СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕФТЯНОГО БИТУМА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C10C3/04 

Область техники
Изобретения относятся к получению нефтяного битума путем интенсивного окисления нефтяного сырья (гудрона, полугудрона, крекинг остатков, экстрактов селективной очистки масел и др.) и могут быть использованы в нефтеперерабатывающей промышленности для производства битума, применяемого в дорожном строительстве.

Уровень техники
Известны способы и установки для получения нефтяного битума, основанные на окислении нефтяного сырья (гудрона, полугудрона, крекинг остатков, экстрактов селективной очистки масел и др.) кислородом воздуха, где необходимая интенсификация процесса окисления достигается применением различных инициаторов, например перекиси или гидроперекиси органических или неорганических соединений (авторское свидетельство СССР 182526, кл. С 10 С 3/04, 1964), хлорного железа (авторское свидетельство СССР 362041, кл. С 10 С 3/04, 1970), окиси железа (авторское свидетельство СССР 622833, кл. С 10 С 3/04, 1978) и др.

Признаки, являющиеся общими для известных технических решений и заявленных, связаны с контактированием нефтяного сырья с кислородом воздуха.

Причина недостижения в известных технических решениях заявленного технического результата заключается в использовании различных инициаторов, создающих побочные химические эффекты, сокращающие срок работы оборудования.

Прототипами для заявленных способа и установки являются способ получения нефтяного битума и установка для его осуществления, в которых необходимая интенсификация процесса окисления достигается применением кавитационного эффекта (см. описание к патенту Российской Федерации 2000311, кл. С 10 С 3/04, 1993).

Известный способ получения нефтяного битума (прототип) характеризуется тем, что окисление нефтяного сырья кислородом воздуха осуществляют путем подачи воздуха и предварительно нагретого до температуры 180 - 200^oС нефтяного сырья в рабочую камеру при одновременном самоэжектировании воздуха, а взаимодействие сырья и воздуха проводят в импульсном режиме, создаваемом гидродинамическим кавитационным воздействием на поток рециркулируемого из рабочей камеры нефтяного сырья с частотой автоколебаний 15 - 60 Гц (упомянутый патент РФ 2000311).

Известная установка для получения нефтяного битума (прототип) содержит камеру с системой подогрева, снабженную патрубком для удаления отработанных газов и пара, и рециркуляционный контур, снабженный запорно-регулирующим устройством, шестеренчатым насосом, проточной кавитационной камерой, состоящей из конфузора, диффузора, полого штока, имеющего винтовую нарезку, которая позволяет регулировать положение конусообразного кавитатора в рабочей камере и тем самым задавать режим рециркуляции при определенной частоте колебаний, возникающих в потоке (упомянутый патент РФ 2000311).

Признаки, являющиеся общими для прототипа и заявленного способа, заключаются в контактирования нефтяного сырья с кислородом воздуха в процессе рециркуляции нефтяного сырья.

Признаки, являющиеся общими для прототипа и заявленной установки, заключаются в наличии колонного аппарата и насоса.

Причина недостижения в прототипе заявленного технического результата заключается в использовании кавитационного эффекта.

Сущность изобретения
Задача, на решение которой направлены изобретения, заключается в повышении полноты окисления исходного продукта при интенсификации процесса окисления и упрощении технологии, а также в упрощении и повышении надежности и долговечности аппаратуры, реализующей данную технологию. Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в увеличении скорости реакции окисления за счет образования пенно-пленочного истечения жидкости внутри насадки.

Достигается технический результат тем, что окисление нефтяного сырья осуществляют продувкой его воздухом в колонном аппарате, разделенном на три зоны - зону смешения, расположенную в средней части аппарата и образованную пространством между разнесенными по высоте аппарата устройствами пленочного окисления, зону рециркуляции, расположенную выше зоны смешения, и зону доокисления, расположенную ниже зоны смешения, при этом нефтяное сырье подают в зону смешения, где его смешивают с битумом, предварительно полученным в зоне рециркуляции, после чего 30 - 50% образовавшейся таким образом смеси вновь подают в зону рециркуляции, а другую часть смеси подают в зону доокисления, откуда затем отбирают готовый битум.

Технический результат в установке, реализующей способ, достигается тем, что установка для получения нефтяного битума содержит колонный аппарат, в нижней части которого установлен патрубок для отвода готового битума, а в верхней - патрубок для отвода воздуха и газов окисления, как минимум два устройства пленочного окисления, установленные внутри колонного аппарата на расстоянии друг от друга по высоте аппарата, насос, а также установленные внутри колонного аппарата устройство для подачи воздуха и распылитель, при этом колоный аппарат по высоте разделен на три зоны - зону смешения, расположенную в средней части колонного аппарата и образованную пространством между указанными устройствами пленочного окисления, зону рециркуляции, расположенную выше зоны смешения, и зону доокисления, расположенную ниже зоны смешения, в верхней части зоны рециркуляции установлен распылитель, в нижней части зоны доокисления установлено устройство для подачи воздуха, вход зоны смешения соединен с источником нефтяного сырья, а выход зоны смешения соединен с входом насоса, выход которого соединен с упомянутым распылителем.

