Установка для бескомпрессорного окисления гудрона для получения битума

 

Использование: нефтехимия. Сущность изобретения: установка для бескомпрессорного окисления гудрона для получения битума состоит из узла окисления, содержащего реактор с бигиперболическим стабилизатором, нагревателя, трубопроводов, трубопроводной арматуры, узла очистки выхлопных газов, узла окисления. На корпусе реактора установлена камера смешения, соединенная с реактором щелевидным отверстием, расположенным в плоскости больших оснований стабилизатора и эжектора, установленного на камере смешения и соединенного через насос с реактором. Узел очистки соединен с узлом окисления и состоит из реактора с бигиперболическим стабилизатором, снабженного камерой смешения, установленной на корпусе реактора и соединенной с реактором щелевидным отверстием, расположенным в плоскости больших оснований стабилизатора, эжектора, установленного на камере смешения, соединенного через насос с реактором, трубопроводов и трубопроводной арматуры. Эжектор установлен на горизонтальной верхней части камеры смешения под углом 45°. Камера смешения соединена с реактором двумя циркуляционными трубами, одна из которых соединяет верхнюю часть камеры смешения с нижней частью реактора, а вторая - среднюю часть камеры смешения с верхней частью реактора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение касается производства битумов путем пропускания воздуха через остатки переработки нефти, угля, сланца, торфа и может быть использовано в нефтепереработке, дорожном строительстве, производстве кровельных материалов, а также в процессах перемешивания и одновременного аэрирования в системах газ - жидкость, газ - жидкость - твердая фаза в химической, нефтехимической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности.

Известны установки производства битумов в кубах - окислителях периодического действия в батареях кубов - окислителей непрерывного действия, в реакторах типа труб со вставками, а также установки бескомпрессорного окисления с механическими диспергаторами /1/, недостатками которых являются большая продолжительность процесса (до 20 ч), большой расход энергии и выброс вредных веществ.

Из известных технических решений наиболее близкими по технической сущности и заявляемому объекту является "Установка для приготовления битума окислением гудрона" /2/ бескомпрессорным методом, где рабочий орган - диспергатор одновременно транспортирует воздух и замешивает его в жидкость в горизонтальном аппарате. Исходный гудрон подается с одного конца аппарата, а готовый битум вытесняется на другой конец аппарата и выводится из него с помощью специальной системы.

Недостатками являются: большой расход энергии на приводе, связанный с тем, что рабочее колесо диспергатора одновременно с воздухом транспортирует большое количество жидкости, затрачивая для этого до 98% энергии; низкая эффективность использования кислорода воздуха из-за больших размеров пузырей; большой выброс вредных газов в окружающую среду.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса бескомпрессорного окисления гудронов и его экологической чистоты за счет сокращения времени окисления и уменьшения объема выхлопных газов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве формируются два газожидкостных потока.

Один (грибовидный вихревой поток) образуется в корпусе реактора при вращении рабочего органа, а второй (струйный поток) образуется в эжекторе, где смешивается жидкость, подаваемая из реактора насосом, и засасываемый из атмосферы или другого аппарата газ. При этом струйный газо-жидкостный поток направляется в торообразную часть грибовидного вихря (под углом 90^о к оси вихря).

В схеме имеются два узла, каждый включающий в себя реактор ос бигерболическим стабилизатором и нагревателем, камеру смещения с эжектором и насос, которые связаны между собой трубопроводами, на которых установлена регулирующая арматура. В первом устройстве происходит основной процесс окисления гудрона, а во втором - очистка гудроном выхлопных газов первого реактора.

Новые свойства: повышение эффективности процесса бескомпрессорного окисления гудрона; повышение экологической чистоты; снижение энергозатрат; сокращение продолжительности технологического процесса; повышение качества готового продукта.

На чертеже изображена схема установки для бескопрессорных окислений гудрона при производстве битума.

