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 с зоной диспергирования, отделенной от зоны окисления. Воздух подают в зону диспергирования через диспергатор, нефтяное сырье подают в зону диспергирования. Битум выводят из зоны окисления. Технический результат: снижение энергозатрат. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к процессам нефтепереработки и может быть использовано в производстве окисленного битума.

Известен способ получения битума окислением нефтяного сырья воздухом в окислительной колонне, включающий ввод воздуха в нижнюю часть колонны через диспергатор (барботер) - горизонтально расположенные перфорированные трубки, ввод сырья в колонну выше уровня диспергатора, вывод газов окисления из верхней части колонны и вывод битума из нижней части колонны (“Справочник нефтепереработчика” под ред. Ластовкина Г.А., Радченко Е.Д., Рудина М.Г. Ленинград, Химия, 1986, с.291 и 293). Вследствие выделения тепла реакции окисления температура получаемого в колонне битума становится выше температуры поступающего сырья. Поскольку окисление происходит в барботажном слое, обеспечивающем хорошее перемешивание жидкой фазы, температура во всех точках барботажного слоя, в том числе и в области расположения диспергатора, практически одинакова. Недостатком этого способа является закоксовывание диспергатора при обычных температурах окисления 265-275°С (в ряде случаев окисление проводят и при более высоких температурах), что приводит к остановке процесса и необходимости замены или чистки диспергатора. Скорость закоксовывания диспергатора резко уменьшается при снижении температуры окисления (что может быть обеспечено, например, снижением температуры сырья), однако одновременно 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 диспергирования, отделенной от зоны окисления, включающий ввод воздуха в зону диспергирования через диспергатор, ввод сырья в зону окисления и переток полученного окисленного битума из зоны окисления в нижерасположенную зону диспергирования, вывод газов окисления из верхней части колонны и вывод битума с низа зоны диспергирования с охлаждением части битума и возвратом (рециркуляцией) этой части в зону диспергирования. В результате такой организации потоков оказывается возможным в зоне диспергирования поддерживать пониженную температуру (предпочтительно ниже 240°С) по сравнению с температурой в зоне окисления, что исключает закоксовывание диспергатора (авторское свидетельство СССР №1365694, С 10 С 3/04). Недостатком этого способа является необходимость в дополнительных энергетических затратах на охлаждение и рециркуляцию части битума.

Предлагаемое изобретение имеет целью исключить как закоксовывание диспергатора, так и необходимость в рециркуляции охлажденного битума.

Достигается эта цель тем, что в способе получения битума окислением нефтяного сырья воздухом при повышенной температуре в окислительной колонне с зоной диспергирования, отделенной от зоны окисления, включающем подачу воздуха в зону диспергирования через диспергатор, нефтяное сырье подают в зону диспергирования, а битум выводят из зоны окисления.

Такая совокупность признаков: прежде всего, наличие в колонне конструктивно разделенных зон окисления и диспергирования, подача сырья в зону диспергирования, вывод битума из зоны окисления - ранее не была известна.

Указанная совокупность признаков позволяет поддерживать в зоне диспергирования более низкую температуру, близкую к температуре сырья, что исключает закоксовывание диспергатора даже в отсутствие рециркуляции охлажденного битума. В зоне же окисления температура становится выше вследствие выделения тепла реакции. Такое решение задачи поддержания пониженной температуры в зоне диспергирования по сравнению с температурой в зоне окисления не следует явным образом из уровня техники. Действительно, априори можно предположить, что из-за передачи большого количества тепла из зоны окисления в зону диспергирования через теплопроводный материал стенок колонны и поверхности устройства, разделяющего эти зоны, температуры в зонах окисления и диспергирования выравниваются. Нужно отметить также, что многие известные разделительные устройства (например, по а.с. №1365694) прямо предусматривают передачу части горячей жидкости из зоны окисления в зону диспергирования. Поэтому во избежание выравнивания температур в зонах окисления и диспергирования в способе-прототипе как раз и предусматривается рециркуляция охлажденного битума. Таким образом, эффект, получаемый при использовании предлагаемого способа, - обеспечение пониженной температуры в зоне диспергирования по сравнению с температурой в зоне окисления (без рециркуляции охлажденного битума) является неожиданным.

