Установка для получения олигомерного наноструктурированного битума


 


Владельцы патента RU 2509797:

Журавлев Сергей Сергеевич (RU)
Умаханов Мурад Ильясович (RU)
Лобанов Виктор Владимирович (RU)

Изобретение относится к области нефтехимического аппаратостроения, а именно к установкам для получения олигомерного наноструктурированного битума. Установка содержит приемную емкость нефтяного сырья, соединенную через нагревательное устройство с вакуумной колонной, один выход которой по линии отвода отходящих газов соединен с системой обработки отходящих газов, а другой - по линии отвода сырья соединен через буферную емкость с насадочно-тарельчатой окислительной колонной, снабженной патрубками подвода воздуха, один выход которой по линии отвода отходящих газов соединен с системой обработки отходящих газов, а другой - по линии отвода готового битума соединен с емкостью для целевого продукта. При этом окислительная колонна снабжена группами насадок и тарелок, выполненными с возможностью пленочного окисления и размещенными в средней и нижней частях окислительной колонны, между которыми установлена решетчато-клапанная тарелка. Патрубки подвода воздуха в окислительную колонну размещены под тарелками нижней кубовой части окислительной колонны и в зоне первичной реакции непосредственно под решетчато-клапанной тарелкой, к которой также подсоединены патрубок подвода сырья от буферной емкости и патрубок подвода пластифицирующей добавки, необходимой для получения олигомерного битума. Причем расположенная над решетчато-клапанной тарелкой зона получения переокисленного битума связана с буферной емкостью возвратной линией подачи потока, к которой также подсоединена линия рецикла на орошение верхней части окислительной колонны через распылитель, выполненный с возможностью создания сплошной пленочной завесы по всему поперечному сечению окислительной колонны. Результатом является повышение качественных характеристик получаемого битума за счет повышения эффективности процесса окисления нефтяного сырья с добавлением пластифицирующей добавки, необходимой для получения олигомерного битума, и качества поступающего на окисление сырья. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области нефтехимического аппаратостроения, а именно к установкам для получения нефтяных битумов различных марок путем окисления нефтяного сырья, используемых в различных областях промышленности.

Известна установка для получения битума, содержащая приемную емкость нефтяного сырья, соединенную через нагревательное устройство с насадочно-тарельчатой окислительной колонной, снабженной патрубками подвода воздуха, один выход которой по линии отвода отходящих газов соединен с системой обработки отходящих газов, а другой - по линии отвода готового битума, к которой также подсоединена линия рецикла в окислительную колонну, соединен с емкостью для целевого продукта (см. Способы промышленного производства нефтяных битумов. Интернет, сайт http://www.ssa.ru, копия прилагается). К недостаткам известной установки можно отнести невысокие качественные характеристики получаемого битума, в том числе отсутствие возможности получения олигомерного наноструктурированного битума, обусловленные недостаточной эффективностью процесса окисления нефтяного сырья и невысоким качеством поступающего на окисление сырья.

Наиболее близкой по совокупности конструктивных признаков к предлагаемой является установка для получения битума, содержащая приемную емкость нефтяного сырья, соединенную через нагревательное устройство с вакуумной колонной, один выход которой по линии отвода отходящих газов соединен с системой обработки отходящих газов, а другой - по линии отвода сырья соединен через буферную емкость с насадочно-тарельчатой окислительной колонной, снабженной патрубками подвода воздуха, один выход которой по линии отвода отходящих газов соединен с системой обработки отходящих газов, а другой - по линии отвода готового битума соединен с емкостью для целевого продукта (см. Технологическая схема установки для производства битума ОАО «Спецнефтехиммаш. Интернет, сайт http://www.snhm.ru, копия прилагается). К недостаткам известной установки также можно отнести невысокие качественные характеристики получаемого битума, в том числе отсутствие возможности получения олигомерного наноструктурированного битума, обусловленные недостаточной эффективностью процесса окисления нефтяного сырья и невысоким качеством поступающего на окисление сырья.

Предлагаемое техническое решение направлено на решение задачи, состоящей в повышении качественных характеристик получаемого битума, а именно в получении высококачественного олигомерного наноструктурированного битума за счет повышения эффективности процесса окисления нефтяного сырья с добавлением пластифицирующей добавки, необходимой для получения олигомерного битума, и качества поступающего на окисление сырья.

