Технологические схемы процесса получения
Окисленных битумов
Основным аппаратом установок непрерывного действия для производства битума является либо трубчатый реактор, либо окислительная колонна. Окислительные колонны предпочтительны для производства дорожных битумов, трубчатые реактора – в производстве строительных битумов. Отдельные установки имеют в своем составе оба аппарата.
Комбинированное применение на одной битумной установке реакторов двух типов позволяет одновременно получать разные марки битумов и более полно использовать тепло реакции и отходящих потоков.
На некоторых НПЗ эксплуатируются установки, в которых применено последовательное комбинирование реакторов: сырье сначала окисляется в реакторе колонного типа, затем частично окисленный битум доокисляется в реакторе змеевикового типа
Наиболее экономичным окислительным аппаратом при производстве широкого ассортимента битумов является пустотелая колонна (обычно высотой 15–25 м и диаметром 34 м). Принципиальная схема окисления в колонне с утилизацией тепла представлена на рис. 1.1.
Сырье закачивается в колонну под уровень жидкости. Внизу колонны через маточник диспергируется воздух. Битум откачивается с низа колонны, а отработанные газы выводятся с верха колонны. Холодное сырье подогревается за счет тепла реакции окисления.
При получении глубокоокисленных битумов дополнительный съем тепла осуществляется впрыском воды в газовое пространство или через маточник вместе с воздухом.
. 
Рис.1.1. Принципиальная схема
окисления в колонне с утилизацией тепла.
1– кипятильник; 3 –- уравнительная емкость;4- окислительная
колонна; 5 – парогенератор;6-сепаратор с циклоном;
7 – огнепреградитель; 8 – печь дожига.
.
На рис. 1.2 приведена схема непрерывно действующей битумной установки без циркуляции продукта.
Несколько вертикальных кубов расположено так, что сырье и частично окисленный продукт самотеком перетекают из одного куба в другой. Кубы снабжены маточниками для подачи воздуха. Сырье и частично окисленный продукт окисляются во всех кубах одновременно. Хотя пустотелая колонна и является наиболее экономичным окислительным аппаратом при производстве битумов, однако и она имеет существенный недостаток – невысокая степень использования кислорода воздуха и необходимость постоянного контролирования уровня сырья в колонне.
Рис. 1.2. Принципиальная технологическая схема непрерывной битумной установки с кубами-окислителями:
1 – печь; 2 – вытяжная труба; 3 – конденсаторы смешения;
4 – кубы - окислители; 5 – насосы; 6 – холодильник;
С – сконденсированные продукты; Р – раздаточник
Для устранения этих недостатков было предложено проводить окисление в одной полностью заполненной сырьем колонне с перетеканием его во вторую колонну (рис. 1.3).
На этом рисунке показана колонна с квенчинг-секцией, позволяющая поддерживать более высокую температуру процесса, высокую степень использования кислорода воздуха, а также устранить закоксовывание стенок зоны реакции окисления.
аб
Рис. 1.3. Принципиальная схема окисления:
а – в заполненной колонне с отдельной секцией сепарации;
б – окислительная колонна с квенчинг-секцией:
1 – насосы; 2 – первая колонна (зона реакции); 3 – вторая
колонна (зона реакции); 4 – секция квенчинга и сепарация;
5 – секция окисления; 6 – переток с регулирующим клапаном и гидравлическим затвором; 7 – разделительная тарелка
Процесс окисления с квенчинг-секцией на существующем оборудовании позволяет получить положительный эффект, но приводит к дополнительным затратам на перекачивание рециркулята. Для получения строительных и дорожных битумов было сконструировано разделение секции реакции и секции сепарации. Сырье попадает сначала в секцию сепарации, оттуда вместе с рециркулятом направляется в секцию реакции по перетоку. Благодаря разделительному устройству, реорганизованному движению потоков жидкой и газовой фаз и квенчингусырьем поддерживаются разные температуры по высоте жидкой фазы в колонне: в секции реакции – относительно высокая, обеспечивающая полное использование кислорода воздуха; в секции сепарации – низкая, исключающая закоксовывание газового пространства.
Технико-экономические показатели процесса окисления с квенчинг-секцией превосходят соответствующие показатели, характерные для других окислительных аппаратов.
Производство окисленных битумов в кубах с механическим перемешиванием, в частности с применением турбинных мешалок, не нашло широкого применения в промышленности. Особенностью ее окислительного куба является наличие турбинной мешалки с плоскими лопастями и четырех вертикальных ребер. Исследование процесса окисления на данной установке показало возможность интенсификации процесса за счет увеличения поверхности контакта фаз, однако применение механического перемешивания связано с дополнительными энергетическими затратами, частыми поломками и выходом из строя мешалки.
На рис. 1.4 представлена схема установки производства битумов, состоящей из двух блоков (на первом получают строительные битумы, на втором – дорожные вязкие) [7].
Гудрон через печь П-1 поступает в емкость Е-1, а затем в смесителях М-1 и М-2 контактирует с воздухом и рециркури-рующим окисленным продуктом. Смесь направляется в трубчатые реакторы первого блока Р-1, Р-2. Продукты окисления из реакторов переходят в испаритель К-1, где происходит отделение газообразной фазы от жидкой. Газы (воздух, пары отгона, окислы углерода и серы) через холодильник Х-1 направляются
в сепаратор К-3, из которого несконденсировавшиеся газы окисления выводятся на сжигание в печь П-3, а отгон – через холодильник Х-5 с установки.
Окисленный продукт с низа испарителя К-1 частично возвращается в смесители М-1 и М-2 на рециркуляцию, а балансовый избыток откачивается в емкости Е-3–Е-6. Из емкостей строительный битум поступает на розлив в крафтмешки и автобитумовозы.
Рис.1.4. Схема установки производства битумов:
I – гудрон; II – асфальт; III – экстракт; IV– поверхностно-активные вещества;
V– керосино-газойлевая фракция; VI – отгон; VII– IХ – налив битумов в автобитумовозы
(VI – строительный; VII – дорожный вязкий; IХ – дорожный жидкий);
Х – налив строительного битума в крафт-мешки и автобитумозы;
ХI – налив дорожного битума в железнодорожные цистерны.
Дорожные битумы получают окислением асфальта деасфальтизации по схеме, аналогичной описанной выше (смесители М–3 и М–4 → испаритель К–2). Окисленный продукт из испарителя К–2 подается в смеситель М–5 на компаундирование с поверхностно-активными веществами и экстрактом селективной очистки масел, а затем попадает в емкости Е–7 – Е–14. Если на предприятии отсутствуют асфальты и экстракты, то дорожные битумы получают окислением гудрона.
Дорожные вязкие битумы разливаются из емкостей Е-7 и Е-8 в железнодорожные цистерны, бункерные полувагоны и автобитумовозы. Для получения дорожных жидких битумов вязкие битумы в смесителе М-6 смешиваются с разжижителем – керосино–газойлевой фракцией.
Технологический режим данной установки:
Температура, оС:
сырья на входе в установку 100–120;
окисления в Р–1 – Р–4 260;
битума после Х–2, Х–3, Х–4 170;
Давление, кг/см2:
воздуха на входе в смесители 9;
смеси на входе в Р–1 – Р-4 8;
Расход воздуха, м3/м3 продукта 100–150;
Отношение рециркулят: сырье 6 : 1.
Материальный баланс приведенной установки дается в разд. 2.5.1.