[go: up one dir, main page]

WO2017052399A1 - Реактор высокого давления периодического действия геометрии тейлора-куэтта - Google Patents

Реактор высокого давления периодического действия геометрии тейлора-куэтта Download PDF

Info

Publication number
WO2017052399A1
WO2017052399A1 PCT/RU2015/000593 RU2015000593W WO2017052399A1 WO 2017052399 A1 WO2017052399 A1 WO 2017052399A1 RU 2015000593 W RU2015000593 W RU 2015000593W WO 2017052399 A1 WO2017052399 A1 WO 2017052399A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reactor
reactor according
taylor
liquid
flange
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2015/000593
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Маркос МИЛЛАН-АГОРИО
Джонатан БЭЛЛ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OBSCHESTVO S OGRANICHENNOI OTVETSTVENNOSTYU "UNICAT"
Original Assignee
OBSCHESTVO S OGRANICHENNOI OTVETSTVENNOSTYU "UNICAT"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by OBSCHESTVO S OGRANICHENNOI OTVETSTVENNOSTYU "UNICAT" filed Critical OBSCHESTVO S OGRANICHENNOI OTVETSTVENNOSTYU "UNICAT"
Priority to PCT/RU2015/000593 priority Critical patent/WO2017052399A1/ru
Publication of WO2017052399A1 publication Critical patent/WO2017052399A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks

