Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМА

Изобретение относится к процессам нефтепереработки, в частности к способу получения окисленного битума.

Известен способ получения битумов окислением в кубах, битумных окислительных колоннах в промышленных условиях [Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов. М.: Химия, 1983, с.48]. По известному способу воздух подается в зону окисления (куб, колонну) через маточник. В зоне окисления поддерживается температура 230-250°С. Жидкий отгон конденсируется в сепараторе, а газы окисления дожигаются в специальной печи. Техническим результатом является получение дорожных, строительных или кровельных битумов, соответствующих ГОСТу. В данном способе зона окисления совмещена с зоной диспергирования. Недостатком этого способа является низкая эффективность маточника, что приводит к низкой эффективности использования кислорода.

Известен способ получения битума [RU 2167183,

опубл. 2001.05.20, МПК С10С 3/04], в котором 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.

Недостатками 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 кг/см²;

- снижение производительности из-за разделения потока продукта низа колонны на циркуляционный и готовый продукт;

- увеличение расхода воздуха для процесса окисления, так как требуется вовлечение дополнительного количества последнего в диспергирующий аппарат;

- использование маточника для подачи воздуха выше зоны диспергирования, что приводит к низкой эффективности использования кислорода.

Известен способ получения строительного битума [RU 2271379, опубл. 2006.03.10, МПК С10С 3/04], принятый за прототип, в котором для окисления сырья кислородом воздуха одновременно с маточником используют газожидкостной кавитационно-вихревой аппарат. 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 секунд в зависимости от длины и диаметра трубопровода подачи газожидкостной смеси и доокислением в окислительной колонне в полном режиме. При этом основное количество воздуха подают через маточник внизу окислительной колонны. Жидкий отгон с верха окислительной колонны поступает в сепаратор С-1, откуда газы окисления выводят на сжигание, а в качестве рециркулята в окислительную колонну подают жидкую фазу из С-1.

Недостатками известного способа являются:

- использование маточника для подачи основного количества воздуха, что приводит к низкой эффективности процесса окисления;

- диспергирование воздуха в кавитационно-вихревом аппарате производится при более низкой температуре (129-136°С), чем реакция окисления (264°С), что приводит к неполному использованию потенциала константы скорости реакции и коэффициента диффузии и, как следствие, к увеличению расхода исходных компонентов и времени окисления.

При создании изобретения ставилась задача повышения эффективности работы колонны окисления путем изменения условий смешения гудрона с воздухом и проведения первой стадии реакции окисления, что способствует сокращению расхода исходных компонентов, уменьшению времени окисления и реакционного объема.

Вышеуказанная задача решается способом получения битума из нефтяного сырья в окислительной колонне, включающем предварительное окисление исходного сырья кислородом воздуха в выносном диспергирующем устройстве с последующим окислением газожидкостной смеси в трубопроводе и доокислением в окислительной колонне, вывод реакционной массы на сепарацию и подачу рециркулята в окислительную колонну, в котором, согласно изобретению, предварительное окисление исходного сырья в выносном диспергирующем устройстве проводят при температуре окисления, соответствующей температуре окисления в колонне, а в диспергирующее устройство подают весь объем необходимого для окисления воздуха, при этом в качестве рециркулята в окислительную колонну подают окисленный битум, охлажденный до температуры 160-200°С, а сепарацию газов окисления осуществляют в верхней части колонны окисления.

Целесообразно в качестве выносного диспергирующего устройства использовать диспергатор, работающий в пленочном режиме.

Коэффициент рециркуляции при подаче охлажденного окисленного битума в окислительную колонну составляет 4-8.

Предварительное окисление исходного сырья в выносном диспергирующем устройстве при температуре окисления способствует проведению первой стадии реакции окисления гудронов до битумов в максимально выгодных термодинамических условиях (в соответствии с уравнением Аррениуса) при отсутствии диффузионного торможения, что дает возможность уменьшить время окисления.

Подача на предварительное окисление исходного сырья всего объема воздуха при температуре окисления позволяет увеличить коэффициент диффузии кислорода в исходный гудрон и перевести процесс в кинетическую область, что также способствует уменьшению времени окисления.

Увеличение кратности рециркуляции до 4-8 позволяет создать в колонне подобие гидродинамического режима идеального вытеснения, что способствует повышению эффективности работы оборудования.

Сепарация газов окисления в верхней части колонны позволяет отказаться от более сложной схемы колонны с выносным сепаратором.

Необходимая длина трубопровода между диспергатором и окислительной колонной определяется расчетом по данным лабораторных экспериментов. Время пребывания в зоне интенсивного диспергирования составляет по данным прототипа от 30 до 60 секунд.

Пример осуществления способа показан на прилагаемом чертеже.

Сырьевой гудрон Западно-сибирской нефти по линии 1, нагретый до температуры 275°С, поступает в пленочный диспергатор 2, куда по линии 3 подают 160 нм³/ час на 1 тонну гудрона необходимого для окисления воздуха. Полученную газожидкостную смесь по трубопроводу 4 подают в колонну окисления 5, где поддерживается необходимая температура окисления, составляющая 275°С. Окисленный битум с низа колонны 5 прокачивают насосом через охлаждающий теплообменник 7 и выводят в хранилище по линии 8.

Балансовую часть охлажденного до температуры 180°С окисленного битума возвращают в колонну окисления в качестве рециркулята через барботер 15. Газы окисления по линии 10 выводят из верхней части колонны 5 в сепаратор 11 для отделения жидкой фазы, откуда по линии 12 газы отправляют на сжигание, а по линии 13 насосом 14 черный соляр выводят с установки.

Предлагаемый способ позволяет за счет изменения условий смешения гудрона с воздухом повысить эффективность работы окислительной колонны и тем самым сократить расход исходных компонентов, уменьшить время окисления и необходимый реакционный объем.