Способ получения строительного битума
Владельцы патента RU 2271379:
Хафизов Наиль Фанилевич (RU)
Хафизов Фаниль Шамильевич (RU)
Изобретение относится к производству строительных битумов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и строительной отраслях промышленности. Сущность: исходное сырье окисляют кислородом воздуха с использованием газожидкостного кавитационно-вихревого аппарата. Аппарат устанавливают на линии подачи сырья, 5-10% воздуха от его общего объема направляют на предварительное окисление исходного сырья в волновом поле с последующим окислением газожидкостной смеси в мелкодисперсном состоянии в течение 30-60 с. в зависимости от длины и диаметра трубопровода подачи газожидкостной смеси и доокислением в окислительной колонне в полном режиме. Технический результат: снижение энергетических затрат, времени окисления, расхода воздуха, повышение качества продукта и производительности. 2 ил., 3 табл.
Изобретение относится к химической и нефтеперерабатывающей отраслям промышленности и может быть использовано в производстве строительных битумов.
Известен способ получения строительных битумов и устройство для его осуществления /Р.Б.Гун. Нефть. М. изд. "Химия", 73 г./.
Сущность известного способа получения строительного битума заключается во взаимодействии газовой фазы с сырьем в нескольких реакционных колоннах. Сырье поступает в колонну и окисляется воздухом низкого давления. Окисленный продукт снизу колонны поступает в емкость. Из емкости подается в змеевиковый реактор, в этот же ректор подается сжатый воздух высокого давления на окисление. Затем окисленный битум подается в испаритель, в котором газообразующие продукты окисления отделяются от окисленного битума; окисленный битум направляют на рециркуляцию или в товарный парк.
Недостатками известного способа являются: низкая эффективность, большая металлоемкость, связанная с использованием реактора змеевикового типа. Кроме того, для осуществления способа требуется воздух низкого и высокого давления.
Наиболее близким технологическим решением к заявленному изобретению прототипом является способ получения битума (Патент РФ №2167183 С1, 20.05.2001).
Способ заключается в том, что нефтяное сырье подвергают окислению в колонне окисления при подаче воздуха через перфорированные трубы, расположенные внутри колонны, в слой сырья. Затем продукт низа колонны и дополнительно подаваемый воздух подвергают обработке в диспергирующем аппарате, создающем в образующейся газожидкостной смеси избыточное давление 1-3 кг/см2 с частотой динамических пульсаций потока 400-3000 Гц внутри диспергирующего аппарата с последующим возвратом продукта обработки в колонну окисления.
Недостатком известного способа являются:
- высокие энергетические затраты на рециркуляцию части продукта низа колонны через диспергирующий аппарат, так как нужно вовлекать дополнительное поддавливающее устройство для создания избыточного давления 1-3 кгс/см2;
- снижение производительности из-за разделения потока продукта низа колонны на циркуляционный и готовый продукт;
- в известном способе, а в частности в таблице 2, сравнительные показатели опыта №5 и опыта №24 (прототип), значительного изменения показателей качества не наблюдается;
- увеличение расхода воздуха для процесса окисления, так как требуется вовлечение дополнительного количества последнего в диспергирующий аппарат.
Задачей изобретения является снижение энергетических затрат и времени окисления, повышение качества продукта, снижение расхода воздуха, увеличение производительности.
Указанная задача решается тем, что в способе получения строительного битума путем окисления исходного сырья кислородом воздуха с использованием газожидкостного кавитационно-вихревого газожидкостного аппарата установленного на линии подачи сырья. 5-10% воздуха от общего объема направляют на предварительное окисление исходного сырья в волновом поле с последующим окислением газожидкостной смеси (ГЖС) в мелкодисперсном состоянии в течение 30-60 с в зависимости от длины и диаметра трубопровода подачи ГЖС и доокислением в окислительной колонне в полном режиме.
Способ осуществляют следующим образом. На линии подачи исходного сырья в окислительную колонну устанавливают выносной газожидкостной кавитационно-вихревой аппарат (ВГЖКВА), на выходе из которого поток исходного сырья в мелкодисперсном состоянии контактирует с 5-10% от общего объема тангенциально движущего потока воздуха (Фиг.1), полученная ГЖС поступает на окисление в течение 30-60 с в зависимости от длины и диаметра трубопровода подачи ГЖС и доокисления в окислительной колонне в полном режиме.
В процессе волнового воздействия на нефтяной остаток в тангенциально-закрученном потоке кислорода воздуха, в отличие от барботажного способа окисления, происходит не только окисление сырья, но также звукохимическая реакция окисления (Фиг.2). Если суммарная константа скорости реакции окисления для сырья с температурой размягчения (по методу КиШ), равной 14,5°С, составляет 0,07, то для процесса окисления этого сырья при волновом воздействии 0,12. Из сравнения констант скоростей реакции окисления видно, что волновое воздействие ускоряет процесс окисления нефтяного остатка почти в два раза.
