УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСЛЕННОГО БИТУМА

Полезная модель относится к нефтехимии, а более конкретно, к устройствам для получения окисленного битума из продуктов нефтепереработки (гудрона, асфальтов деасфальтизации, экстрактов селективной очистки масел, крекинг-остатка) путем их частичного окисления кислородом воздуха.
Известна установка для получения окисленного битума с перемешиванием сырья. (Битумы и битумные материалы. Нормативы, качество, технологии. Кутьин Ю.А. Теляшев Е.Г., Уфа, ГУП ИНХП РБ, 2018 г. Стр. 209).
Сырье для установки предварительно нагревают до температуры 150-180°С в трубчатой печи, и затем насосом подают в куб, куда для поддержания требуемой температуры для полноценного технологического процесса окисления подается также водяной пар.
Недостатком данной установки является необходимость использования водяного пара для поддержания требуемой температуры окисления, что приводит к повышенным энергетическим затратам.
Известен газожидкостной реактор для окисления нефтепродуктов, состоящий из вертикального цилиндрического корпуса, оснащенного трубопроводами ввода сырья и воздуха. В верхней части данного реактора соосно корпусу установлен эжектор ввода сырья с патрубком для эжекции газов окисления, выходящим в пространство над уровнем сырья в реакторе. Диффузор эжектора ввода сырья с закрепленным на нем отражателем находится ниже уровня сырья в реакторе. В нижней части реактора также соосно корпусу установлен эжектор подачи воздуха, к диффузору которого прикреплен отражатель.
(RU 2203132, 27.04.2003).
Недостатком данного устройства является отсутствие равномерного распределения воздуха по сечению реактора, что ведет к недостаточно полному использованию кислорода при окислении и его высокой концентрации в отходящих газах.
Известен газожидкостный реактор для получения нефтяных битумов, представляющий собой вертикальный цилиндрический пустотелый корпус с технологическими патрубками для ввода исходного сырья, свежего воздуха и вывода готового продукта и отработанных газов, внутри которого установлены распределитель свежего воздуха и горизонтальная разделительная перегородка, снабженная равномерно распределенными отверстиями и вмонтированными патрубками.
(RU 2369433, 10.10.2009).
Недостатком данного реактора является необходимость проведения демонтажа горизонтальной разделительной перегородки, размещенной внутри корпуса реактора, связанная с периодическим забиванием отверстий, расположенных в ней, реакционной массой.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для получения битума, которое содержит камеру и расположенный в ней трубопровод с перфорированным концом для подачи воздуха. В конце трубопровода установлен теплоизолированный перфорированный стакан, внутри которого размещен нагреватель, причем нагреватель и трубопровод установлены осесимметрично относительно цилиндрической камеры.
(RU 2154663, 20.08.2000)
Недостатками данного устройства являются:
- 1) высокие энергетические затраты на проведение процесса получения битума так как перфорированный стакан в котором находится нагреватель - теплоизолирован. Т.е передача тепла от нагревателя напрямую сырью не происходит. Необходимо нагреть изначально теплоизолированный стакан и только потом начнется передача тепла сырью;
- 2) высокие затраты и высокая трудоемкость на выполнение профилактических и ремонтных работ данного устройства, так как устройство имеет шаровую опору, вокруг которой во время работы вращается теплоизолированный перфорированный стакан, и имеет подшипнко-уплотнительный узел, которые находятся в зоне реакции окисления сырья до битума. Как известно при температуре 500°С +/- 150°С нефтяное сырье склонно к коксованию, и получаемый кокс обязательно будет препятствовать вращению обоих элементов. Как следствие частые остановки работы устройства и проведение чисток элементов от закоксовавшихся наростов, препятствующих вращению стакана внутри устройства.
Задачей полезной модели является разработка устройства для получения окисленного битума требуемого качества, которое позволит избежать излишнего расхода тепла на нагрев промежуточных элементов и частых остановок для проведения чистки от образующегося кокса.
Поставленная задача решается разработкой устройства для получения окисленного битума, включающего камеру с расположенными в ней нагревателем и маточником для подачи воздуха. Устройство отличается тем, что в камере расположена лопастная мешалка, вокруг камеры установлен герметичный кожух, а нагреватель представляет собой стеклопластиковую перфорированную трубу с размещенным внутри ее стенок нагревательным элементом, в качестве которого используют углеродный волокнистый материал.
