Способ получения битума

 

Сущность изобретения: нагретое тяжелое нефтяное сырье смешивают с сернокислотным окислителем в массовом соотношении 100 : (5 - 20) и при температуре 150 - 225^oС, отделяют образующиеся газы и пары, состоящие в основном из сернистого ангидрида и водяных паров, остаток нагревают до 300 - 340^oС и отделяют образующиеся газы и пары, содержащие углеводороды, сероводород и двуокись углерода. Получается битум, соответствующий требованиям ГОСТ, который может быть использован в дорожном строительстве. 1 ил., 6 табл.

Изобретение относится к способам получения окисленных битумов и может быть использовано в нефтяной и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности. Известен способ получения дорожных и строительных битумов путем контактирования нефтяного гудрона с сернокислотным окислителем кислым гудроном нефтепереработки. Получаемый этим способом битум имеет недостаточно высокие показатели качества вследствие образования смолистых веществ с последующим их коксованием. Кроме того, этот способ осуществляется периодически. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения битума в две стадии, при котором первоначальную обработку высокомолекулярного углеводородного сырья, нагретого до 105-215^оС, проводят распылением смеси окислителя и углеводородного сырья. После отделения при указанной температуре парогазовой фазы реакционную смесь распыляют в нагретое до 250-380^оС углеводородное сырье. Образующуюся парогазовую фазу отводят при 230-350^оС. Полученный продукт обрабатывают газом-вытеснителем в количестве 0,02-1,6 м³/м² с. С целью снижения объемов пенообразования и сокращения времени разрушения газобитумной пены вводится углеводородное сырье с линейной скоростью 0,01-0,5 м/с с температурой 10-80^оС ниже температуры пены на первой стадии и на 10-150^оС ниже температуры пены на второй стадии процесса. Основным недостатком этого способа, является образование значительного количества трудноутилизируемого серусодержащего газа, содержащего одновременно сернистый ангидрид, пары воды и сероводород. При охлаждении такого газа протекает реакция Клауса с образованием полимерной серы, которая обладает высокой адгезией к металлу и забивает оборудование и трубопроводы, что приводит к необходимости частых остановок установки для ее удаления. Эти недостатки не позволяют осуществить промышленное использование указанного способа. Кроме того, окисление углеводородного сырья осуществляется по частям, необходима обработка остатка газом-вытеснителем, подача углеводородного сырья с пониженной температурой в обе стадии процесса. Все это усложняет процесс. Целью изобретения является упрощение технологии процесс и утилизации кислых газов за счет раздельного получения сернистого ангидрида и сероводорода для их последующей переработки в серную кислоту и другие продукты, что исключает возможность протекания реакции Клауса с образованием полимерной серы. Согласно изобретения поставленная цель достигается предлагаемым способом получения битума путем смешения нагретого тяжелого нефтяного сырья с сернокислотным окислителем в массовом соотношении 100:(5-20) и отделения от полученной смеси при повышенной температуре 150-225^оС на первой стадии образующихся газов и паров и подачи остатка на обработку при нагревании до температуры 300-340^оС на второй стадии с отделением образующихся при этом газов и паров. Отличительными признаками предлагаемого способа в сравнении с прототипом являются смешение исходного нефтяного сырья с сернокислотным окислителем в массовом соотношении 100:(5-20) и проведение процесса на первой стадии при температуре 150-225^оС. Указанные отличительные признаки предлагаемого способа определяют и его существенные отличия в сравнении с уровнем техники в области получения битумов, так как смешение всего нагретого нефтяного сырья с сернокислотным окислителем в соотношении 100:(5-20), проведение процесса на первой стадии при температуре 150-225^оС с отделением образующихся газов и паров и обработка остатка