На рис. 6.1 представлен горизонтальный цилиндрический куб, в прошлом широко применявшийся в промышленности при получении битумов на установках периодического действия. В этом кубе окисляемые нефтяные остатки (10-25 м3) нагревают паром в начале процесса или охлаждают водой при помощи змеевиков 1 для съема тепла реакции. Воздух подают через перфорированные трубы 2 (барботер), расположенные в нижней части куба. С верха куба выходят газообразные продукты окисления.
Рис. 6.1. Схема горизонтального куба для производства
окисленного битума.
1 – змеевик для нагрева и охлаждения;
2 – перфорированная труба;
3 – уровень продукта.
I – теплоноситель (хладагент);
II – воздух; III – газообразные продукты окисления.
В начале процесса в куб подается воздух и одновременно нагревается сырье. Через определенное время, когда за счет тепла реакции температура превысит допустимую норму, нагревание прекращают. Иногда используют принудительное охлаждение.
Битумы с одинаковыми значениями пенетрации при 25оС, полученные при разном времени пребывания в зоне реакции, различаются по групповому химическому составу и свойствам. При длительном окислении в кубах-окислителях периодического действия происходят более глубокие изменения в мальтенах гудрона и битума, снижается содержание парафино-нафтеновых, моно- и бициклических ароматических соединений, которые через полициклические соединения переходят в смолы. Скорость превращения смол в асфальтены намного меньше, чем в трубчатом реакторе и реакторе колонного типа.
Битумная установка с периодически работающими кубами-окислителями
От горизонтальных кубов с низким уровнем продукта стали переходить к вертикальным кубам с высоким уровнем и подачей воздуха под большим давлением. Это позволило полнее использовать кислород воздуха, поступающего на окисление. В 1986 г. в СССР эксплуатировали кубы-окислители вместимостью 200 м3.
На рис. 6.2 приведена схема распространенной установки, состоящей из 5-11 вертикальных кубов-окислителей (диаметром 5,4 м и высотой 10 м). Установка обычно сблокирована с вакуумной установкой. Кубы работают периодически, однако горячее сырье из вакуумной колонны поступает на установку непрерывно. В начале работы каждого куба его заполняют на 2/3 высоты гудроном, после чего через маточник подают воздух. Иногда воздух включают по достижении сырьем уровня, равного 1/3 высоты куба. Избыточное давление воздуха изменяется в пределах 0,05-0,10 МПа. В зависимости от природы сырья и заданных качеств битума температуру окисления поддерживают в пределах 220-280оС.
Рис. 6.2. Схема полунепрерывной битумной установки:
1 – печь; 2, 9 – вытяжные трубы; 3-8 – кубы-окислители; 10, 11 – конденсаторы смешения;
12, 13 – насосы; 14 – раздаточник; 15 – цистерна.
I – сырье; II – воздух; III – вода; IV – газообразные продукты окисления;
V – сконденсированные продукты
Кубы-окислители связаны между собой переточными трубами. По ним газообразные продукты окисления поступают в конденсатор смешения, где они частично конденсируются и затем направляются в ловушку. Несконденсированные продукты через вытяжную трубу отводятся в атмосферу на радость людям, населяющим близлежащие кварталы, или в печь дожига.
В зависимости от природы сырья, температуры и требуемой марки битума продолжительность окисления сырья составляет 4-90 ч. Когда цикл окисления завершен, битум из кубов откачивают в раздаточники или в железнодорожные цистерны и бункеры, либо направляют на формовку.
В периодическом кубе-окислителе можно получать и специальные битумы с температурой размягчения до 155оС и выше.
В США в 1986 г. капитальные вложения на строительство подобной установки составляли примерно 3 млн. долларов.
Для интенсификации процесса на таких установках проводят следующие мероприятия.
Увеличивают сечения отверстий в воздушных маточниках (от 8 до 18 мм), располагая отверстия в шахматном порядке (с шагом 200 мм).
Применяют сопловый маточник.
Окисление сырья начинают, когда его уровень в кубе достигнет 1/3 высоты куба, что сокращает время оборота куба и увеличивает производительность установки.
