Способ проведения подземных химических реакций и установка для его осуществления
союз соаетсних
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
3(51) В 01 У 19/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ПАТЕНТУ
ГОСУДАРСТЕЕННЫИ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2843820/23-26 (,РСТ/05 79/0016 8) (22) 16.11.79 (16.03.79)
{31) 887506 (32) 17.03.78 (3 3) С))А (46) 23.04.84. Бюл. Р 15 (75 ) Джей Ли н и ндже р Мак гру (СНА) (53) 66. 023 (088. 8 ) (56) 1. Патент CEJA )) 3606999, кл. 23-1, 1971. (54! СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ
ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ И УСТАНОВКА ДЛЯ
ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ проведения подземных химических реакций путем подачи реагентов, па крайней мере один из которых является жидкостью, в вер.тикальную скважину, пробуренную в земле, по нисходящему каналу, создания гидростатического давления эа счет столба жидкости в скважине, контактирования реагентов в реакционной зоне, расположенной в нижней части скважины, с образованием продуктов реакции, нагрева реакционной смеси, вывода нагретых реагентов и продуктов реакции на поверхность земли по восходящему каналу, осуществления теплообмена между. компонентами в нисходящем и восходящем каналах и регулирования температуры и давления реагентов в скважине, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса путем достижения максимальной скорости химической реакции и устранения кипения реагентов в скважине, регулирование температуры осуществляют путем нагрева и охлаждения жидкости непосредственно в скважине и в реакционной зоне, причем температуру реагентов в скважине и реак. ционной зоне поддерживают ниже тем пературы кипения жидкости, а давлю ние подцерживают выае давления ки пения жидкости.
„.,Я0„„1О88648 А
2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве одного из реагентов используют газ, который вводят в жидкость на поверхности земли в нисходящий канал в виде последовательного ряда удлинен. ных газовых пузырей, которые вместе с жидкостью подают в реакционную зону °
3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и— ч а ю шийся тем, что газообразный реагент вводят в жидкость ниже поверхности земли в виде параллельных и расположенных друг над другом по высоте скважины потоков с. увеличением давления газа по мере удаления от поверхности земли.
4. Способ по п.1, о т л и и и ю шийся тем, что давление жидкости в верхней части реакционной зоны поддерживают до 14 ати.
5. Способ по пп. 1 †4, о т л и ч а ю шийся тем, что осуществля- ют рециркуляцию жидкости, выходящей ,иэ восходящего канала, путем ее возврата в нисходящий канал, причем жидкость, поступающую иэ восходящего канала, перед рециркуляцией подвергают дегаэации и очистке от газообраэных продуктов реакции. QQ б, Способ по пп. 1 — 5, о т л и ч а ю щ и и сятем,,что в качестве жидкости используют сточные Д;
I воды, а в качестве газообразного реагента применяют воздух с кислоро-" дом.
7. Установка для проведения подземных химических реакций, включающая пробуренную в земле вертикаль ную скважину, реактор, расположенный в скважине устройство для подачи реагентов, соединенное трубопроводом с реактором, и устройство регулирования температуры, давления и расхода реагентов, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью интенсификации процесса путем создания
1088648
15
30 гидростатического столба жидкости и проведения химических реакций на глубине скважины при повышенных давлениях и температурах, она снабжена коаксиально установленными в скважине трубами, образующими нисходящий и восходящий каналы в реакционную зону, расположенную в нижней части скважины, соединенную с каналами и выполненную в виде 0 -образного гидравлического затвора.
8. Установка по и. 7, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что она снабжена опорной плитой, расположенной на поверхности земли, а трубы закреплены на опорной плите.
9. Установка по п. 7, о т л и ч аю щ а я с я тем, что трубы выполнены с уменьшающимся от поверхности земли диаметром.
10. Установка по п.7, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что устройст1
Изобретение относится к способу осуществления химических реакций, в частности к новому и улучшенному способу и устройству для проведения ускоренных химических реакций, особенно эффективному при осуществлении мокрого окисления сточных вод и подобных загрязненных потоков,при осветлейии воды, а также при утилизации энергии в виде тепла.
Известен ряд химических реакций, которые можно ускорить при температуре, значительно превышающей температуру окружающей среды над поверхностью и при давлении, существенно превышающем атмосферное давление. До сих пор бодьшая часть реакторов, предназначенных для проведения различных химических реакций при повышенных температурах и давлениях, обычно требовала установки жидкостных насосов высокого давления, теплообменников, работающих под высоким давлением и при высокой температуре, и сосудов под давлением с вращающимися уплотнениями, а также значительной земельной площаДИ е
Известны способ Зимпро, процесс
Барбер-Колеман и судовые установки
Нейви, используемые для прямого мокрого окисления сточных вод, причем все эти способы включают ввод отходов в реактор, работающий при высокой температуре и под высоким давлением, находящийся по существу на уровне земли. В реактор нагнетают воздух и обогревают его снаво для регулирования температуры выполнено в виде трубчатого теплообменника.
11. Установка по п.7, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что она снабжена устройством для создания удлиненных газовых пузырей, соединенным с нисходящим каналс м.
