Способ получения битума

 

Использование: нефтехимия. Сущность изобретения: нефтяной гудрон и окислитель эмульсируют при помощи струйных излучателей колебаний. Исходный гудрон разделяют на 2-6 порций. Каждую порцию подвергают гомогенизации отдельно. Первую порцию смешивают с предварительно гомогенизированным окислителем, полученную смесь затем последовательно подвергают гомогенизации в смеси с каждой порцией гомогенизированного нефтяного гудрона с последующей выдержкой готовой гомогенизированной смеси во времени при постоянной температуре. Гомогенизацию проводят 4-8 кгс/см². 2 з.п.ф-лы, 12 табл., 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к способам получения нефтяного битума и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтяной промышленности.

Известен способ периодического получения нефтяного битума путем окисления нагретого нефтяного гудрона и окислителя в кубе с помощью турбомешалки. В окислительный куб поступают сплошные потоки гудрона и окислителя и по мере пребывания их в кубе, происходит диспергирование воздуха в массу окисляемого продукта. При этом в первоначальных местах контакта реагирующих веществ образуются локализованные зоны, обусловленные как сложной структурой гудрона, так и недостаточным преремешиванием всей массы окисляемого продукта. В локализованных зонах отмечается либо образование карбенов и карбоидов, либо неполное окисление сложных надмолекулярных структур, размеры которых превышают 500 мкм, из-за малой скорости генерации радикалов, связанной с недостатком окислителя в этих зонах, что увеличивает продолжительность процесса окисления до 8-12 часов и приводит к ухудшению качества битума, с одной стороны, и низкой степени отработки окислителя, с другой [1] Известен также способ непрерывного получения битума путем смешения нагретого нефтяного гудрона и рециркулирующего битума до поступления в реактор с воздухом с помощью эжектора, где рабочим телом, обеспечивающим эжектирование воздуха из атмосферы, является смесь сырья и рециркулирующего битума. Из эжектора смесь сырья, рециркулирующего битума и воздуха для завершения реакции окисления поступает в реактор. При реализации этого способа не обеспечивается гомогенизация реагирующих веществ из-за большой разности плотностей сырья и рециркулирующего битума, с одной стороны, и воздуха, с другой. В силу этого в массе окисляемого продукта существуют и не разрушаются локализованные зоны, в которых реакция окисления нефтепродуктов замедлена из-за малой скорости генерации радикалов, обусловленной недостатком кислорода в объеме сложных структур. Для полного окисления этих структур время контакта сырья и окислителя увеличивают, что приводит к образованию карбенов и карбоидов при окислении частиц малых размеров и ухудшению качества битума [2] Известен также способ непрерывного получения битума путем подачи нагретого нефтяного гудрона одним потоком в реактор, куда двумя потоками турбокомпрессор подает воздух. Хорошо перемешенная газожидкостная смесь из реактора поступает в конфузор, в который через коллекторы вводятся, при необходимости, различные активирующие добавки. Размещенные в конфузоре магнитострикторы обеспечивают ультразвуковые колебания реакционной массы, благодаря чему по всему объему происходит полное и тончайшее диспергирование участвующих в процессе компонентов. В результате окисление идет по всему объему (без местного переокисления с образованием карбенов и карбоидов), чем и достигается большая интенсивность процесса и высокое качество продукта. Несмотря на то, что реакция окисления протекает в высокотурбулизованном акустическом поле с большой скоростью окисления органической массы, в реакторе (первоначальное место контакта сплошных потоков сырья и воздуха) образуются локализованные зоны, в которых, с одной стороны, образуются карбены и карбоиды, с другой стороны, существуют неразрушенные сложные надмолекулярные структуры, имеющие малую скорость генерации радикалов. И если последние разрушаются в конфузоре под действием ультразвуковых колебаний, создаваемых магнитострикторами, то первые сохраняются в готовом продукте, ухудшая его качество. Кроме того, магнитострикторы обладают малой мощность, могут быть использованы только на установках малой производительности и требуют больших энергозатрат [3] Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому способу получения битума является способ получения битума путем эмульгирования всего объема нагретого нефтяного сырья с воздухом ротационной форсункой со скоростью вращения ротора 700-1300 об/мин, последующим окислением полученной эмульсии и разделением продуктов окисления. Этот способ получения битума проверен на лабораторной установке. Исходное сырье непрерывно окислялось при помощи эжектора и ротационной форсунки при температуре 177-287^oС, удельном расходе воздуха 20 л/мин на 1 кг сырья и расходе сырья 610^-2 м³/ч. Дисперсионность распыленного потока составляла 80-425 мкм, чем обеспечивалась достаточно развитая поверхность контакта реагирующих веществ. А поскольку поверхность контакта фаз влияет как на скорость окисления, так и на качество полученного битума при окислении распыленного сырья в потоке воздуха, по известному способу обеспечивается постоянный размер капель изменением скорости вращения ротора форсунки в зависимости от физико-химических свойств сырья. По известному способу получения битума установлено, что при увеличении числа оборотов ротора форсунки, т.е. с уменьшением дисперсности реагирующих компонентов, процесс окисления интенсифицируется, продолжительность его сокращается, и битум получают с повышенной температурой размягчения и пониженной пенетрацией.

