Способ проведения подземных химических реакций и установка для его осуществления - SU1088648A3

1

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 осветлении воды, а также при утилизации энергии в виде тепла.

Известен ряд химических реакций , которые можно ускорить при температуре, значительно прёвьшающей температуру окружающеЯ среды над поверхностью и при давлении, существенно превышающем атмосферное давление. До сих пор большая часть реакто юв, 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 .

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 снаружи . Для смешения кислорода (реагента ) с жидкостью и для удалениядвуокиси 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 за 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 продук0 ты реакции выходят на поверхность земли по восходящему каналу, и теплообмена в нисходящем и восходящем каналах, а также регулирования температуры и давления реагентов в

5 скважине.

Известна установка для осуществления указанного способа, включающая пробуренную в земле вертикальную скважину, расположенный в скважине

0 реактор, устройство для подачи реагентов , соединенное трубопроводом с реактором, и устройство регулиро/вания температуры, давления и расхода реагентов 13.

5 в известной установке ввод воздуха осуществляют в основание реактора . Вводимые пузырьки имеют минимальные размеры при большой общей площади поверхности. Такое барботирование повышает разность давлений и ограничивает скорость реакции изза ограничения потока реагентов и продуктов через пограничный слой, вследствие чего создается потребность в значительнобольшей мощноети нагнетания для пропускания жидко ти через систему, нежели в системе с использованием пузырьков больших размеров. Избыточное тепло отбирается dT устройства посредством разбавления поступающих реагентов или за счет выпуска пара. Разбавление подаваемых реагентов снижает общую производительность процесса обработ ки и повыщает удельную стоимость обработки. В известной установке не обходимы дополнительная опора для ,канала для центрального потока и 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 пиролизу отходов и получению, в результате свободного углерода и других нежелательных продуктов. Согласно этому способу для осуществления реакции необходима непрерывная подача тепло вой .энергии. Скорость ввода тепловой энергии регулирует поток и созд ет тепловой напор, обеспечивающий, выход жидкости из реактора. Размещение паропровода в стоке приводит к потерям энергии, которая отбирается жидкостью, к повышенной потреб ности в энергии и повышению стоимос ти производственного процесса. Целью изобретения является интенсификация процесса путем достиже ния максимальной скорости химической реакции и устранения кипения це агентов в скважине, а также интенси фикация процерса путем создания гид ростатического столба жидкости и пр ведения химических реакций на глуби не скважины при повышенных давления и температурах. иоставленная 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 ка нал у , создания гидростатического да ления за 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 агентов 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, 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 вьлие лав.пения кипения жидкости. При этом в качестве одного из реагентов используют газ, который вводят в жидкость на поверхности земли в нисходящий канал с образованием последовательного ряда УД.ПИненных газовых пузырей Тейлора, которые вместе с жидкостью подают в реакционную зону. . Газообразный реагент вводят в жидкость ниже поверхности земли в виде параллельных и расположенных дру над другом по высоте скважины jnoTOKOB 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 из восходящего канала, путем возврата ее в нисходящий канал, причем жидкость, поступающую из восходящего канала, перед рециркуляцией подвергают дегазации и очистке от газообразных продуктов реакции. В качествежидкости 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 установ 1енными в скважине трубами, образующими нисходящий и восходящий каналы и реакционную зону, расположенную в нижней части скважины,, соединенную с каналами и выполненную в виде и-образного гидравлического затвора. При этом установка снабжена опорной плитой, расположенной на поверхности земли, а трубы закреплены на опорной шште. Трубы выполнены с уменьшающимся от поверхности земли диаметром. .

Устройство для регулирования температуры выполнено в виде трубчатого теплообменника.

Установка снабжена устройством лля создания удлиненных газовых пузырей Тейлора, соединенным с нисходящим каналом.

Кроме того, установка снабжена патрубками для ввода газообразного 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, помещенньт в реакционной зоне.

Устройство ввода газа выполнено в виде расположенной по оси нисходящего канала трубы с выходным концом помещенным в реакционную зону, коаксиальные трубы образуют несколько последовательно соединенных между собой реакторов.