12. Установка по пп. 7 — 11, отличающаяся тем, что она снабжена патрубками для ввода газообразного реагента, соединенными с нисходящим каналом и расположенными друг над другом по высоте скважины.
13. Устаиовка по пп. 7 — 12, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что патрубки для ввода газообразного реагента установлены по оси нисходящего канала с выходным концом, помещенным в реакционной зоне.
2 ружи. Для смешения кислорода (реаген- . та ) с жидкостью и для удаления двуокиси углерода продукта реакции требуется непрерывное механическое перемешивание
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ проведения подземных химических реакций путем подачи реаген. тов, по крайней мере один из которых является жидким, в вертикальную скважину, пробуренную в земле, по нисходящему каналу, создания гидростатического давления эа счет столба жидкости в скважине, контактирования реагентов в реакционной зоне, расположенной в нижней части скважины, с образованием продуктов реакции, нагрева реакционной смеси, причем нагретые реагенты и продукты реакции выходят на поверхность земли по восходящему каналу, и теплообмена в нисходящем и восходящем каналах, а также регулирования температуры и давления реагентов в скважине.
Известна установка для осуществления укаэанного способа, включающая пробуренную в земле вертикальнуЮ скважину, расположенный в скважине реактор, устройство для подачи реагентов, соединенное трубопроводом с реактором, и устройство регулиро:вания температуры, давления и расхода реагентов (1 3.
В известной установке ввод воздуха осуществляют в основание реактора. Вводимые пузырьки имеют мини1088648 мальные размеры при большой общей площади поверхности. Такое барботи: рование повышает разность давлений и ограничивает скорость реакции изэа ограничения потока реагентов и продуктов через пограничный слой, 5 вследствие чего создается потребность в значительно большей мощнос-. ти нагнетания для пропускания жидкости через систему, нежели в системе с использованием пузырьков больших размеров. Избыточное тепло отбирается бт устройства посредством разбавления поступающих реагентов или эа счет выпуска пара. Разбавление подаваемых реагентов. снижает общую 15 производительность процесса обработки и повышает удельную стоимость обработки. В известной установке необходимы дополнительная опора для, канала для центрального потока и . рц множество поплавков для этой цели.
Кроме того, в ней предусмотрены ограничения для любых реакций окисления количеством присутствующего в материале кислорода.В поток отходов. вообще не подается дополнительный воздух или кислород. Такой способ, .обработки сточных вод не желателен, поскольку приводит к пиролиэу от- ходов и получению. в результате свободного углерода и других нежелательных продуктов. Согласно этому способу для осуществления реакции необходима непрерывная подача тепловой .энергии. Скорость ввода тепловой энергии регулирует поток и созда- З5 ет тепловой напор, обеспечивающий выход жидкости из реактора. Размещение паропровода в стоке приводит к потерям энергии, которая отбирается жидкостью, к повышенной потреб- 40 ности в энергии и повышению стоимости производственного процесса.
Целью изобретения является интенсификация процесса путем достижения максимальной скорости химической реакции и устранения кипения реагентов в скважине, а также интенсификация процесса путем создания гидростатйческого столба жидкости и проведения химических реакций на глубине скважины при повышенных давлениях и температурах.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу проведения подземных химических реакций путем подачи реагентов, по крайней
Мере-один из которых является жидким, в вертикальную скважину, пробуренную в земле, по нисходящему каналу, создания гидростатического давления эа счет столба жидкости в скважине, контактирования реагентов в реакционной зоне, расположенной в нижней части скважины, с образованием продуктов реакции, нагрева реакционной смеси, вывода нагретых ре- 65 агентов и продуктов реакции на по верхность земли по восходящему каналу, осуществления теплообмена между компонентами в нисходящем и восходящем каналах и регулирования температуры и давления реагентов в скважине, регулирование температуры осуществляют путем нагрева и охлаждения жидкости непосредственно в скважине и в реакционной зоне, причем температуру реагентов в скважине и реакционной зоне поддерживают ниже температуры кипения жидкости, а давление поддерживают выше «;авления кипения жидкссти.
При этом в качестве одного из реагентов используют газ, который вводят в жидкость на поверхности земли в нисходящий канал с образованием последовательного ряда удлиненных газовых пузырей Тейлора, которые вместе с жидкостью подают в реакционную зону..
Газообразный реагент вводят в жидкость ниже поверхности земли в виде параллельных и расположенных друг над другом по высоте скважины потоков с увеличением давления газа по мере удаления от поверхности земли.
Давление жидкости на поверхности земли поддерживается на уровне
14 ати.
Кроме того, осуществляют рециркуляцию жидкости, выходящей иэ восходящего канала, путем возврата ее в нисходящий канал, причем жидкость поступающую из восходящего канала, перед рециркуляцией подвергают дегаэации и очистке от газообразных продуктов реакции.
В качестве жидкости используют сточные воды, а в качестве газообразного реагента применяют воздух с кислородом.
