Способ получения битума
Изобретение относится к процессам нефтепереработки и может быть использовано в производстве окисленного битума. Сущность: проводят окисление нефтяного сырья воздухом при повышенной температуре в окислительной колонне, разделенной на зоны сепарации, реакции и диспергирования. Способ включает подачу нефтяного сырья в зону сепарации, ввод воздуха в зону диспергирования через диспергатор, вывод образующейся газожидкостной смеси из зоны диспергирования в зону реакции и далее в зону сепарации, разделение газожидкостной смеси в зоне сепарации на газовую и жидкую фазы, ввод жидкой фазы из зоны сепарации в зону диспергирования и вывод битума из зоны реакции. Технический результат: снижение коксообразования, упрощение технологий процесса. 3 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к процессам нефтепереработки и может быть использовано в производстве окисленного битума.
Известен способ получения битума окислением нефтяного сырья (гудрона или других остаточных фракций нефти) воздухом при повышенной температуре в окислительной колонне, включающий ввод воздуха в нижнюю часть колонны через диспергатор (барботер, маточник), ввод сырья в колонну выше уровня расположения диспергатора, вывод газов окисления из верхней части колонны и вывод битума из нижней части колонны (см., например, Р.Б.Гун. “Нефтяные битумы”, М., Химия, 1973, с.233-234).
Процесс окисления, сопровождающийся выделением тепла, происходит в барботажном слое, обеспечивающем почти идеальное перемешивание жидкофазного окисляемого материала. Это приводит к выравниванию температур во всех точках барботажного слоя, в том числе и в области расположения диспергатора. Горячие газы окисления, покидающие барботажный слой, обуславливают достаточно высокие температуры в газовом пространстве колонны. Недостатком этого способа является отложение кокса в отверстиях диспергатора (там же, с.297) и на стенках и верхнем днище верхней части колонны, т.е. на стенках газового пространства колонны (там же, с.179). Это приводит к необходимости остановки процесса окисления и удаления отложений кокса. Кроме того, отложение кокса в газовом пространстве колонны является одной из причин возгораний и взрывов (там же, с.179). Скорость отложения кокса как в отверстиях диспергатора, так и на стенках газового пространства резко уменьшается при снижении температуры окисления, т.е. барботажного слоя, однако при низких температурах существенно уменьшается и скорость окисления сырья, что обуславливает снижение производительности.
Известен также способ получения битума окислением нефтяного сырья воздухом при повышенной температуре в окислительной колонне с зоной сепарации (разделения газовой и жидкой фаз), отделенной от зоны реакции (окисления), включающий ввод воздуха в нижнюю часть зоны реакции через диспергатор, вывод получающейся газожидкостной смеси из зоны реакции в зону сепарации, ввод сырья в зону сепарации, разделение газожидкостной смеси в зоне сепарации на газовую и жидкую фазы, вывод газовой фазы из верхней части зоны сепарации, вывод (перетекание) жидкой фазы из зоны сепарации в зону реакции и вывод битума с низа зоны реакции (авторское свидетельство СССР №550845, С 10 С 3/04; БИ, №27, 1982). Этот способ используется в промышленности и описан в литературе (И.Б.Грудников. “Производство нефтяных битумов”, М., Химия, 1983, с.77-79, 137-138). Указанная организация потоков в колонне, разделенной на зоны сепарации и реакции, позволяет поддерживать в зоне сепарации температуру более низкую, чем в зоне реакции, и тем самым исключить отложение кокса на стенках газового пространства колонны при сохранении производительности. Недостатком этого способа является отложение кокса в отверстиях дйспергатора.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ получения битума окислением нефтяного сырья воздухом при повышенной температуре в окислительной колонне с разделенными зонами сепарации, реакции и диспергирования (Н.Ю.Белоконь и др. Нефтепереработка и нефтехимия, 2001, №4, с.45-47 с уточняющей ссылкой на заявку №3991552/23-04, т.е. авторское свидетельство СССР №1365694, С 10 С 3/04). Способ включает подачу сырья в зону сепарации, смешение в этой зоне сырья и части окисленного битума, поступающего сюда из нижерасположенной зоны реакции, подачу (перетекание) жидкофазной смеси сырья и битума из зоны сепарации в зону реакции, окисление этой смеси до битума в зоне реакции, перетекание битума из зоны реакции в нижерасположенную зону диспергирования и вывод битума из зоны диспергирования. Способ включает также подачу воздуха в зону диспергирования через диспергатор, вывод образовавшихся пузырьков воздуха вместе с частью битума в зону реакции, дальнейший вывод пузырьков газовой фазы вместе с частью битума в зону сепарации, где происходит разделение газовой и жидкой фаз, и вывод газов из зоны сепарации. Кроме того, способ включает подачу рециркулята - охлажденного битума - в зону диспергирования, что позволяет поддерживать в зоне диспергирования пониженную по сравнению с зоной реакции температуру и тем самым исключить отложение кокса в отверстиях диспергатора воздуха. Недостатком способа является необходимость охлаждения и рециркуляции части битума.