Однако, известный способ получения битума имеет некоторые недостатки. Процесс окисления исходного сырья начинается в месте первоначального контакта этого сырья и эжектируемого воздуха. Как правило, нефтяной гудрон характеризуется сложной структурой.

На фиг. 1 приведена фотография капли прямогонного гудрона (цена одного деления на фотографии 20 мкм), на которой хорошо видны крупные надмолекулярные структуры размера от 20 до 320 мкм. Для полного окисления крупных частиц требуется большая продолжительность процесса окисления, так как такие частицы генерируют радикалы с малой скоростью из-за неразвитой межфазной поверхности контакта с окислителем. В то же время частицы малых размеров быстро окисляются до карбенов и карбоидов за счет развития межфазной поверхности и большой продолжительности процесса окисления. Ротационная форсунка со скоростью вращения ротора 700-1300 об/мин обеспечивает дисперсность гудрона не менее 80 мкм, т.е. в любом случае существует неоднородная структура гудрона и процесс окисления продолжает идти неравномерно.

В реакционной массе существуют локализованные зоны, в которых либо образуются карбены и карбоиды, либо существуют структуры с малыми скоростями генерации радикалов. Образованные в процессе окисления карбены и карбоиды переходят в конечный продукт, ухудшая его качество. Снижение дисперсности гудрона до 20 мкм по известному способу можно обеспечить путем повышения числа оборотов ротора форсунки выше 1300 об/мин, но при этом значительно ухудшаются технико-экономические показатели процесса за счет повышения расхода энергии. Для получения битума требуемого качества при дисперсности гудрона выше 80 мкм продолжительность процесса окисления увеличивают до 180-5760 с, что ухудшает некоторые показатели качества готового продукта.

Кроме того, известный способ получения битума не предусматривает использования в качестве окислителя жидкого тяжелого продукта, например сернокислотных отходов очистки нефтепродуктов (кислых гудронов), которые в большом количестве накоплены в прудах кислого гудрона нефтеперерабатывающих заводов и загрязняют окружающую среду, но могут успешно применяться в качестве окислителя при соответствующей подготовке к использованию. По известному способу кислый гудрон не может быть эжектирован потоком сырья из-за его большой плотности. Структура кислого гудрона подобна приведенной на фиг.1 и характерна присутствием большого числа крупных структур, которые при использовании кислого гудрона в качеств окислителя должны быть разрушены. Без предварительного разрушения таких структур и создания гомогенной структуры потока нельзя обеспечить полное окисление исходного сырья. Неразрушенные молекулярные структуры кислого гудрона, сохраняясь в готовом продукте, отрицательно влияют на его качество.

Кроме того, наличие вращающихся деталей у ротационной форсунки снижает надежность этого способа при его промышленной реализации из-за частого выхода их из строя [4] Цель предлагаемого изобретения улучшение условий контакта сырья и окислителя.

Поставленная цель достигается тем, что гудрон разделяют на 2-6 порций, окислитель и порции гудрона перед смешением гомогенизируют, полученную после смешения с каждой порцией гудрона смесь последовательно гомогенизируют и готовую гомогенизированную смесь выдерживают по времени при постоянной температуре, процесс гомогенизации проводят при давлении 2-8 кгс/см², а в качестве гомогенизаторов применяют струйные излучатели колебаний.

Отличительным признаком предлагаемого способа в сравнении с прототипом является распределение гудрона на 2-6 порций, гомогенизация перед смешением окислителя и порций гудрона, последовательная гомогенизация смеси после смешения с каждой порцией гудрона, выдержка гомогенизированной смеси по времени при постоянной температуре, проведение процесса гомогенизации при давлении 4-8 кгс/см² и применение в качестве гомогенизаторов струйных излучателей колебаний.

Указанные отличительные признаки предлагаемого способа получения битума и определяют его существенные отличия в сравнении с уровнем техники в области получения битумов, так как распределение гудрона на 2-6 порций, гомогенизация перед смешением окислителя и порций гудрона, последовательная гомогенизация смеси после смешения с каждой порцией гудрона, выдержка готовой гомогенизированной смеси по времени при постоянной температуре, проведение процесса гомогенизации при давлении 4-8 кгс/см² и применение в качестве гомогенизаторов струйных излучателей колебаний позволяет получить гомогенизированные потоки нефтяного гудрона и окислителя.