при нагревании до температуры 300-340^оС на второй стадии с отделением образующихся при этом газов и паров позволяет: ограничить протекание окислительно-восстановительных реакций с образованием газов разложения, содержащих сернистый ангидрид без примесей сероводорода на первой стадии и сероводород без примесей сернистого ангидрида на второй стадии и за счет этого исключить возможность протекания реакции Клауса с образованием полимерной серы при охлаждении серусодержащих газов; получить из газов разложения первой стадии сернистый ангидрид без примесей сероводорода и из газов разложения второй стадии сероводород без примесей сернистого ангидрида для их раздельного использования в производстве серной кислоты и других продуктов с применением существующей технологии их производства; исключить образование отходов и повторно использовать ресурсы серы. Предлагаемый способ поясняется принципиальной технологической схемой его проведения и примерами его осуществления. На чертеже приведена схема получения битума, сернистого ангидрида и сероводорода. Исходное тяжелое нефтяное сырье подают на установку по линии 1 насосом 7 через теплообменник 9 и по байпасу, минуя теплообменник 9, смешивают оба потока с получением объединенного потока с температурой 170-235^оС и направлением его в смеситель 11. В смесителе 11 нефтяное сырье с высокой степенью интенсивности перемешивают с сернокислотным окислителем, поступающим на установку по линии 2 через емкость 13 и насос 8. Из смесителя 11 парожидкостную смесь по линии 14 направляют в реакционную колонну 12. Парогазовую фазу с верха колонны 12 по линии 16 отводят в скрубер 18, орошаемый водой из емкости 15, подаваемой насосом 29 через холодильник 17. Сернистый ангидрид по линии 5 направляют на переработку, а жидкую фазу в емкость 15. Углеводородный отгон из емкости 15 насосом 30 по линии 4 выводят с установки. Остаток первой стадии окислительно-восстановительной реакции с низа колонны 12 насосом 21 направляют в печь 10, где происходит восстановление остаточных сернистых соединений окислителя до сероводорода, и далее в реакционную колонну 22. Парогазовую фазу с верха колонны 22 отводят в скруббер 24, орошаемый водой из емкости 25, подаваемой насосом 26 через холодильник 23. Сероводород по линии 6 направляют на переработку. Углеводородный отгон из емкости 25 насосом 27 по линии 4 выводят с установки как компонент котельного топлива. Окисленный битум с низа колонны 22 насосом 28 по линии 3 выводят как товарный продукт. Исходные компоненты нефтяное сырье и сернокислотный окислитель смешивают в объемном соотношении 100:(5-20). Температура процесса на первой стадии окисления-восстановления составляет 150-225^оС. Температура углеводородного сырья на выходе из регенеративного теплообменника перед подачей на первую стадию составляет 170-235^оС. Температура процесса на второй стадии окисления-восстановления составляет 300-340^оС. П р и м е р 1. В качестве сырья используют прямогонный гудрон, имеющий следующие характеристики: плотность при 20^оС 994,0 кг/м³, температура размягчения по КиШ 33^оС, содержание общей серы, мас. 2,36, содержание смол бензольных 7,3% мас. содержание смол спирто-бензольных 30,2 мас. содержание асфальтенов 13,1 мас. Сернокислотный окислитель смесь сернокислотных отходов от очистки масел и парафинов в массовом соотношении 1:1, содержащая 63 мас. серной кислоты, сульфогрупп 8,4 мас. общей серы 21,3 мас. воды 4% и имеющая плотность 1640 кг/м³ и кислотное число 774 мг КОН/г. Окислительно-восстановительный процесс проводят на первой стадии при интенсивном перемешивании прямогонного гудрона и сернокислотного окислителя при температуре 140^оС. Объемное соотношение прямогонный гудрон сернокислотный окислитель составляет 100:5. Получают остаток первой стадии окислительно-восстановительного процесса трудноперекачивающей, высковязкий, при охлаждении превращающийся в нетекучий продукт. Степень конверсии кислот невысокая и составляет 58% Таким образом, при понижении температуры первой стадии ниже 