Совершенствование барботажных колонных реакторов в производстве нефтяных битумов

• Автор: Абишев, Артем Альбертович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 184 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ И ГИДРОДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ОКИСЛЕНИЯ НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Описание, классификация, анализ аппаратов для окисления нефтяных остатков
1.1.1. Аппараты периодического действия
1.1.2. Трубчатые реакторы непрерывного действия
1.1.3. Барботажные аппараты колонного типа
1.1.3.1. Колонны с модифицированными узлами ввода воздуха и сырья
1.1.3.2. Способы поперечного секционирования окислительных колонн
1.1.3.3. Газлифтные барботажные колонны
1.1.3.4. Реакторы с механическим диспергированием газа
1.2. Описание и анализ схем работы барботажных колонных реакторов производства битумов
1.3. Влияние параметров процесса окисления на эффективность работы барботажных колонн
1.4. Структура барботажного слоя в полых барботажных колоннах
1.4.1. Режимы барботажа
1.4.2. Газосодержание барботажного слоя
1.4.3. Характеристики пузырьков газа
1.4.4. Площадь поверхности контакта фаз
1.4.5. Перемешивание жидкости
1.4.6. Структура потоков газовой фазы
1.4.7. Особенности структуры газо-жидкостного слоя в барботажных реакторах производства
битумов
1.5. Выводы и постановка задач исследования
1.5.1. Анализ эффективности современных реакторов производства окисленных битумов..
1.5.2. Сопоставление современных представлений о структуре газо-жидкостного слоя в реакторах для производства битумов и в барботажных колоннах других процессов
1.5.3. Основные задачи исследования
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ БАРБОТАЖА И СТРУКТУРЫ БАРБОТАЖНОГО СЛОЯ В СИСТЕМАХ «НЕФТЕПРОДУКТ-ВОЗДУХ»
2.1. Описание экспериментальной установки
2.2. Методика идентификации изменения режима барботажа
2.3. Исследование структуры барботажного слоя методом динамического вывода газа
2.4. Разработка математической модели обработки данных с учетом мультимодального распределения пузырьков по размерам
2.5. Результаты исследования режима барботажа в системах «нефтепродукт-воздух»
2.6. Характеристики барботажного слоя в системах нефтепродукт-воздух
Выводы
ГЛАВА 3. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА В БАРБОТАЖНЫХ КОЛОННЫХ РЕАКТОРАХ ПРОИЗВОДСТВА НЕФТЯНЫХ БИТУМОВ
3.1. Теореппіеские предпосылки интенсификации взаимодействия жидкости и газа в барботажных колонных реакторах
3.2. Вопросы гидродинамики секционированных барботажных колонн
3.3. Исследование работы барботажных реакторов, с секционирующими перегородками, работающими в «затопленном» режиме
3.3.1. Описание экспериментальной установки
3.3.2. Методики экспериментальных исследований и обработки результатов
3.3.3. Результаты изучения структуры барботажного слоя в секционированном барботажном реакторе
3.3.4. Локальные характеристики газо-жидкостного слоя
3.4. Характер изменения удельной ПКФ под секционирующей перегородкой
3.5. Закономерности формирования слоя газа под секционирующей перегородкой
Выводы
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПОТОКОВ ЖИДКОСТИ В СЕКЦИОНИРОВАННЫХ БАРБОТАЖНЫХ КОЛОННЫХ РЕАКТОРАХ
4.1. Продольное перемешивание жидкости в секционированных барботажных колонных реакторах
4.2. Структурная схема работы секционированного барботажного реактора производства битумов
4.3. Моделирование структуры потоков жидкости в секционированном барботажном реакторе производства нефтяных битумов
4.4. Экспериментальное исследование структуры потоков жидкости в секционированной барботажной колонне
4.4.1. Описание экспериментальной установки
4.4.2. Методика экспериментального исследования и обработки результатов
4.4.3. Результаты экспериментального исследования и оптимизация структуры потоков жидкости в секционированном барботажном реакторе

Выводы
ГЛАВА 5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ БАРБОТАЖНЫХ РЕАКТОРОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ НЕФТЯНЫХ БИТУМОВ
5.1. Конструктивные особенности секционированных барботажных реакторов
5.2. Модернизация окислительных колонн в производстве дорожных битумов в ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсиитез»
5.3. Модернизация окислительных колонн в производстве строительных битумов в ООО
«ЛУКОШТ-Пермнефтеоргсинтез»
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1. Результирующие кривые вывода газа из барботажного слоя
Приложение 2. Гистограммы распределений пузырьков по размерам
Приложение 3. Радиальные профили локальных характеристик барботажного слоя
Приложение 4. Патент на полезную модель
Приложение 5. Справка об использовании результатов диссертационной работы в ООО
«ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»
Приложение 6. Справка об использовании результатов диссертационной работы в ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

зависимости для определения локального газоеодержания как функции расстояния от оси колонны [161-165]. Наиболее часто используемая из них [166, 167] имеет вид:
стенки аппарата, м3/м3; п - показатель степени, определяемый экспериментально.
Локальное и осредненное газосодержанне, а также их градиенты, зависят от приведенной скорости газа, диаметра аппарата, физических свойств сред и рабочих условий
Отмечено, что в наибольшей степени на газосодержанне влияет приведенная скорость газа [169]. С её увеличением газосодержанне возрастает. Этот эффект был обнаружен при изучении свойств множества различных газожидкостных систем [169-171]. Для ламинарного барботажа зависимость носит прямолинейный характер [158, 172]. В случае турбулентного режима этот рост не столь сильный, о чем свидетельствуют исследования Хайндман [130] и Элленбергера [173].
Воздействие приведенной скорости жидкости на газосодержанне в проточных барботажных колоннах обычно не учитывают, так как её значение мало по сравнению с таковым для газа или с локальной скоростью циркуляции жидкости [171, 174]. Однако авторы отмечают, что влияние присутствует, поскольку движение жидкости в одном направлении с газом увеличивает скорость движения пузырьков относительно стенок аппарата, а в противоположном - уменьшает. Ввиду этого предлагается вводить соответствующие поправки по сравнению с непроточными колоннами [171, 175].
Свойства жидкой фазы также влияют на газосодержанне барботажного слоя. Увеличение вязкости приводит к формированию пузырьков большего размера, за счет чего возрастает скорость их всплытия и количество удерживаемого в барботажном слое газа уменьшается [176, 177]. Также сообщается, что добавка даже небольших количеств поверхностно-активных веществ вызывает значительный рост газоеодержания. К такому же эффекту приводит присутствие электролитов или разного рода примесей [178, 179].
Меньшее воздействие оказывают геометрические размеры и технологические режимы работы аппарата. Известно, например, что газосодержанне незначительно возрастает при увеличении давления, а рост или снижение температуры влияет на газосодержанне опосредовано - за счет изменения свойств жидкости [171, 180, 181]. Размеры барботажной колонны при диаметре более 15 см и отношении высоты к диаметру более 5 на газосодержанне
(1.4)
где 4 ~ локальное газосодержанне на оси аппарата, м3/м3; 4 - локальное газосодержанне у
[168].