Definitions

  • the invention relates to the field of deposits formed from fossil oil and other liquids on heated surfaces, inside a Taylor-Couette device that can operate in a fully turbulent fluid flow.
  • the invention relates to devices and methods for producing solid deposits from various organic liquids for studying the phenomenon of thermally initiated sedimentation process.
  • paraffin waxes and inorganic salts contained in fossil oil can also be deposited on preheater heat exchangers in the early stages of processing. Paraffin waxes are called normal alkanes with more than 20 carbon atoms.
  • Part of this fraction contains derivatives of porphyrin molecules resulting from the decomposition of organic life forms. It is assumed that they can act as centers of destabilization of fossil oil at elevated temperatures.
  • an important parameter in the formation of precipitation is the type of liquid, its composition and flow rate.
  • the use of reactors with a small working volume allows precise control of the composition of the liquid and, as a result, makes it possible to study the effect of the composition on the deposition process.
  • the present invention includes a single-phase batch phase Taylor-Couette fluid reactor in which the outer cylinder is fixed and the inner cylinder can rotate, a sample of the test fluid fills the volume between these cylinders.
  • a Taylor-Couette cell consists of an inner cylinder of radius Ri and an outer cylinder of radius R2 and length 1.
  • the liquid fills an annular cavity, the volume of which is defined as; t / (R2-Ri) 2 .
  • the inner cylinder rotates at a frequency ⁇ , causing fluid movement.
  • a fluid sample consists of an organic fluid placed in an annular cavity using a pump or compressed gas.
  • the source gas in the cell exits through the outlet until it is completely removed from the system.
  • the length and ratio of Ri and R 2 can be varied by replacing the outer cylinder and / or the inner rotating cylinder. A greater shear stress and a smaller reactor volume are achieved with a narrow gap between the cylinders, then with a wider gap the rector will operate in a flow mode, which is more similar to a pipe in the casing and a tubular heat exchanger.
  • the Taylor-Couette cell is heated externally using a cylindrical furnace.
  • the linear flow velocity of fossil oil in industrial heat exchangers is usually in the range of 1 - 3 m / s, and the flow is turbulent in all heat exchangers, with the exception of the earliest on the production line (when the feed has a low temperature); in this regard, the reactor was designed to operate in turbulent mode.
  • An important requirement for its design is the ability to achieve a rotation speed of the inner cylinder greater than 1 m / s, which is identical to the speed of the fluid in the pipe.
  • the number of revolutions per minute (rpm) for a known circumferential speed is calculated as follows:
  • the main dynamic variable is the rotation speed of the inner cylinder: the rotation speed ( ⁇ ) can be calculated as follows: ⁇ - rpm V
  • V circumferential rotation speed (m / s)
  • the tangential Reynolds number (Re t ) on the surface of the inner cylinder is defined as:
  • FIG. 13 A preferred design is shown in FIG. 13.
  • the Taylor-Couette geometry batch high pressure reactor in the form of a module (Fig. 2) consists of an upper flange 1 made of stainless steel, a cylindrical body 2 made of various possible materials, and a lower flange 3 consisting from stainless steel.
  • the inner cylinder 4 consists of stainless steel and is a rotor coaxially connected to the stainless rod 5 with an external cylinder, and also provided with a countersunk bolt 6.
  • the volume of the annular space for a liquid is determined by the dimensions of the inner cylinder, the outer cylinder, as well as the upper and lower flanges.
  • the upper and lower flanges are attached to the outer wall using six steel bolts 7 and are sealed with a gasket 8.
  • a commercial DC motor and a magnetically coupled drive are connected coaxially with the upper flange of the reactor in position 9 and are connected by a cylindrical rotor 4 controlled by an alternating current source.
  • the upper flange 1 is connected to the inlet 10 and the outlet 12 crimp fittings using threaded connections 11 and 13, respectively.
  • the fittings are screwed into the upper head through the threaded port 17 and connected to a K-type thermocouple to measure the temperature of the liquid, then the hole 18 drilled in the joints of the upper part allows the insertion of another K-type thermocouples to wall 2 to measure its temperature.
  • the support frame 19 also mounts the Taylor-Couette cell to the lifting mechanism on the threaded holes 20.
  • the flange base 3 described above has a threaded port 14 for discharging liquid through a stainless pressure relief valve 15 and bolts for connecting to the flange.
  • the above-described wall 2 may consist of carbon-containing steel, stainless steel, titanium, copper or brass, and also contains an opening for a K-type thermocouple and bolts for connecting to the flange.
