Способ получения дорожных битумов и устройство для его осуществления

 

Использование: нефтехимия. Сущность изобретения: нефтяное сырье подают в реактор одновременно с подачей воздуха и подвергают воздействию ультрафиолетового излучения. Реактор представляет собой колонну с трубой, установленной внутри, содержит маточник с отверстиями для подачи сжатого воздуха в низ трубы и установленный в верхней части колонны источник ультрафиолетового излучения, подающий энергию излучения через световоды. 2 с. п. ф-лы. 1 ил. 1 табл.

Изобретение относится к области приготовления дорожных битумов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности и в промышленности строительных материалов.

Широко известны способы изготовления дорожных битумов, основанные на термоокислении кислородом воздуха нефтяных остатков типа гудронов.

Аналогами способа окисления битумов и устройства для его осуществления являются способы получения битумов в аппаратах периодического и непрерывного действия, при этом наиболее эффективными являются пустотелые колонны с разделенными секциями реакции и сепарации прореагировавших фаз (Грудников И. Б. Производство нефтяных битумов М. Химия, 1983, с. 132).

Наиболее близким заявляемому изобретению является способ окисления нефтяного сырья (гудронов) во вспененном состоянии (Гун Г.Б. Нефтяные битумы. М. Химия, 1973, с. 245).

Известный окислительный реактор, выбранный в качестве прототипа заявляемого устройства, содержит для улучшения массообмена вмонтированную внутри основной колонны трубу, в нижнюю часть которой через отверстия маточника при помощи компрессора подается сжатый воздух. В результате диспергирования воздуха вспененное сырье поднимается вверх по внутренней трубе и, поступая в пространство между стенками реактора и трубы, движется вниз (Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М. Химия, 1973, с. 245).

Большая эффективность окисления сырья в битум в пенном состоянии объясняется тем, что углеводороды в этом случае находятся в виде пленок, толщина которых измеряется в микронах. За счет этого поверхность контакта между воздухом и гудроном доходит до 1000 м³ на 1 м³ газожидкостной системы.

Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что они не обеспечивают необходимых эксплуатационных свойств битумам и по этой причине асфальтобетонные покрытия на их основе не выдерживают межремонтных сроков эксплуатации. Низкое качество битумов объясняется длительностью пребывания сырья в зоне высоких температур (230 250^oC), что приводит к интенсивному старению вяжущего уже на стадии его приготовления. Высокая температура процесса объясняется тем, что начало термоокисления углеводородов при этом способе возможно только при температуре не ниже 200 210^oC, тогда как деструкция битума начинается при температуре 160^oC, из чего следует, что использование для приготовления дорожных битумов только термоокисления не представляется оправданным.

Сущность изобретения заключается в том, что сырье подвергается избирательному воздействию воздушного потока, которое приводит к интенсивному перемешиванию компонентов за счет разности плотностей и интенсивному воздействию ультрафиолетового излучения, которое обеспечивает возможность начала окислительного процесса при более низкой температуре. Фотоокислительные реакции, вызванные источником ультрафиолетового излучения, обладают большой химической активностью и способствуют процессу окисления при более низкой температуре (160 170^oC). Такай окислительный процесс способствует созданию большого числа кислородсодержащих функциональных групп, способных к адсорбциональному химическому взаимодействию с поверхностью минеральных материалов, улучшая адгезионные свойства вяжущего, придавая ему эластичность и погодоустойчивость, при этом снижая энергозатраты на окисление. Перечисленные параметры отражены в таблице.

Cущность изобретения заключается также в том, что устройство для осуществления предлагаемого способа, содержащее реактор-колонну с трубой, установленной внутри последней, маточник с отверстиями для подачи сжатого воздуха в низ трубы, отличающееся тем, что оно также дополнительно содержит установленное в верхней части колонны источник ультрафиолетового излучения, подающий энергию излучения через световод.

Заявляемый окислительный реактор схематически изображен на чертеже в разрезе.

Устройство включает вертикальный корпус-колонну 1, внутри которого вмонтирована труба 2. Сырье III загружается в реактор, затем в нижнюю часть колонны в области трубы через отверстия маточника 3 при помощи компрессора подается сжатый воздух I. В результате диспергирования воздуха I образуется пена II, которая поднимается вверх по вертикальной трубе 2, поступает в пространство между стенками корпуса 1 и трубы 2 и движется вниз. Таким образом осуществляется циркуляция жидкого вспененного продукта II в реакторе, выбранного в качестве прототипа. В нижней части корпуса реактора расположен патрубок с фланцем для слива готового битума IV.

Работает устройство следующим образом.

Для проникания ультрафиолетового излучения вглубь реактора в верхней части корпуса-колонны вырезается отверстие диаметром 30 см, в которое герметически вставляется кварцевая полая трубка 4 того же диаметра с подведенным к ней световодом 5, подсоединенным к источнику ультрафиолетового излучения 6, находящемуся на безопасном расстоянии от реактора во избежание случайного воспламенения. Конец кварцевой трубки со световодом должен быть выше уровня вспененного материала на 50 см.

Излучение от источника 6, проходя по световоду, через кварцевое стекло создает направленный поток ультрафиолетового излучения.

В лабораторных условиях процесс приготовления битума согласно заявляемому способу осуществлялся на экспериментальной установке, представляющей собой уменьшенную в 15 раз копию описанного выше окислительного реактора.

Через отверстие диаметром 20 мм, герметически заполненное кварцевым стеклом, подается излучение от источника ультрафиолетового излучения вглубь колонны.

Формула изобретения

1. Способ получения дорожных битумов, включающий закачку нефтяного сырья в реактор с одновременной подачей воздуха, отличающийся тем, что сырье в реакторе подвергают воздействию ультрафиолетового излучения.

2. Устройство для получения дорожных битумов, содержащее реактор-колонну с трубой, установленной внутри последней, маточник с отверстиями для подачи сжатого воздуха в низ трубы, отличающееся тем, что дополнительно содержит установленное в верхней части колонны источник ультрафиолетового излучения, подающий энергию излучения через световоды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2