На фиг. упрощенно изображен продольный разрез заявляемого устройства для получения битума.
Устройство содержит:
1 - нагреватель;
2 - камеру;
3 - герметичный кожух;
4 - кран для слива окисленного битума;
5 - кран для сбрасывания вакуума;
6 - вакуумметр;
7 - вакуумный насос;
8 - приемную емкость для соляра;
9 - термопару;
10 - источник электричества с регулировкой подаваемой мощности на нагреватель;
M1 - маточник, для подачи воздуха;
М2 - лопастную мешалку с двигателем;
КB - Воздушный компрессор с регулятором давления;
ГЧ - Газовые часы для контроля объема подаваемого воздуха.
Предлагаемое устройство для получения битума работает следующим образом.
В камеру 2 загружают предварительно нагретое до температуры 90-100°С сырье. Включают нагреватель 1. Температуру регулируют в интервале 240-250 С°С. В нижнюю часть камеры через маточник M1 осуществляют подачу воздуха. Перемешивание газосырьевой смеси производят лопастной мешалкой с двигателем М2. Теплоотдачу от камеры 2 регулируют увеличивая с помощью вакуумного насоса 7 или уменьшая открытием крана 5 вакуум между камерой 2 и герметичным кожухом 3. Готовый продукт - окисленный битум выводят через кран 4. Образующийся в процессе окисления соляр отбирают в приемную емкость 8.
Предлагаемое устройство может иметь следующие варианты работы.
А. Периодического действия.
Производят единократное наполнение камеры сырьем. Далее осуществляют процесс окисления. После прекращения подачи воздуха некоторое время продолжают перемешивание для получения по всему объему камеры готового продукта одинакового качества. Затем производят слив готового продукта.
Б. Постоянного действия.
Сырье насосом закачивают сверху в камеру. Начинают процесс окисления. Через определенное время за счет того что нижняя часть сырья окисляется более интенсивно чем верхняя, благодаря силе тяжести начинается постепенный слив готового продукта снизу камеры и одновременно насос начинает сверху подкачивать исходное сырье.
Таким образом, устанавливается оптимум слива готового продукта и одновременной подачи исходного сырья.
Использование для нагревания и поддержания температуры окисления стеклопластикового нагревателя, представляющего собой перфорированную трубу, внутри стенки которой размещен нагревательный элемент - углеродный волокнистый материал обеспечивает «мягкий» с малыми удельными поверхностными тепловыми нагрузками режим нагрева. Контакт сырья с нагревательным элементом осуществляется напрямую, за счет чего достигается быстрота нагрева сырья и отсутствует съем тепла на нагрев промежуточных элементов.
Использование герметичного кожуха, расположенного вокруг камеры, позволяющего откачивать воздух из пространства между камерой и кожухом, и создать так называемую «вакуумную рубашку» вокруг камеры, дает возможность автоматически и более плавно регулировать теплоотдачу от куба (управляя экзотермической реакцией окисления) путем регулирования глубины вакуума в данном пространстве и дает возможность проведения процесса окисления сырья при температуре не выше 220-250°С, что позволяет избежать закоксовывания емкости и вращающихся деталей и элементов у лопастной мешалки.
Промышленно-пилотные испытания предлагаемого устройства показали высокую эффективность его работы. Основные данные об испытаниях, полученных при выработке окисленного битума марок БНД 90/130 и БНД 60/90 соответственно, приведены в табл.
Данные исходного гудрона:
3
Относительная плотность - 985 кг/м.
Температура начала кипения - не ниже 450°С.
Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм - более 300.
Вязкость - 50 спз при температуре 180°С.
Вязкость - 10 спз при температуре 240°С.
Температура окисления - 240°С.
3
Удельный расход сухого воздуха - 3,0 дм/мин. кг сырья.
Время окисления - 3 часа и 4 часа.
Экспериментальные данные подтверждают получение окисленного битума требуемого качества, соответствующего ГОСТ 22245-90.
Таким образом, разработано устройство для получения окисленного битума, требуемого качества, соответствующего ГОСТ 22245-90, которое позволит избежать излишнего расхода тепла на нагрев промежуточных элементов и частых остановок для проведения чистки от образующегося кокса.