  • the Taylor-Couette reactor described above is heated by a vertical cylindrical furnace with an insulating ceramic pipe 23 coated with ceramic wool to prevent heat loss.
  • the temperature of the surface of the wall of the reactor (T w ) is kept constant, and the temperature of the liquid inside the reactor (Th) is not more than 4 ° C lower than the temperature of the wall (T w - Th ⁇ 4 ° C)
  • the above Taylor-Couette reactor can be increased, reduced, removed from the furnace by means of a lifting mechanism, can also be fixed using the support frame 16.
  • the inlet to cell 10 is associated with cleaning / loading the system of FIG. 4 inlet with a flexible stainless steel hose.
  • the pressure above the liquid is measured using a sensor in the outlet port 12, the system is protected against overpressure by the graduated pressure relief valve RV.B during the operation, the needle valve V6 connected to the liquid supply reactor remains open.
  • Excessive fluid is present in the inlet-outlet lines and in the Vesl supply vessel. Thermal expansion of the liquid during heating allows the excess volume to return back to the vessel. For safety reasons, the pre-calculated minimum gas volume is always present in the supply vessel before heating so that when heated, the liquid fills the entire space during expansion.
  • the Ves2 liquid product container is connected to the liquid port of the product via the flange base 3 of the reactor through a detachable tube when the reactor is raised at the end of the experiment.
  • the purge / load process allows the user to degass the system using an inert gas supply under pressure, repeatedly increasing / decreasing the pressure in the system. If necessary, the system can be pre-dried by passing an inert gas through it for a long period of time.
  • a sample of liquid is introduced into the cylinder and gently injected into the reactor by means of a pressure gradient created by the inert gas inlet system during slow rotation of the inner cylinder.
  • a qualified operator can fill the reactor without bubbles, a single-phase system can be achieved by removing gas from the outlet, until the entire line is filled with liquid. Increasing the pressure in the system to full working will further lead to the destruction of the remaining bubbles that could be trapped.
  • the sedimentation research reactor can be moved higher or lower into or out of the furnace electrically (FIG. 4) without the need for connecting / disconnecting or fitting pipe connections. This provides added safety since the reactor can be remotely removed from the furnace in the event of a leak or other technical problems.
  • the flexible hose maintains pressure above the liquid and therefore prevents the evaporation of high boiling liquids.
  • the reactor operates at a wall body temperature between 150 and 350 ° C.
  • the pressure on the liquid in the preferred embodiment of the reactor is in the range of 20-50 bar.
  • the fluid turbulence in the above embodiment corresponds to the tangential Reynolds number on the surface of the rotor in the range from 8,000 to 200,000.
  • the wall may also contain a removable inner sleeve, consisting of various materials for inspection and analysis after sedimentation experiments.
  • a removable inner sleeve consisting of various materials for inspection and analysis after sedimentation experiments.
  • Such a wall allows the user to analyze the surface topology of oil deposition and other spatially resolved methods such as EDX, IR Fourier imaging, and cross-polarized optical microscopy.
  • the reactor can be easily dismantled for cleaning and collecting deposits, the wall of the reactor can be easily replaced with other material.
  • the fluid dynamics in a single-phase Taylor-Couette cell is well understood and can be easily predicted. This is confirmed by high-speed visualization of fluid dynamics and computer simulations.
  • the reactor operates in a highly turbulent mode.
  • This invention is in a stable state with a small temperature difference between the liquid and the wall of the reactor, which avoids boiling.
  • the reactor contains a small volume of liquid, which makes it possible to use synthetic and semi-synthetic mixtures together with fossil oil and products of its processing with strong heating of the walls of the reactor, which allows increasing the growth rate of deposits to the rate of their growth on industrial equipment.
  • the use of a cylindrical furnace and ceramic pipes isolated from convective heat loss ensures uniform heat distribution within the reactor.
  • the reactor configuration can be easily modified, and in the CSTR configuration, it can be operated continuously.
  • FIG. 1 The lateral cross section of a cylindrical Taylor reactor -
  • FIG. 2 Cross-section from top to bottom of the upper wall of the flange
  • FIG. 3 Cross-section from top to bottom of decomposition-deposition equipment together with the furnace
  • FIG. 4 The decomposition-deposition reactor with a furnace and connected lines for cleaning, loading and collecting products. Valve numbers V #, T # tees, A # adapters, V # tanks, P # pressure transmitters, RV # safety valves
  • FIG. 5 General scheme of the Taylor-Couette cell