Поступающий жидкий поток прокачивается через проходящую книзу часть трубы от уровня поверхности зеипи при выбранных регулируемых температуре, давлении и расходе до выбранной глубины ниже поверхности з-емли для создания гидростатического столба, достаточного длд обеспечения выбранных давления и температуры , при которых реагенты взаимодействуют между собой с повьшенной скоростью, и затем проходит нисходящую часть трубы через зону реакци Б течение выбранного времени пребывания , в результате чего в этой зоне выделяется тепло, образуются продукты реакции и жидкость нагревается . Нагретая жидкость и продукт реакции поступают в восходящую част трубы, обмениваясь теплом с нисходящей жидкостью для осуществления охлаждения ее перед выходом из 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 экзотермической реакции извлекается в виде полезной тепловой энергии.

Если в реакции используется газ, результаты улучшаются, если вводить поток газа под низким давлением Б виде ряда удлиненных пузырьков (пузырьки Тейлора ), образующихся у верха реактора. В предпочтительно варианте газ вводят в виде множества потоков в нескольких отметках высогы с целью уменьшения затрат на нагревание. Эти продолговатые пузырьки -вызывают наименьший перепад давления в канале и тем самым 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 из нее, поскольку жидкость течет над пуз.ырями и пограничный слой не образуется, тогдакак 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 сбра сывается и уменьшает производитель ность реактора. Скорости движения птока поддерживают более высокими, чем скорость подъема пузырька с тем чтобы каждый пузырек смог опуститьс вниз в реакционную зону. Давление и производительность реактора регулируются 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 газа под давлением в поток жидкости для образования увеличенных пузырьков , проходящих вниз по наружному каисшу и вверх по внутреннему каналу; на фиг.З - схема, показывающая каналы и пузырьки, движение которых противоположно движению пузырьков на фиг.2; на фиг.4 - схема реактбра с обозначением различных глубин, на фиг.5 - верхняя часть реактора, сечение, на фиг.6 - сечение А-А йа фиг.З на фиг.7 - промежуточная час реактора, вертикальное сечение; на фиг.8 - нижняя часть реактора, вертикальное сечение; на фиг.9 - сечение на фиг.7; на фиг.10 - сечение В-В 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 Е - 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); 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 пузырька Тейлора; 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. Реактор 2 имеет наружную трубную часть 4 и внутреннюю трубную часть 5, концентрически расположенную по отношению к наружной трубной час ти 4, канал б между наружной И внутренней трубными частями и внутренний 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 выбранном расстоянии над заглушкой 6 для образования глубинной -гидравлической конструкции и-образной гидравлической трубы в скважине 2. Реактор 1 также имеет верхнюю Часть,выступающую над уровнем 3 зем ной поверхности, с отверстием 9,свя занным с каналом б,через который.те чет поступающая жидкость, и отверст 10, связанное с внутренним каналом 7, через который .отводится поток 1жидкости. Течение поступающего пото . ка жидкости в низ канала б и к верху внутреннего канала 7 обеспечивает большую производительность по входным потокам, которые обычно имеют большую вязкость, чем выходные потоки, однако направление течения потоков может быть реверсиров но (фиг.3). На уровне поверхности земли установлен насос 11 низкого давления предназначенный для откачивания питающей жидкости из питателя 12, по линии 13 с регулятором 14 давления при выбранном давлении через 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 байпасирует насос 11 для.отвода потока непосредственно из линии 13 в линию 15, так как после прохождения жидкости по и-образной трубе во многих случаях не требуется давления для поддержания постоянного потока через трубу. Обратный клапан 18 на выходной линии 19 регулирует расход и давление отходящего потока жидкости, проводящего через кла пан 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 расхо в период работы устройства. Устройство (фиг.1) пригодно для осуществления прямого мокрого окис ления загрязненных потоков и в особенности для установки аэробной обр ботки сточных вод,применимо для про дения ряда высокотемпературных химических реакций, протекающих под высоким давлением. 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 имеет линию 24 для отвода очищенной воды и линию 25 для отвода золы.. Устройство для регулирования в аппарате предназначено для регулирования температуры поступающей жидкости в реакционной зоне 26. Это устройство для регулирования температуры включает охлаждающий насос 27, установленный на уровне 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 регулятором. 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 реак- ционной зоной 26 и, кроме того, о.бменивается теплом с каналом 6. Труба 32 присоединена к верхней части рубашки реакционной зоны, 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, присоединеннурэ к теплообменн 1ку 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.

