ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Схемы и режимы процесса окисления из "Производство нефтяных битумов" Процесс окисления остаточных фракций нефти воздухом в промышленной практике осуществляется в аппаратах разного типа кубах периодического действия, трубчатых змеевиковых реакторах и пустотелых колоннах непрерывного действия. Особенности окисления в этих аппаратах рассматриваются ниже. [c.48] Окисление в кубе. Окисление в кубе — пустотелом цилиндрическом аппарате с небольшой величиной отношения высоты рабочей зоны к диаметру (обычно около 1,5) —осуществляют в отечественной промышленности на старых установках или при производстве малотоннажных сортов битума. Этот процесс используется и за рубежом. [c.48] Для повышения производительности куба сырье предварительно нагревают, что обеспечивает увеличение скорости окисления. Последующее повышение температуры процесса предупреждают подачей контролируемого количества воды в газовое пространство куба. После получения продукта с заданными свойствами его охлаждают за счет подачи воды в газовое пространство или циркуляции битума через холодильник. Типичная картина изменения температуры в цикле работы куба показана на рис. 24. [c.48] Подача воды в газовое пространство куба [13, 54, 58] или в поток воздуха [59] является наряду с циркуляцией битума через холодильник [38, 56] обычным приемом для поддержания заданной температуры окисления. Подача воды приводит также к снижению концентрации кислорода в газовом пространстве за счет образования водяного пара, что уменьшает взрывоопасность процесса. Кроме того, наличие водяного пара препятствует отложению коксообразных веществ (способных к самовозгоранию [56]) на стенках газового пространства и в линии отработанных газов [57]. С целью устранения опасности вспенивания и выброса битума воду следует подавать при температуре в кубе не ниже 200 °С, для чего необходимо предусматривать соответствующую блокировку [54]. [c.48] Влияние температуры окисления на пенетрацию битумов с температурой размягчения 66° С, полученных из гудрона луизианской нефти. [c.50] В других работах отмечается несущественное уменьщение пенетрации битума при повышении Температуры окисления (например, для битума с температурой размягчения 90°С пенетрация уменьшается с 11 до 10-0,1 мм при повышении температуры с 250 до 300 °С [64]) или независимость соотношения температуры размягчения и пенетрации битума от температуры размягчения [66]. [c.50] И более. Это позволяет сохранить достигнутую при окислении консистенцию продукта [13]. [c.51] Недостатком куба как окислительного аппарата является неполное использование кислорода воздуха. Из рис. 28 видно, что при производстве дорожных битумов содержание кислорода в газах окисления составляет 7—9% (об.), а при производстве строительных — 13—17% (об.). Повышенная концентрация кислорода в газовом пространстве куба обусловливает возможность закоксовывания стенок этого пространства и взрыва в газовой фазе. Обеспечение взрывобезопасности требует постоянной подачи водяного пара для снижения концентрации кислорода до величины, нормированной правилами техники безопасности (4% об.). [c.51] Для изученных условий лабораторного окисления найденные константы составляют 0,1—0,4 ч . Представление полученных результатов в аррениусовских координатах показывает наличие диффузионных затруднений в процессе окисления. Процесс протекает в диффузионной области при высоких температурах и в кинетической — при сравнительно низких температурах. Интервал температур, характерных для промышленных уело-. ВИЙ (220—270 °С), соответствует переходной области [69]. В то же время показано [68], что экспериментальные данные, полученные при низких концентрациях кислорода и температурах выше 260 °С, не описываются достаточно хорошо предложенным уравнением. Кроме того, использование рассчитанных констант ограничивается условиями эксперимента. Таким образом, попытка представить все многообразие реакций процесса окисления в виде простого уравнения формальной кинетики не оказалась существенно полезной для решения практических задач. [c.52] Поэтому проектирование процесса окисления в кубах основывается на опыте промышленной эксплуатации аналогичных объектов, т. е. с учетом известного влияния температуры, высоты уровня жидкости и других параметров на поглощение кислорода II связанное с последним изменение консистенции сырья. [c.52] Окисление в трубчатом реакторе. В отечественной практике для производства окисленных битумов применяют змеевиковой трубчатый реактор с вертикальным расположением труб. Окисление происходит в турбулентном потоке воздуха. Движение воздуха и окисляемого сырья, диспергированного в воздухе,— прямоточное. Прореагировавшая газожидкостная смесь поступает из реактора в испаритель, где разделяется на газы и жидкость. Газы уходят с верха испарителя на обезвреживание, жидкая фаза — битум — из нижней части испарителя откачивается в парк. [c.52] Невысокое содержание кислорода в отработанных газах окисления