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Данное изобретение относится к оборудованию и методикам для переработки ископаемых нефтей, других нефтепродуктов, синтетических и полусинтетических смесей, а также органических сред с целью получения твердых отложений на нагретых поверхностях, характерных для теплообменников, используемых в нефтеперерабатывающем оборудовании. Также здесь описана методика получения вышеуказанной жидкости и осаждающегося вещества для последующего физико-химического анализа.

Description

Реактор высокого давления периодического действия геометрии
Тейлора-Куэтта
Изобретение относится к области отложений, образующихся из ископаемой нефти и других жидкостей на нагретых поверхностях, внутри устройства Тейлора-Куэтта, которое может работать в режиме полностью турбулентного потока жидкости. В частности, изобретение относится к устройствам и методам получения твердых отложений из различных органических жидкостей для изучения феномена термически инициированного процесса осаждения отложений.
Переработка ископаемой нефти при повышенной температуре в течение ' долгого времени была неразрывно связана с образованием отложений в нефтеперерабатывающем оборудовании. Отложения - это образование твердого материала, прилипающего к стенкам оборудования, что приводит к уменьшению его эффективности.
В процессе дистилляции ископаемая нефть проходит через теплообменник для предварительно нагрева, что позволяет повышать её температуру перед испарением в печи. В конце процесса, при более низких температурах, нефть проходит через стадию обессоливания с целью разделения водно-нефтяной эмульсии и удаления нерастворившихся солей в их природной форме.
В низкотемпературных теплообменниках парафиновые воски и неорганические соли, содержащиеся в ископаемой нефти, также могут осаждаться на теплообменниках предварительного нагрева на ранних стадиях переработки. Парафиновыми восками называются нормальные алканы, имеющие в своем составе более 20 атомов углерода.
Далее по длине теплообменников высокая температура, наряду с изменениями в давлении, составе и потоке могут вызывать дестабилизацию нефти, что приводит к осаждению твердых остатков на нагретых поверхностях теплообменников. Термическое старение данных отложений с течением времени приводит к дальнейшему протеканию химических реакций и, как следствие, образованию термически стабильных коксовых отложений, которые могут быть удалены без химического и механического вмешательства.
Большие органические молекулы, такие как асфальтены, (нерастворимые в гептане, но растворимые в толуоле фракции ископаемой нефти) играют значительную роль в образовании отложений при разложении нефтей. Данные молекулы имеют в своем составе объемные ароматические органические кластеры, обладающие алкильными группировками, а также содержат большое количество гетероатомов, таких как кислород, азот, сера и атомы переходных металлов (никель, ванадий, железо).
Часть данной фракции содержит производные молекул порфирина, образовавшихся в результате разложении органических форм жизни. Предполагается, что они могут выступать в качестве центров дестабилизации ископаемой нефти при повышенных температурах.
Другой возможной причиной дестабилизации ископаемой нефти является наличие остаточных солей, не удаленных полностью на стадии обессоливания. Они могут осаждаться при более высоких температурах, образуя при этом центры нуклеации, на которых происходит осаждение органики.
Образование осадков на теплообменниках снижает их эффективность, что приводит к больших тепловых нагрузкам на печь, а также уменьшению диаметра капилляров и образованию внутри них неровностей. В результате этого увеличивается перепад давления по длине теплообменника, уменьшается скорость потока и растет нагрузка на насос. Предварительный теплообменник также необходимо закрывать для регулярной чистки, что приводит к существенным потерям продукции.
Поскольку нефтеперерабатывающее оборудование находится в постоянном использовании, доступ к нему является ограниченным, что делает возможность изучения вышеописанных процессов затруднительным. Большой размер, высокая стоимость и пропускная способность жидкости являются тормозящими факторами для изучения разложения ископаемых нефтей на промышленных установках. Для изучения данных явлений на лабораторном уровне установки должны быть уменьшены.
Тенденция по использованию тяжелых нефтей и нетрадиционных углеводородных видов топлив обостряет проблему разложения ископаемой нефти в связи с жесткими нормами прибыли и необходимостью охраны окружающей среды. В связи с этим необходимо более полное понимание * сущности протекающих процессов.
С целью изучения химических процессов и процессов переноса, связанных с образованием отложений, было использовано оборудование уменьшенного масштаба, характеристики которого схожи с характеристиками промышленного оборудования, что делает его ценным для исследователей.
Соответствующее лабораторное оборудование эффективно воспроизводит условия течения нефти в теплообменниках, используемых для предварительного нагрева, что делает сравнение процессов разложения и осаждения нефти возможным.
Кроме условий процесса, важным параметром при образовании осадков является тип жидкости, её состав и скорость потока. Использование реакторов с малым рабочим объемом позволяет осуществлять точный контроль состава жидкости и, как следствие, делает возможным изучение влияния состава на процесс осаждения.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение включает в себя однофазный жидкостной реактор периодического действия в геометрии Тейлора-Куэтта, в котором внешний цилиндр зафиксирован, а внутренний цилиндр может вращаться, образец исследуемой жидкости заполняет объем между данными цилиндрами.