С помощью регулирования температуры охлаждающей жидкооти в рубашке 30 и трубах 31 и 32 регулируется температура поступающей жидкости в реакционной зоне 26. Это достигается путем добавления или отвода тепла от охлаждающей жидкости, регулируемого таким образом, чтобы достичь практически максимальной скорости реагирования, Регулировка осуидествляется по давлению пара поступающей жидкости при локальной температуре, поддерживаемой всегда ниже локального давления для предотвращения кипения поступающей жидкости , Температуру поступающей жидкости поднимают за счет добавления тепла, вырабатываемого нагревателем 29, нагревающего охлаждаквдую 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 количеств тепла, отводимого из теплообменника 39,, и расхода, регулируемого установкой клапана в трубе 38. Количество отводимого тепла прямо связано с установкой клапана в трубе 38. К теплообменнику 39 присоединена турбина 40 при помощи линии .41 с регулятором для утилизации энерги и в частности полученного в результате реакции тепла, с превращением тепловой энергии в механическую. В другом варианте к теплообменнику присоединяется нагрузка 42 через линию с регулятором, которая может представлять собой обогреваемую комнату .

Датчик давления для измерения даления у верхней границы или в начале реакционной зоны 26 включает труку 43 малого диаметра, например трубку из нержавеющей стали, проходящуюкнизу 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 змера 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 представляет собой важную часть температуры и давления в реакторе.

В химических реакциях, где в качестве реагента применяется газ, и в особенности при осуществлении

мокрого окисления сточных вод, при котором требуется наличие в воздухе кислорода, работа установок и результаты существенно улучшаются ПРИ использовании, увеличенных газовых пузырей Тейлора 49. Эти пузьяри 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 зоны доставленный кислород вступает в реакцию , которая вызывает интенсивное перемешивание, контактирование и быстрое окисление сточных вод, а мсшенькие.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 это достигается большая скорость массопередачи между газом и жидкой фазой в реакционной зоне 26. Это приводит к улучшению перемешивания в системе газ - жидкость с большим ратворением 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 npii определенном давлении в верхнюю 4aqTb 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.

С этой целью используются клапан 54, установленный на линии 55, 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 каждйй из лиии 59, 57 и 55 проходят в продольном направлении внутрь нисходящего канала, и выход из этих линий открыт в направлении движения потока в нисходящем канале, так что поток воздуха с выбранным давлением и расходом вводится в поступающий поток

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

,46l9cr ,

где ,2 фут/сj

t- - внутренний радиус трубы,

футы.

В устройстве скорость поступающего потока загрязненной жидкости следует поддерживать выше скорости подъема пузырей с тем, чтобы каждый пузырь достигал реакционной зоны 26. Поступающа я 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 пузЕлрей, бла . годаря чему снижается количество энергии, потребной для проталкивания материала при определенной скорости через и-образную трубу. Более мелкие пузыри создают большие потери давления в гидравлической колонне . Кроме того, мелкие пузыри имеют пограничный слой воды, которы замедляетмассопередачу между двумя фазами. Таким образом пузыри Тейлора доводят до максимального значе ,ния скорости реакции, сводя к мини1муму 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 21. 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 воздух 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 кислородом , 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 О,43pS на фут глубины 10,1 отм/м. Однако в канале 6 содержится существенный объем газа, который сжимается и нагревается по

мере перемещения книзу.

В целом,благодаря введению воздуха на разных отметках ниже уровня поверхности земли, требуется меньшее давление нагнетания, и при