Данная задача решается тем, что установка для получения олигомерного наноструктурированного битума содержит приемную емкость нефтяного сырья, соединенную через нагревательное устройство с вакуумной колонной, один выход которой по линии отвода отходящих газов соединен с системой обработки отходящих газов, а другой - по линии отвода сырья соединен через буферную емкость с насадочно-тарельчатой окислительной колонной, снабженной патрубками подвода воздуха, один выход которой по линии отвода отходящих газов соединен с системой обработки отходящих газов, а другой - по линии отвода готового битума соединен с емкостью для целевого продукта, при этом окислительная колонна снабжена группами насадок и тарелок, выполненными с возможностью пленочного окисления и размещенными в средней и нижней частях окислительной колонны, между которыми установлена решетчато-клапанная тарелка, патрубки подвода воздуха в окислительную колонну размещены под тарелками нижней кубовой части окислительной колонны и в зоне первичной реакции непосредственно под решетчато-клапанной тарелкой, к которой также подсоединены патрубок подвода сырья от буферной емкости и патрубок подвода пластифицирующей добавки, необходимой для получения олигомерного битума, причем расположенная над решетчато-клапанной тарелкой зона получения переокисленного битума связана с буферной емкостью возвратной линией подачи потока, к которой также подсоединена линия рецикла на орошение верхней части окислительной колонны через распылитель, выполненный с возможностью создания сплошной пленочной завесы по всему поперечному сечению окислительной колонны.

При этом в качестве пластифицирующей добавки целесообразно использовать продукт взаимодействия 15,0% мас. стирола, 4,0% мас. пероксида циклогексанона, 6,0% мас. 10%-ного раствора нафтената кобальта в стироле и 75,0% мас. переокисленного битума.

Снабжение окислительной колонны группами насадок и тарелок, выполненными с возможностью пленочного окисления, например, состоящих из вертикально ориентированных пластин, повышает эффективность окисления сырья за счет интенсивного взаимодействия образующихся на пластинах пленок сырья с кислородом воздуха (см. патент РФ №2182922).

Решетчато-клапанная тарелка (по аналогии с ситчато-клапанной) представляет собой решетчатый диск, часть перфораций которого снабжена прямоточными клапанами, что обеспечивает уменьшение гидросопротивления и расширение диапазона устойчивой работы, а также автоматическое распределение жидких и газовых потоков по поперечному сечению окислительной колонны в оптимальных соотношениях, в результате чего повышается эффективность процесса окисления нефтяного сырья.

Подсоединение патрубка подвода сырья от буферной емкости и патрубка подвода пластифицирующей добавки (стирольно-битумный пластификатор), необходимой для получения олигомерного битума, в зоне первичной реакции непосредственно под решетчато-клапанной тарелкой, куда подсоединен и патрубок подвода воздуха, обеспечивает эффективное смешение этих компонентов в зонах образования наноагрегатных кластеров асфальтенов и реакции радикальной кордионно-ионной олигомеризации.

Наличие возвратной линии подачи потока, связывающей расположенную над решетчато-клапанной тарелкой зону получения переокисленного битума с буферной емкостью, позволяет изменить химический состав поступающего в окислительную колонну сырья с целью повышения концентрации смол и асфальтенов, что обеспечивает повышение качества битума.

Подсоединение к возвратной линии подачи потока линии рецикла на орошение верхней части окислительной колонны через распылитель, выполненный с возможностью создания сплошной пленочной завесы по всему поперечному сечению окислительной колонны, позволяет осуществить эффективную конденсацию легких масляных фракций и асфальтогенных кислот и растворение их в переокисленном битуме по всему поперечному сечению окислительной колонны.

Размещение патрубков подвода воздуха в окислительную колонну под тарелками нижней кубовой части окислительной колонны и в зоне первичной реакции непосредственно под решетчато-клапанной тарелкой позволяет осуществить равномерно распределенный по высоте окислительной колонны подвод кислорода воздуха к сырью, что обеспечивает его эффективное окисление по всему объему колонны.