Структура гомогенизированного потока нефтяного гудрона приведена на фиг. 2, где показана фотография капли гомогенизированного потока гудрона. На этой фотографии видна однородная структура капли гудрона с размерами отдельных частиц не более 20 мкм (цена одного деления на фотографии 20 мкм). Такая гомогенизированная система имеет развитую межфазную поверхность, что позволяет завершить процесс окисления значительно быстрее и получить битум лучшего качества, так как в гудроне отсутствуют крупные частицы с малой скоростью генерации радикалов. Присутствующие в капле гудрона частицы имеют примерно равные размеры и, следовательно, окисляются с равной скоростью.

Предлагаемый способ позволяет: улучшить качество битума за счет проведения процесса окисления при повышенном давлении, так как с повышением давления в зоне окисления улучшается процесс диффузии окислителя в реакционной массе, сокращается продолжительность процесса окисления и улучшаются тепло- и морозостойкость битума, увеличивается интервал пластичности битума в результате конденсации части масляных паров из газовой фазы, диапазон рабочего давления 4-8 кгс/см², при давлении ниже 4 кгс/см² возможно испарение воды при ее высоком содержании в окислителе (кислом гудроне), при давлении выше 8 кгс/см² ухудшаются технико-экономические показатели процесса за счет повышения расхода энергии; повысить степень отработки окислителя за счет проведения реакции охлаждения в условиях развитой межфазной поверхности (сырья и окислителя); уменьшить объем паро-газовой фазы в реакционной трубе за счет проведения процесса окисления при повышенном давлении.

Число потоков, на которое распределяют гудрон (исходное сырье), может меняться от двух до шести и зависит от производительности установки по сырью, его качества, числа компонентов сырья, применяемых для получения битума, и их качества и требований по качеству битума. Чем выше производительность установки по сырью, тем больше потоков сырья должно быть. При использовании для получения битума сырья из разных источников или с разной температурой не требуется предварительного смешения потоков сырья, так как при гомогенизации потоков выравнивается тепловое поле и обеспечивается хорошее перемешивание потоков. Чем выше требования по качеству битума или хуже качество сырья, тем больше потоков сырья должно быть. Но в любом случае максимальное число потоков шесть, что достаточно для переработки сырья любого качества и получения требуемого битума.

Предлагаемый способ получения битума поясняется принципиальной схемой, приведенной на фиг.3, и примерами.

Сырье 1, например прямогонный гудрон, перед входом в гомогенизирующее устройство 2 (см.фиг.3) распределяют на шест порций 3,4,5,6,7 и 8, каждая из которых поступает в кольцевую распределительную камеру 9,10,11,12,13 и 14 соответственно.

Окислитель 15, например кислый гудрон, поступает в кольцевую распределительную камеру окислителя 16 гомогенизирующего устройства 2. Из камеры 16 окислитель поступает в гомогенизаторы 17, в качестве которых применяются струйные излучатели колебаний. Гомогенизированный поток окислителя через вихревую камеру 18 и сопло 19 направляется в вихревую смесительную камеру 20 для смешения с гомогенизированным потоком первой порции сырья 3, которая поступает из кольцевой распределительной камеры 9 через гомогенизаторы 21.

Смешенный поток гомогенизированного окислителя и гомогенизированной первой порции сырья поступает на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 22, откуда по вихревой смесительной трубе 25 через сопло 24 направляется в вихревую смесительную камеру 25 для смешения с гомогенизированным потоком второй порции сырья 4, которая поступает из кольцевой распределительной камеры 10 через гомогенизаторы 26.

Смешенный поток гомогенизированной смеси окислителя и первой порции сырья и гомогенизированный поток второй порции сырья поступает на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 27, откуда гомогенизированная смесь окислителя и двух порций сырья по вихревой смесительной трубе 23 через сопло 28 поступает в вихревую смесительную камеру 29 для смешения с гомогенизированным потоком третьей порции сырья 5, которая поступает из кольцевой распределительной камеры 11 через гомогенизаторы 30.

Смешенный поток гомогенизированной смеси окислителя и двух порций сырья и гомогенизированной третьей порции сырья 5 поступает на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 31, откуда по вихревой смесительной трубе 23 через сопло 32 поступает в вихревую смесительную камеру 33, где смешивается с гомогенизированным потоком четвертой порции сырья 6, поступившим из кольцевой распределительной камеры 12 через гомогенизаторы 34.