150^оС дальнейшая переработка связана с большими технологическими трудностями и проведение процесса на второй стадии теряет практический смысл. П р и м е р 2. Нефтяное сырье, сернокислотный окислитель, их физико-химические свойства, состав и объемное соотношение прямоугольный гудрон: сернокислотный окислитель те же, что и в примере 1. Окислительно-восстановительный процесс проводят на первой стадии при интенсивном перемешивании прямогонного гудрона и сернокислотного окислителя при температуре 150^оС. Получают остаток первой стадии средней вязкости, легкоперекачиваемый. Степень конверсии кислот невысокая и составляет 62% Вторую стадию процесса проводят при температуре 340^оС и времени термообработки 40 мин. Данные о качестве получаемого битума приведены в табл. 1. Данные о составе получаемых газов разложения приведены в табл. 2. П р и м е р 3. Нефтяное сырье, сернокислотный окислитель, их физико-химические свойства, состав и объемное соотношение прямогонный гудрон сернокислотный окислитель те же, что и в примере 1. Окислительно-восстановительный процесс проводят на первой стадии при интенсивном перемешивании прямогонного гудрона и сернокислотного окислителя при температуре 200^оС. Получают остаток первой стадии средней вязкости, легкоперекачиваемый. Степень конверсии кислот высокая и составляет 85% Вторую стадию процесса проводят при температуре 320^оС и времени термообработки 30 мин. Данные о качестве получаемого битума приведены в табл. 1. Данные о составе получаемых газов разложения приведены в табл. 2. П р и м е р 4. Нефтяное сырье, сернокислотный окислитель, их физико-химические свойства, состав и объемное соотношение прямогонный гудрон:сернокислотный окислитель те же, что и в примере 1. Окислительно-восстановительный процесс проводят на первой стадии при интенсивном перемешивании прямогонного гудрона и сернокислотного окислителя при температуре 210^оС. Получают остаток первой стадии средней вязкости, легкоперекачиваемый. Степень конверсии кислот высокая и составляет 88% Вторую стадию процесса проводят при температуре 320^оС и времени термообработки 30 мин. Данные о качестве получаемого битума приведены в табл. 1. Данные о составе получаемых газов разложения приведены в табл. 2. П р и м е р 5. Нефтяное сырье, сернокислотный окислитель, их физико-химические свойства, состав и объемное соотношение прямогонный гудрон сернокислотный окислитель те же, что и в примере 1. Окислительно-восстановительный процесс проводят на первой стадии при интенсивном перемешивании прямогонного гудрона и сернокислотного окислителя при температуре 215^оС. Получают остаток первой стадии средней вязкости, легкоперекачиваемый. Степень конверсии кислот высокая, составляет 90% Вторую стадию процесса проводят при температуре 310^оС и времени термообработки 30 мин. Данные о качестве получаемого битума приведены в табл. 1. Данные о составе получаемых газов разложения приведены в табл. 2. П р и м е р 6. В качестве нефтяного сырья используют прямогонный гудрон с характеристиками, приведенными в примере 1. Сернокислотный окислитель сернокислотный отход от очистки парафинов, содержащий 88% серной кислоты, сульфогрупп 4,0 мас. воды 2,5 мас. сернистого ангидрида 1,3 мас. и имеющий плотность 1800 кг/м³ и кислотное число 1031 мг КОН/г. Окислительно-восстановительный процесс проводят на первой стадии при интенсивном перемешивании прямогонного гудрона и сернокислотного окислителя при температуре 140^оС. Объемное соотношение прямогонный гудрон сернокислотный окислитель составляет 100 5. Получают остаток первой стадии высоковязкий, трудноперекачиваемый, при охлаждении превращающийся в не текучий продукт. Степень конверсии кислот невысокая и составляет 60% Таким образом, при понижении температуры первой стадии ниже 150^оС дальнейшая переработка связана с большими техническими трудностями и проведение процесса на второй стадии теряет практический смысл. П р и м е р 7. Нефтяное сырье, сернокислотный окислитель, их физико-химические свойства, состав и объемное