Установка состоит из двух идентичных технологических узлов, которые включают корпус реактора 1 (1¹), вентиль на трубопроводе подачи атмосферного воздуха на всас диспергатора 2 (2¹), вентиль на линии сброса газа из корпуса реактора 3 (3¹), привод рабочего органа диспергатора 4 (4¹), вентиль на перемычке между линией сброса и всасывающим трубопроводом струйного насоса 5 (5¹), вентиль на трубопроводе подачи выхлопного газа из корпуса реактора к трубопроводу подачи атмосферного воздуха в струйный насос 6 (6¹), вентиль на всасывающем трубопроводе атмосферного воздуха в струйный насос 7 (7¹), циркуляционный трубопровод из камеры смешения в верхнюю зону реактора 8 (8¹), секторные отражательные перегородки 9 (9¹), циркуляционный трубопровод из верхней части камеры смешения в нижнюю зону реактора 10 (10¹), вентиль на циркуляционной перемычке между насосом и всасывающим атмосферным трубопроводом струйного насоса 11 (11¹), струйный насос (эжектор) для смешения атмосферного воздуха и гудрона, подаваемого насосом в камеру смешения, 12 (12¹), вентиль на напорном трубопроводе 13 (13¹), камера смешения газожидкостной смеси после струйного насоса с гудроном, поступающим из реактора по циркуляционным трубопроводам 14 (14¹), насос, подающий гудрон из реактора на камеру смешения струйного насоса 15 (15¹), вентиль на всасывающем трубопроводе насоса 16 (16¹), щелевидное отверстие в корпусе реактора, сообщающее его с камерой смешения 17 (17¹), нагреватель гудрона 18 (18¹), бигиперболический стабилизатор 19 (19¹), вентиль на трубопроводе выдачи готового продукта 20 (20¹), шестеренчатый насос для перекачки готового битума потребителю 21 (21¹), трубопровод подачи гудрона в корпус реактора 22(22¹).

Установка работает следующим образом.

Обезвоженное сырье (гудрон) при 150-200^о С через трубопроводы 22 (22¹) загружается в реактор 1 (1¹), где поддерживается необходимый уровень жидкости. После этого включается в работу привод 4 (4¹), который приводит во вращение бигиперболический стабилизатор 19 (19¹), на всасывающей линии диспергатора открывается вентиль 2 (2¹). Под действием вакуума между гиперболическими стабилизаторами 19 (19¹) атмосферный воздух засасывается и нагнетается в гудрон, находящийся в корпусе реактора 1 (1¹). Под действием вращающейся гиперболической поверхности в гудроне образуется интенсивное грибовидное вихревое движение, в торообразной части которого происходит интенсивное смешение атмосферного воздуха и гудрона. Образуется торообразная зона псевдоожиженного гудрона. Гиперболические стабилизаторы установлены и вращаются над нагревателем 18 (18¹). Одновременно с диспергаторами включается в работу и циркуляционный контур, в котором под действием насоса 15 (15¹) через вентиль 16 (16¹), вентиль 13 (13¹), струйный насос 12 (12¹) гудрон подается в камеру смешения 14 (14¹). По трубопроводу через вентиль 7 (7¹) в струйный насос 12 (12¹) засасывается атмосферный воздух.

В струйном насосе 12 (12¹) гудрон и воздух интенсивно дробятся, кроме этого, диффузор струйного насоса 12 (12¹) установлен под углом 45^о к горизонтальной поверхности камеры смешения 14 (14¹), поэтому псевдоожиженная масса гудрона с воздухом в виде струйного потока, поступая на горизонтальную поверхность жидкости в камере смешения 14 (14¹), отражается под действием напорного удара, отражаясь под углом 45^о, что усиливает дробление воздуха и гудрона. В камере смешения 14 (14¹) происходит интенсивное насыщение гудрона атмосферным воздухом (кислородом). Через трубопровод 8 (8¹) происходит циркуляция гудрона из верхней части реактора в камеру смешения 14 (14¹), а по трубопроводу 10 (10¹) гудрон из торообразной зоны грибовидного вихря, создаваемого стабилизатором 19 (19¹), поступает в верхнюю часть камеры смешения 14 (14¹).

Через щелевидное отверстие 17 (17¹) в корпусе реактора 1 (1¹) под напором, создаваемым струйным насосом 12 (12¹), поступает в интенсивно вращающуюся торообразную зону грибовидного вихря внутри реактора. При встрече этих двух потоков (торобразного вихря и струйного потока) происходит дальнейшее интенсивное дробление воздуха и замешивание его в гудроне под действием центробежной силы.