Смешенный поток гомогенизированной смеси окислителя и трех порций сырья и гомогенизированный поток четвертой порции сырья поступает на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 35, откуда по вихревой смесительной трубе 23 через сопло 36 поступает в вихревую смесительную камеру 37, где смешивается с гомогенизированным потоком пятой порции сырья 7, поступившим из кольцевой распределительной камеры 13 через гомогенизаторы 38.

Смешенный поток гомогенизированной смеси окислителя и четырех порция сырья и гомогенизированный поток пятой порции сырья направляется на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 39. Гомогенизированная смесь окислителя и пяти порций сырья по вихревой смесительной трубе 23 через сопло 40 поступает в вихревую смесительную камеру 41, куда одновременно поступает из кольцевой распределительной камеры 14 через гомогенизаторы 42 гомогенизированный поток шестой порции сырья 8.

Смешенный гомогенизированный поток окислителя и шести порций сырья направляется на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 43, откуда по вихревой смесительной трубе 23 через сопло 44 поступает в вертикальную реакционную трубу 45, где выдерживается по времени при постоянной температуре, после чего продукты реакции направляются на разделение.

Таким образом, окислитель и сырье многократно гомогенизируются, чем обеспечивается гарантированное разрушение сложных надмолекулярных структур сырья и окислителя. В местах первоначального контакта сырья и окислителя (вихревые смесительные камеры) исключены застойные локализованные зоны, так как движение гомогенизированных потоков осуществляется в закрученном вихревом турбулентном режиме с высокой скоростью. В течение времени контакта сырья и окислителя исключена возможность образования карбенов и карбоидов и существования структур с малой скоростью генерации радикалов. Кроме того, за счет многократной гомогенизации окислителя с порциями сырья повышается степень отработки окислителя и сокращается его расход.

Гомогенизация совокупность методов и процессов придания однородности системе в предлагаемом способе осуществляется в акустическом поле, создаваемом струйными излучателями колебаний (гомогенизаторами) за счет капиллярно-волновых эффектов и пульсаций в кавитационной области.

Выдержка готовой гомогенизированной смеси сырья и окислителя осуществляется при следующих параметрах: скорость потока сырья 20-40 м/с; скорость потока окислителя не менее чем в 2 раза ниже скорости потока сырья при применении в качестве окислителя воздуха, так как в противном случае скорости потоков порций сырья не смогут преодолеть сопротивления со стороны движущегося навстречу закрученного потока воздуха;
скорость потока окислителя не более чем в 2 раза выше скорости потока сырья при применении жидкого окислителя, в противном случае поток окислителя не может подниматься вверх;
продолжительность реакции окисления 850-1750 с при применении в качестве окислителя воздуха;
продолжительность реакции окисления 300-900 с при применении жидкого окислителя;
время выдержки гомогенизированной смеси при постоянной температуре - 10-30 с;
давление процесса гомогенизации 4-8 кгс/см².

Пределы скоростей истечения на входы в каналы струйных излучателей колебаний, время выдержки готовой гомогенизированной смеси в реакционной трубе и количество порций исходного сырья определяются качеством исходного сырья и окислителя, а также необходимостью варьирования производительности в определенных пределах. Так, например, с увеличением вязкости исходного сырья требуется повышение скоростей истечения и увеличение числа порций сырья. Первоначально все сырье распределяют на равные порции, после чего, если это необходимо, осуществляют корректировку расходов или заменяют одну или несколько порций на другие компоненты с другими физико-химическими характеристиками или другой температурой, регулируя таким образом температуру процесса.

В точках контакта сырья и окислителя необходимую интенсивность гомогенизации обеспечивают за счет организованного направления закрученных турбулентных вихревых потоков навстречу друг другу после их предварительной гомогенизации, обеспечивающей тонкодисперсную систему с размером частиц не более 20 мкм. Благодаря такому приему смесь сразу же принимает температуру, определяемую суммарным балансом тепла потоков, чем полностью исключается возможность образования локализованных зон.

Необходимые касательные напряжения сдвига в потоках обеспечивают созданием высокой интенсивности деформационного воздействия в узком кольцевом зазоре канала за счет диспергирования потоков перед смешиванием каждой порции и после смешивания. Использование этого приема позволяет обеспечить надежность полноты контакта окислителя со всем объемом сырья.

В примерах 1-3 приведены характеристики сырья, основные показатели параметров технологического режима и характеристика битума по известному и предлагаемому способам при использовании в качестве окислителя воздуха.

В примерах 4-6 приведены характеристики сырья и окислителя, основные показатели технологического режима и характеристики битума, полученного по предлагаемому способу при применении жидкого окислителя. В связи с тем, что по известному способу нельзя применять жидкий окислитель, сравнение характеристик полученного битума проведено с соответствующими характеристиками этого битума по ГОСТ 22245-76.

