Установка для приготовления битума Советский патент 1991 года по МПК E01C19/10 C10C3/04 

Изобретение относится к устройствам непрерывного действия, применяемым для получения битума из нефтяного гудрона путем его окисления кислородом воздуха и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей промышленно- стях и других отраслях народного хозяйства.

Целью является повышение качества битума, снижение энергоемкости процесса.

На фиг. 1 изображена схема установки для получения битума из гудрона; на фиг. 2 - вибрационный распылитель и газодинамический излучатель, установленное соосно, причем вибрационный распылитель выполнен в виде корпуса с цилиндрической рабочей камерой, двух входных тангенциальных каналов и выходного исевого сана- ла, а газодинамический излучатель выпол пен в виде стакана с окном на боковой поверхности (узел I фиг. 1); на фиг. 3 - разрез А-А da фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б- Б на фиг. 2; на фиг. 5 - вибрационный par пыли- тель и газодинамический излучатель, установленные со смещением их поодольных осей, причем рабочая камера вибрадионио- го распылителя выполнена из соосно раепо- ложениых сообщенных между собой равновеликих в сечении секций с. входными каналами, а газодинамический из/учатель имеет центральный элемент, установленный в полости стакана перед окном с обра- зованием кольцевого зазора; на фиг. б - разрез В-В на фиг. 5; на фиг, 7 - ра,зрез Г-Г на фиг. 5; на фиг. 8 - вибрационный распы- литель с двумя выходными осевыми канала ми и газодинамические излучатели, подведенные к каждому выходному каналу распылителя со смещением их продольных осей, продольный разрез; нч фьг 9 - разрез Д-Д на фиг. 8.

Предлагаемая установка для приготов- ления битума состоит из входного патрубка 1 подачи исходного продукта (гудрона), вибрационного распылителя 2, входного пат- рубкз 3 подачи газа, 4 - газодинамического излучателя 4, емкости 5, теплея, золяции б емкости, сепараторов 7, выходного патрубка 8 битума, клапана 9 сброса газа, емкости 10 для подогрева исходного сырья, теплового электрического нагревателя (ТЭН) 11, на coca 12 подачи исходного сырья, подогревателя 13 газа; комиоессора 14 подачи газа.

Вибрационный распылитель и газодинамический излучатель могут выполняться в нескольких вариантах.

Вибрационный распылитель (фы. 2 иЗ), устанавливаемый на входной патруЬок подачи исходного продукта, содерши корпус 15, в котором выполнена цилин л р отвисая рабочая камера 16, гидравлически сообщенная с входным патрубком подачи исходно- гопродучта 1 посредством двух, сходны;. тангенциальных каналов 17 и имею пая вьг- ходной осевой качал 18.

Газодинамический излучатель (фиг. 2 м 4), установленный на входном патрубке подачи газг 3, выполнен в виде стакана 19, Р котором осевой канал 20 имеет сужение (критическое сечение) перпендикулярно оси которого установлено днище 21, а па боковой поверхности стакана выполнено окно 22.

Вибрационный распылитель (фиг. 5, 6 м 7) содержит корпус 23 ь котором выполнена цилиндрическая рабочая камера, ммеюща

осевой выходной канал 24 и состоящая из двух последгвателы о расположенных полостей равновеликих в сечении секций 25 и 26, каждая из которых сообщена с полостью подводящего патрубка посредством пары тангенциальных каналов 27 и 28 соответственно.

Кроме того, пары входных тангенциальных каналов, служащие для подвода жидкости п камеру, выполнена с возможностью зчкрутки потока жидкость в одном нзправ - лении.

Газодинамический излучатель (фиг, 5) содержит корпус 29 в виде стакана, в котором выполнен осевой канал 30; днище 31 стакана обращено к диффузору, а на боковой поверхности образовано выходное окно 32. причем s полости стакана 30 размещен центральный элемент 33 с образованная кольцевого зазора.

Вибрационный распылитель (фиг. 8 и 9) содержит .topnyc 34, и котором выполнена цмпмндрическая рабочая камера 35. имеющая два осевых выходных канала 36 и 37 соответственно и сообщенная с полостью подводящего, патрубка парой входных тангенциальных каналоеЗВ. Газодинамические излучатели подведи к каждому из осевых аыхоцных чаналов.