На чертеже схематично представлена предлагаемая установка для получения олигомерного наноструктурированного битума.

Установка для получения олигомерного наноструктурированного битума содержит приемную емкость 1 нефтяного сырья, соединенную через нагревательное устройство 2 с вакуумной колонной 3, один выход которой по линии 4 отвода отходящих газов соединен с системой 5 обработки отходящих газов, а другой - по линии отвода сырья соединен с буферной емкостью 6. Буферная емкость 6 соединена с насадочно-тарельчатой окислительной колонной 7, которая снабжена группами 8, 9 насадок и тарелок, выполненными с возможностью пленочного окисления и размещенными в средней и нижней частях окислительной колонны 7, между которыми установлена решетчато-клапанная тарелка 10. Патрубки 11, 12 подвода воздуха в окислительную колонну 7 размещены под тарелками 9 нижней кубовой части окислительной колонны 7 и в зоне первичной реакции непосредственно под решетчато-клапанной тарелкой 10. Один выход окислительной колонны по линии 13 отвода отходящих газов соединен с системой 14 обработки отходящих газов, а другой - по линии 15 отвода готового битума соединен с емкостью 16 для целевого продукта. В зоне первичной реакции непосредственно под решетчато-клапанной тарелкой к окислительной колонне 7 подсоединены патрубок 17 подвода сырья от буферной емкости 6 и патрубок 18 подвода пластифицирующей добавки, необходимой для получения олигомерного битума, при этом расположенная над решетчато-клапанной тарелкой зона получения переокисленного битума связана с буферной емкостью 6 возвратной линией 19 подачи потока, к которой также подсоединена линия 20 рецикла на орошение верхней части окислительной колонны 7 через распылитель 21, выполненный с возможностью создания сплошной пленочной завесы по всему поперечному сечению окислительной колонны 7.

Предлагаемая установка для получения олигомерного наноструктурированного битума работает следующим образом.

Сырье для получения битума, например мазут, обычно доставляется в цистернах, откуда при температуре не менее 60°C перекачивается в приемную емкость 1. Затем мазут направляется в нагревательное устройство 2, например печь, в которой он подогревается до температуры 340-400°C, откуда поступает в вакуумную колонну 3, где подвергается вакуумной перегонке при остаточном давлении верха вакуумной колонны 15-18 мм рт.ст. Для создания вакуума применяют двухступенчатый вакуумный гидроциркуляционный агрегат, способный создать в колоннах остаточное давление в пределах 15-18 мм рт.ст., что повышает ИТК сырья до 490-520°C, а это, в свою очередь, позволяет осуществить необходимый отбор фракций на уровне от Tн.к.=220-240°C до Тк.к.=490-510°C. Глубокий уровень отбора газойлевых фракций поддерживается за счет уменьшения парциального давления паров жидкости путем использования механизма пленочного испарения тяжелых нефтяных остатков в вакуумной колонне. Отходящие газы по линии 4 отвода отходящих газов удаляются сверху вакуумной колонны 3 в систему обработки отходящих газов по известным для подобного рода устройств способам, а полученный гудрон отводится из куба колонны в буферную емкость 6.

Отобранный из куба колонны гудрон содержит:

Парафино-нафтеновые углеводороды - 11,7-18,6%

Твердые парафины - не более 2%

Смолы - 31,0-33,0%

Асфальтены - 8,1-10,3%.

В буферной емкости 6 его смешивают с 10-30% битумного компаунда, поступившего из насадочно-тарельчатой окислительной колонны 7.

Подготовленное таким образом сырье с температурой не ниже 170°C подают в среднюю часть насадочно-тарельчатой окислительной колонны 7 под решетчато-клапанную тарелку 10.

Одновременно с сырьем в среднюю часть насадочно-тарельчатой окислительной колонны 7 под решетчато-клапанную тарелку 10 подают пластифицирующую добавку в количестве 5-15% от веса подаваемого сырья, а в нижнюю и среднюю часть насадочно-тарельчатой окислительной колонны 7 - воздушную массу в объеме >160 м3/т подаваемого сырья, соответственно, по патрубкам 11, 12 подвода воздуха в окислительную колонну.