В таблице 1 приведены качества готового продукта без использования и с использованием ВГЖКВА.
| Таблица 1 | ||
| Параметры | Сырье: гудрон | |
| С применением ВГЖКВА | Без применения ВГЖКВА | |
| Производительность, м3/ч | 25 | 18 |
| Расход воздуха, м3/ч на, м сырья | 103,2 | 133,9 |
| Температура в колоне окисления, °С | 246 | 268 |
| Температура окисления, °С | 264 | 264 |
| Температура размягчения по КиШ, °С | 74,3 | 73 |
| Пенетрация при 25°С, ×0,1 мм | 28 | 25 |
Из таблицы 2 видно, что в предлагаемом изобретении снижается расход воздуха по сравнению с прототипом, улучшается качество получаемого битума, что, в свою очередь, обеспечит его широкое использование в производстве строительных битумов, а также снижение температуры окисления в окислительной колонне.
Пример 1. На лабораторном стенде проведены эксперименты, позволяющие наглядно определить отношение воздух сырье в ГЖС.
Данные, полученные при анализе изменения температуры газожидкостной смеси после ВГЖКВА в зависимости от количества подаваемого воздуха на 1 м3 сырья, представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||||
| Параметры процесса | Расход воздуха, подаваемого в выносной ГЖКВА, % от общего объема | |||||||
| 1,5 | 3,0 | 4,5 | 6 | 7,5 | 8,0 | 9,0 | 10 | |
| Начальная температура, °С | 129,4 | 129,4 | 129,4 | 129,4 | 129,4 | 129,4 | 129,4 | 129,4 |
| Конечная температура, °С | 133,2 | 135,4 | 137,3 | 138,2 | 137,4 | 136,5 | 136,5 | 136,4 |
| Изменение температур, °С | 3,8 | 6 | 7,9 | 8,8 | 8 | 7,1 | 7,1 | 7 |
| Прирост температуры размягчения по КиШ, °С | 0,704 | 1,097 | 1,343 | 1,384 | 1,218 | 1,033 | 0,979 | 0,925 |
| Количество теплоты реакции, кДж | 106508 | 165870 | 203042 | 209274 | 181399 | 156226 | 148069 | 139863 |
Из результатов экспериментов видно, что оптимальное количество воздуха составляет от 5 до 10% от общего количества подаваемого на окисление воздуха для получения готового продукта.
Пример 2. Эксперимент проводился на том же лабораторном стенде, с тем же аппаратом, что и в примере 1. Изменялось время прохождения ГЖС в трубопроводе подачи ГЖС после ВГЖКВА до колонны окисления, посредством увеличения длины трубопровода. Данные эксперимента изменения температуры газожидкостной смеси в зависимости от длины трубопровода подачи ГЖС после ВГЖКВА приведены в таблице 3.
| Таблица 3 | |||
| Точки замера | Расстояние от ВГЖКВА до точек замера, м | Соотношение сырье:воздуха, подаваемого в ВГЖКВА, 1:10 | |
| Температура, °С | Время прохождения ГЖС, с. | ||
| t1 | 0 | 140,3 | 0 |
| t2 | 0,6 | 135,9 | 3 |
| t3 | 6,2 | 130,8 | 22 |
| t4 | 11,6 | 134,1 | 30 |
| t5 | 13,5 | 136,6 | 40 |
| t6 | 14 | 138,2 | 60 |
| t7 | 14,7 | 138,5 | 68 |
| t8 | 15,5 | 138,8 | 70 |
Из таблицы видно что эффективный режим окисления в зависимости от длины трубопровода при определенном диаметре после ВГЖКВА до колонны окисления увеличивается, что соответствует оптимальному времени прохождения ГЖС в пределах от 30 до 60 с в данном эксперименте. Это обуславливает объемный расход, т.е. прохождение единицы объема перекачиваемой среды через единицу площади за единицу времени.
Способ получения строительного битума путем окисления исходного сырья кислородом воздуха с использованием газожидкостного кавитационно-вихревого аппарата, отличающийся тем, что газожидкостной кавитационно-вихревой аппарат устанавливают на линии подачи сырья, 5-10% воздуха от его общего объема направляют на предварительное окисление исходного сырья в волновом поле с последующим окислением газожидкостной смеси в мелкодисперсном состоянии в течение 30-60 с в зависимости от длины и диаметра трубопровода подачи газожидкостной смеси и доокислением в окислительной колонне в полном режиме.