В примерах 7 и 8 приведены характеристики сырья и окислителя, основные характеристики технологического режима и характеристики полученного битума при применении жидкого окислителя и изменении числа порций, на которые распределяют исходное сырье, сравнение характеристик полученного битума проведено с соответствующими характеристиками этого битума по ГОСТ 22245-76.

Пример 1. Из сырья, в качестве которого использован гудрон с характеристиками, приведенными в табл.1, и окислителя, в качестве которого использован атмосферный воздух, получен битум марки БНД 4О/60.

В соответствии с предлагаемым способом гудрон 1 (см.фиг.3) распределяется на две порции 3 и 8. Первая порция гудрона 3 направляется в кольцевую распределительную камеру 9, откуда через гомогенизаторы 21 поступает в вихревую смесительную камеру 20. Окислитель 15 направляется направляется в кольцевую распределительную камеру 16, откуда через гомогенизаторы 17 поступает в вихревую камеру 18 и через сопло 19 направляется в вихревую смесительную камеру 20. В этой камере смешиваются гомогенизированные потоки окислителя и первой порции сырья. Полученная гомогенизированная смесь поступает из камеры 20 на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 22. Гомогенизированная смесь окислителя и первой порции сырья из гомогенизаторов 22 поступает в вихревую смесительную трубу 23, откуда через сопло 40 поступает в вихревую смесительную камеру 41. В эту камеру из кольцевой распределительной камеры 13 через гомогенизаторы 42 поступает гомогенизированный поток второй порции сырья 8. Смешенный гомогенизированный поток окислителя и двух порций сырья направляется на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 43. Готовый гомогенизированный поток окислителя и двух порций сырья через вихревую смесительную трубу 23 и сопло 44 поступает в вертикальную реакционную трубу 45, где выдерживается по времени при постоянной температуре, после чего продукты реакции направляются на разделение в сепаратор.

По известному способу битум получают путем эмульгирования нагретого нефтяного гудрона воздухом с помощью ротационной форсунки со скоростью вращения ротора 700-1300 об/мин, последующего окисления полученной эмульсии и разделения полученных продуктов окисления в сепараторе.

Параметры технологического режима получения битума по известному и предлагаемому способам и характеристики его качества приведены в табл.2.

Из табл.1 и 2 следует, что при окислении гудрона кислородом воздуха при температуре 150-225^oС и давлении 4 кгс/см² получен битум заданного качества, соответствующий требованиям ГОСТ 22245-76. При этом выход битума на сырье увеличился на 2 мас. по сравнению со средним выходом по известному способу, а продолжительность реакции окисления сократилась в 2,1 раза по сравнению со средним значением по известному способу. Сокращение продолжительности реакции привело к улучшению качества битума и создало предпосылки для увеличения производительности установки по сырью.

Пример 2. Из сырья, в качестве которого использован гудрон с характеристиками, приведенными в табл.1 (см. пример 1), и окислителя, в качестве которого использован атмосферный воздух, получен битум марки БНД 40/60.

Описание принципиальных схем получения битума по предлагаемому и известному способам приведено в примере 1.

Параметры технологического режима получения битума и характеристики его качества приведены в табл.3.

Из табл.1 и 3 следует, что при окислении гудрона кислородом воздуха при давлении 6 кгс/см² получен битум заданного качества, соответствующий требованиям ГОСТ 22245-76. При этом выход битума увеличен на 4 мас. по сравнению со средним выходом по известному способу, а продолжительность реакции окисления сократилась в 3,1 раза по сравнению со средним значением по известному способу. Повышение давления процесса от 4 кгс/см² до 6 кгс/см² обеспечило повышение выхода битума на 2 мас.

Пример 3. Из сырья, в качестве которого использован гудрон с характеристиками, приведенными в табл.1 (см. пример 1), и окислителя, в качестве которого использован атмосферный воздух, получен битум марки БНД 40/60.

Описание принципиальных схем получения битума по известному и предлагаемому способам приведено в примере 1.

Параметры технологического режима получения битума по известному и предлагаемому способам и характеристики его качества приведены в табл.4.

Из табл.1 и 4 следует, что при окислении кислородом воздуха гудрона при давлении 8 кгс/см² получен битум заданного качества, соответствующий требованиям ГОСТ 22245-76. При этом выход битума увеличен на 5,5 мас. по сравнению со средним выходом битума по известному способу, а продолжительность реакции окисления сократилась в 4,4 раза по сравнению со средним значением по известному способу. Повышение давления процесса от 6 кгс/см² до 8 кгс/см² обеспечило повышение выхода битума на 1,5 мас.