Съем тепла реакции осуществляют подачей воды или инертного газа (азота) в газовое пространство куба-окислителя, или циркуляцией битума через холодильник. Подача воды или газа также препятствует отложению кокса в газовом пространстве куба-окислителя и в переточных трубах, разбавляет уходящие газы, снижает содержание в них кислорода и тем самым улучшает безопасность эксплуатации установки.
Подача воды в воздух в количестве 0,75 л на 1 м3 воздуха сокращает время окисления и способствует поддержанию стабильной температуры процесса (250оС).
Основные недостатки описанной установки:
Неполное использование технологического оборудования (кубов-окислителей), которые простаивают, когда производят полные анализы битума.
Непроизводительно затрачивается время на заполнение и опорожнение кубов, что снижает мощность установки.
Громоздкое оборудование установки, и, следовательно, большие энергозатраты на обогрев коммуникаций. Кроме того, перед каждым заполнением и опорожнением куба необходимо длительное время прогревать арматуру и коммуникации, а после операций с битумом прокачивать через трубопроводы масляный дистиллят.
Был предложен вариант данной установки с применением механических перемешивающих устройств, интенсифицировавших процесс окисления. Применение механического перемешивания связано с дополнительными энергетическими затратами, частыми поломками и выходом из строя мешалки.
Непрерывнодействующая битумная установка
без циркуляции продукта
На рис. 6.2 приведена схема непрерывно действующей битумной установки без циркуляции продукта. Вертикальные кубы 1-8 расположены так, что сырье и частично окисленный продукт самотеком за счет разностей уровней перетекает из одного в другой (каждый последующий куб установлен на 0,6 м ниже предыдущего). Кубы снабжены маточниками 25 для подачи сжатого воздуха. Процесс окисления идет во всех кубах одновременно. Гудрон с установки АВТ, пройдя через теплообменники гудрон-нефть и охладившись до 210-220оС, поступает в окислительный куб 1. В случае необходимости гудрон прокачивается и через холодильник 11. Из куба 1 по переточной линии направляется в куб 2 и так далее до куба 8. Температура окисления поддерживается на уровне 240-280оС. Для понижения температуры в кубах 6-8 битумы, полученные в кубе 5 (марок БНД-90/130 и БНД-60/90) забираются насосом 12 и прокачиваются через холодильник 13, где они охлаждаются до 200оС. Основная часть охлажденного битума направляется в раздаточники 16-20. При необходимости одновременной выработки строительных битумов часть битума направляется в куб 6. В кубах 6-8 дорожный битум доокисляется в строительный (марок БН-70/30 или БН-90/10). Из куба 8 насосом 14 битум забирается при температуре 270-280оС и прокачивается через холодильник 15в раздаточники 21-23. Из раздаточника 23 самотеком поступает на гребенку 24 для разлива в крафт-бумажные мешки или формы.
Из раздаточников готовый битум самотеком поступает в коллектор эстакады, на котором установлены вращающиеся телескопы, и сливается в бункеры или железнодорожные цистерны.
Газообразные продукты окисления через коллектор поступают в конденсатор-холодильник 9,имеющий 15 отбойных тарелок и орошаемый водой ля конденсации паров дистиллята и воды. Сконденсировавшиеся углеводородные продукты направляются в ловушку, где после отстоя собираются и используются в качестве топлива. Несконденсировавшиеся газообразные продукты выводятся в атмосферу через трубу 10 или направляются в печь дожига. Содержание кислорода в газообразных продуктах окисления составляет 6-8 % мас.
Диаметр каждого куба 3 м, высота 10,65 м, полный объем 73 м3, полезный – 50 м3. Производительность такой установки, состоящей из 8 кубов при выработке дорожного битума марки БНД-60/90, составляет 720 т/сут.
Подобные установки требуют однородного сырья и постоянства технологического режима. Если эти условия не выполняются, с установки выходит некондиционная продукция. Довести ее до нормы можно рециркуляцией ее в смеси со свежим сырьем. Чтобы обеспечить заданные качества битума, применяют комбинированный метод: первые несколько кубов работают непрерывно, а последние периодически. В них битум доводят до требуемых качеств, но производительность установки при этом несколько снижается.