Технический результат достигается также тем, что устройство пленочного окисления выполнено в виде насадки, состоящей из вертикально ориентированных стальных пластин.

Технический результат достигается также тем, что установка для получения нефтяного битума содержит как минимум две тарелки, одна из которых установлена в зоне рециркуляциии, а другая - ниже устройства для подачи воздуха.

Новые по отношению к прототипу признаки заявленного способа заключаются, во-первых, в использовании колонного аппарата, разделенного на три зоны - зону смешения, расположенную в средней части аппарата и образованную пространством между разнесенными по высоте аппарата устройствами пленочного окисления, зону рециркуляции, расположенную выше зоны смешения, и зону доокисления, расположенную ниже зоны смешения, во-вторых в том, что нефтяное сырье подают в зону смешения, где его смешивают с битумом, предварительно полученным в зоне рециркуляции, после чего 30 - 50 % образовавшейся таким образом смеси вновь подают в зону рециркуляции, а другую часть смеси подают в зону доокисления, откуда затем отбирают готовый битум.

Новые по отношению к прототипу признаки заявленной установки заключаются в том, что колонный аппарат снабжен двумя устройствами пленочного окисления, которые разделяют аппарат по его высоте на три зоны - зону смешения, расположенную в средней части аппарата и образованную пространством между указанными устройствами пленочного окисления, зону рециркуляции, расположенную выше зоны смещения, и зону доокисления, расположенную ниже зоны смешения, в верхней части зоны рециркуляции установлен распылитель, в нижней части зоны доокисления установлено устройство для подачи воздуха, вход зоны смешения соединен с источником нефтяного сырья, а выход зоны смешения соединен с входом насоса, выход которого соединен с упомянутым распылителем.

На чертеже схематически показана конструкция установки для получения нефтяного битума.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Установка для получения нефтяного битума содержит:
- колонный аппарат 1, в верхней части которого установлен патрубок 2 для отвода воздуха и газов окисления, а в нижней части - патрубок 3 для отвода готового битума;
- устройства 4 и 5 пленочного окисления, каждое из которых выполнено в виде насадки из вертикально ориентированных стальных пластин;
- входной трубопровод 6 для подачи нефтяного сырья в зону I смешения;
- выходной трубопровод 7 для подачи смеси битума и нефтяного сырья из зоны I смешения на вход насоса 10;
- распылитель 8;
- устройство 9 для подачи воздуха;
- насос 10;
- тарелки 11 и 12.

Колонный аппарат 1 снабжен патрубком 2 для отвода воздуха и газов окисления, установленным в верхней части колонного аппарата, и патрубком 3 для отвода готового битума, установленным в нижней части колонного аппарата 1. Устройства 4 и 5 пленочного окисления делят колонный аппарат 1 во вертикали на три зоны - зону I смешения, образованную пространством между указанными устройствами 4 и 5 и снабженную входным 6 и выходным 7 трубопроводами; зону II рециркуляции, образованную пространством между устройством 4 пленочного окисления и распылителем 8; зону III доокисления, образованную пространством между устройством 5 пленочного окисления и устройством 9 для подачи воздуха. В верхней части зоны II рециркуляции установлен упомянутый распылитель 8, соединенный с выходом насоса 10, вход которого соединен с выходом 7 зоны смешения I. В средней части зоны II рециркуляции установлена тарелка 11, делящая данную зону на подзоны и выполняющая благодаря этому функцию дозирования потока сырья, движущегося в зоне II аппарата 1.

В нижней части зоны III доокисления установлено упомянутое устройство 9 для подачи воздуха, соединенное с соответствующим компрессором (не показан). Ниже устройства 9 для подачи воздуха установлена тарелка 12, выделяющая кубовую зону IV в нижней части колонного аппарата 1, в которой установлен патрубок 3 для отвода готового битума.

Работа установки и пример осуществления способа заключаются в следующем.

Перед началом работы колонный аппарат 1 заполняют исходным нефтяным сырьем, нагретым до температуры 180 - 200^oС. Затем в колонный аппарат через устройство 9 подают воздух, который барботируя находящееся там нефтяное сырье, окисляет его до битума. При этом данное исходное сырье, двигаясь постепенно вниз, проходит через пластины устройств 4 и 5 и истекает по этим пластинам в виде пленок, увеличивающих площадь контакта нефтяного сырья с кислородом воздуха и, соответственно, скорость окисления этого сырья. При этом между пластинами дополнительно образуется пена, также увеличивающая площадь контакта нефтяного сырья с кислородом воздуха, проходящего между пластинами устройств 4 и 5. Окисление, кроме того, происходит и в зонах I, II, III за счет барботирования движущегося в этих зонах вниз сырья встречным потоком воздуха, истекающим из устройства 9.