Предлагаемая ус -новка для приготор- лэнич биту а работает следующем образом

Гудрсн поступает в емкость для его по- догрива 10 и перекачиваемся насосом 12 через входной подачи гудрона 1 и ьибоационный распылитель 3 в емкость 5. Р А том поток гудрон, поступает через сходные тангенциальные отверстия 17 (фиг 9 м 3) в цилиндрическую рабочую камеру 16 и образует вихревое движение, характеризующееся понижением давления до значения меньшего, чем давление насыщенных паров, вследствие чего образуется парогазовая кавитационная каверна. Парогазовые нузыр ки отрывающияся от кавитзционной каверны, переносятся потоком жидкости е область повь шгнного давления, где и происходит их схлопывание с образованием периодических волн давления в протекающей среде,

Та.им образом зчакоперекенные нагрузки и вихревое движение на выходе из осевого канала 18 приводят к образованию ктнкой пленки гудрона с облаком мелких чг тель. Одновременно с этим в полость ем- ;осги поступает воздух, который подогревается подогревателем 13 и с помощью компрессора 14 подается во входной патру- Ьоч 3 подачи газа. Далее воздух поступает в осевой канал 19, в критическом (наиболее

узком) сечении которого образуется прямой скачок уплотнения (ударная волна) и который взаимодействует с днищем стакана 21, вызывая появление отраженного скачка уплотнения, движущегося в обратную сторону - навстречу вновь образовавшемуся в критическом сечении прямому скачку уплотнения,

Взаимодействие прямого и отраженного скачков уплотнения приводит к образова- нию стоячей волны, т.е. к генерированию акустических колебаний с частотой 3-60 кГц и амплитудой 1.0-1Q5-16-Ю5 Па. В результате происходит диспергирование тонкой пленки и капель гудрона до образования мелкодисперсного тумана из капель гудрона размером 0,1-60 мкм в воздухе. Таким образом, окисление капель гудрона происходит в среде воздуха в режиме вибрационного воздействия и в условиях резонанса, вследствие чего снижается вязкость перерабатываемого сырья, увеличивается теплоотдача, а следовательно, сокращается время полного окисления гудрона за счет увеличения скорости реакции окисления в установке.

Далее смесь окисленного гудрона и воздуха поступает к сепараторам 7, где происходит отделение газа от готового продукта (битума). Газ отводится через клапан 9 сбро- са, а битум через выходной патрубок 8 поступает через оросительный холодильник к раздатчику готовой продукции.

Настройка на режим нелинейного резонанса может осуществляться несоосной ус- тановкой вибрационного распылителя и газодинамического излучателя (фиг. 5 и 8). В этом случае помимо частот вибрационного воздействия от двух источников возникает дополнительная частота (частоты) за счет биений указанных частот. Причем дополнительно появившаяся частота (частоты) в случае несоосного выполнения источников колебаний обладает более высокой интенсивностью, чем в случае соосной установки указанных источников колебаний, что имеет большое значение при использовании гуд- ронов и таким образом расширяется область использования устройства,

Известно, что частота колебаний давле- ния жидкости зависит от размеров кавита- ционной каверны, а следовательно, от расхода жидкости через устройство, т.е. чем выше расход жидкости через устройство, тем больше размеры кавитационной кавер- ны и тем меньше частота колебаний давления жидкости. В случаях когда требуется реализация высокочастотных колебаний при одновременном большом расходе гудрона, используется вибрационный распылитель, рабочая камера которого выполнена из двух последовательно расположенных сообщенных между собой равновеликих в сечении секций 25 и 26 (фиг. 5, 6 и 7), каждая из которых имеет входные тангенциальные каналы 27 и 28 соответственно и выходной канал 24.

При этом расход жидкости распределяется между двумя парами тангенциальных входных каналов 27, 28 и полостями 25, 26 рабочей камеры, в результате чего в каждой из полостей 25, 26 образуется кавитацион- ная камера меньшего размера, чем если бы образовалась каверна от пропускания всего потока жидкости через одну пару входных тангенциальных отверстий и одну полость Таким образом достигаются высокочастотные колебания давления жидкости npt больших ее расходах. С целью получения высокочастотных акустических колебаний от газодинамического излучателя при большом расходе газа, определяемом от оптимального соотношения расходов газа и гудрона, поток газа разделяется на два, каждый из которых пропускается через газодинамический излучатель, при этом цилиндрическая рабочая камера 35 вибрационного распылителя имеет два выходных осевых канала 36 и 37 (фиг. 8 и 9).