соотношение прямогонный гудрон сернокислотный окислитель те же, что и в примере 6. Окислительно-восстановительный процесс проводят на первой стадии при интенсивном перемешивании прямогонного гудрона и сернокислотного окислителя при температуре 150^оС. Получают остаток первой стадии средней вязкости, легкоперекачиваемый. Степень конверсии кислот невысокая и составляет 63% Вторую стадию процесса проводят при температуре 340^оС и времени термообработки 40 мин. Данные о качестве получаемого битума приведены в табл. 3. Данные о составе получаемых газов разложения приведены в табл. 4. П р и м е р 8. Нефтяное сырье, сернокислотный окислитель, их физико-химические свойства, состав и объемное соотношение прямогонный гудрон сернокислотный окислитель те же, что и в примере 6. Окислительно-восстановительный процесс проводят на первой стадии при интенсивном перемешивании прямогонного гудрона и сернокислотного окислителя при температуре 200^оС. Получают остаток первой стадии средней вязкости, легкоперекачиваемый. Степень конверсии кислот высокая и составляет 88% Вторую стадию процесса проводят при температуре 320^оС и времени термообработки 30 мин. Данные о качестве получаемого битума приведены в табл. 3. Данные о составе получаемых газов разложения приведены в табл. 4. П р и м е р 9. Нефтяное сырье, сернокислотный окислитель, их физико-химические свойства, состав и объемное соотношение прямогонный гудрон сернокислотный окислитель те же, что и в примере 6. Окислительно-восстановительный процесс проводят на первой стадии при интенсивном перемешивании прямогонного гудрона и сернокислотного окислителя при температуре 225^оС. Получают остаток первой стадии средней вязкости, легкоперекачиваемый. Степень конверсии кислот высокая и составляет 91% Вторую стадию процесса проводят при температуре 310^оС и времени термообработки 30 мин. Данные о качестве получаемого битума приведены в табл. 3. Данные о составе получаемых газов разложения приведены в табл. 4. П р и м е р 10. Нефтяное сырье, сернокислотный окислитель, их физико-химические свойства, состав и объемное соотношение прямогонный гудрон сернокислотный окислитель те же, что и в примере 6. Окислительно-восстановительный процесс проводят на первой стадии при интенсивном перемешивании прямогонного гудрона и сернокислотного окислителя при температуре 230^оС. Получают остаток первой стадии средней вязкости, легкоперекачиваемый. Степень конверсии кислот высокая и составляет 92% Вторую стадию процесса проводят при температуре 300^оС и времени термообработки 30 мин. Данные о качестве получаемого битума приведены в табл. 3. Данные о составе получаемых газов разложения приведены в табл. 4. П р и м е р 11. В качестве нефтяного сырья используют прямогонный гудрон, имеющий следующие характеристики: плотность при 20^оС 970,0 кг/м³, температура размягчения по КиШ 20^оС, содержание общей серы 2,45 мас. Сернокислотный окислитель отработанная серная кислота процесса алкилирования, содержащая 80,0 мас. серной кислоты 1,0 мас. сульфогрупп 6,0 мас. воды, 11,0 мас. несульфированной органики, имеющая плотность при 20^оС 1670 кг/м³ и кислотное число 935 мг КОН/г. Окислительно-восстановительный процесс проводят на первой стадии при интенсивном перемешивании прямогонного гудрона и сернокислотного окислителя при температуре 150^оС. Объемное соотношение прямогонный гудрон сернокислотный окислитель составляет 100:20. Получают остаток первой стадии средней вязкости. Степень конверсии кислот невысокая и составляет 60% Вторую стадию процесса проводят при температуре 340^оС и времени термообработки 40 мин. Данные о качестве битума приведены в табл. 5. Данные о составе получаемых газов разложения приведены в табл. 6. П р и м е р 12. Нефтяное сырье, сернокислотный окислитель, их физико-химические свойства, состав и объемное соотношение те же, что и в примере 11. Окислительно-восстановительный процесс проводят на первой стадии при интенсивном перемешивании при температуре 225^оС. Получают остаток первой стадии, средней