Пример 4. Из сырья, в качестве которого использован прямогонный гудрон с характеристиками, приведенными в табл.5, и жидкого окислителя, в качестве которого использованы сернокислотные отходы очистки масел и парафинов в массовом соотношении 1: 1 с характеристиками, приведенными в табл.6, получен битум марки БНД 130/200.

Описание принципиальной схемы получения битума по предлагаемому способу приведено в примере 1. По известному способу получить битум при применении жидкого тяжелого окислителя нельзя.

Параметры технологического режима получения битума по предлагаемому способу и показатели его качества, а также показатели качества этого битума, установленные ГОСТ 22245-76, приведены в табл.7.

Сравнение значений показателей качества битума марки БНД 130/20, обусловленных ГОСТ 22245-76, и полученных по предлагаемому способу, показывает, что качество полученного битума удовлетворяет всем требованиям ГОСТ при существенном запасе по качеству некоторых важных показателей. При этом выход битума на сырье составляет 87 мас. а продолжительность реакции окисления составляет 900 с.

Пример 5. Из сырья, в качестве которого использован прямогонный гудрон с характеристиками, приведенными в табл.5 (см. пример 4), и жидкого окислителя, в качестве которого использованы сернокислотные отходы очистки масел и парафинов в соотношении 1:1 с характеристиками, приведенными в табл.6 (см. пример 4), получен битум марки БНД 130/200.

Описание принципиальной схемы получения битума по предлагаемому способу приведено в примере 1. По известному способу получить битум требуемого качества при использовании жидкого окислителя нельзя.

Параметры технологического режима получения битума по предлагаемому способу и показатели его качества, а также показатели качества этого битума, установленные ГОСТ 22245-76, приведены в табл.8.

Сравнение значений показателей качества битума марки БНД 130/200, обусловленных ГОСТ 22245-76, и полученных при получении битума по предлагаемому способу (см. табл.8), показывает, что качество полученного битума удовлетворяет всем требованиям ГОСТ при существенном запасе качества по некоторым важным показателям. При этом выход битума на сырье составляет 89 мас. а продолжительность реакции окисления 600 с. Повышение давления процесса с 4 кгс/см² до 6 кгс/см² обеспечило повышение выхода битума на 2 мас. и сокращение продолжительности реакции окисления в 1,5 раза.

Пример 6. Из сырья, в качестве которого использован прямогонный гудрон с характеристиками, приведенными в табл.5 (см. пример 4), и жидкого окислителя, в качестве которого использованы сернокислотные отходы очистки масел и парафинов в соотношении 1:1 с характеристиками, приведенными в табл.6 (см. пример 4), получен битум марки БНД 130/200.

Описание принципиальной схемы получения битума по предлагаемому способу приведено в примере 1. По известному способу получить битум требуемого качества при использовании жидкого окислителя нельзя.

Параметры технологического режима получения битума по предлагаемому способу и показатели его качества, а также показатели качества этого битума, установленные ГОСТ 22245-76, приведены в табл.9.

Сравнение значений показателей качества битума марки БНД 130/200, обусловленных ГОСТ 22245-76, и полученных при проведении процесса по предлагаемому способу (см. табл.9) показывает, что качество полученного битума удовлетворяет всем требованиям ГОСТ при существенном запасе по некоторым важным показателям. При этом выход битума на сырье составляет 92 мас. продолжительность реакции окисления 300 с. Повышение давления процесса от 6 кгс/см² до 8 кгс/см² обеспечило повышение выхода битума на сырье на 3 мас. а продолжительность реакции окисления сократилась в 2 раза.

Пример 7. Из сырья, в качестве которого использован прямогонный гудрон с характеристиками, приведенными в табл.5 (см. пример 4), и жидкого окислителя, в качестве которого использованы сернокислотные отходы очистки масел и парафинов в массовом соотношении 1: 1 с характеристиками, приведенными в табл.6 (см. пример 4), получен битум марки БНД 130/200.

В соответствии с предлагаемым способом прямогонный гудрон 1 (сырье) перед входом в гомогенизирующее устройство 2 (см. фиг.3) распределяется на 4 порции 3,4,5 и 8, каждая из которых направляется в кольцевые распределительные камеры 9, 10, 11 и 14, соответственно.

Окислитель 15 (сернокислотные отходы очистки масел и парафинов) поступает в кольцевую распределительную камеру 16, из которой направляется в гомогенизаторы 17. Гомогенизированный поток окислителя через вихревую камеру 18 и сопло 19 направляется в вихревую смесительную камеру 20 для смешения с гомогенизированным потоком первой порции сырья 3, которая поступает из кольцевой распределительной камеры 9 через гомогенизаторы 21.