Пластифицирующая добавка представляет собой продукт взаимодействия 15,0% мас. стирола, 4,0% мас. пероксида циклогексанона, 6,0% мас. 10%-ного раствора нафтената кобальта в стироле и 75,0% мас. переокисленного битума.

Под воздействием кислорода воздуха происходит реакция окисления. Температура реакции в зоне первичного окисления достигает 215-240°C, время нахождения реагентов в зоне реакции 8-15 мин.

За счет внутреннего устройства насадочно-тарельчатой окислительной колонны 7 реакция окисления происходит в пленочном режиме, что увеличивает скорость реакции окисления с максимальным использованием кислорода воздуха.

За счет высокой скорости реакции и небольшого времени пребывания в зоне реакции идет образование наноагрегатных кластеров асфальтенов с размером не более 40-100 нм по всему объему продукта.

Образующиеся в результате окисления тяжелых нефтяных остатков кислородом воздуха битумные наноагрегатные кластеры асфальтенов взаимодействуют с пластифицирующей добавкой, при этом происходит сшивание отдельных сеток кластерных наноагрегатов в более крупную сеть, т.е. олигомерные соединения добавки связывают отдельные кластерные наноструктурированные решетки в более крупные агрегативные наносоединения, в результате чего образуется наноагрегативная объемная или наноструктурированная структура, придающая битуму новые полезные свойства полимерного характера.

С целью поддержания различных скоростей реакции реакционная часть реактора условно разделена решетчато-клапанной тарелкой 10 на две сообщающиеся между собой части. За счет работы этой тарелки 10 происходит компаундирование продуктов окисления и олигомеризации между зонами как в одну, так и в другую сторону и перераспределение потоков воздуха по зонам реактора окисления. При этом в средней зоне получают переокисленный битум, а в нижней зоне - олигомерный битум.

Температурные режимы обеих частей колонны поддерживают путем включения в процесс охлаждающих контуров (не показаны), а также системой орошения верхней части колонны 7 через распылитель 21, который создает сплошную пленочную завесу по всему поперечному сечению окислительной колонны 7, что позволяет осуществить эффективную конденсацию легких масляных фракций и асфальтогенных кислот и растворение их в в жидких продуктах реакции по всему поперечному сечению окислительной колонны. Это ведет к уменьшению размеров наноагрегативных соединений асфальтенов, которые равномерно распределяются по всему объему реактора.

Полученный олигомерный битум поступает в нижнюю (кубовую) часть реактора, откуда его откачивают по линии 15 отвода готового битума в емкость 16 для целевого продукта, а отходящие газы удаляются по линии 13 отвода отходящих газов сверху окислительной колонны 7 в систему 14 обработки отходящих газов по известным для подобного рода устройств способам.

Показатели качества полученного битума различных марок при КиШ ≤56 приведены в таблице.

Таблица
показатели Олигомерные битумы
БНДМ-70/90 БНДМ-80/100 БНД-90/130
1 Глубина проникновения при 25°C 70-90 80-100 80-130
При 0°C >40 >40 >40
2 Температура размягчения по кольцу и шару, °C 52-56 51-53 48-52
3 Температура хрупкости, °C, не выше -30 -30 -30
4 Растяжимость, см, не менее
При 25°C 70 100 100
При 0°C 2,5 3,5 4,5

Как следует из представленных данных, предлагаемая установка обеспечивает получение олигомерного наноструктурированного битума с повышенными качественными характеристиками, а именно обладает улучшенными адгезионными и когезионными свойствами, имеет широкий интервал пластичности и более низкую температуру хрупкости, что достигается за счет повышения эффективности процесса окисления нефтяного сырья и качества поступающего на окисление сырья.

