УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО ДОРОЖНОГО БИТУМА

Полезная модель относится к оборудованию для получения высококачественных дорожных битумов.
Известна установка для получения модифицированного битума, содержащая раму, на которой установлены два попеременно работающих смесителя с перемешивающими устройствами, выполненными в виде планетарного водила, размещенного в крышке смесителя, на одном конце которого смонтирована рамная, на другом - шнековая мешалки. Каждый смеситель снабжен шестеренным насосом, соединенным с ним трубопроводом, образующим рециркуляционный контур. Установка также включает в себя линию подачи сыпучих компонентов, состоящую из элеватора, бункера-накопителя, шнека-дозатора и устройства для подачи пластификатора и линию выгрузки готового продукта.
В процессе работы установки в смеситель поочередно подаются предварительно нагретый до рабочей температуры битум и пластификатор, после чего включается перемешивающее устройство, выполненное в виде планетарного водила, на одном конце которого размещена рамная, на другом конце - шнековая мешалки. Одновременно начинается подача сыпучего полимера шнеком-дозатором. Создающиеся мешалками внутри смесителя окружные, радиальные и осевые потоки способствуют интенсивному диспергированию порошкообразного полимера во всем объеме аппарата без образования агломератов. По окончании подачи полимера в смеситель и его равномерного распределения мешалками включается шестеренный насос, дополнительно установленный и соединенный со смесителем рециркуляционным трубопроводом. Дальнейшее интенсивное перемешивание всего объема обеспечивается в горизонтальной плоскости рамной мешалкой, а шнековая мешалка создает вертикальные потоки движения всей массы внутри смесителя. Дополнительно с помощью шестеренного насоса происходит принудительная циркуляция всего объема смеси по замкнутому контуру и интенсивное растирание и разбивание шестернями насоса всей загруженной массы.
(см. патент РФ №2152474, кл. Е01С 19/02, 2000 г.).
В результате анализа конструкции установки необходимо отметить, что она весьма проста, позволяет получить равномерно распределенную битумную массу, однако данная установка характеризуется весьма низкой производительностью, а также невысоким качеством получаемого целевого продукта, поскольку она обеспечивает только перемешивание битумной массы и не позволяет осуществлять ее тепловую обработку.
Известна установка для производства битумов, включающая в себя емкость для сырой нефти, теплообменник, емкости для добавок к сырой нефти, соответственно, технического углерода и элементарной серы, с задвижками, шнековый дозатор, смеситель-гомогенизатор, нагревательные устройства в виде печей, окислительную колонну, распределитель воздуха, отбойники, трубу для вывода битума из окислительной колонны, компрессор, воздушный холодильник, газосепаратор, сепаратор I-й ступени, сепаратор II-ступени, форсунка для впрыскивания дизельного топлива, насосы, установленные на технологических линиях установки, сборники битума и топлива, сборный коллектор топливный сети.
В процессе работы установки, нефть из емкости насосом прокачивается через теплообменник, обогреваемый битумом, выходящим из окислительной колонны. Нагретая в теплообменнике до 80-100 С сырая нефть поступает в смеситель-гомогенизатор, где смешивается и гомогенизируется с добавками:
техническим углеродом или элементарной серой, или их смесью, подаваемыми шнековым дозатором из емкостей в линию подачи сырой нефти после теплообменника при открытых задвижках. В зависимости от марок получаемых битумов добавки вводятся либо индивидуально, либо в виде смеси.