Заявляемый способ получения битума имеет целью исключить как отложение кокса в отверстиях диспергатора воздуха, так и необходимость охлаждения и рециркуляции части битума.
Достигается эта цель тем, что в способе получения битума окислением нефтяного сырья воздухом при повышенной температуре в окислительной колонне с разделенными зонами сепарации, реакции и диспергирования, включающем подачу воздуха в зону диспергирования через диспергатор и подачу сырья в зону сепарации, жидкость из зоны сепарации подают в зону диспергирования, а битум выводят из зоны реакции.
Такая совокупность признаков: подача жидкости из зоны сепарации в зону диспергирования и вывод битума из зоны реакции при осуществлении процесса в окислительной колонне с разделенными зонами сепарации, реакции и диспергирования - ранее не была известна.
Указанная совокупность признаков позволяет поддерживать сравнительно низкую температуру, близкую к температуре сырья, не только в зоне сепарации, но и в зоне диспергирования, что исключает отложение кокса в отверстиях диспергатора воздуха (даже в отсутствие рециркуляции охлажденного битума). В зоне же реакции температура становится выше вследствие выделения тепла реакции. Такое решение задачи поддержания пониженной температуры в зоне диспергирования по сравнению с температурой в зоне реакции не следует явным образом из уровня техники. Действительно, априори можно предположить, что из-за передачи тепла из зоны реакции через теплопроводный материал стенок колонны и устройств, разделяющих колонну на упомянутые три зоны, температура жидкости, перетекающей из зоны сепарации в зону диспергирования, превысит приемлемый уровень, а температура в зоне диспергирования приблизится к температуре в зоне реакции и это приведет к отложению кокса в отверстиях диспергатора воздуха. Нужно отметить также, что способ предусматривает передачу части горячего битума из зоны реакции в зону сепарации, что повышает температуру в зоне сепарации по сравнению с температурой поступающего сюда сырья, и с такой повышенной температурой смесь сырья и битума поступает в зону диспергирования. Указанная повышенная температура не приводит к протеканию реакции окисления и выделению тепла реакции в зоне сепарации, поскольку газовые пузырьки здесь практически не содержат окислителя-кислорода. Однако можно предположить, что указанная повышенная температура упомянутой смеси сырья и битума приведет к протеканию реакции окисления и выделению тепла реакции в зоне диспергирования, поскольку газовые пузырьки здесь содержат много кислорода, и это приведет к дальнейшему росту температуры в зоне диспергирования и отложению кокса в отверстиях диспергатора. Таким образом, эффект, получаемый при использовании предлагаемого способа, - обеспечение пониженной температуры в зоне диспергирования по сравнению с температурой в зоне реакции - является неожиданным.
Предлагаемый способ получения битума может быть использован в промышленности.
Способ осуществляют следующим образом.