Ячейка Тейлора-Куэтта состоит из внутреннего цилиндра радиуса Ri и внешнего цилиндра радиуса R2 и длины 1. Жидкость заполняет кольцеобразную полость, объем которой определяется как ;t/(R2-Ri)2. Внутренний цилиндр вращается с частотой ω, вызывая движение жидкости.
При высоких скоростях вращения, т.е. в режиме высокой турбулентности потока, устойчивые потоки Тейлора разрушаются и скорости сдвига становятся однородными азимутально и вдоль осевой длины реактора, поэтому образование осадка происходит равномерно по всей внутренней поверхности внешнего цилиндра.
Образец жидкости состоит из органической жидкости, помещенной в кольцеобразную полость с использованием насоса или сжатого газа. Исходный газ, находящийся в ячейке, выходит через выпускное отверстие до полного удаления из системы.
Для получения полостей различного объема, изменения поверхности, на которой протекает осаждение, а также динамической среды внутри ячейки длина и соотношение Ri и R2 могут варьироваться путем замены внешнего цилиндра и/или внутреннего вращающегося цилиндра. Большее напряжение сдвига и меньший объем реактора достигаются при узком зазоре между цилиндрами, тогда при более широком зазоре ректор будет работать в проточном режиме, который более схож с трубой в кожухе и трубчатый теплообменник.
Ячейка Тейлора-Куэтта нагревается снаружи с помощью цилиндрической печи.
Теоретическая база
Линейная скорость течения ископаемой нефти в промышленных теплообменниках обычно находится в интервале 1 - 3 м/с, а поток является турбулентным во всех теплообменниках, за исключением самых ранних на технологической линии (когда сырье имеет низкую температуру); в связи с этим реактор создан для работы в турбулентном режиме. Важным требованием к его конструкции является возможность достижения скорости вращения внутреннего цилиндра большей, чем 1 м/с, что идентично скорости жидкости в трубе.
После определения параметров внутреннего цилиндра, включая радиус Rb число оборотов в минуту (rpm) для известной скорости вращения по окружности рассчитывается следующим образом:
30v где: v = скорости вращения по окружности (м/с)
Геометрия ячейки Тейлора-Куэтта описывается отношением радиусов внешнего (R2) и внутреннего (Ri) цилиндров и их аксиальной длиной L. 1 Отношение радиусов
Главной динамической переменной является скорость вращения внутреннего цилиндра: скорость вращения (ω) можно рассчитать следующим образом: π - rpm V
= 30
V = скорость вращения по окружности (м/с)
Поток жидкости моделируется геометрическими параметрами: Гидравлический диаметр (Dh) и толщина цилиндрического зазора (е) т e = R2 - Ri
Где: = площадь поперечного сечения = l(R I— R f)
Pm = Периметр соприкосновения жидкости и реактора = 2π(Λ3 + R 4)
Тангенциальное число Рейнольдса (Ret) на поверхности внутреннего цилиндра определяется как:
Ret = — , где: ν = кинематическая вязкость (м2/с)
Ряд различных жидкостей и ископаемых нефтей могут быть использованы в устройстве для разложения и осаждения. Для достижения полностью турбулентного режима минимальное значение Re, должно составлять 10000.
Число Тейлора (Та) в системе Тейлора-Куэтта может быть рассчитано из следующего уравнения, при оценке ниже для той же нефти, которая была использована ранее. Нужно отметить, несколько других определений числа Тэйлора используется в литературе. Одно из часто используемых определений учитывает гидравлический диаметр: Та = (o^R^Dh^^/v2), другое подобное определение3: Та = (o^R^Ra-Ri^/v2), при расчете с использованием данных выражений получаются величины схожего порядка в высоко турбулентном режиме.
Подробное описание наиболее предпочтительных вариантов
Предпочтительный дизайн указан на Фиг. 1- 3.
Утверждается, что:
Реактор высокого давления периодического действия геометрии Тейлора- Куэтта (Фиг. 1) в форме модуля (Фиг. 2), состоит из верхнего фланца 1, сделанного из нержавеющей стали, цилиндрического корпуса 2, сделанного из различных возможных материалов, и нижнего фланца 3, состоящего из нержавеющей стали.
Внутренний цилиндр 4 состоит из нержавеющей стали и является ротором, коаксиально соединенным нержавеющем стержнем 5 с внешним цилиндром, а также обеспеченным потайным болтом 6.
Объем кольцевидного пространства для жидкости определяется размерами внутренного цилиндра, внешнего цилиндра, а также верхнего и нижнего фланцев.
Верхний и нижний фланцы крепятся к внешней стенке с помощью шести стальных болтов 7 и герметизируются прокладкой 8.
Коммерческий двигатель постоянного тока и магнитно-сочлененный привод соединены коаксиально с верхним фланцем реактора в положении 9 и связаны цилиндрическим ротором 4, управляемым источником переменного тока.
В предпочтительном исполнении реактора верхний фланец 1 соединен с впускным 10 и выпускным 12 обжимными фитингами с помощью резьбовых соединений 11 и 13, соответственно. Далее фитганги вкручены в верхнюю головку через резьбовой порт 17 и присоединены к термопаре К-типа для измерения температуры жидкости, далее, отверстие 18, просверленное в соединениях верхней части позволяет вставку другой термопары К-типа к стенке 2 для измерения ее температуры. Опорная рамка 19 так же монтирует ячейку Тейлора-Куэтта к подъемному механизму на резьбовые отверстия 20.
Вышеописанная фланецевая основа 3 имеет резьбовой порт 14 для выпуска жидкости через нержавеющий клапан сброса давления 15 и болты для соединения с фланцем.
Вышеописанная стенка 2 может состоять из углеродсодержащей стали, нержавеющей стали, титана, меди или латуни, и также содержит отверстие для термопары К-типа и болтов для соединения с фланцем. Вышеописанный реактор Тейлора-Куэтта нагревается вертикальной цилиндрической печью с электроизоляционной керамической трубой 23, покрытой керамической ватой для предотвращения потерь тепла.
Температура поверхности стенки реактора (Tw) поддерживается постоянной, а температура жидкости внутри реактора (Ть) не более чем на 4°С ниже, чем температура стенки (Tw - Ть < 4°С)