Из гомогенизатора реакционная смесь насосом подается в нагревательное устройство. Нагретая реакционная смесь насосом подается в верхнюю часть окислительной колонны. Одновременно в окислительную колонну через маточное устройство, расположенное в нижней части колонны и перекрывающее ее сечение, компрессором подается воздух. Реакционная смесь, подаваемая непрерывно в верхнюю часть колонны, опускаясь вниз, постепенно окисляется воздухом, пузырьки которого поднимаются от маточного устройства. Образовавшийся битум с низа колонны через трубу насосом подается в теплообменник, в котором охлаждается сырой нефтью и поступает в сборник битума. Одновременно отработанный воздух и пары легких фракций поступают с верха колонны через воздушный холодильник в газосепаратор, в который подаются также более тяжелые фракции, отводимые с верха колонны с помощью расположенных там отбойников. В газосепараторе происходит отделение жидкой фазы - черного соляра, от газов окисления, поступающих в сборный коллектор топливной сети Черный соляр из газосепаратора поступает в нагревательное устройство и нагретый до 200-240°С поступает в сепаратор I-ой ступени, где разделяется на газовую и жидкую фракции. Жидкая фракция, представляющая собой мазут, откачивается с низа сепаратора I-ой ступени насосом в сборник мазута, газовая фракция, представляющая собой дизельное топливо, по газоходу поступает в сепаратор II-ой ступени, в котором из дизельного топлива отделяются более легкие фракции и направляются в сборный коллектор топливной сети, а само дизельное топливо с низа сепаратора II-ой ступени откачивается насосом в сборник дизельного топлива. Часть дизельного топлива насосом через форсунку впрыскивается в газоход для охлаждения газовой фракции, поступающей из сепаратора
(см. патент на полезную модель №38759, кл. С10С 3/04, 2004 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения известной установки необходимо отметить, что она обеспечивает получение битума, черного соляра, дизельного топлива, однако получение в данной установке продуктов занимает довольно много времени и весьма энергоемко. Это обусловлено тем, что загрузка компонентов, их перемешивание и переработка осуществляются в агрегатах, установленных в одну технологическую цепочку. Жидкие и газообразные фракции, получаемые в экстракторе требуют дополнительной переработки в целевой продукт, что, однако, не предусмотрено конструкцией известной установки, что существенно ограничивает ее технологические (функциональные) возможности. Подача воздуха непосредственно в высокотемпературную реакционную смесь может привести к ее взрыву.
Задачей настоящей полезной модели является разработка установки для получения модифицированного дорожного битума, обладающей высокой производительностью, низкими энергозатратами на получение целевых продуктов, обладающей широкими функциональными возможностями, а также безопасную при эксплуатации.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в установке для получения модифицированного дорожного битума, содержащей смеситель для смешивания загружаемых в него компонентов модифицированного дорожного битума, выход смесителя связан с реактором для термокрекинга перемешанных компонентов, выход которого соединен с емкостью для целевого продукта, новым является то, что установка снабжена генератором острого перегретого пара, связанным со смесителем и реактором, ректификационной колонной, выход реактора связан с ректификационной колонной, один выход которой через теплообменник, холодильник и влагоотделитель связан со сборником бензиновой фракции, другой - со скриппинг-секцией, один выход которой связан с входом ректификационной колонны, а другой через теплообменник и холодильник - со сборником легкой дизельной фракции, а третий - со сборником тяжелой дизельной фракции, при этом, установка может быть снабжена вторым смесителем, вход которого имеет возможность соединения с рабочими емкостями для компонентов модифицированного дорожного битума, а выход связан с входом второго реактора, выход которого имеет возможность связи с ректификационной колонной, причем вторые смеситель и реактор имеют возможность соединения с генератором острого перегретого пара.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема установки для получения модифицированного дорожного битума.
Установка для получения модифицированного дорожного битума содержит как минимум, два параллельно установленных смесителя 1, входы каждого из которых соединены транспортирующими средствами с рабочими емкостями (не показаны) для компонентов модифицированного дорожного битума (резиновая крошка, мазут, измельченный горючий сланец, измельченный текстильный корд). Для обеспечения дозированной подачи каждого компонента в смесители, на выходе рабочих емкостей установлены дозаторы с регулируемой их пропускной способностью. Выход каждого смесителя связан с входом своего реактора 2. Один из выходов реакторов связан с емкостью (позицией не обозначена) для охлаждения и хранения целевого продукта (модифицированного дорожного битума).
