способ получения строительного битума

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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, м 3/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 м ³ 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
t 3	6,2		130,8	22
t4	11,6		134,1	30
t5	13,5		136,6	40
t6	14		138,2	60
t 7	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.