Вышеописанный реактор Тейлора-Куэтта можно увеличивать, уменьшать, вынимать из печи посредством подъемного механизма, также можно фиксировать с помощью опорной рамы 16.
Впуск в ячейку 10 связан с очисткой/загрузкой системы Фиг. 4 на входе с помощью гибкого шланга из нержавеющей стали. Давление над жидкостью измеряется с помощью датчика, в порту выпуска 12, система защищена от избыточного давления с помощью градуированного клапана сброса давления RV.B течение операции, игольчатый клапан V6, соединенный с реактором для подачи жидкости остается открытым. Избыток рабочей жидкости присутствует в линиях входа-выхода и в снабжающем сосуде Vesl. Терморасширение жидкости при нагреве позволяет избыточному объему вернуться назад в сосуд. Из соображений безопасности, в снабжающем сосуде перед нагревом всегда присутствует предварительно рссчитанный минимальный объем газа, чтобы при нагреве жидкость заполнила все пространство при расширении.
Емкость с жидким продуктом Ves2 соединяется с жидкостным портом продукта с помощью фланцевого основания 3 реактора через съемную трубку, когда реактор поднят в конце эксперимента. Процесс продувки/загрузки позволяет пользователю дегазировать систему с использованием подачи инертного газа под давлением, многократно повышая/сбрасывая давление в системе. При необходимости система может быть предварительно высушена путем пропускания инертного газа через нее в течение длительного периода времени.
Образец жидкости вносится в цилиндр и аккуратно впрыскивается в реактор посредством градиента давления, создаваемого системой напуска инертного газа при медленном вращении внутреннего цилиндра. Квалифицированный оператор может заполнить реактор без пузырьков, однофазная система может быть достигнута путем удаления газа из выпускного отверстия, пока вся линия не будет заполнена жидкостью. Повышение давления в системе до полного рабочего далее приведет к разрушению оставшихся пузырьков, которые могли быть захвачены.
Сбор жидкого продукта в приемник обеспечивает безопасное накопление жидких продуктов для последующего анализа.
В предпочтительном варианте, реактор для исследования отложений может быть перемещен выше или ниже в или из печи электрически (Фиг. 4) без необходимости подключения/отключения или подгонки соединений трубок. Это обеспечивает дополнительную безопасность, поскольку реактор может быть дистанционно удален от печи в случае утечки или других технических проблем. Гибкий шланг поддерживает давление над жидкостью и, следовательно, предотвращает испарение высококипящих жидкостей.
В предпочтительном варианте реактор работает при температуре тела стенки между 150 и 350 °С.
Давление, действующее на жидкость в предпочтительном варианте реактора, находится в диапазоне 20-50 бар.
Турбулентность жидкости в вышеупомянутом варианте соответствует тангенциальному числу Рейнольдса на поверхности ротора в диапазоне от 8000 до 200000.
В случае других вариантов, стенка может также содержать съемную внутреннюю втулку, состоящую из различных материалов для осмотра и анализа после экспериментов по исследованию образования отложений. Такая стенка позволяет пользователю анализировать топологию поверхности нефтяных осаждений и других пространственно-разрешенных методов, таких, как EDX, ИК-Фурье-визуализация и кросс-поляризованная оптическая микроскопия.
Достоинства
Реактор может быть легко демонтирован для очистки и сбора осаждений, стенка реактора может быть легко заменена на другой материал.
Динамика жидкости в однофазной ячейке Тейлора-Куэтта хорошо изучена и может легко прогнозироваться. Это подтверждается с помощью высокоскоростной визуализации динамики жидкости и компьютерного моделирования. В предпочтительном варианте реактор работает в высоко турбулентном режиме.
Оборудование, описанное в литературе ранее, 4 имеет охлаждающую петлю для поддержания высокого теплового потока. Тем не менее, исследования показали, что большие различия в температуре вызывают кипение, при этом снижается достоверность получаемых кинетических данных по осаждению на стенках сосуда.
Данное изобретение находится в устойчивом состоянии с небольшим перепадом температур между жидкостью и стенкой реактора, что позволяет избежать кипения.
В предпочтительном варианте реактор вмещает в себя небольшой объем жидкости, что делает возможным использование синтетических и полусинтетических смесей совместно с ископаемой нефтью и продуктами её переработки при сильном подогреве стенок реактора, что позволяет увеличить скорость роста отложений до скорости их роста на промышленном оборудовании.
В предпочтительном варианте реактора использование цилиндрической печи и керамических труб, изолированных от конвективных потерь тепла, обеспечивают равномерное распределение тепла внутри реактора.
В предпочтительном варианте конфигурацию реактора можно легко модифицировать, а в конфигурации CSTR можно работать непрерывно.
Эксперименты по осаждению и анализу состава осаждений ископаемых нефтей, фракционированных нефтей, синтетических и полусинтетических нефтей упомянуты в данной работе.
Краткое описание рисунков
Фиг. 1. Боковое поперечное сечение цилиндрического реактора Тейлора-
Куэтта
Фиг. 2. Поперечное сечение сверху вниз верхней стенки фланца
Фиг. 3. Поперечное сечение сверху вниз оборудования по разложению- осаждению вместе с печью
Фиг. 4. Реактор разложения-осаждения с печью и подсоединенными линиями очистки, загрузки и сбора продуктов. Номера клапанов V#, тройников Т#, переходников А#, емкостей V#, преобразователей давления Р#, предохранительных клапанов RV#
Фиг. 5. Общая схема ячейки Тейлора-Куэтта
Используемая литература
~^}. P. Smith" A. A. Townsend, J. Fluid Mech. (1982), vol. 123, pp.187-217
2G. P. Smith, A. A. Townsend, J. Fluid Mech. (1982), vol. 123, pp.187-217
3.S. G. Huisman, D. P. M. van Gils, S. Grossmann, C. Sun, D. Lohse, Physical
Review Letters, 2012, 108, 024501
* M. Zougari , Patent US7523648B2, 2009