1. Установка для получения олигомерного наноструктурированного битума, содержащая приемную емкость нефтяного сырья, соединенную через нагревательное устройство с вакуумной колонной, один выход которой по линии отвода отходящих газов соединен с системой обработки отходящих газов, а другой - по линии отвода сырья соединен через буферную емкость с насадочно-тарельчатой окислительной колонной, снабженной патрубками подвода воздуха, один выход которой по линии отвода отходящих газов соединен с системой обработки отходящих газов, а другой - по линии отвода готового битума соединен с емкостью для целевого продукта, при этом окислительная колонна снабжена группами насадок и тарелок, выполненными с возможностью пленочного окисления и размещенными в средней и нижней частях окислительной колонны, между которыми установлена решетчато-клапанная тарелка, патрубки подвода воздуха в окислительную колонну размещены под тарелками нижней кубовой части окислительной колонны и в зоне первичной реакции непосредственно под решетчато-клапанной тарелкой, к которой также подсоединены патрубок подвода сырья от буферной емкости и патрубок подвода пластифицирующей добавки, необходимой для получения олигомерного битума, причем расположенная над решетчато-клапанной тарелкой зона получения переокисленного битума связана с буферной емкостью возвратной линией подачи потока, к которой также подсоединена линия рецикла на орошение верхней части окислительной колонны через распылитель, выполненный с возможностью создания сплошной пленочной завесы по всему поперечному сечению окислительной колонны.

2. Установка для получения олигомерного наноструктурированного битума по п.1, в которой в качестве пластифицирующей добавки используется продукт взаимодействия 15,0 мас.% стирола, 4,0 мас.% пероксида циклогексанона, 6,0 мас.% 10%-ного раствора нафтената кобальта в стироле и 75,0 мас.% переокисленного битума.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу получения олигомерного битума. Для получения олигомерного битума осуществляют подготовку сырья путем вакуумной перегонки мазута в вакуумной колонне при остаточном давлении верха колонны 15-18 мм рт.ст., полученный гудрон с содержанием парафино-нафтеновых углеводородов 12-23 мас.% подают в буферную емкость, где смешивают его с 10-30% битумного компаунда из окислительного реактора.

Изобретение предназначено для получения различных видов битумов и производных продуктов на их основе, например водно-битумных эмульсий, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и химической отраслях промышленности, в строительстве, в том числе дорожном.
Изобретение относится к сульфоаддукту нанокластеров углерода, представляющему собой растворимую в полярных растворителях фракцию продукта взаимодействия размолотого каменноугольного пека с серной кислотой с последующим отмыванием непрореагировавшей кислоты водой.

Изобретение относится к области нефтепереработки. .

Изобретение относится к области нефтехимического аппаратостроения, а именно к установкам вторичной переработки нефти, и может быть использовано при получении окисленных нефтяных битумов, применяемых в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу получения битума. .
Изобретение относится к нефтехимии, в частности к переработке нефтяного сырья термическим крекингом с получением преимущественно дорожного битума, а также фракции светлых нефтепродуктов.

Изобретение относится к способу приготовления битумной основы, имеющей определенные признаки продутого битума, с помощью органической добавки вместо продувки с применением газа, такого как воздух или озон.

Изобретение относится к способам получения вяжущего, который может быть использован в дорожном строительстве. .

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу получения битума. .

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Материал, содержащий фуллерен и кремний, получают термической обработкой исходных материалов в реакционной камере с помощью струи высокотемпературной плазмы.

Изобретение относится к механизированной дуговой сварке плавящимся электродом в среде защитных газов. Защитный газ вводят через ниппель и осевой канал инжектора в смесительную камеру.

Изобретение относится к способам синтезирования новых материалов с заданными электрофизическими характеристиками и может быть применено для создания функциональных материалов с управляемыми характеристиками для нужд современной микро- и наноэлектроники.

Изобретение относится к области нефтехимического аппаратостроения, а именно, к оборудованию установок для получения нефтяных битумов различных марок путем окисления нефтяного сырья, используемых в различных областях промышленности, а более конкретно для проведения тепломассообменных процессов получения олигомерного битума.

Группа изобретений относится к области молекулярной биологии и электрохимии. По первому варианту способ осуществляют путем регистрации циклических вольтамперограмм рабочего электрода, модифицированного углеродными нанотрубками с нековалентно иммобилизованным на их поверхности олигонуклеотидным зондом, до и после внесения в исследуемый раствор образца нуклеиновой кислоты и по изменению емкостной характеристики делают вывод о наличии или отсутствии в образце участка, комплементарного олигонуклеотидному зонду.