Нефтяное сырье с температурой 120-180°С подают в зону сепарации окислительной колонны. Здесь сырье охлаждает газожидкостную смесь, поступающую сюда же из нижерасположенной зоны реакции. В зоне сепарации происходит разделение газовой и жидкой фаз. Газовую фазу выводят с верха колонны, жидкая фаза с температурой 130-190°С перетекает в зону диспергирования колонны, где температура устанавливается на уровне 130-200°С. Сюда же через диспергатор подают воздух. Выходящие из диспергатора пузырьки воздуха вместе с потоком жидкости поднимаются из зоны диспергирования в вышерасположенную зону реакции, где происходит окисление сырья воздухом, и вследствие выделения тепла реакции температура повышается до 260-300°С. Из зоны реакции выводят битум. Для улучшения отделения пузырьков газа от выводимого битума штуцер для вывода битума может иметь больший диаметр, чем это необходимо для вывода жидкого битума. Из зоны реакции пузырьки “отработанного” воздуха, точнее, газов окисления, поднимаясь вместе с частью битума, поступают в виде газожидкостной смеси в вышерасположенную зону сепарации. Поддержанию в зоне диспергирования температур более низких, чем в зоне реакции, способствуют следующие факторы: 1. Небольшая высота зоны диспергирования. Время пребывания пузырьков воздуха в зоне диспергирования в этом случае невелико и реакция окисления с выделением тепла не происходит. 2. Ввод жидкой фазы из зоны сепарации в зону диспергирования под диспергатор. В этом случае холодная (следовательно, более плотная) жидкая фаза, поднимаясь, не позволяет вышерасположенным горячим (менее плотным) объемам жидкости опускаться в зону диспергирования к диспергатору. Как следствие, температура в зоне диспергирования близка к температуре жидкой фазы, поступающей из зоны сепарации, или равна ей. 3. Перетекание жидкой фазы из зоны сепарации в зону диспергирования происходит по трубопроводу, расположенному вне колонны. В этом случае жидкая фаза не получает тепла из зоны реакции, расположенной между зонами сепарации и диспергирования.
Способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Гудрон в количестве 20 т/час с температурой 180°С подают в зону сепарации окислительной колонны, где гудрон охлаждает газожидкостную смесь, поступающую сюда же из нижерасположенной зоны реакции. Охлажденная газожидкостная смесь разделяется на газовую и жидкую фазы. Газы выводят с верха колонны, жидкость с температурой 190°С перетекает по трубопроводу, расположенному вне колонны, в зону диспергирования, куда вводится на уровне расположения диспергатора. В зону диспергирования через диспергатор подают воздух в количестве 5600 м3/час. Высота зоны диспергирования над диспергатором - 2 м. Температура в зоне диспергирования составляет 200°С. Пузырьки воздуха, выходящие из диспергатора, вместе с жидкостью поднимаются и выходят из зоны диспергирования в зону реакции. В зоне реакции температура повышается вследствие выделения тепла реакции окисления и устанавливается на уровне 300°С. Битум выводят из зоны реакции. Свойства битума: пенетрация при 25°С 15×10-1 мм, температура размягчения 95°С, дуктильность 2 см. Указанная низкая температура в зоне диспергирования исключает отложение кокса в отверстиях диспергатора.
Пример 2. Гудрон в количестве 20 т/час с температурой 120°С подают в зону сепарации окислительной колонны, где гудрон охлаждает газожидкостную смесь, поступающую сюда же из нижерасположенной зоны реакции. Охлажденная газожидкостная смесь разделяется на газовую и жидкую фазы. Газы выводят с верха колонны, жидкость с температурой 130°С перетекает по трубопроводу, расположенному вне колонны, в зону диспергирования, в ее нижнюю часть, под диспергатор. В зону диспергирования через диспергатор подают воздух в количестве 5600 м3/час. Высота зоны диспергирования над диспергатором - 1 м. Температура в зоне диспергирования составляет 130°С. Пузырьки воздуха, выходящие из диспергатора, вместе с жидкостью поднимаются и выходят из зоны диспергирования в зону реакции. В зоне реакции температура повышается вследствие выделения тепла реакции окисления и устанавливается на уровне 300°С. Битум выводят из зоны реакции. Свойства битума: пенетрация при 25°С 15×10-1 мм, температура размягчения 95°С, дуктильность 2 см. Указанная низкая температура в зоне диспергирования исключает отложение кокса в отверстиях диспергатора.
Пример 3. Асфальт деасфальтизации гудрона в количестве 30 т/час с температурой 150°С подают в зону сепарации окислительной колонны, где асфальт охлаждает газожидкостную смесь, поступающую сюда же из нижерасположенной зоны реакции. Охлажденная газожидкостная смесь разделяется на газовую и жидкую фазы. Газы выводят с верха колонны, жидкость с температурой 160°С перетекает по трубопроводу, расположенному вне колонны, в зону диспергирования, в ее нижнюю часть, под диспергатор. В зону диспергирования через диспергатор подают воздух в количестве 7000 м3/час. Высота зоны диспергирования над диспергатором - 1 м. Температура в зоне диспергирования составляет 160°С. Пузырьки воздуха, выходящие из диспергатора, вместе с жидкостью поднимаются и выходят из зоны диспергирования в зону реакции. В зоне реакции температура повышается вследствие выделения тепла реакции окисления и устанавливается на уровне 260°С. Битум выводят из зоны реакции. Свойства битума: пенетрация при 25°С 21×10-1 мм, температура размягчения 85°С, дуктильность 5 см. Указанная низкая температура в зоне диспергирования исключает отложение кокса в отверстиях диспергатора.