Установка для осуществления указанного способа, включающая пробуренную в земле вертикальную скважину, реактор, расположенный в скважине, устройство .для подачи реагентов, соединенное трубопроводом с реактором, и устройство регулирования температуры, давления и расхода реагентов, снабжена коаксиально установленными в скважине трубами, образующими нисходящий и восходящий каналы и реакционную зону, расположенную в нижней части скважины, соединенную с каналами и выполненную в виде 0-образного гидравлического затвора.
При этом установка снабжена опорной плитой, расположенной на поверхности земли, а трубы закреплены на опорной плите.
Трубы выполнены с уменьшающимся от поверхности земли диаметром.
1088648
Устройство для регулирования температуры выполнено в виде трубчато- го теплообменника.
Установка снабжена устройством для создания удлиненных газовых пузырей Тейлора, соединенным с нисходящим каналом.
Кроме того, установка снабжена патрубками для ввода газообразногo реагента, соединенными с нисходящим каналом и расположенными друг над другом по высоте. скважины.
Патрубки для ввода газообразного реагента установлены по оси нисходящего канала с выходным концом, помещенным в реакционной зоне.
Устройство ввода газа выполнеио в виде расположенной по оси нисходящего канала трубы с выходным кон" цом помещенньм в реакционную зону, коаксиальные трубы образуют несколько последовательно соединенных между собой реакторов.
Поступающий жидкий поток прокачивается через проходящую книзу часть трубы от уровня поверхности земли при выбранных регулируемых температуре, давлении и расходе до выбранной глубины ниже поверхности земли для создания гидростатического столба, достаточного для обеспечения выбранных давления и температуры, при которых реагенты взаимодействуют между собой с повышенной скоростью, и затем проходит нисходящую часть трубы через зону реакции в течение выбранного времени пребывания, в ре — óëüòàòå чего в этой зоне выделяется тепло, образуются продукты реакции и жидкость нагревается. Иагретая жидкость и продукт реакции поступают в восходящую часть трубы, обмениваясь теплом с нисходящей жидкостью для осуществления охлаждения ее перед выходом иэ восходящей части трубы. Температура поступающей в реакционную зону жидкости. регулируется путем ввода или отвода тепла для поддержания максимальной скорости реакции и для предотвращения кипения жидкости в реакционной зоне. Процесс осуществляется таким образом, что тепло экэотермической реакции извлекается в виде полезной тепловой энергии.
Если в реакции используется газ, результаты улучшаются, если вводить поток газа под низким давлением в виде ряда удлиненных пузырьков (" пузырьки Тейлора" ), образующихся у верха реактора. В предпочтительном варианте газ вводят в виде множества потоков в нескольких отметках высо ты с целью уменьшения затрат на нагревание. Эти продолговатые пузырьки вызывают наименьший перепад давления в канале и тем самьм сводят к минимуму давление нагнетания для поддержания определенного расхода. Эти увеличенные пузырьки также обеспечивают интенсивное перемешивание и контактирование для увеличения потока реагентов и продуктов в жидкость и иэ нее, поскольку жидкость течет над пузырями и пограничный слой не образуется, тогда как для пузырьков меньшего размера имеет место образование пограничного слоя. Количество впрыскиваемого газа регулируется для обеспечения точных отношений к поступающей жидкости, поскольку недостаток газа приводит к образованию нежелательных продуктов, а избыток газа сбрасывается и уменьшает производитель,ность реактора. Скорости движения по тока поддерживают более высокими, чем скорость подъема пузырька с тем, чтобы каждый пузырек смог опуститься вниз в реакционную зону. Давление и производительность реактора peryлируются с целью поддержания соответствующих величин этих параметров в системе.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства при использовании газа в качестве единственного реагента; на фиг.2 — схема устройства, показывающая способ ввода гаэа под давлением в поток жидкости для образования увеличенных пуэырьков, проходящих вниз по наружному каналу и вверх по внутреннему каналу; на фиг.3 — схема, показывающая каналы и пузырьки, движение которых противоположно движению пузырьков
í-s фиг.2; на фиг.4 — схема реактора с обозначением различных глубин, на фиг.5 — верхняя часть реактора, сечение, на фиг.б — сечение А-А на фиг.5; на фиг.7 — промежуточная часть реактора, вертикальное сечение; на фиг.8 — нижняя часть реактора, вертикальное сечение; на фиг.9 — сечение Б-Б на фиг.7; на фиг.10 - сечение В-H на фиг.9; на фиг. 11 сечение Г-Г на фиг.7; на фиг.12 сечение Д-Д на фиг.7; на фиг.13 сечение E — Е на фиг.8„ на фиг.
14 — сечение Ж-Ж на фиг.8; на фиг.
15 — сечение 3 — 3 на фиг.8; на фиг.16 — поток жидкости между кожухом и линией тока, вертикальное сечение (по фиг. 13 1; на фиг.17 — сечение И-И на фиг. 8; на фиг.18 сечение К-К на фиг.17; на фиг.19 днище кожуха реактора, аксонометрическая проекция; на фиг.20 — боковой вид пузыр- ; на фиг.21то же, вид снизу; на фиг.22 — схема трех реакторов, соединенных последовательно и помещенных в один наружный корпус.