Смешенный поток гомогенизированного окислителя 15 и гомогенизированной первой порции сырья 3 поступает на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 22, откуда по вихревой смесительной трубе 23 через сопло 24 направляется в вихревую смесительную камеру 25 для смешения с гомогенизированным потоком второй порции сырья 4, которая поступает из кольцевой распределительной камеры 10 через гомогенизаторы 26.

Смешенный поток гомогенизированной смеси окислителя и первой порции сырья и гомогенизированного потока второй порции сырья поступает на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 27, откуда по вихревой смесительной трубе 23 через сопло 28 гомогенизированный поток окислителя двух порций сырья поступает в вихревую смесительную камеру 29. В камеру 29 из распределительной камеры 11 через гомогенизаторы 30 одновременно поступает гомогенизированный поток третьей порции сырья 5. Из вихревой смесительной камеры 29 смесь гомогенизированного потока окислителя и двух порций сырья и гомогенизированного потока третьей порции сырья направляется на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 31, откуда по вихревой смесительной трубе 23 через сопло 40 гомогенизированный поток окислителя и трех порций сырья направляется в вихревую смесительную камеру 41.

Одновременно в камеру 41 из распределительной камеры 14 через гомогенизаторы 42 поступает поток четвертой порции сырья 8.

Смесь гомогенизированного потока окислителя и трех порций сырья и гомогенизированного потока четвертой порции сырья направляется на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 43, откуда гомогенизированный поток окислителя и сырья через вихревую смесительную трубу 23 и сопло 44 поступает в вертикальную реакционную трубу 45, где выдерживается по времени при постоянной температуре. Из реакционной трубы 45 продукты реакции направляются на разделение в сепаратор.

По известному способу при использовании жидкого окислителя получить битум заданного качества нельзя.

Параметры технологического режима получения битума по предлагаемому способу и характеристики его качества приведены в табл.10.

Сравнение значений показателей качества битума марки БНД 130/200, обусловленных ГОСТ 22245-76, и полученных при проведении процесса по предлагаемому способу, показывает, что при повышении производительности установки по сырью в 1,2 раза (с 28 м³/ч (см. табл.8) до 34,4 м³/ч (см. табл.10) и распределении сырья на 4 порции качество получаемого битума не изменилось, а технико-экономические показатели остались прежними (см. табл.8).

Пример 8. Из сырья, в качестве которого использован прямогонный гудрон с характеристиками, приведенными в табл.5 (см. пример 4), и жидкого окислителя, в качестве которого использованы сернокислотные отходы очистки масел и парафинов в массовом соотношении 1: 1 с характеристиками, приведенными в табл.6 (см. пример 4), получен битум марки БНД 130/200.

В соответствии с предлагаемым способом прямогонный гудрон 1 (сырье) (см. фиг. 3) перед входом в гомогенизирующее устройство 2 распределяется на 6 порций 3,4,5,6,7 и 8, каждая из которых направляется в кольцевую распределительную камеру 9, 10, 11, 12, 13 и 14 соответственно.

Окислитель 15 (сернокислотные отходы очистки масел и парафинов) поступает в распределительную камеру 16, из которой направляется в гомогенизаторы 17. Гомогенизированный поток окислителя через вихревую камеру 18 и сопло 19 направляется в вихревую смесительную камеру 20 для смешения с гомогенизированным потоком первой порции сырья 3, которая поступает из кольцевой распределительной камеры 9 через гомогенизаторы 21.

Смешенный поток гомогенизированного окислителя и гомогенизированной первой порции сырья 4 поступает на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 22, откуда по вихревой смесительной трубе 23 через сопло 24 направляется в вихревую смесительную камеру 25 для смешения с гомогенизированным потоком второй порции сырья 4, которая поступает из кольцевой распределительной камеры 10 через гомогенизаторы 26.

Смешенный поток гомогенизированной смеси окислителя и первой порции сырья и гомогенизированной второй порции сырья поступает на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 27, откуда гомогенизированный поток окислителя и двух порций сырья направляется в вихревую смесительную камеру 29.

В камеру 29 одновременно поступает гомогенизированный поток третьей порции сырья 5 из кольцевой распределительной камеры 11 через гомогенизаторы 30. Из вихревой смесительной камеры 29 смесь гомогенизированного потока окислителя и двух порций сырья и гомогенизированной третьей порции сырья поступает на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 31, откуда гомогенизированный поток окислителя и трех порций сырья через вихревую смесительную трубу 23 и сопло 32 поступает в вихревую смесительную камеру 33. В эту камеру одновременно поступает гомогенизированный поток четвертой порции сырья 6 через гомогенизаторы 34.