работе установки нисходящий поток поступающего жидкого материала перемещается 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 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, закрыванхцую 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 состоянии относительно обсадной трубы . Через отверстие в плите между обсадной 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, покоящейс.я 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. Ка фланце 70 установлен фпанец 71, к- которо му Г1рик.реплена верхняя частЕ внутренней трубной части 5, например сваркой, такиГ; образом, что внутр няя трубная часть ) установлена в подве1иен;1ом сое гоянии от Ус;ггельг1 наружной тру5нof части 4, которая в свою очередь опираете на плиты 64 и 65 , а /1 установлен еще третий ф.паксц 72, Е которой ввинчен нитпО-Гь 73 с прикрегглеыно к нему вту-пкоП 74 дпм 1;1)исоединения линии 19, через которую прохо дит поток OTXcr.riiuo жидкости, Кро N56 того, между фланцами 70 и 71 установлена iipOKJ:aj.Kn 5, а между фланцами 71 и 72 - проюта.цка 76 вместе о крепящим болтом 77 для: удержания фланиек пмесгге yплoт eн и Heirpoin .::-;::: ;:,/гя воды, Через uetiTV) ф72 и внутри тру ной частя 5 и; .цпт трубка 43 да , Трубная частг, 5 во ч и к а д а в л с i: vi я . вьыаетсл над ; /ровкем земли сое диЕ еь1ИЯ с ilijraiiuGM 7, Для отрода охлаждаючей ж дкости от поверхности через плиту 65 предусмотрены две трубы 31 и 32 укрепленные на Hapiy:xHof; поверхности трубчой оекц5- и (Т)иг,9 и 10. Ка дая линия охл аждаюгцпй жидкости име ет ряд секций, liOKasaHiiux в внде жесткой ТрУб; ; ;й порядка 30 i 5 м и г -гб1; и.ни шланга 79 не показа;: 5 / д1;-;ь:л юрицка 0,7 :.;:- и.:H;ji между собо концы СОТОр;-Л: 30 „ йтжний . с помощью J..TV.i- :i;i жесткой трубн; 78 OTiipae C4 на опор ную Г;озерхность ; .; ;лг е IO к PC J ;jj т ей - на 31 , r;p.;-n--jCij:et мюго к наружной трубной ЧДСТР: -1 . Опорный Kpotr-TOiu; 82 скользит по верхне : кОНечпой части наружной трубной части 4 в ocetsoM направлении и имеет отаер-слие 83, которое в свою очередь песет упругую втулк 84.Жесткая труба 7В имеет осевое перемещение в упругой вгулке и таким образом эта линия может акснально переме-цатьск при изменениях температуры. Втулка 80 па нижнем конце скользит по трубе 78 и верхкий конец, ытулки 80 удерживается кронштейног 81. Гибкая труба 85 мо жет быть ,:3roTOB:iefia из сильфоноподобко:го трубопровода, покрытого плетеь1Ь1У теплостойким покрытием. Наружная трубна.к часть 4 (фкг.7 и 8), проходя:дал от погзерхности зе ли в скважину, состоит из множества соединенньтх зстык оек;,ий 36 , ст ки- которых осуществДены с помощью втулок 87. Эти втулки имеют нарезанную часть на каждог ; конце и пре ставляют собой стандартные трубные втулки для ск;зажин. Трубные секции образующие р)аружну о часть 4 над реакционной , изготовле 1{ь; из темно-серото чугуна с оСЛ 1доркой из нержаве;ои1,е1 о тмбинхс, 88 I, bjHi-.li и 12 проходят из реакдион- ной зоны вплоть до глубины ниже поверхности зегъчи примеряю на 152 г-/.. Такая конструкция препятствует коррозии . Подобным же образом внутренняя трубная часть 5 изготовлена из мкожестза трубных секций 89 , сооедги е которых соединены сваркой, Днил:;,е 1;аружной трубной части 4 .l5f представляет собой 3ai-j;yiu ку 8 в форме полусферы для предотвра1цени .У забивки p-:l3.iывa, ;-;огорый направляет поток кверху через г ь:утремню 0 трубную часть 5. БзидлУ отсутствия перепада давления попере с стенки внутреп;-1его :сан..ала ripHi.ieннетсп тонкостенная труба, что уме:-;. ц ает стоимость и улучшает тегНЮОбi- .e;i менаду горячим потоком о :;ходяыей HOCjie 1:;;еагирования жидкости и хо-л од i ой необработанной поступаю1;|,ей ж;ьч, к остью . 30 на наружной трубной чгсти начи;-1ается на выбранной глубине ниже уровня земьгой гоперхнос-ти , которая находится у верха или в начале реакционной зоны 26. На этой г.ггубйне как нару}:-;ь;ая так и внутре п-:яя трубные части имеют уменьшенные размеры обеспечения пр-акткчески постоянного MciccoBoiO расхс.а. По мере течения жидкости кпи-ЗУ и наружном канале газ с:}-:имаесл, и в результате этого обье1-1ное отноiiieHHe газа к жидкости уменьшается с. с о п у т о т р у ;с;;; и м ум е н ьш е п и ем скорое т,; i жидкости. Для поддержания скорбсти жидкости более; близкой к постояыной неличные в районе реакционной зоны р азмер наружной и внутренней трубных частей уменьшгшт. Это.уменьшеш-;е увеличивает выход продукции не капиталовложеьч-;я, а также поддерживает по крайней мере ту скорость, которая требуется для проталкивания г узЕз1рей газа вниз. На некотором расстоянии над реакгаюиной зоной (фиг. 11) впутре1 кяя тру5как секция 90 имеет втулку 91, в KOTOpyic ;-,О7;авлена внутренняя труб;-;аЯ се1,ч;,и: 92 мен Л1его Д11аметра. Нгаружная трубная секция 93 (фиг..12| ниже втулки 91 и над реакционной зоной имеет втулку или муфту 94, которая в свою очередь имеет внутреннее отверстие, в котором укрёгг.