Реактор 1 установлен в скважине пробуренной в земле, и находится ниже уровня 3 поверхности земли.
1088648
Реактор 2 имеет наружную трубную часть 4 и внутреннюю трубную часть
5, концентрически расположенную по отношению к наружной трубной части 4, канал б между наружной и внутренней трубными частями и внут- 5 ренний канал 7 во всей внутренней трубной части 5. Наружная трубная часть 4 имеет заглушку. 8, закрывающую ее нижнюю часть, а внутренняя трубная часть 5 заканчивается на 10 выбранном расстоянии над заглушкой
8 для образования глубинной гидравлической конструкции U --образной гидравлической трубы в скважине 2.
Реактор 1 также иглеет верхнюю часть, выступающую над уровнем 3 земной поверхности"„ с отверстием 9,связанным с каналом б,через который течет поступающая жидкость, и отнерстие
10, связанное с внутренним каналом
7, через который отводится поток жидкости. Течение поступающего пото.ка жидкости в низ канала 6 и к верху внутреннего канала 7 обеспечивает большую производительность по входным потокам, которые обычно имеют большую вязкость, чем выходные потоки, однако направление течения потоков гложет быть реверсировано (фиг.3).
На уровне поверхности земли ус тановлен насос 11 низкого давления, предназначенный для откачивания питающей жидкости иэ питателя 12, по линии 13 с регулятором 14 давления при выбранном давлении через З5 отверстие 9, по линии 15 между насосом и отверстием 9 жидкость спускается по каналу б, как показано стрелками. Байпасный клапан 16, установленный в байпасной линии 17, 40 байпасирует насос 11 для отвода потока непосредственно из линии 13 в линию 15, так как после прохождения жидкости по U -образной трубе во многих случаях не требуется давле- 45 ния для поддержания постоянного потока через трубу. Обратный клапан
18 на выходной линии 19 регулирует расход и давление отходящего потока жидкости, проходящего через клапан 7, с помощью размера отверстия клапана. Питающая жидкость из питателя 12 отводится по линии 13, и ее поток регулируется регулятором
14. Насос 11 регулирует давление и расход в период пуска, а клапаны
16 и 18 регулируют давление и расход в период работы устройства.
Устройство (фиг.1! пригодно для осуществления прямого мокрого окисления загрязненных потоков и в ссо- 60 бенности для установки аэробной о6работки сточных вод,применимо для проведения ряда высокотемпературных химических реакций, протекающих под высоким давлением. 65
В схеме, где перерабатываются сточные воды, поток обходящей жидкости из линии 19 поступает в отстойник 20, откуда очищенная вода рециркулирует обратно в качестве чистого или очищенного разбавителя и питательную линию 13 через линию
21 с клапаном 22 для регулирования концентрации питающей жидкости.
Путем настройки клапанов 23 и 22 получают смесь питающей жидкости, имеющую выбранную величину СОД. Количество кислорода, необходимое для завершения реакции окисления, называют "химическим потреблением кислорода" (СОД ) сточной водой . Отстойник 20 иглеет линию 24 для отвода очищенной воды и линию 25 для отвода золы ..
Устройство для регулирования н аппарате предназначено для регулирования температуры поступающей жидкости в реакционной зоне 26. Это устройство для регулирования температуры включает охлаждающий насос
27, установленный на уронне земной поверхности, который прокачивает охлаждающую жидкость, хранящуюся в соответствующей емкости 28 на уровне земли, через подогреватель 29 (на уровне поверхности земли ) в нижнюю часть рубашки 30 через трубу 31 с регулятором и отводится из рубашки по трубе 32 с регуляторогл.
Подогреватель 29 может иметь разные формы, но как показано схематически, он представляет собой электронагреватель, в который подают электрическую мощность от силового источника 33 с регулируемым реостатом 34 для регулирования напряжения, подводимого к нагревательному элементу 35 для изменения установленной температуры нагрева и тем самым температуры охлаждающей жидкости, протекающей по трубе 31. Рубашка 30 представляет собой полую кольцевую цилиндрическую конструкцию, которая практически имеет одну длину с реакционной зоной 26. и, кроме того, обменивается теплом с каналом б. труба 32 присоединена к верхней части рубашки реакционной эоны, выходит на уровень поверхности земли и подводится к емкости 28 в виде возвратной линии 36 с регулятором для подвода тепла к потоку в трубах
31 и 32. Цепь для отвода тепла включает линию 37 с регулятором, присоединенную к трубе 32, нисходящей к верху рубашки 30, и трубу 38 с регулятором над поверхностью земли, присоединенную к теплообменнику 39, который в свою очередь присоединен к емкости 28 с созданием замкнутой цепи с регулируемой температурой жидкости. Регулятор в трубе 38 регулирует расход потока в этой цепи.