В результате организации циркуляционных потоков ("захваченный газ" (размеры пузырей 5-20 мм) превращается в "распределенный" (размер пузырей 10-40 мкм). Это облегчает переход газа в растворимое состояние и интенсифицирует химические реакции.

Одновременно с включением в работу диспергатора и струйного насоса 12 (12¹) в реакторе ведется интенсивный нагрев с помощью электронагревателя 18 до 240-250^о С. В дальнейшем электронагреватели отключаются.

В реакторе 1¹ нагревание смеси производится за счет тепла выхлопных газов из реактора 1, которые по трубопроводу с вентилем 5 и всасывающему трубопроводу отсасывается струйным насосом 12¹. Для этого вентиль 3 (сдувка из реактора 1) закрывается и выхлопной газ из реактора 1 поступает в реактор 1¹ указанным путем.

Такой порядок позволяет за время окисления гудрона в реакторе 1, использовать тепло выхлопных газов в реакторе 1¹, кроме этого вредные составляющие выхлопного газа из реактора 1 поглощаются гудроном в реакторе 1¹.

Таким образом, это позволяет сократить выбросы вредных газов в атмосферу в 3-4 раза, кроме этого тепло нагретого выхлопного газа до 250^оС используется в реакторе 1¹ для подогрева гудрона.

После окончания процесса получения битума в реакторе 1, готовый продукт через вентиль 20 шестеренчатым насосом 21 выгружается из реактора 1. Затем в реактор 1 загружается новая порция обезвоженного гудрона с температурой 180-200^оС, процесс бескомпрессорного окисления снова повторяется. Только в этом случае основной процесс ведется в реакторе 1¹, где с помощью электронагревателя 18¹ доводится температура массы до 250^оС, реактор 1 используется для очистки выхлопных газов из реактора 1¹. Для этого на реакторе 1 закрывается вентиль 3 на сдувочном трубопроводе и выхлопной газ через вентиль 6 поступает на всас струйного насоса 12, вентиль 7 при этом должен быть закрыт.

Таким образом, в предлагаемой установке уменьшается энергоемкость процесса бескомпрессорного окисления за счет сокращения продолжительности процесса (до 0,5-3 ч) и регенерации тепла выхлопных газов.

Немаловажным является сокращение объема выбрасываемого выхлопного газа, уменьшение содержания в нем вредных веществ за счет их улавливания во втором реакторе.

Поэтому предлагаемое изобретение обладает следующими преимуществами: образование грибовидного вихревого движения, торообразная зона которого взаимодействует во встречном движении под углом 90^о по струйным потоком, приводит к интенсивному дроблению пузырей воздуха к их замешиванию в жидкость; очистка выхлопных газов, отводимых из первого реактора, во втором реакторе под воздействием диспергатора и струйного насоса снижает выброс вредных веществ в атмосферу; возможность работы схемы в любом режиме: периодическом, непрерывном, полунепрерывном.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ БЕСКОМПРЕССОРНОГО ОКИСЛЕНИЯ ГУДРОНА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМА, состоящая из узла окисления, содержащего реактор с бигиперболическим стабилизатором, трубопроводы, трубопроводную арматуру, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности процесса окисления, она дополнительно содержит камеру смешения, установленную на корпусе реактора и соединенную с реактором щелевидным отверстием, расположенным в плоскости больших оснований стабилизатора, и эжектор, установленный на камере смешения и соединенный через насос с реактором, и дополнительно содержит соединенный с узлом окисления узел очистки выхлопных газов узла окисления, состоящий из реактора с бигиперболическим стабилизатором, снабженного камерой смешения, установленной на корпусе реактора и соединенной с реактором щелевидным отверстием, расположенным в плоскости больших оснований стабилизатора, эжектора, установленного на камере смешения, соединенного через насос с реактором, трубопроводов и трубопроводной арматуры.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что эжектор установлен на горизонтальной верхней части камеры смешения под углом 45^o.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что камера смешения дополнительно соединена с реактором двумя циркуляционными трубами, одна из которых соединяет верхнюю часть камеры смешения с нижней частью реактора, а другая - среднюю часть камеры смешения с верхней частью реактора.

РИСУНКИ

Рисунок 1