пена наружная трубная секция 95 меньшого диаметра, В предпочтительном варианте наружная трубная секция 93 изготовлена из темно-серого чугуна,, облицованного нержавеюиим тюбинго -; 88 над втулкой 94, который проходит вгшоть ддо 152 м ниже гюверхности замли . Редукционные муфты изготавливают из нержавеющей стали и обрабаты ют до гладкой рсонусной входной поверхности для предотвраще.ния забив ния , Большая нарулчная трубная секц 96 крепится по наружному кольцу втулки 94 на некотором расстоянии о секции 95, образуя рубашку 30, про ходящую к дкигду реактора. Тепло рео-кции собирается в рубаш ке 30 и отводится из нее, тепло мо жет подводиться в виде нагретой оялаждс:;юш.ей жидкости и/или пара для запуска реактора. У верхней гр ни рубашки 30 имеется фитинг 9/7, у тановленнЕЖ на трубной секции 96 . отводящий поток из трубы 32 внутрь верхней части рубашки. У нижнего ко ца наружной трубной секции 96, обр зующей рубашку, прикрепленное к ней сваркой или резьбовым соединением днище 98 имеет вертикальное отверстие 99. Фитинг (,фиг.17 - 19) прикреплен например сваркой, к днищу 98 и выступает снаружи одной стороны загл ки. Фитинг 100 имеет каркал, открытый в днище рубашки, и отверстие 101 у одного конца, присоединенное к трубе 31, Рубашка сзаглушкой и фиткнг-ом заканчивается на некотором расстоянии над G3, что обеспечивает им возвратио-поступателькое двийссние относительно проб ки 63 при расигирении и сжатии. регулирования температуры на ;- аружной труб1;ой ча.ст:11 размещены датчики температур в виде о/ермо пар 102 (фиг. 4) с иг-зтервалом пример но 76 м, которые присое/дипс гь; к ука зателю 103 температуры vja уроане поверхности. Наличие воды внутрн труб 60 и 61 вызывает большие потери тепла. Эта ,вода будет испаряться и достигать уровни холодильника, где она конден сируется и стекает вниз по внешней поверхности стенки реа.ктора. до тех пор, пока она не испарится вновь. Это дефлегмирование снижает общий энергетический КПД и возможность осуществления процесса. Для предотвращения этой проблемы внутренняя полость обсадной трубы может высушиваться путем прокализания или про дувки, или может изолироваться слоем изоляции 104 (фиг. 8, 17 и 18). Эффективной изоляцией для этой цели может служить покрытый пластиком фиберглассовый лист, 1инepaльнaя си ликатная шерсть или войлок из керамики , которые служат перегородой для предотвращения потерь тепла теплопроводностью и конвекцией . Устройство работает следующим об разом. Поступающая жидкость - поток сто ных вод, закачивается из питателя 1 по линиям 13 и 15 в канал 6. Поток воздуха под давлением нагнетают в наружный канал для образования цепи отстоящих друг от друга пузырей Тейлора 49, и обеспечиваемое насосом 11 давление достаточно для перемещения вниз как поступающей жидкое- ти , так и пузырей по каналу 6. По мере того, как материал опускается ниже поверхности земли, тамперо; уу,. и давление возрастают j; досткгакгг точки, при которой СА.и-леьле п:;;С,исходит с повышепиой скоростью, -.мазанной у линии 105, к про j.ei ;.;;. до peairropa 106 . Б реакционной зоне -о лод -.-.:;);е- нием и при повыи енной Tui/iUopaType быстро смешивают кислород с водс;Л. выбывая быстрое окнслепие гор;и :их твердых веществ и выра5а:..л:Еая тепло для нагрева жидкост::, . жидкость и продукты реакии;:; нааызаемые выходящей жидкостоК , затем поступают во внутренний канат; 7 и обглениваются теплом с ( кртизу потоком поступающей жидкости. После выхода из реактора льлтходящая жидкость проходит отстой,ник , а затем либо используется как разбавитель поступа г:-дей ЖТ-ЕДКОСти поддержания соо1Еетству;Сй1,с-й величины СОД, либо сбрЕсывается по линии 24 ,- Смесь или концентрация реагентов в зависимое; ;; от сод,ержан:мя жидкости (лодь: ) в поступающей жидкости регулируется установкой кг;апаноБ 58, и 54 друг оаносител.ььо друга. Следует отметить , что ;-;а ДГ;-1Й из регуляторов юстируется усзганаг-ли:чаегся на уровне поверхностга земли. При запуске к реси;дионнсй зеке обычно подводятся тепло для гюдогре-в6 поступающей жидкости путем прокацивзния охлаждеющей жидкости из 28 через нагревателе:- 29 по труба 31 через рубашку и обратно Еверх по трубе 32. После подъема темперагу ры примерно до 2 О 4 С у Б е рхи еи границы реакционной зоны и вкработ1-;н от протекаг-гия экзотермической реакции направление - потока охлаждающей жидкости is трубах 31 и 32 реверсируется (меняется на противоположное ), и OHfi прокачивается из рубашки -вверх по трубам 31 к 38 в теплообменник 39, из которого тепло может отводиться для нагрева нагрузнапример комнаты, или отво дится в виде тепла или PC боты, рабатываемой турбиной 40. Температура Б начале реакции регулируется путем изменения установки реостата 34 и расхода в трубе 31, ;Температура при работе устройства -контролируется для поддержания дазления пара поступагощсй жидкости при локальной температуре бол;.е низким , чем локальное дзиление д.пя