9 f088648 10
С помощью регулирования температуры охлаждающей жидкости в рубашке 30 и трубах 31 и 32 регулируется температура поступающей жидкости в реакционной зоне 26. Это достигается путем добавления или отвода теп- 5 ла от охлаждающей жидкости, регулируемого таким образом, чтобы достичь практически максимальной скорости реагирования. Регулировка осуществляется по давлению пара по- g ступающей жидкости при локальной температуре, поддерживаемой всегда ниже локального давления для предотвращения кипения поступающей жидкости. Температуру поступающей жидкости поднимают эа счет добавления тепла, вырабатываемого нагревателем
29, нагревающего охлаждающую жидкость, проходящую по трубе 31 в рубашку 30 с помощью насоса 27. Расход охлаждающей жидкости регулируют установкой регулятора в трубе 31.
Верхний предел температуры поступающей жидкости в реакционной зоне регулируют с помощью количества тепла, отводимого иэ теплообменника 39, и расхода, регулируемого установкой клапана в трубе 38. Количество отводимого тепла прямо связано с установкой клапана в трубе
38. К теплообменнику 39 присоедине- ЗО на турбина 40 при помощи линии .41 с регулятором для утилизации энергии, и в частности полученного в результате реакции тег|ла, с превращением тепловой энергии в механическую. 35
В другом варианте к теплообменнику присоединяется нагрузка 42 через линию с регулятором, которая может представлять собой обогреваемую комн ату. 40
Датчик давления для измерения давления у верхней границы или в начале реакционной эоны 26 включает трубку 43 малого диаметра, например трубку из нержавеющей стали, прохо- 45 дящую.книзу через внутреннюю трубную часть линии 15 к верхней границе реакционной зоны 26. У поверхности земли установлен сосуд 44, обеспечивающий подачу воздуха под выбранным давлением вниз через трубку 43 с помощью нагнетательного клапана 45. Между сосудом 44 и трубкой 43 установлены воздушный манометр и регулятор 47 давления, Для эа мера давления из трубки 43 вымывают воду и нагнетательный клапан 45 закрывают. Показание манометра 48 представляет собой давление внутри реактора у верхней границы или верха реакционной зоны, которая пред- 60 ставляет собой важную часть температуры и давления в реакторе.
В химических реакциях, где в качестве реагента применяется газ, и в особенности при осуществлении 65 мокрого окисления сточных вод, при котором требуется наличие в воздухе кислорода, работа установок и результаты сушественно улучшаются при использовании. Увеличенных газовых пузырей Тейлора 49. Эти пузыри имеют сферическую верхнюю часть 50, цилиндрическую часть 51 и усеченную нижнюю часть 52. Поперечное сечение пузыря представляет собой круг. Ос-. новная часть пузыря расходится от верха книзу по кривой линии. Эти пузыри часто называют "пузырями Тейлора". Пузыри Тейлора сжимаются по мере течения по наружному каналу, и после достижения реакционной эоны доставленный кислород вступает в реакцию, которая вызывает интенсивное перемешивание, контактирование и быстрое окисление сточных вод, а маленькие пузырьки возвращаются через внутренний канал.
Принципиальные преимущества использования этих пузырьков по сравнению с массой очень мелких пузырьков состоят в том, что падение давления на единицу длины трубы для пузыря Тейлора значительно меньше, благодаря чему снижается напор для прокачивания жидкости и пузырей вглубь земли, и кроме того, при этом достигается большая скорость массопередачи между газом и жидкой фазой в реакционной зоне 26. Это приводит к улучшению перемешивания в системе газ - жидкость с большим растворением газа в жидкости и к большому извлечению из жидкости продуктов реакции.
Устройство для получения увеличенных пузырей представляет собой воздушный компрессор 53, установленный на поверхности земли, который через одну или ряд линий нагнетает один или несколько потоков воздуха при определенном давлении в верхнюю часть наружного канала для. соединения с поступающей жидкостью из питательной линии 15. ОбразуеТся ряд или цепочка увеличенных пузырей Тейлора 49, которые перемещаются вниз с поступающей жидкостью.
C этой целью используются кла- пан 54, установленный на линии 55, 1 входящей в линию 15 у поверхности земли, и клапан 56 в линии 57, погруженной на определенную глубину ниже уровня поверхности земли, а также клапан 58 в линии 59, проходящей еще глубже от поверхности земли. Концевые части каждой из лини 59, 57 и 55 проходят в продольном направлении внутрь нисходящего канала, и выход иэ этих линий открыт в направлении движения потока в нисходящем канале, так что поток воздуха с выбранным давлением и расходом вводится в поступающий поток
1088648
Ч =0,46 Йсг
60 жидкости. Путем соответствующего подбора давления, температуры и расхода по отношению к расходу и давлению поступающей жидкости пузырьки срастаются в цепь пузырей
Тейлора 49, отстоящих друг от друга и находящихся в канале б.
Эти увеличенные пузыри Тейлора поднимаются с одинаковой скоростью. по отношению к воде. Их относительная скорость по отношению к воде выражается уравнением где 9c=32,2 фут/с; внутренний радиус трубы, футы.