Предложенный способ получения битума может быть использован в промышленности.

Способ осуществляют следующим образом.

Нефтяное сырье с температурой 120-180°С подают в нижнюю часть зоны диспергирования окислительной колонны, предпочтительно под диспергатор. Воздух подают в зону диспергирования через диспергатор. Сырье, поднимаясь, омывает диспергатор, из которого выходят пузырьки воздуха. Газожидкостная смесь сырья и воздуха поднимается и выходит из зоны диспергирования в зону окисления. Высота над диспергатором в зоне диспергирования составляет предпочтительно 1-2 м. Из-за небольшой высоты пузырьки воздуха пребывают в зоне диспергирования небольшое время, поэтому реакция окисления здесь практически не происходит. Низкая температура также затрудняет реакцию. Поскольку реакция не происходит, теплота реакции не выделяется и существенного подъема температуры не происходит. Несущественный подъем температуры - на 10-30°С - возможен вследствие передачи тепла из зоны окисления при не строго фиксированном расходе воздуха (когда возникают завихрения в поднимающемся потоке жидкости), но это не влияет в целом на низкий уровень температуры в зоне диспергирования. Препятствует указанному подъему температуры и ввод сырья под диспергатор в вертикальном направлении: холодное (следовательно, более плотное) жидкофазное сырье, поднимаясь, не позволяет вышерасположенным горячим (менее плотным) объемам жидкости опускаться в зону диспергирования к диспергатору. Таким образом, температура в зоне диспергирования близка к температуре сырья или равна ей. Как сказано, газожидкостная смесь, поднимаясь, выходит из зоны диспергирования в зону окисления, высота которой составляет предпочтительно 15-20 м. Время пребывания пузырьков воздуха в зоне окисления достаточно для протекания реакции окисления. Вследствие этого выделяется тепло реакции и температура в зоне окисления возрастает, что, в свою очередь, ускоряет реакцию. Поскольку процесс окисления осуществляется в барботажном слое, температуры жидкости по всей высоте зоне окисления выравниваются. При установившемся режиме окисления температура в зоне окисления составляет 240-300°С (в зависимости от заданных условий окисления), предпочтительно 265-275°С. Газы окисления выходят из барботажного слоя и выводятся из верхней части колонны. Битум выводят из зоны окисления, предпочтительно из верхней части барботажного слоя. Для улучшения отделения пузырьков газа от выводимого битума штуцер для вывода битума может иметь больший диаметр, чем это обычно необходимо для вывода жидкого битума.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Гудрон в количестве 20 т/час с температурой 180°С подают в зону диспергирования колонны через боковой штуцер, расположенный на уровне ниже плоскости расположения диспергатора. Воздух в количестве 5600±100 м³/час подают в зону диспергирования через диспергатор. Высота над диспергатором в зоне диспергирования составляет 1 м. Газожидкостная смесь из зоны диспергирования, поднимаясь, поступает в зону окисления, где происходит окисление сырья до битума. Готовый битум (свойства битума: пенетрация при 25°С 15х10^-1 мм, температура размягчения 95°С, дуктильность 2 см) выводят из зоны окисления, точнее из верхней части барботажного слоя. Газы окисления выводят с верха колонны. Температура в зоне окисления составляет 300°С, а в зоне диспергирования 190°С, что исключает закоксовывание диспергатора.

Пример 2. Гудрон в количестве 20 т/час с температурой 150°С подают в низ зоны диспергирования колонны. Воздух в количестве 5600±200 м³/час подают в зону диспергирования через диспергатор. Высота над диспергатором в зоне диспергирования составляет 2 м. Газожидкостная смесь из зоны диспергирования, поднимаясь, поступает в зону окисления, где происходит окисление сырья до битума. Готовый битум (свойства битума: пенетрация при 25°С 15х10^-1 мм, температура размягчения 95°С, дуктильность 2 см) выводят из зоны окисления, точнее из верхней части барботажного слоя. Газы окисления выводят с верха колонны. Температура в зоне окисления составляет 270°C, а в зоне диспергирования 170°С, что исключает закоксовывание диспергатора.