Смешенный поток гомогенизированной смеси окислителя и четырех порций сырья направляется на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 35, откуда по вихревой смесительной трубе 23 через сопло 36 поступает в вихревую смесительную камеру 37, куда одновременно поступает из кольцевой распределительной камеры 13 через гомогенизаторы 38 гомогенизированный поток пятой порции сырья 7.

Смешенный гомогенизированный поток окислителя и пяти порций сырья направляется на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 39. Гомогенизированная смесь окислителя и пяти порций сырья из гомогенизаторов 39 по вихревой смесительной трубе 23 через сопло 40 поступает в вихревую смесительную камеру 41, куда одновременно поступает из кольцевой распределительной камеры 14 через гомогенизаторы 42 гомогенизированный поток шестой порции сырья 8.

Смешенный гомогенизированный поток окислителя и шести порций сырья направляется на повторную гомогенизацию в гомогенизаторы 43, откуда готовый гомогенизированный поток окислителя и сырья по вихревой смесительной трубе 23 через сопло 44 поступает в вертикальную реакционную трубу 45, где выдерживается по времени при постоянной температуре. Продукты реакции из реакционной трубы 45 направляются для разделения в сепаратор.

По известному способу при использовании жидкого окислителя получить битум заданного качества нельзя.

Параметры технологического режима получения битума по предлагаемому способу и характеристики его качества приведены в табл.11.

Сравнение значений показателей качества битума марки БНД 130/200, обусловленных ГОСТ 22245-76, и полученных при проведении процесса по предлагаемому способу, показывает, что при повышении производительности установки по сырью в 1,2 раза (с 34,4 м³/ч до 40,8 м³/ч) и распределении сырья на 6 порций качество получаемого битума не изменилось, а технико-экономические показатели остались прежними (см. табл.8, 10 и 11).

Сопоставительный анализ условий получения битума по известному и предлагаемому способам приведен в табл.12.

Анализ табл. 12 показывает, что предлагаемый способ получения битумов обеспечивает получение битума заданного качества при окислении воздухом или жидким окислителем при продолжительности реакции окисления 850-1200 с при использовании воздуха и 300-900 с при использовании жидкого окислителя, что обусловлено многократной гомогенизацией реагирующих веществ и их смеси и проведением реакции окисления в гомогенной системе с развитой межфазной поверхностью контакта. Этим же можно объяснить и повышение степени отработки окислителя, что подтверждается низким содержанием кислорода в отработанных газах окисления (0,6-2,7 об.) и высокой степенью конверсии серной кислоты (85-90% ). Улучшение условий контакта сырья и окислителя приводит к устойчивому повышению выхода битума на сырье. Так, если по известному способу выход битума на сырье изменяется в интервале 80-89% то по предлагаемому способу выход битума на сырье изменяется в интервале 86,5-90% при окислении сырья воздухом и 87-92% при окислении сырья сернокислотными отходами. Кроме того, многократная гомогенизация реагирующих веществ и их смеси и распределение сырья на порции обеспечили возможность повышения производительности установок производства битума по сырью в 1,5-2 раза, а высокая степень отработки окислителя значительно улучшает экологические показатели процесса.

Предлагаемый способ получения битума прошел промышленные испытания на двух действующих установках производства битума разных нефтеперерабатывающих заводов при окислении прямогонного гудрона жидким окислителем. Этот же способ прошел испытания на лабораторной установке получения битума при окислении прямогонного гудрона воздухом.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания изобретения:
1. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М. Химия, 1973, с.186-188.

2. То же, с.244-245.

3. Авт.св. СССР N 458571, C 10 C 3/04, БИ N 4, 1975.

4. Авт. св. СССР N 1641854, С 10 C 3/04, БИ N 14, 1981. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3 ТТТ4 ТТТ5 ТТТ6 ТТТ7 ТТТ8 ТТТ9 ТТТ10 ТТТ11

Формула изобретения

1. Способ получения битума путем эмупьгирования с использованием смешения нагретого нефтяного гудрона и окислителя гомогенизирующим устройством, окисления смеси и разделения продуктов окисления, отличающийся тем, что нефтяной гудрон разделяют на 2 6 порций, каждую порцию нефтяного гудрона подвергают гомогенизации отдельно, первую порцию гомогенизированного нефтяного гудрона смешивают с предварительно гомогенизированным окислителем, полученную смесь затем последовательно подвергают гомогенизации в смеси с каждой порцией гомогенизированного нефтяного гудрона с последующей выдержкой готовой гомогенизированной смеси во времени при постоянной температуре.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гомогенизацию проводят при давлении 4-8 кгс/см².

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что гомогенизацию проводят с использованием струйных излучателей колебаний.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14