В устройстве скорость поступающего потока загрязненной жидкости следует поддерживать выше скорости подъема пузырей с тем, чтобы каждый пузырь достигал реакционной эоны
26. Поступающая жидкость течет над пузырем и повышает массопередачу между жидкой и газовой фазами на реакционной зоне. Поскольку реакция окисления в целом имеет первый порядок, то скорость реакции прямо пропорциональна количеству продуктов и реагентов в жидкости. Пузыри Тейлора обеспечивают меньшую потерю давления внутри канала по сравнению с массой более мелких пузырей, бла.годаря чему снижается количество энергии, потребной для проталкивания материала при определенной скорости через U-образную трубу. Более мелкие пузыри создают большие потери давления в гидравлической колонне. Кроме того, мелкие пузыри имеют пограничный слой воды, который замедляет массопередачу между двумя фазами. Таким образом пузыри Тейлора доводят до максимального значе,ния скорости реакции, сводя к мини муму мощность, требуемую для прока чивания жидкости через систему трубопроводов.
Для сведения к минимуму потребляемой компрессором 53 мощности воздух вводят у верха канала б в нескольких отметках (фиг.1 и 2 1.
На самой высокой отметке вводят при наименьшем давлении в количестве, равном одному объему воздуха на объем жидкости. По мере опускания жидкости давление возрастает и воздух компремируется. Дополнительный воз дух вводят на самой нижней отметке и соответственно при более высоких давлениях, но в количестве, также равном одному объему воздуха на объем жидкости. Такое последовательное введение воздуха на постепенно увеличивающиеся глубины сводит к минимуму требования к мощности компрессора и обеспечивает систему кислоро10
55 дом, необходимым для окисления реагентов в жидкости.
Давление в любой точке реактора зависит от массы жидкости над этой точкой. При использовании одной воды градиент давления будет составлять примерно 0,43 pG на фут глубины 10,1 отм/м. Однако в канале б содержится существенный объем газа, который сжимается и нагревается по мере перемещения книзу.
В целом, благодаря введению воздуха на разных отметках ниже уров- ня пОверхности земли, требуется меньшее давление нагнетания, и при работе установки нисходящий поток поступающего жидкого материала перемещаетоя без необходимости в установке насоса для жидкости. Такая форма пузырей Тейлора свОдит к минимуму требования к мощности компрессора, создает .наименьший перепад давления и увеличивает поток реагентов и продуктов в жидкость и из жидкости, так как жидкость течет над пузырем, и,отсутствует пограничный слой., имеющийся у пузырей более мелкого размера.
Реактор, показанный на фиг.5 — 10, расположен внутри скважины, облицованной изнутри обсадной трубой, которая состоит из трубы 60 и трубы 61 с наружной цементной заливкой 62, которая расположена в трубах 61 и
60 и имеет цементную пробку 63, эакрываксцую и уплотняющую днище обсадной трубы. Верхний конец обсадной трубы прикреплен, например сваркой, к круглой плите 64, установленной заподлицо с поверхностью 3 земли.
Обычно наружная 4 и внутренняя
5 трубные части независимо подвешены относительно плиты 64 с тем, чтобы обеспечить их расширение и сжатие относительно обсадной трубы при изменениях температуры.
Верхний конец наружной трубной части 4 прикреплен, например сваркой, к круглой плите 65, покоящейся на плите 64, для укрепления наружной трубной части 4 в подвешенном со- стоянии относительно обсадной трубы. Через отверстие в плите между об садной трубой и,наружной трубной частью проходят две трубы 31 и 32 для подвода и отвода жидкости из рубашки 30.
Кроме того, над уровнем поверхности земли для расширения наружной трубной части 4 предусмотрена прямая втулка 66, одетая на наружную резьбу верхней части трубной части 4, прикрепленной к плите 65, покоящейся на плите 64, ниппель 67, тройник 68 и труба 69 с фланцем 70, прикрепленным, например сваркой, к верхнему концу и с нижним концом, ввинченным в тройник 68. Па фланце