При использовании установки для приготовления битума достигается высокое качество приготовления получаемого продукта (битума) за счет создания большей однородности смеси и, следовательно, повышается прочностные характеристики битума, например, прочность на разрыв, повышается полнота переработки исходного сырья (гудрона) за счет воздействия знакопеременных нагрузок, позволяющих дробить гудрон на мелкие капли, а последние окислять кислородом воздуха, т.е за счет создания газокапельной однородной мелкодисперсной смеси в процессе обработки гудрона кислородом воздуха: упрощается технологический процесс приготовления битума, повышается безопасность условий труда обслуживающего персонала ввиду исключения реакционной колонны из указанного процесса, т.е. заявленная установка позволяет интенсифицировать тепломассообменные процессы между кислородом воздуха и гудроном, разбитого на мелкие капли, в результате чего увеличивается скорость реакции окисления и гудрон полностью окисляется в полости смесительного узла. Повышается эффективность процесса окисления гудрона ввиду осуществления возможности указанный процесс вести в резонансном режиме и, в частности, в режиме нелинейного резонанca, что снижает энергоемкость процесса, повышает качество получаемого продукта и, кроме того, расширяет область испольэооа- ния установки, делая ее пригодной для обработки высоковязких гудронов; повышается ресурс работы установки, ее надежность, ввиду отсутствия трущихся и подвижных частей и узлов Б своем составе; снижается энергоемкость поцесса окисления гудрона, так как отпадает надобность в реакционной колонне, а етедовательно, в поддержании высокой температуры во всем объеме указанной колонны. Повышается экономичность процесса окисления гудрона за счет исключения рециркуляции, а еле- довательно, и затрат энергии на нее. Формула изобретения 1. Установка для приготовления битума, содержащая емкость с патрубками подачи исходного продукта и газа и выходной пат- рубок, отличающаяся тем, что, с целыи повышения качества битума, снижения энергоемкости процесса, она снабжена вибрационным распылителем и газодинамическим излучателем, устанооле жыми со- ответственно на входных патрубках подачи исходного продукта и газа, причем корпус распылителя имеет цилиндрическую рабочую камеру с расположенными тангенциально входными каналами и выходным каналом в виде диффузора, а корпус, излучи

еля выполнен Б виде обращенного днищем к диффучиру стакана с окном на боковой поверхности.

2. Установка по п. 1,отличающаяся тем, что рабочая камера распылителя выполнена из соосно расположенных сообщенных между собой равновеликих в сечении секций с входными каналами.

3.Установка попп, 1 и2, отличающая- с л тем, что они снабжена дополнительным газодинамическим излучателем, а корпус рас.- пылителя выполнен с дополнительным выходным каналом, расположенным симметрично и соосно основному, причем ось каналов расположена в плоскости, перпендикулярной горизонтальной оси корпуса, при этом днище стакана дополнительного излучателя расположено напротив дополнительного выходного канала распылителя.

4.Установка по пп. 1-3, о т л и ч а ю ща я- с «. тем, что излучатель снабжен центральным элементом, соосно размещенным в по- лости стакана перед окном с образованием кольцевого зазора.

5.Установка по пп. 1-4, отличающая- с я тем, что распыли -эль и излучатель установлены соосно.

6.Установка по пг 1-4, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что продольные оси распылителя и излучателя смещены.

о

Изобретение относится к устройствам непрерывного действия, применяемым для получения битума из нефтяного гудрона путем его окисления кислородом воздуха, и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей промышленности и других отраслях народного хозяйства. Целью является повышение качества битума, снижение энергоемкости процесса. В установке для приготовления битума на входных патрубках подачи исходного продукта и газа установлены соответственно вибрационный распылитель и газодинамический излучатель. Цилиндрическая рабочая камера распылителя имеет расположенные тангенциально входные каналы и выходной канал в виде диффузора. Корпус излучателя выполнен в виде обращенного днищем к диффузору стакана с окном на боковой поверхности. Рабочая камера распылителя может быть выполнена из соосно расположенных сообщенных между собой равновеликих в сечении секций с входными каналами. Корпус распылителя может быть выполнен с дополнительным выходным каналом, расположенным симметрично и соосно основному. Ось каналов расположена в плоскости, перпендикулярной горизонтальной оси корпуса. Установка может быть снабжена дополнительным газодинамическим излучателем. Днище его стакана расположено напротив дополнительного выходного канала распылителя. Излучатель может быть выполнен с соосно размещенным в полости стакана перед окном центральным элементом. Распылитель и излучатель могут быть установлены соосно. Продольные оси распылителя и излучателя могут быть смещены. Окисление капель гудрона происходит в среде воздуха в режиме вибрационного воздействия и в условиях резонанса, 5 з.п. ф-лы, 9 ил. (Л

. Lc-fc ra zg™s

Фив. 2

6-5

фиг. 5

Фиг. 6

Фиг. 8

Фиг. 7

Фиъ.З