Одновременно по трубопроводу 6 в зону I колонного аппарата 1 начинают непрерывную подачу предварительно нагретого нефтяного сырья. В зоне I происходит смешивание нефтяного сырья, непрерывно поступающего через входной трубопровод 6, с первоначальным битумом, образовавшемся в результате барботажного окисления нефтяного сырья в зоне II и пенно-пленочного окисления на пластинах устройства 4. При этом насосом 10 путем регулирования его производительности устанавливают заданный процент (30 - 50) отбора образовавшейся в зоне I смеси на рециркуляцию в зону II. Отобранная таким образом смесь насосом 10 через распылитель 8 подается на вход зоны II рециркуляции, где она двигается вниз, барботируемая воздухом, через дозирующую тарелку 11 на пластины устройства 4. В зоне II и на пластинах устройства 4 происходит соответственно барботажное и пенно-пленочное доокисление первоначального битума, вторично направленного в эту зону, и первичное окисление части поступившего через трубопровод 6 нефтяного сырья.

Другая часть смеси, которая образовалась в зоне I и не была отобрана насосом 10 на рециркуляцию, поступает непосредственно на пластины устройства 5, где в пенно-пленочном режиме (аналогичном режиму пластин устройства 4) происходит его интенсивное окисление. Далее, пройдя пластины устройства 5, смесь поступает в зону III доокисления, где происходит барботажное доокисление продукта до готового битума. Образовавшийся таким образом готовый битум поступает в кубовую зону IV, откуда через патрубок 3 выводится наружу.

Использование: нефтеперерабатывающая и нефтехимическая отрасли промышленности. Сущность: нефтяное сырье продувают воздухом в колонном аппарате, разделенном на три зоны - зону смешения, расположенную в средней части аппарата и образованную пространством между разнесенными по высоте аппарата устройствами пленочного окисления, зону рециркуляции, расположенную выше зоны смешения, и зону доокисления, расположенную ниже зоны смешения. Нефтяное сырье подают в зону смешения, где его смешивают с битумом, предварительно полученным в зоне рециркуляции, после чего 30-50% образовавшейся смеси вновь подают в зону рециркуляции, а другую часть смеси подают в зону доокисления, откуда затем отбирают готовый битум. Описывается установка для получения нефтяного битума. Технический результат - повышение полноты окисления исходного продукта при интенсификации процесса окисления и упрощение технологии, а также упрощение и повышение надежности и долговечности оборудования. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения нефтяного битума, заключающийся в окислении нефтяного сырья продувкой его воздухом, отличающийся тем, что указанную продувку осуществляют в колонном аппарате, разделенном на три зоны - зону смешения, расположенную в средней части аппарата и образованную пространством между разнесенными по высоте аппарата устройствами пленочного окисления, зону рециркуляции, расположенную выше зоны смешения, и зону доокисления, расположенную ниже зоны смешения, при этом нефтяное сырье подают в зону смешения, где его смешивают с битумом, предварительно полученным в зоне рециркуляции, после чего 30-50% образовавшейся таким образом смеси вновь подают в зону рециркуляции, а другую часть смеси подают в зону доокисления, откуда затем отбирают готовый битум. 2. Установка для получения нефтяного битума, которая содержит насос и колонный аппарат, в нижней части которого установлен патрубок для отвода готового битума, а в верхней - патрубок для отвода воздуха и газов окисления, отличающаяся тем, что она также содержит как минимум два устройства пленочного окисления, установленные внутри колонного аппарата на расстоянии друг от друга по высоте данного аппарата, и установленные внутри колонного аппарата устройство для подачи воздуха и распылитель, при этом колонный аппарат по высоте разделен на три зоны - зону смешения, расположенную в средней части колонного аппарата и образованную пространством между указанными устройствами пленочного окисления, зону рециркуляции, расположенную выше зоны смешения, и зону доокисления, расположенную ниже зоны смешения, в верхней части зоны рециркуляции установлен распылитель, в нижней части зоны доокисления установлено устройство для подачи воздуха, вход зоны смешения соединен с источником нефтяного сырья, а выход зоны смешения соединен с входом насоса, выход которого соединен с упомянутым распылителем. 3. Установка для получения нефтяного битума по п. 2, в которой устройство пленочного окисления выполнено в виде насадки, состоящей из вертикально ориентированных стальных пластин. 4. Установка для получения нефтяного битума по одному из пп. 2 и 3, которая содержит как минимум две установленные в колонном аппарате тарелки, одна из которых установлена в зоне рециркуляции, а другая - ниже устройства для подачи воздуха.