Claims

Формула изобретения
1. Реактор высокого давления периодического действия геометрии Тейлора-Куэтта в форме модуля, характеризующийся тем, что состоит из верхнего фланца, сделанного из нержавеющей стали, цилиндрического корпуса, сделанного из различных возможных материалов и нижнего фланца, состоящего из нержавеющей стали.
2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что внутренний цилиндр состоит из нержавеющей стали и является ротором, коаксиально соединенным стержнем с внешним цилиндром, а также обеспеченным потайным болтом.
3. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что объем кольцевидного пространства для жидкости определяется размерами внутреннего цилиндра, внешнего цилиндра, а также верхнего и нижнего фланцев.
4. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что верхний и нижний фланцы крепятся к внешней стенке с помощью шести стальных болтов и герметизируются прокладкой .
5. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что двигатель постоянного тока и магнитно-сочлененный привод соединены коаксиально с верхним фланцем реактора в положении и связаны цилиндрическим ротором , управляемым источником переменного тока.
6. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что в предпочтительном исполнении реактора верхний фланец соединен с впускным и выпускным обжимными фитингами с помощью резьбовых соединений, далее фиттинги вкручены в верхнюю головку через резьбовой порт и присоединены к термопаре К-типа для измерения температуры жидкости, далее, отверстие, просверленное в соединениях верхней части позволяет вставку другой термопары К-типа к стенке для измерения ее температуры, опорная рамка так же монтирует ячейку Тейлора- Куэтта к подъемному механизму на резьбовые отверстия.
7. Реактор по п. 6, отличающийся тем, что вышеописанная фланецевая основа имеет резьбовой порт для выпуска жидкости через нержавеющий клапан сброса давления и болты для соединения с фланцем.
8. Реактор по п. 6, отличающийся тем, что вышеописанная стенка может состоять из углеродсодержащей стали, нержавеющей стали, титана, меди или латуни, и также содержит отверстие для термопары К-типа и болтов для соединения с фланцем.
9. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что вышеописанный реактор Тейлора-Куэтта нагревается вертикальной цилиндрической печью с электроизоляционной керамической трубой, покрытой керамической ватой дл предотвращения потерь тепла.
10. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что температура поверхности стенки реактора (Tw) поддерживается постоянной, а температура жидкости внутри реактора (Ть) не более чем на 4°С ниже, чем температура стенки (Tw- Ть< 4°С)
11. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что вышеописанный реактор Тейлора-Куэтта можно увеличивать, уменьшать, вьшимать из печи посредством подъемного механизма, также можно фиксировать с помощью опорной рамы.
12. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что емкость с жидким продуктом соединяется с жидкостным портом продукта с помощью фланцевого основания реактора через съемную трубку, когда реактор поднят в конце эксперимента.
PCT/RU2015/000593 2015-09-21 2015-09-21 Реактор высокого давления периодического действия геометрии тейлора-куэтта Ceased WO2017052399A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2015/000593 WO2017052399A1 (ru) 2015-09-21 2015-09-21 Реактор высокого давления периодического действия геометрии тейлора-куэтта