Изобретение относится к способу получения биосовместимого биодеградируемого композиционного волокна и к волокну, полученному таким способом. Способ получения волокна заключается в смешивании предварительно диспергированного в водной среде с рН 5-7 в ультразвуковом поле с частотой v=20-100 кГц в течение 5-60 мин гидросиликатного наполнителя с хитозаном в количестве, соответствующем его концентрации в растворе 1 - 4 мас.%, при этом количество наполнителя составляет 0,05 - 2% от массы хитозана.

Способ формирования серебряных наночастиц в стекле относится к технологии оптических материалов и может быть использован в интегральной оптике и биосенсорных технологиях.
Изобретение может быть использовано в биологических и медицинских исследованиях. Пористые частицы карбоната кальция формируют в результате реакции CaCl2+2NaHCO3→CaCO3↓+2NaCl+2H+, причем водный раствор квантовых точек, модифицированных избыточным количеством меркаптоуксусной кислоты, имеющей концентрацию 0,05-4 мг/мл, при интенсивном перемешивании приливают к 0,3 М раствору NaHCO3.

Изобретение может быть использовано как добавка к бетонам, полимерам, существенно улучшающая их эксплуатационные свойства. Способ получения углеродного наноматериала включает предварительную подготовку сфагнового мха, в ходе которой его освобождают от инородных примесей, просушивают до влажности не более 10% и подвергают измельчению, затем измельченный материал подвергают пиролизу при температуре 850-950°C в течение 1-2 ч, охлаждают до комнатной температуры, после чего аморфный углерод, полученный в процессе пиролиза, подвергают механоактивации в варио-планетарной мельнице в течение 7-10 часов.
Клей // 2508306
Изобретение относится к области клеев на основе фенолоформальдегидных смол, которые могут быть использованы в металлургической, авиакосмической, автомобильной и других отраслях техники, где на клеевые соединения воздействуют умеренные (до 10-15 МПа) механические нагрузки и температуры от нормальной (20°C) до высокой (1100-1200°C) в инертной или слабокислой средах.

Изобретение относится к области оценки поверхностных свойств материалов и может быть использовано для разработки энергетических нанотехнологий в различных отраслях промышленности: химической, кожевенной и меховой, легкой, пищевой, медицинской, строительной индустрии и т.д. Для установления количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом в газовой фазе, скорости ее перемещения, для получения новых характеристик при оценке свойств различных веществ, в том числе порошкообразных наночастиц и наноматериалов, для перемещения жидкости используют поверхностно-активные вещества, способные переходить в газовую фазу при комнатных температурах, при этом поверхностно-активным веществом воздействуют на слой жидкости, находящейся на поверхности изучаемого материала из газовой фазы. Для этого изучаемый материал в виде пластины или в виде порошка помещают в центр ограничительной окружности, нанесенной на легко сменяемую поверхность или в кювету с известной внутренней площадью, и накрывают изучаемый материал слоем жидкости известной толщины. Затем заполняют капилляр обмакиванием в поверхностно-активное вещество, например изопропиловый спирт, выдерживают его в течение 5-10 мин в газовой среде, в которой проводят опыт. Для испарения с внешней поверхности капилляра поверхностно-активного вещества включают видео или кинокамеру и устанавливают заполненный капилляр на высоте 1-6 мм над центром поверхности изучаемого материала. Фиксирование происходящих изменений продолжают до тех пор, пока не закончится процесс перемещения жидкости. Отснятый видеоматериал помещают в компьютер и с помощью стандартных программ определяют время, необходимое для прорыва слоя жидкости по времени между отснятыми кадрами, скорость перемещения слоя жидкости по пройденному расстоянию краем перемещаемого слоя жидкости и времени, затраченному на перемещение, которое определяют по разности между отснятыми кадрами и скоростью съемки, а также объем перемещаемой жидкости во времени по изменению радиуса перемещаемого слоя и начальной толщиной слоя жидкости. Техническим результатом является установление количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом в газовой фазе, и скорости ее перемещения, в получении новых характеристик для оценки свойств различных веществ, в том числе порошкообразных наночастиц и наноматериалов. 13 ил., 1 табл.
Наверх