>О88648
»
> с
70 установле:1 флаке;(r(> etge то:- !»Й Ф !2 -" (7 2, в хогг»!)013 ввинчен нип:. Гь 73 с:(рикpet ленно - . н»=«с!(/ В I)/ (( H?!5. линии 19, через ? Д?1 Т I>OTОК > т. г )Г(A!tÄ e! »Иf (1< О ТИ 1<ро 1»е того „ ie>,д / (Йла::";а(, t 70 и 71 Установле!! = пРО: » фла .;-ца>»1?! / j ?с > / . ij;)Oi(/>а 1<а 76 ВМе -те с крег(я(.(им (=;()ri -:0;,; 7 дл/.. удержа«!> :.,-",.л 7«i!",; —.-.: ",,,=.;; y(;J-, > тнен— «?Ы> "i с,,> НС! tr r 1 ie ",, -; ..:; (Л51 I3of!(j t(epC3 цЕН -11 (, -iit!rt, 7,>,.1 .Нуто?((!. » бг 1cJ!; lc .—, н 5 ll, :7; > труб>ка 43 Д â€” B 1,»-1=!а ЭТСЯ -с ад»/СС>В.-:.:- : 13 (..I 3-111,»Л >с с. ОЕДИНЕН!5t С фпс-. 1Ц-;-.,":, 1". Пс!5! От Р; >>(а с;с-,",;->к((.,". ж?(Ц><ос it! 0;емкой ioB .)Х(1 )cт;1 !Ерe3 1(питу 65 прог<ус! Отрены д- e труб -.: 31 и 32 > ;у К р Е сл e H И Ы - :-."7 H .. i: <; () и 1 с О (3 е 1- » C H () C— ти труб (Ой се(<1(135! (»ли!!, j >t 1 0 ) . «;ах;-ет ряд (.-.Ск(;ий > и:;каза п(ых н Bi де с жесткой г(i, б: 78 с:,1 1с -с (t! — Cno-..— Hiii?B I! QB ср(<и(, 1 l I! .. ж .: Рс> !(!)с i: >! теl! r7Q Be I7y;»i it icr3»,. (r, . » .. --(>! .1, р»((Тр3 бНОЙ аСTH 4 Ь О (с:РОМ Ндп )23»>;C— нии « имеет отв(;.;От?(:. 83 ко -oooe B свою о-:=- рель несст угpyeyê вт /л1< уy 84 . Жестi r(VM ОбоаЭО(» 3 i а»-,c -, 11Я „;.;; сс т ai(C>-,— аль НО lePB " Г»сс1(1 7?r CЯ 1!P H И 3K(eHF! Ни» Х температур(=. Втулка 80 . а нижнем конце с!<Олт>"!! т (70 трубе 78 и верх— кий коHPI втулки 80 удер>киваетс>3 крон(в>те:::";: м 81. 1 ибкая труба 85 МО)KeT -.: Ь .:31 О!CB iel с1 ".3 СИЛЬфоно подог- . ко.-о i рубо-.ров ода, покрытогo плетень" " .Te!IJ сотой ким покрытием. Наружная трубная часть 4 (фиг.7 4 и 8 (, проход l ",,27 от пс-3ерхности земли в скважину. состоит и-. лнoжeства соедине(:ных в-тык с..к(н=й 86> сты †. ки которых осу?((ествлскы с по (о;1(ью втулок 8 7,:3ти Рту>1ки ч.".;et)T наре- Ы занную часть на каждом кон e и представляют со"-.о!, станда()тнс>с труб>ные вTyлки дт! 5? : к >а>Kvi (1 . 7р ./ .i Ii! !е се!<ции,, образую(((ие и, ;pó>KHó.о тр,.г) tiy.»7 .(асть 4 ?1Е Д ре.ñ»Ê(.iktnri «!O;! 30?!Ой, (ЭГС "ОРЛЕi! i» ТЕМНО- )Е(Or O i- . Г /Н =: С СбЛН— ! , >В <()(3 V»i.3 i! (. Kce Be!i itt(i i > тиб!Л HI с? 8 8 (иl-. 1 и 12 / llрохОцят из peat<1!иoн;-(:гя! эce«j в!1-:оть ÄIc) IJ;убины ниже г o—B -рх«>c!! земли и и >ерео на 152 м. Tакая ко?!Ст(укция препятствует кор., 7 » HH (0fIo(! «!ы)л >Ке Об7ра «Ом B H )/тр(-=н НЯЯ тгру бная час .(° 3 H 31 Отовлена H 3 м?i0— жества трубньх секцHй 89, соседн? =- . Янь кorорыi: соединены сваркой, )(1 Ис" Е л;: >c "»Oft 1 р»с (7(3017 i 7C 1 H 4 1 (>«!г. l 5, предс. авл лет собой Эаг/!ушк.у 8 в фОрме ioJi у c/l)ep"-- д(л Я I! pе e-(От ВРа!Ц(3-H?51 ";,"-,áHBÊÈ ПУТЕМ Ра ЗМЬВc!, КО1 сс>«»" (! а«lpаЬЛЯЕТ По I 0,< К РЕр)C у Ч Ер e .! г >; у t), .-«(Ю> р>/бнуЮ;1 .-1<.ггЬ- c!»».»»-,»с .->т с. т()твия lleре(?ад» дав/10HH«! Дoliе - ЕК C. "Е - К?1 13 НуT))ЕI (.:(Е ГC) Кс! >Ь7 а It )Иi 10 »3 . (Я ТОН КОС Tet!He;-, т(", Г,,1; .l(- . тОимОсть и у/J. i шаст тc: 1000" . .Е МЕ>K!!У ГОРЯЧ и!Л ПОТОКОМ О >/ХОДЯ» «.! i! „i C pаа, HpоВciiiViя >«»!J»KО(TИ ТИ, 1(ОТОрая Нс- ХОД !Т(. . " Beð><а ИJ.И Б:1ач а /l (= p(акцион ной 3011!»» 2 6 . !8 3 Э,", .с: I >. yб> IС 1»:2К H аР у>зка 5 Т с:1< И В!! vт1)(11нЯЯ тpyб ные -(асTИ ?1;/с!ю т /K.e:t? Р!Е!3«»ЫЕ РаЗМЕРЫ Д>(Я Î >(iCÏÅC!elr?Iß Г(ра <" сс (ЕСКИ с!ОС ТОЯННОГО )"(с1ССОВОГО Pcl Х Да. Г, (> 1, (. Pr- "! Еi! е Н?(Я >Ки ? «(t3 ii)г= Э / Iiiта Ie BTОГО Обь(jr:»Oe О":tëî i l1 C! H H O .Г а 3 а (< ЖИДКОСТИ y i" 1С и Ь:> а Е Т С и C С Т?» У !C;;i! М у((СНЫ)Е НИ ЕМ С КО;)ОС: >KилкОсти. Дл)! г оддержания скорости ж:3 "! Реличи;e B p<7f-IOHe pea! «1I!e»/РЕТ!И IИВаЕТ BBIÕOÄ ПРОДУКЦИИ «12i КаПИ<гаЛОс3ЛОжЕ ННЯ а T c 1<)Ke ПОДДЕРжи »)аст по к.