Пример 4. Асфальт деасфальтизации гудрона в количестве 30 т/час с температурой 150°С подают в зону сепарации окислительной колонны, где асфальт охлаждает газожидкостную смесь, поступающую сюда же из нижерасположенной зоны реакции. Охлажденная газожидкостная смесь разделяется на газовую и жидкую фазы. Газы выводят с верха колонны, жидкость с температурой 160°С перетекает по трубопроводу, расположенному внутри колонны, в зону диспергирования, в ее нижнюю часть, под диспергатор. Во время перетекания эта жидкость нагревается до 190°С. В зону диспергирования через диспергатор подают воздух в количестве 7000 м3/час. Высота зоны диспергирования над диспергатором - 1 м. Температура в зоне диспергирования составляет 190°С. Пузырьки воздуха, выходящие из диспергатора, вместе с жидкостью поднимаются и выходят из зоны диспергирования в зону реакции. В зоне реакции температура повышается вследствие выделения тепла реакции окисления и устанавливается на уровне 255°С. Битум выводят из зоны реакции. Свойства битума: пенетрация при 25°С 25×10-1 мм, температура размягчения 84°С, дуктильность 6 см. Указанная низкая температура в зоне диспергирования исключает отложение кокса в отверстиях диспергатора.
Пример по прототипу. Гудрон в количестве 20 т/час с температурой 180°С подают в зону сепарации окислительной колонны, где гудрон охлаждает газожидкостную смесь, поступающую сюда же из нижерасположенной зоны реакции. Охлажденная газожидкостная смесь разделяется на газовую и жидкую фазы. Газы выводят с верха колонны, жидкость с температурой 190°С перетекает в зону реакции. В зону диспергирования через диспергатор подают воздух в количестве 5600 м3/час. Пузырьки воздуха, выходящие из диспергатора, вместе с жидкостью поднимаются и выходят из зоны диспергирования в зону реакции. В зоне реакции происходит окисление гудрона до битума и температура повышается вследствие выделения тепла реакции окисления до 290°С. Битум перетекает из зоны реакции в зону диспергирования. Далее битум выводят из зоны диспергирования колонны, разделяют на два потока: один выводят из процесса как готовый продукт (свойства битума: пенетрация при 25°С 15×10-1 мм, температура размягчения 95°С, дуктильность 2 см), другой охлаждают до 180°С и возвращают в зону диспергирования колонны. Количество рециркулируемого битума троекратно превышает количество гудрона. Это позволяет поддерживать температуру в зоне диспергирования примерно 210°С, что исключает отложение кокса в отверстиях диспергатора.
Таким образом, предлагаемый способ получения битума, как и способ-прототип, позволяет исключить отложение кокса в отверстиях диспергатора, но в отличие от способа-прототипа при осуществлении предлагаемого способа не требуются затраты энергии на охлаждение и перекачку рециркулирующего битума. В целом расход энергии уменьшается в два с лишним раза.
1. Способ получения битума окислением нефтяного сырья воздухом при повышенной температуре в окислительной колонне, разделенной на зоны сепарации, реакции и диспергирования, включающий подачу нефтяного сырья в зону сепарации, ввод воздуха в зону диспергирования через диспергатор, вывод образующейся газожидкостной смеси из зоны диспергирования в зону реакции и далее в зону сепарации, разделение газожидкостной смеси в зоне сепарации на газовую и жидкую фазы, отличающийся тем, что жидкую фазу из зоны сепарации вводят в зону диспергирования, а битум выводят из зоны реакции.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что высота над диспергатором в зоне диспергирования составляет 1-2 м.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкую фазу из зоны сепарации вводят в зону диспергирования под диспергатор.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкую фазу из зоны сепарации вводят в зону диспергирования по трубопроводу, расположенному вне колонны.