предотвраидения кипения при максимс5л ной скорости реакции.

На фиг. 22 показано предлагаемое устройство, в котором три подземных реактора 106 - 108 установлень в одной наружной обсадной трубе 109 для большей производительности в одном вертикальном стволе меньи1ей глубины, чем это требовалось бы для одного длиннного реактора. 06-садная труба также имеет цементную облицовку внутри скважины и цементную уплотняющую пробку 110 у днищги Пространство реакторами и обса,цной трубой згшолнено изоляцией 111,

Каждый реактор имеет наружную трубную часть и внутреннюю трубную часть, к которым присоединены устройства , для ввода и вывода над поверхностью зек-ши, В предлагаемом устройстве имеются емкость 112 для реактора 106, емкость 113 реактора 107 и емкость 114 Для реактора 108, К гсаждому реактору подсоединен насос 115 для жидкости и воздуганьш компрессор 116 . Поступаюгдая жидкость , показанная линией 117, под давлением закачивается в емкость 112, откуда направляется в реактор

106в противотоке с отходящей из реактора 106 жидкостью, поступающей в емкость 113. Поступающая жидкость КЗ емкости 113 и газ подаются в реактор 107, а отходя;-:1,гк из реактора

107жидкость нагнетается в емкость 114. И наконец, вытекающая жидкость и газ под давлением откачиваются из емкости 114 в реактор 108, а отходящая из реактора 108 жидкость напрэ .вляется в точку использования

по линии 118,

Такое устройство из трех последовательно соединенных реакторов повьшает редукцию СОД (снижает химическую потребность в кислороде,) по сравнению с одним реактором, благодаря тому, что полученный в результате реакции СО может удаляться через емкости 11,2 и 113. 5 В целом предлагаем1д е, способ и ус ,гройство представляют собой описание химического реагирования при высокой температуре и высоком давлении, вк,пючаю1цего мокрое окисление сточ0 кых вод и других загрязненных жидкострй , требующее лишь аппаратуры, работающей под низким давлением. Исходньле капиталовложения, как и у/ эксплуатационные расходы значитель2 но меньше, чем для других известных способов и ус ройств, обеспечивающих такие же конечные результаты . Крогле того, предлагаемые способ и устройство требуют м1- нимальной квалификации и обеспечивают получение энергии в виде пара высокого качества . Изобретение обеспечивает по существу 100%-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 , затрачивается минимум энергии на прокачивание относительно

0 больших количеств жидкости и обес- . печивается непрерывная производительность по нисходящему и восходящему потокам жидкости. Предлагаемые способ и, устройство пригодны ,для

5 осущ,ествления химических реакций при высокой температуре и под высоким давлением, например, при крекинге нефТяных продуктов и для осущест зления гидрирования при высокой

0 температуре и под высоким давлением, нaпpи v ep при получении аммиака, для чего нет Е еоОходимости в увеличенных пузырях.

S8 S3

Фиг. 5

А-А

2

Б-Б

5 78

В

h

32

li

В

32

ЗВ

100

и.

г Io

,

.В Фиг, 15 Риг, 1д иг. 17 Д-Д US, Фиг. IS 73 Фиг. 21

Фиг. 22

77S //

//f

Bb/xuff