Установка снабжена парогенератором 3 острого перегретого пара, связанным со смесителями 1 и с реакторами 2, и подогреваемой технологической емкостью 4 для мазута, связанной со смесителями и реакторами.
Вторые выходы реакторов связаны с входом ректификационной колонны 5.
Верхний выход ректификационной колонны 5 предназначен для отвода газов, паров бензиновой фракции и воды. Данный выход соединен с теплообменником (например, воздушным) 6 для охлаждения и конденсации паров бензиновой фракции и воды. Теплообменник 6 соединен с холодильником 7, который соединен с водоотделителем 8, связанным с канализацией (выход воды) и с емкостью 9 для сбора бензиновой фракции.
Верхний боковой погон колонны 5 предназначен для отвода легкой дизельной фракции и тяжелой бензиновой фракции. Отвод верхнего бокового погона связан со стриппинг-секцией 10 тяжелой бензиновой фракции, один выход которой связан с полостью колонны 5 для возврата тяжелой бензиновой фракции, а другой - через воздушный теплообменник 11 и водяной холодильник 12 - с технологической емкостью 13 сбора дизельной фракции.
Нижний боковой погон колонны 5 предназначен для отвода тяжелой дизельной фракции. Он связан с буферной емкостью 14.
Буферная емкость 14 имеет возможность связи с входами смесителей 1.
Выполнение всех узлов и агрегатов установки является известным, оно не составляет предмета патентной охраны в настоящей заявке и поэтому в материалах заявки не раскрыто. Под связями (соединениями) в настоящей заявке понимаются известные устройства для транспортировки твердого и/или жидкого и/или газообразного продукта. Там, где это необходимо, установлены средства для обеспечения транспортировки среды (например, насосы).
Установка для получения модифицированного дорожного битума функционирует следующим образом.
В процессе работы установки через змеевики смесителей 1 и реакторов 2 непрерывно пропускается полученный в парогенераторе 3 перегретый водяной пар. В смесителях температура пара в змеевиках составляет 400…500°С, в реакторах 500…600°С. Мазут поступает на установку непрерывно из технологической емкости 4, - для нагрева мазута используется печь, для стабильной работы которой подача мазута не должна прерываться. Подача мазута в процессе работы установки переключается с одного реактора на другой. Мешалки в смесителях и реакторах работают непрерывно, независимо от заполнения аппаратов и их режимов (загрузка, нагрев, растворение с термокрекингом, выгрузка, ожидание следующей загрузки).
Дозированная подача и смешение мазута, резиновой крошки, дизельной фракции, текстильного корда и измельченного горючего сланца происходит в одном из смесителей 1. Для предотвращения забивки резиновой крошкой выхода из смесителя в него подается небольшая порция мазута (~40…60 кг). Резиновая крошка, измельченный горючий сланец и текстильный синтетический корд пневмотранспортом подаются в смеситель. После загрузки сырья в смеситель снова подается острый перегретый водяной пар с температурой 300-400°С. После нагрева смеси до 120°С, подачу пара прекращают, а в смеситель самотеком подают дизельную фракцию из буферной емкости 14 с температурой 280-300°С. Введенные компоненты перемешивают до однородности. Полученная смесь компонентов с температурой 180-230°С азотом (или перегретым водяным паром) передавливается в соединенный со смесителем 1 реактор 2.
Введение резиновой крошки непосредственно в реактор для ее растворения в мазуте невозможно по следующим причинам: температура в реакторе достигает 420°С; при загрузке компонентов непосредственно в реактор попадет и воздух, что немедленно приведет к взрыву и пожару (температура самовоспламенения мазута 244°С, дизтоплива 310°С, бензиновой фракции 410°С). Для обеспечения безопасности и был введен смеситель, с меньшей (до 250°С) температурой и возможностью вытеснения кислорода воздуха перегретым паром или азотом. Поступающая в смеситель смесь освобождается от кислорода воздуха и для дальнейшей транспортировки переводится в жидкое состояние (гель). Для сжижения используется дизельная фракция (фракция 230…410°С) в количестве, достаточном для вытеснения из объема крошки пара и газа и получения геля. Установлено, что при кратковременном внесении дизельной фракции, с получением смеси с общей температурой до 250°С, происходит только незначительное набухание резиновой крошки без изменения вязкости смеси.
