисунке проиллюстрирована состоящая из двух частей закрытая реакционная емкость/сепаратор 1, которая снабжена дистилляционной установкой 6 в верхней части 2 емкости, и внутреннее устройство охлаждения 9 и внешнее устройство охлаждения 10 в нижней части 15 емкости, погружной насос 13 или сухой насос 11, размещенный снаружи реакционной емкости 1, а также различные точки заливки и спуска жидкой смеси 12, в которой происходит измельчение частиц насосом 11 или 13, либо обоими насосами, перемешивание, перетирание и нагревание за счет этих процессов. Привод 5 насоса для погружного насоса 13 и устройство 4 регулирования уровня, давления и температуры размещены на герметичной навинчивающейся крышке 3.
В результате этого исключаются постоянные резкие колебания температуры смеси 12, в частности, при производстве среднего дистиллята из биогенных остатков или иных углеводородсодержащих отходов производства ввиду закрытой, состоящей из двух частей реакционной емкости 1, значительно меньшего по размеру основания 15 емкости по сравнению с корпусом 2 емкости, большой поверхности испарения 8 и большой камеры испарения 17. Нижняя часть 15 емкости снабжена внешним устройством охлаждения 10 и внутренним устройством охлаждения 9, сепаратором тяжелых частиц 14 и аварийным сливным отверстием A2.
Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что основание 15 емкости должно быть лишь незначительно переполнено с целью увеличения поверхности испарения 8 в верхней части 2 емкости, и при этом обеспечивается нагнетание значительно меньшего объема жидкой смеси 12 через погружной насос 13 и (или) перемешивающее устройство, либо внешний насос 11, либо через оба насоса 11 и 13, либо внешний насос 11 и мешалку для поддержания температуры на постоянном уровне с помощью системы терморегулирования 16 и внутреннего устройства охлаждения 9 и внешнего устройства охлаждение 10.
Реакционная емкость 1, которая также может одновременно найти применение в качестве сепаратора, имеет большую поверхность испарения 8, большой объем в верхней части 2 емкости и значительно меньший объем в нижней части 15 емкости, в которой смесь жидких веществ 12 постоянно циркулирует, нагнетаемая установленным погружным насосом 13.
Основание 15 емкости снабжено внутренним устройством (прямого) и внешним устройством (непрямого) охлаждения/нагревания и приемником тяжелых частиц 14 (или сепаратором тяжелых частиц).
Реакционная емкость 1 обеспечивает поддержание температуры и давления исключительно малого количества жидкой смеси 12 на постоянном уровне в процессе прямого сжижения углеводородсодержащих остатков для производства среднего дистиллята. За счет использования специального погружного насоса, размещенного в основании 15 емкости, предназначенного для измельчения и нагрева и соединенного с герметично закрывающейся крышкой 3 в верхней части 2 емкости, обеспечивается дополнительная оптимизация производственного процесса.
С помощью встроенных внутренних устройств 9 охлаждения/нагревания и внешних устройств 10 охлаждения/нагревания в основании 15 емкости и системы терморегулирования 16, соединенной с указанными устройствами, независимо от любых условий обеспечивается поддержание постоянной температуры исключительно малого объема жидкой смеси 12.
Жидкая смесь веществ 12 закачивается (внешним) насосом 11 через впускное отверстие E1 для смеси веществ в реакционную емкость 1 и откачивается из реакционной емкости 1 через изогнутое выпускное отверстие A1.
Перепуск пара 7 в атмосферу, образующегося в процессе работы реакционной емкости 1 в верхней части 2 емкости, производится через клапан избыточного давления Ü1, размещенный на верхней части 2 емкости.
СПИСОК ПОЗИЦИЙ
1 - реакционная емкость, емкость, состоящая из двух частей
2 - верхняя часть емкости
3 - (навинчивающаяся) крышка, доступ для осмотра
4 - устройство регулирования уровня, давления и температуры
5 - привод насоса, двигатель, электродвигатель
6 - дистилляционная установка
7 - пар
8 - поверхность испарения
9 - внутреннее устройство охлаждения/нагревания
10 - внешнее устройство охлаждения/нагревания
11 - внешний насос
12 - смесь
13 - погружной насос
14 - сепаратор тяжелых частиц
15 - нижняя часть емкости
16 - система терморегулирования (охлаждение и нагревание)
17 - камера испарения
A1 - выпускное отверстие смеси
A2 - выпускное отверстие для принудительного опорожнения смеси/аварийный выпуск
E1 - впускное отверстие для смеси веществ
Ü1 - клапан избыточного давления
1. Реакционная емкость (1), предназначенная для температурной стабилизации жидкой смеси веществ (12), включающая верхнюю часть (2) емкости и нижнюю часть (15) емкости, отличающаяся тем, что верхняя часть (2) емкости конструктивно выполнена таким образом, чтобы ее габаритные размеры превышали габаритные размеры нижней части (15) емкости, и нижняя часть (15) емкости снабжена погружным насосом (13) и перемешивающим устройством, а также внутренним устройством прямого охлаждения (9), внешним устройством непрямого охлаждения (10) и внутренним устройством прямого нагревания (9) и внешним устройством непрямого нагревания (10), соединенными с системой терморегулирования.
2. Реакционная емкость (1) по п. 1, отличающаяся тем, что система терморегулирования (16) включает масляный нагреватель.
3. Реакционная емкость (1) по любому из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что одна или более дистилляционных установок (6) размещены на верхней части (2) емкости.
4. Реакционная емкость (1) по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что клапан избыточного давления 
размещен на верхней части (2) емкости.
5. Реакционная емкость (1) по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что сепаратор тяжелых частиц (14) размещен в нижней части (15) емкости.
6. Применение реакционной емкости (1) по любому из пп. 1-5 в устройстве для каталитической деполимеризации углеводородсодержащего исходного материала при атмосферном давлении.
7. Способ температурной стабилизации жидкой смеси веществ (12) в реакционной емкости (1) по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что жидкую смесь веществ (12) подают в реакционную емкость (1) и поддерживают температуру смеси постоянной с помощью внутреннего устройства охлаждения или внутреннего устройства нагревания (9) и внешнего устройства охлаждения или внешнего устройство нагревания (10) и соединенной с ними системы терморегулирования (16), при этом обеспечивая циркуляцию и перемешивание жидкой смеси веществ в нижней части реакционной емкости.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что обеспечивается управление, в частности полностью автоматическое управление внутренним устройством охлаждения (9) и внутренним устройством нагревания (9) и внешним устройством охлаждения (10) и внешним устройством нагревания (10) системой терморегулирования (16), включающей масляный нагреватель, несколько охлаждающих устройств, различные насосы и один или несколько клапанов.