-.)ай Ней мере ту скорость, которая требуется для нроталкивакия 1(уэырей газа вниз На некотором расстоякии над реакцнон;(ой зоной (фиг. 1 1 внутренняя т,-убная секция 90 имеет втулку 91, B :которую >,ставлена внутренкяя .!руб..!ci5t сеl," 92 меньюегo диаметра. Нс!>)>ужная p бная секция 93 (фиг." 2)» киже втулки 91 и кад реакцио ; Hî-! зоной имеет втулку или муфту 94, которая в свою очередь имеет внутрекОтверстие, Р, 1 88 наc(B Tyлкой 94, о -ор; г)! !37iоход?!т BIiBtoTb дО 1 52 M ниже >;Ог =-рхнссти 3eiл»И, РЕДУКЦHOH«tB!C- МУфт ; И 3! OòàВГ(НПа1088648 предотвращения кипения при максимальной скорости реакции. На фиг. 22 показано предлагаемое устройство, в котором три подземных реактора 106 — 108 установлены в одной наружной обсадной трубе 109 для большей производительност.л в одном aертикальном стволе меньшей глубины, чем это требовалось бы для одного длиннного реактора. Обсадная труба также имеет цементную 1 облицовку внутри сКВВ.sèíû и цемен-.-.— ную уплотняющую пробку 110 у днища. Пространство между реакторами и обс одной трубой заполнено изоляцией 111, 1 Каждый реак rop имеет наружную трубную часть и внутреннюю трубную часть, к которым присоединены устройства для ввода и вывода над поверхностью земли, В предлагаемом устройстве имеются емкость 112 для 2 реактора 106, емкость 113 для реактора 107 и емкость 114 для реактора 108. К каждому реактору подсоединен насос 115 для жидкости и воздушный компрес"ор 116. Поступающая жидкость, показанная линией 117, под давлением закачивается в емкость 112, откуда направляется в реактор 106 в противотоке с отходящей иэ реактора 106 жидкостью, поступающей в емкость 113. Поступающая жидкость :-.э емкости 113 и таз подаются í реактор 107, а отходящая из реактора 107 жидкоcтI; Hагн тастся в емкость 114. И наконец, вытекающая жидкость 3 и газ под давлением откачиваются иэ емкости 114 в реактор L08, а от -одящая из реактора 108 жидкость наIYpBI>JIBBòc>I B точку использования по линии ". 8. Такое устройство иэ трех последовательно соединенных реакторов повышает .редукцию СОД (сниж=eò х>лм>.-ческую потребность в кислороде) по сравнению с одним реактором, благодаря тому. что полученный в результате реакции СО может удаляться через емкости 112 и 113. Б целом предлагаемые, способ и усrpoAcTBo представляют собой описание хи>лического реагирования при высокой температуре и высоком давлении, включающего мокрое окисление сточных вод и других загрязненных жидкостеи, требующее лишь аппаратуры, работающей под низким давлением, Исходные капиталовложения, как и > эксплуатационные расходы значительно меньше, чем для других известных способов и ус-ройств, обеспечиваю их так;-;е же конечные результаты, Кроме того, предлагаемые способ и устройство требуют мини>лальной квалификации и обеспечивают получение энергии в виде пара высокого ка-IIcòâà. Изобретение обеспечивает по существу 100Ъ-ную деструкцию всех живых организмов и примерно 98,% — ное снижение СОД, не сопровождается запахом и дает легко обезвоживаемый зольный продукт. Весь контроль осуществляется на поверхности земли, затрачивается минимум энергии на прокачивание относительно больших количеств жидкости и обеспечивается непрерывная производительность по нисходящему и восходящему потокам жидкости. Предлагаемые способ и, устройство пригодны .для осуществления химических реакций при высокой температуре и под высоким давлением, например, при крекинги нефтя.ых продуктов и для осущеcríëeíèÿ гидрирования при высокой температуре и под высоким давлением, на.-ример при получении аммиака, для чего нет необходимости B увеличенных пузырях. 1088648 108В648 1088648 Е 87 100 1088648 И Фиг. 72 Фиг. 1Л 1088648 Составитель Тарасов Редактор А.Шишкина Техред И.Метелева . Коррек р екто И.Эрдейи Заказ 2695/54 Тираж 53,3 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