Пример 3. Асфальт деасфальтизации гудрона в количестве 30 т/час с температурой 130°С подают в низ зоны диспергирования колонны. Воздух в количестве 7000 м³/час подают в зону диспергирования через диспергатор. Высота над диспергатором в зоне диспергирования составляет 1 м. Газожидкостная смесь из зоны диспергирования, поднимаясь, поступает в зону окисления, где происходит окисление сырья до битума. Готовый битум (свойства битума: пенетрация при 25°С 21×10^-1 мм, температура размягчения 85°С, дуктильность 5 см) выводят из зоны окисления, точнее из верхней части барботажного слоя. Газы окисления выводят с верха колонны. Температура в зоне окисления составляет 260°С, а в зоне диспергирования 130°С, что исключает закоксовывание диспергатора.

Пример 4. Гудрон в количестве 20 т/час с температурой 180°С подают в зону диспергирования колонны через штуцер, расположенный на нижнем днище под диспергатором. Воздух в количестве 5600±100 м³/час подают в зону диспергирования через диспергатор. Высота над диспергатором в зоне диспергирования составляет 1 м. Газожидкостная смесь из зоны диспергирования, поднимаясь, поступает в зону окисления, где происходит окисление сырья до битума. Готовый битум (свойства битума: пенетрация при 25°С 15×10^-1 мм, температура размягчения 95°С, дуктильность 2 см) выводят из зоны окисления, точнее из верхней части барботажного слоя. Газы окисления выводят с верха колонны. Температура в зоне окисления составляет 300°С, а в зоне диспергирования 180°С, что исключает закоксовывание диспергатора.

Пример по прототипу. Гудрон в количестве 20 т/час с температурой 180°С подают в зону окисления колонны. Здесь гудрон окисляется воздухом до битума, который в количестве 30 т/час перетекает по перетоку разделительного устройства в зону диспергирования. В эту же зону диспергирования подают рециркулирующий охлажденный битум в количестве 60 т/час. Два потока битума смешиваются в зоне диспергирования. Из зоны диспергирования одна часть битума - 10 т/час, поднимаясь вместе с воздухом, возвращается в зону окисления, другую часть - 80 т/час выводят с низа колонны. Выводимый с низа колонны поток битума разделяют на два: один поток - 60 т/час охлаждают до 180°С и возвращают в зону диспергирования, другой - 20 т/час откачивают в парк в качестве товарного продукта (свойства битума: пенетрация при 25°С 15×10^-1 мм, температура размягчения 95°С, дуктильность 2 см). Воздух в количестве 5600 м³/час подают в диспергатор, расположенный в зоне диспергирования. Выходящие из диспергатора пузырьки воздуха, поднимаясь вместе с частью находящегося в зоне диспергирования битума, поступают в зону окисления, где происходит окисление сырья. Газы окисления, выходящие из барботажного слоя, выводят из верхней части колонны. Процесс окисления осуществляется в барботажном слое, поэтому по всей высоте барботажиого слоя в зоне окисления устанавливается одинаковая температура 290°С. Температура в зоне диспергирования в результате смешения двух потоков битума с температурами 290 и 180°С устанавливается на уровне 217°С, что исключает закоксовывание диспергатора.

Таким образом, предлагаемый способ получения битума, как и способ-прототип, позволяет исключить закоксовывание 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 с зоной диспергирования, отделенной от зоны окисления, включающий подачу воздуха в зону диспергирования через диспергатор, отличающийся тем, что нефтяное сырье подают в зону диспергирования, а битум выводят из зоны окисления.

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 нефтяное сырье подают в зону диспергирования под диспергатор.