Колонна окисления гудрона

Полезная модель может быть использована в нефтепереработке, в частности для получения нефтяного битума окислением гудрона.
Известна окислительная колонна [1], содержащая резервуар с размещенным в нем маточником, полость которого сообщена с воздуховодом. Недостатком вышеописанной окислительной колонны является то, что материал (битум), полученный с помощью нее, имеет высокую себестоимость.
Известно устройство для получения битума в колонне, в которую при помощи насоса закачивается гудрон, в нижнюю часть колонны через маточник подается воздух на окисление гудрона. Готовый битум откачивается из нижней части колонны в емкость готовой продукции. Снижение тепла реакции достигается подачей холодного сырья и подачей в газовое пространство колонны воды. Содержание концентрации кислорода до безопасного значения может регулироваться подачей водяного пара [2].
Известна окислительная колонна содержащая резервуар с размещенным в нем маточником, полость которого сообщена с воздухоотводом, снабжена источником подачи воздуха, выполненным в виде цилиндра, обхватывающего резервуар и имеющего кольцевые дно и крышку, герметично соединенные с боковой стенкой резервуара, а полость цилиндра сообщена с полостью сопла, прикрепленного большим основанием на наружной поверхности стенки цилиндра и установленного соосно диффузору и внутри этого диффузора, наружная полость которого герметично закрыта колпаком, закрепленным на наружной поверхности стенки цилиндра стержневыми кронштейнами, причем верхняя полость колпака сообщена с помощью трубы с полостью воздуховода, а нижняя полость - с приемным патрубком насоса, выкидной патрубок которого сообщен с помощью трубы с патрубком, герметично установленным в отверстии стенки цилиндра, с выходным отверстием, направленным в полости цилиндра на наружную поверхность стенки резервуара.
Недостатком известного устройства является повышенный выход газа и чёрного соляра из-за отсутствия контроля температуры процесса окисления.
Технический результат, достигаемый в заявленной полезной модели, - снижение хрупкости и повышение эластичности окисленного нефтяного битума за счет снижения при его производстве суммарного выхода газа окисления и чёрного соляра с 4,5-5 мас.% до 3 мас.%.
Декларируемый технический результат достигается выполнением колонны окисления гудрона, позволяющей понизить в процессе окисления интенсивность образования карбенов и карбоидов (твердых неплавких веществ с плотностью больше единицы и молекулярной массой 1000…5000 и более).
Колонна содержит окислительную часть в виде резервуара с размещенными отдельными воздуховодами для распыления воздуха, выполненную в виде цилиндра, обхватывающего резервуар и имеющего кольцевые дно и крышку, герметично соединенные с боковой стенкой резервуара, в резервуаре расположено перемешивающее устройство и пеногаситель. Воздуховоды снабжены маточниками-распылителями. Штуцер ввода поверхностно-активных веществ (далее ПАВ) расположен в верхней цилиндрической части обечайки резервуара. Распылитель ПАВ представляет собой круглую пластину с отверстиями, к каждому из которых приварена стальная трубка, расположенная под углом к остальным стальным трубкам распылителя. Перемешивающее устройство является роторным перемешивающим устройством лопастного типа. Пеногаситель выполнен в виде сопряженных цилиндра и усеченного конуса, на нижней части которого расположены отбойные пластины, выполненные под острым углом к основанию конуса. Предпочтительные размеры угла наклона лежат в диапазоне от 40 до 75°.
Полезная модель поясняется следующими графическими материалами
Фиг. 1 - Колонна окисления гудрона, где приняты следующие обозначения
1 - обечайка резервуара;
2 - воздуховод;
3 - пеногаситель;
4 - штуцер подачи поверхностно-активных веществ;
5 - внутренняя опора;
6 - перемешивающее устройство;
7 - штуцер подачи воздуха.
Фиг. 2 - разрез А-А перемешивающего устройства 6.
Фиг. 3 - разрез А-А распылителя поверхностно-активных веществ.
Фиг. 4 - вид сверху распылителя поверхностно-активных веществ.
Осуществление полезной модели показано на одном из примеров ее осуществления (фиг. 1-4 графические материалов показывают устройство, соответствующее описываемому примеру осуществления полезной модели), в котором установлены четыре воздухопровода, каждый из которых снабжен двумя маточниками-распылителями.
Лопасти роторного перемешивающего устройства представляют собой четыре прямоугольные сплошные пластины, высота которых составляет не менее половины высоты цилиндрической части резервуара.
Конструкция распылителя ПАВ представляет собой круглую пластину с десятью отверстиями, к каждому из которых под углом к пластине прикреплена трубка, установленная под углом в 15° к остальным трубкам. Пластина и трубки выполнены из металла, предпочтительно из стали, трубки приварены к пластине. ПАВ подается под давлением, что позволяет распылить его по всей площади поверхности гудрона в окислительной колонне.
Процесс окисления гудрона проходит с большим выделением тепла. Для регулирования температуры процесса окисления предусмотрен рециркулирующий контур подачи охлажденного битума на уровень раздела фаз в колонне. Для избежания высокого избыточного давления сверху колонны установлены предохранительные клапаны.
Максимальная поверхность контакта гудрона с воздухом в процессе окисления обеспечивается за счёт устройства перемешивания, а также подачей воздуха в каждую зону реакции с контролем температуры каждой такой зоны, осуществляемой термопарами.
Для стабилизации нефтяной дисперсной системы с целью минимизации образования карбенов и карбоидов обеспечивается подачей поверхностно-активных веществ через распылитель, конструктивные особенности которого предназначены для обеспечения контакта всей поверхности гудрона с распыляемым ПАВ.
Контроль температуры процесса и площадь контактной поверхности обеспечивают сокращение суммарного выхода газа окисления и чёрного соляра до 3 мас.%.
Конструкция перемешивающего устройства, пеногасителя, наличие штуцера ввода поверхностно-активных веществ и его расположение в верхней цилиндрической части обечайки резервуара, конструкция распылителя поверхностно-активных веществ - перечисленные признаки в совокупности увеличивают контактную поверхность гудрона с воздухом, снижают интенсивность образования карбенов и карбоидов, что позволяет достичь декларируемый технический результат.
Список патентных и научно-технических источников
1. Гунн Р.Б. Нефтяные битумы, М.: Химия, М., 1989 г., с.41-60, 81, рис.38.
2. . Справочник химика 21. Статья «Вопросы производства и качества нефтяных битумов», страница в интернете с адресом https://www.chem21.info/page/148094112155157208108208085233144240048052175241/.
3. Патент РФ №2341506, МПК С 07 В 33/00, С 10 С 3/04, публ.20.12.2008.
4. Грудников И.Б. "Производство нефтяных битумов", Москва, "Химия", 1983 г., с. 127 - 128.
5. SU 1008235 A, МПК С 10 С 3/04, публ. 30.03.1983.
6. «Гидромеханические пеногасители Физические основы». на странице с адресом https://studref.com/519543/tehnika/gidromehanicheskie_penogasiteli.
7. Патент РФ №2132353, МПК С10С 3/04, публ.27.06.1999.