вязкости, легкоперекачиваемый. Степень конверсии кислот составляет 85% Вторую стадию процесса проводят при температуре 340^оС и времени термообработки 40 мин. Данные о качестве получаемого битума приведены в табл. 5. Данные о составе получаемых газов разложения приведены в табл. 6. Из приведенных примеров 1 и 6 видно, что проведение процесса на первой стадии при температуре ниже 150^оС способствует полимеризации сульфокислот и не обеспечивает получение маловязкого и легкоперекачиваемого остатка, в силу чего дальнейшая его переработка на второй стадии процесса связана с большими технологическими трудностями и теряет практический смысл. Из приведенных примеров 2 и 4, 7 и 9, 11 и табл. 2, 4, 6 видно, что получение сернистого ангидрида без примесей сероводорода и исключение образования полимерной серы достигается при проведении процесса на первой стадии при температуре 150-210^оС, когда в качестве окислителя используется смесь сернокислотных отходов от очистки масел и парафинов или отработанная серная кислота процесса алкилирования и при температуре 150-225^оС, когда в качестве окислителя используется сернокислотный отход от очистки парафинов. Из примеров 5, 10, 12 и табл. 2, 4, 6 видно, что проведение процесса на первой стадии при температурах 215, 225, 230^оС и выше с использованием указанных сернокислотных отходов в качестве окислителя не обеспечивает получение сернистого ангидрида без примесей сероводорода и не исключает образования полимерной серы на этой стадии процесса. Из примеров 2-5 и 7-10, 11-12 и табл. 1-6 видно, что проведение процесса на второй стадии при температурах 300-340^оС обеспечивает получение сероводорода без примесей сернистого ангидрида, а следовательно, и исключение образования полимерной серы на этой стадии процесса и получение окисленных битумов, отвечающих требованиям ГОСТ 22245-76 на битум марок БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 40/60. Таким образом, из приведенных примеров и таблиц видно, что поставленная цель по раздельному получению сернистого ангидрида и сероводорода и исключению образования полимерной серы при проведении окислительно-восстановительного процесса взаимодействия тяжелых нефтяных остатков с сернокислотным окислителем достигается при температурах 150-225^оС на первой стадии и температурах 300-340^оС на второй стадии. При этом получаемый окислительный битум по своим показателям соответствует требованиям ГОСТ 22245-76 на битум марок БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 40/60. Предлагаемый способ предназначен к использованию на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) для производства битумов дорожных и строительных марок из тяжелого нефтяного сырья и сернокислотных отходов нефтепереработки. Он позволяет при производстве битумов вовлечь в переработку трудноутилизируемые сернокислотные отходы нефтепереработки от процессов сернокислотной очистки масел и парафинов и сернокислотного алкилирования изопарафинов и получить при этом окисленный битум требуемого качества, сернистый ангидрид и сероводород для их последующего использования в производстве серной кислоты и других продуктов. Использование предлагаемого способа в нефтеперерабатывающей отрасли промышленности позволит получить значительный экономический и экологический эффект, а также использовать повторно ресурсы серы.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМА путем смешения нагретого тяжелого нефтяного сырья с сернокислотным окислителем, отделение от полученной смеси при повышенной температуре на первой стадии образующихся газов и паров и подачи остатка на обработку при нагревании до 300 - 340^oС на второй стадии с отделением образующихся при этом газов и паров, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии процесса, сырье смешивают с сернокислотным окислителем в массовом соотношении 100 : (5 - 20) и на первой стадии процесс проводят при температуре 150 - 225^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000

Извещение опубликовано: 20.10.2000        

---