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2015/000593 WO2017052399A1 (ru) 2015-09-21 2015-09-21 Реактор высокого давления периодического действия геометрии тейлора-куэтта

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017052399A1 true WO2017052399A1 (ru) 2017-03-30

Family

ID=58386858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2015/000593 Ceased WO2017052399A1 (ru) 2015-09-21 2015-09-21 Реактор высокого давления периодического действия геометрии тейлора-куэтта

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2017052399A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114870765A (zh) * 2022-05-24 2022-08-09 清华大学 多环隙式泰勒反应器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6535796B1 (en) * 1997-12-04 2003-03-18 Rheocontrol Method for characterizing complex fluids and appliances resulting from said method
US7150183B2 (en) * 2003-06-19 2006-12-19 Schlumberger Technology Corporation Compositional characterization and quantification of solid deposits from hydrocarbon fluids
US7523648B2 (en) * 2007-02-14 2009-04-28 Schlumberger Technology Corporation Apparatus and methods for solids deposition and analysis
RU2431827C2 (ru) * 2005-11-30 2011-10-20 Энвироникс Ой Способ и устройство для измерения подвижности ионов

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6535796B1 (en) * 1997-12-04 2003-03-18 Rheocontrol Method for characterizing complex fluids and appliances resulting from said method
US7150183B2 (en) * 2003-06-19 2006-12-19 Schlumberger Technology Corporation Compositional characterization and quantification of solid deposits from hydrocarbon fluids
RU2431827C2 (ru) * 2005-11-30 2011-10-20 Энвироникс Ой Способ и устройство для измерения подвижности ионов
US7523648B2 (en) * 2007-02-14 2009-04-28 Schlumberger Technology Corporation Apparatus and methods for solids deposition and analysis

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114870765A (zh) * 2022-05-24 2022-08-09 清华大学 多环隙式泰勒反应器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Valinejad et al. An experimental design approach for investigating the effects of operating factors on the wax deposition in pipelines
Mansoori A unified perspective on the phase behaviour of petroleum fluids
EP3485273B1 (en) Conditioning a sample taken from a hydrocarbon stream
Liu et al. Wax and wax–hydrate deposition characteristics in single-, two-, and three-phase pipelines: a review
WO2004111601A2 (en) Couette device and method to study solids deposition from flowing fluids
US7523648B2 (en) Apparatus and methods for solids deposition and analysis
CN202256220U (zh) 一种用于重质烃油热结焦积垢研究的评价装置
Zhu et al. Effect of thermal treatment temperature on the flowability and wax deposition characteristics of changqing waxy crude oil
Haj-Shafiei et al. Achieving cold flow conditions for ‘waxy’mixtures with minimum solid deposition
Barazandeh et al. Investigation of coil outlet temperature effect on the performance of naphtha cracking furnace
EP2691758A1 (en) Test rig and method for simulating and analysing petrochemical fouling
Kasumu An investigation of solids deposition from two-phase wax–solvent–water mixtures
CN101308082B (zh) 一种用于静态高温环烷酸腐蚀的实验装置
Ilyushin et al. Investigation of rheological properties of oil during the formation of wax deposits
Soulgani et al. Integrated modelling methods for asphaltene deposition in wellstring
WO2017052399A1 (ru) Реактор высокого давления периодического действия геометрии тейлора-куэтта
US7150183B2 (en) Compositional characterization and quantification of solid deposits from hydrocarbon fluids
Derakhshesh et al. Effect of asphaltene stability on fouling at delayed coking process furnace conditions
CN111992083A (zh) 炸药专用复合油相混合装置
Makwashi et al. Investigation of the severity of wax deposition in bend pipes under subcooled pipelines conditions
Topilnytskyy et al. Advanced research on the production, transportation and processing of high waxy oil. A review
Mansoori Phase behavior in petroleum fluids
Al Obaidi et al. Method and device for quantitative measurement of crude oil fouling deposits of several crude oils and blends at a higher temperature and the impact of antifoulant additives
Majedi et al. Investigation and measurement of crude oil heat transfer coefficient in forced convection and subcooled flow boiling heat transfer: SA Majedi et al.
Karaeva et al. Jet mixing when heating oil and fuel oil in storage tanks

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15904811

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15904811

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1