Рис. 6.3. Схема битумной установки непрерывного действия с кубами-окислителями:
1-8 – кубы-окислители; 9 – конденсатор смешения; 10 – вытяжная труба;
11, 13, 15 – холодильники; 12, 14 – насосы; 16-23 – раздаточники;
24 – гребенка ля разлива; 25 – маточник.
I – сырье; II – воздух; III – вода; IV –газообразные продукты окисления;
V – сконденсированные продукты; VI – битум.
Непрерывнодействующая битумная установка
с циркуляцией продукта
Битумные установки с циркуляцией продукта могут быть оснащены реактором колонного типа, змеевиковым реактором окисления сырья в пенной системе и горизонтальным реактором бескомпрессорного способа окисления сырья.
В качестве примера ниже описаны битумные установки колонного типа. Первая из них (рис. 6.4) состоит из окислительной колонны 6, уравнительной емкости 4, печи 3, теплообменника 2 и насоса 1. Высота колонны 7-13 м.
Сырье I подают через теплообменник и нагревательную печь в окислительную колонну. Воздух IV поступает в колонну через маточник, расположенный у ее нижнего днища. Большая высота слоя окисляемого материала позволяет более полно использовать кислород воздуха. Готовый битум V поступает в уравнительную емкость 4, откуда часть его циркуляционным насосом подается на смешение с исходным сырьем перед печью. Балансовое количество битума тем же насосом через теплообменник 2 направляется в раздаточники. Отработанный газ II из верхней части окислительной колонны через конденсатор-холодильник выводят из системы. Температура окисления в зависимости от природы сырья и качества целевого продукта поддерживают равной 230-350оС.Расход воздуха составляет 40-300 м3 на 1 т сырья. Работа установки по циркуляционной схеме позволяет варьировать продолжительность пребывания сырья в зоне реакции при стабильной подаче смеси в окислительную колонну. Возможна работа установки и без рециркуляции битума. В этом случае изменяя расход сырья (время его пребывания в зоне реакции), подбирают оптимальные условия для получения битума заданной марки или заданных свойств из определенного сырья.
Рис. 6.4. Схема битумной установки непрерывного действия
с одной окислительной колонной и рециркуляцией битума
1 – насосы; 2 – теплообменник; 3 – печь; 4 – уравнительная емкость;
5 – холодильник; 6 – окислительная колонна.
I – сырье; II – уходящие газы; III – вода; IV – воздух;
V – окисленный битум; VI – топливо.
На рис. 6.5 приведена схема установки непрерывного действия для получения окисленного битума, состоящая из трех вертикальных окислительных колонн разных диаметра и высоты, изолированных слоем шлаковаты. Сырье на установку подают непосредственно из вакуумной колонны трубчатой установки. В колонне 1 наибольших размеров, снабженной охлаждающим змеевиком для регулирования температуры, начинается окисление сырья. В колоннах 2 и 3 оно продолжается до получения битумов требуемых качеств. Сырье из колонны в колонну поступает самотеком. Предусмотрено также окисление при параллельном движении сырья в колоннах.
На установке подобного типа можно проводить и периодическое окисление сырья. Непрерывный способ целесообразно применять в тех случаях, когда требуется получить продукт с постоянными свойствами и когда на окисление поступает сырье стабильного качества. Непрерывная схема позволяет работать с наибольшей производительностью при условии непрерывного поступления сырья с установок АВТ. Если нужно получить небольшое количество продукта разных свойств, процесс лучше вести в периодическом режиме.
Обычно на заводах сооружают несколько битумных установок, с колоннами одинаковой или разной емкости. Как правило, большие колонны работают по непрерывной схеме, а колонны меньшей емкости – в режиме периодического действия, что дает возможность вырабатывать разные количества и ассортимент битумов. Окисление ведут при температуре 230-260оС. Для подачи воздуха используют компрессор производительностью 720 м3/ч.