В реакторе 2 происходит нагрев, термокрекинг с растворением в мазуте резиновой крошки, текстильного корда и измельченного горючего сланца. С началом передавливания смеси резиновой крошки, горючего сланца, текстильного корда и дизельной фракции, на барботер реактора подают острый перегретый водяной пар с температурой 550-600°С, переключают подачу мазута с температурой 450°С воздуха и с температурой окружающей среды (для нагрева смеси, за счет окисления самой смеси) в реактор. В результате подачи острого пара в реактор происходит отгонка дизельной фракции из смеси компонентов. Температура в реакторе в результате поднимается и при достижении 350°С начинается процесс растворения резиной крошки, текстильного корда и измельченного горючего сланца в мазуте, сопровождающийся усиливающимся процессом термического крекинга. Подаваемый в реактор острый пар, большая часть воздуха, пары отгоняемой дизельной фракции, пары и газы, образующиеся в процессе термического крекинга, отводятся в питающее пространство ректификационной колонны. После достижения температуры в реакторе 410-420°С, подачу острого пара и воздуха прекращают, а мазут переключают на другой реактор 2. Стадия считается завершенной, когда температура в реакторе достигла 410-420°С и после этого был выдержан интервал в 20 минут.
Полученный целевой продукт - модифицированый дорожный битум насосом прокачивается через теплообменники в раздаточные емкости. В теплообменниках целевой продукт охлаждается мазутом из технологических емкостей. После охлаждения мазут возвращается в технологические емкости.
Острый водяной пар, воздух, пары отгоняемой дизельной фракции, пары и газы, образовавшиеся в результате термического крекинга поступают в питающее пространство ректификационной колонны 5. В колонну из емкостей подается бензиновая и дизельная флегма. В процессе ректификации сверху колонны выходят пары бензиновой фракции и воды, которые поступают в теплообменник 6 и холодильник 7 на охлаждение, охлажденная смесь поступает на влагоотделитель 8, где осуществляется разделение бензина и воды. Вода подается на слив, а бензин в емкость 9.
С верхнего бокового погона колонны отводится легкая дизельная фракция, содержащая небольшое количество тяжелой бензиновой фракции, которая поступает в стриппинг-секцию 10 и стекает вниз, контактируя с водяным перегретым паром и парами дизельной фракции, поднимающимися вверх. В процессе массообмена в пар переходит тяжелая бензиновая фракция, которая выводится из стриппинг-секции в колонну. Жидкая дизельная фракция выводится из стриппинг-секции снизу и или через воздушный теплообменник 11 и холодильник 12 поступает в сборник 13.
С нижнего бокового погона колонны тяжелая дизельная фракция собирается в буферной емкости 14. Она может быть использована для сжижения резиновой крошки, подаваемой в смеситель.
Для наиболее эффективного функционирования установки целесообразно использовать дополнительную пару смесителя и реактора. В данном случае при загрузке одного смесителя все системы переключаются для обеспечения работы второй пары смесителя и реактора, что позволяет избежать отключения данных систем при перезагрузке смесителя.
Опытная отработка установки проводилась при следующем соотношении компонентов:
- резиновая крошка
- 2250 кг
- мазут
- 2730 кг
- измельченный горючий сланец
- 230 кг
- текстильный корд
- 230 кг
При указанной выше загрузке компонентов, выход конечных продуктов с установки составлял не менее:
- высококачественный модифицированный
дорожный битум
- 2000 кг/час
- бензиновая фракция
- 750 кг/час
- дизельная фракция
- 2650 кг/час
- топливный газ
- 32 кг/час