Разность уровней перетока между колоннами составляет 0,9 м.
Рис. 6.5. Схема битумной установки непрерывного действия с тремя
окислительными колоннами:
1-3 – окислительные колонны; 4 – ресивер; 5 – воздушный компрессор.
I – сырье; II – воздух; III – отходящие газы; IV – битум.
ТОВАРНЫЕ ПАРАФИНЫ
В курсе «Методы очистки топлив и масел» [40] подробно рассматривалась технологическая поточная схема производства товарных масел, в ходе которой как побочные продукты в процессе депарафинизации производились парафины и церезины. Рассмотрим существующие марки товарных парафинов и церезинов, а также предъявляемые к ним требования по физико-химическим и эксплуатационным свойствам.
Парафины представляют собой смесь твердых углеводородов метанового ряда преимущественно нормального строения с 18-35 атомами углерода в молекуле и температурой плавления 45-65оС. В парафинах обычно содержится некоторое количество изопарафиниовых углеводородов, а также углеводородов с ароматическим или нафтеновым ядром в молекуле.
Парафин – вещество белого цвета кристаллического строения с молекулярной массой 300-450, в расплавленном состоянии обладает малой вязкостью. Величина и форма кристаллов парафина зависит от условий его выделения: из нефти парафин выделяется в виде мелких тонких кристаллов, а из нефтяных дистиллятов и дистиллятных рафинатов селективной очистки – в виде крупных кристаллов. При быстром охлаждении выделяемые кристаллы мельче, чем при медленном.
Парафины инертны к большинству химических реагентов. Они окисляются азотной кислотой, кислородом воздуха (при 140оС) и некоторыми другими окислителями с образованием различных жирных кислотам, содержащимся в жирах растительного и животного происхождения. Синтетические жирные кислоты, получаемые окислением парафинов, применяют вместо жиров растительного и животного происхождения в парфюмерной промышленности, при производстве смазок, моющих средств и других продуктов.
Парафин реагирует с хлором с образованием хлорпроизводных парафинов, являющихся сырьем для производства присадок к маслам.
Твердые нефтяные парафины изготовляют по ГОСТ 23683-89. По степени очистки их подразделяют на высокоочищенные (марки П и В) и очищенные (марки Т и С). Характеристики парафинов различных марок приведены в табл. 7.1.
В зависимости от степени очистки и области применения устанавливают следующие марки твердых парафинов:
П-1 – высокоочищенный парафин, его применяют при изготовлении тары и упаковочных материалов жесткой конструкции, клеев и расплавов, имеющих соприкосновение с пищевыми продуктами и применяемых при повышенных температурах, косметических препаратов и в фармацевтической промышленности.
П-2 – высокоочищенный парафин, применяют для пропитки и покрытия гибкой упаковки пищевых продуктов, сохраняющей эластичность при пониженных температурах, а также в качестве компонентов сплавов для покрытия деревянных, бетонных, металлических емкостей, предназначенных для хранения пищевых продуктов, в производстве различных восковых составов, изделий медицинской техники и косметических препаратов.
В2, В3, В4 и В5 – высокоочищенные, глубокообезмасленные парафины, применяют в различных отраслях промышленности, где предъявляются особые требования к чистоте изделий.
Т-1, Т-2, Т-3 и С – очищенные парафины технического назначения, применяют в качестве сырьевых материалов в различных отраслях промышленности:
Т-1 – для изготовления товаров бытовой химии, в частности свечей, и в других отраслях народного хозяйства.
Т-2 – в химической, нефтехимической прмышленности и в других отраслях народного хозяйства.
Т-3 – для пропитки и покрытий технических сортов бумаги, картона, текстиля, деревянных и металлических поверхностей и др.
С - в нефтехимической промышленности для производства синтетических жирных кислот.
Твердые нефтяные парафины являются горючими веществами с температурой вспышки не ниже 160оС и температурой самовоспламенения не ниже 300оС.
Таблица 7.1.
Дата: 2019-02-19, просмотров: 570.