при содержании жидкости в реакционной смеси более 8,0% (масс.) свидетельствует о хорошем использовании кислорода воздуха в реакциях окисления. Приме рно такое же содержание жидкости в реакционной смеси, обеспечивающее удовлетворительную работу реактора, отмечено и в других исследованиях [71, 72. Таким образом, рециркуляция необходима для удовлетворительной работы трубчатого реактора. [c.53] Особенностью производства битумов в трубчатом реакторе является протекание стадии собственно окисления в режиме, близком к идеальному вытеснению (хотя в целом трубчатый реактор, работающий с рециркуляцией, соответствует более сложной модели и при значительных коэффициентах рециркуляции приближается по характеру структуры потоков жидкости к реактору идеального смешения). В этом случае для обеспечения приемлемой скорости реакции необходимо уже на вход в реактор подавать нагретые реагенты. В дальнейшем же во избежание перегрева реакционной смеси ее необходимо охлаждать. Таким образом, вначале требуются затраты энергии на нагрев сырья в трубчатой печи, а затем — на охлаждение реагирующих фаз потоком вентиляторного воздуха [72]. При использовании легкого сырья или при сравнительно глубоком окислении (до строительных битумов) нагрев сырья в трубчатой печи можно заменить нагревом в теплообменниках битум — сырье [54, 73]. Средняя температура в реакторе должна быть не ниже 265 °С, иначе реакция окисления резко замедляется [71]. [c.53] Коэффициент к определяется экспериментально по содержанию кислорода в газах на выходе из реактора. Например, для процесса окисления, представленного на рис. 29, к = =0,01 [38]. [c.55] Использование этой формулы полезно при проектировании трубчатых реакторов для расчета длины реактора, выбора системы охлаждения труб реактора и других параметров. [c.55] При проектировании нужно учитывать также, что объем испарителя влияет на гибкость и стабильность процесса. Так, малый объем продукта (25—40 м ) в испарителе трубчатого реактора с трубой диаметром 200 мм на Омском КРЗ позволяет быстро переходить с получения битума одной марки на другую. Но это же обусловливает трудности в поддержании стабильности процесса небольшие изменения режима сразу сказываются на качестве продукта. Фактически в течение одних суток температура размягчения битума в реакторе, работающем на одну марку битума БНК-5, неоднократно меняется в широких пределах — от 80 до 110 С. Усреднение качества продукции происходит в резервуаре для хранения. В таких условиях не исклю чена возможность выпуска нестандартной продукции. Следовательно, при выборе объема испарителя необходимо учитывать требования гибкости и стабильности процесса. [c.55] Режим работы колонн зависит от их размеров, используемого сырья и получаемого продукта. Практически интенсификация режима зависит и от условий отгрузки продукции в летние месяцы, т., е. в период повышенного спроса, нагрузку колонн по воздуху, а следовательно, и их производительность увеличивают. Типичные параметры режима окисления приведены в табл. 6 [38, 54, 74]. Как правило, температура окисления не превышает 270 °С, а нагрузка по воздуху — 4—5 м /(м -мин), что соответствует в среднем линейной скорости воздуха 0,075 м/с. Производительность при этом колеблется в широких пределах например, при получении дорожных битумов — от 15 до 50 м ч. Такое различие условий работы затрудняет сопоставление и объективную оценку эксплуатации колонн. Поэтому на основании обобщения промышленного опыта предложены средние показатели производительности колонн, учитьшающие свойства сырья. Производительность колонны обычных размеров (диаметр 3,4 м, рабочая высота 15 м), работающей на обычном режиме окисления [температура 270 °С, нагрузка по воздуху 4 м (м -мин)], при использовании легкого (ВУао = =25 с) и тяжелого (темп. разм. по КиШ=35°С) сырья составляет соответственно при получении дорожных битумов 15 и 55 м ч и строительных — 5—18 м /ч [74]. Удельный расход. [c.57] Эффективность работы окислительной колонны, являющейся барботажным аппаратом, зависит от расхода воздуха и температуры процесса. В настоящее время нет единых рекомендаций относительно нагрузок по воздуху барботажных аппаратов. Так, в работе [77] указывается, что оптимальный тепло- и массо-обмен происходит при нагрузках по газу от 0,03 до 0,10 м/с, а в работе [78] описываются процессы со скоростью газа на пустое сечение до 1 м/с и выше и отмечается, что при скорости газа более 0,05 м/с квазиламинарное течение пузырьков переходит в турбулентное, при котором удельная поверхность фаз меньше, но коэффициенты теплопередачи выше и нет необходимости в распределении газа. [c.58] При получении строительных битумов пятой марки испытания проводили на колонне диаметром 3,4 м и высотой рабочей зоны 17—18 м (расстояние от маточника до уровня раздела фаз). Расход воздуха был повышен до 4000 м ч, что соответствует нагрузке 7,4 м (м--мин) температура окисления составляла 268—270 С. В этих условиях концентрация кислорода в газах окисления равнялась 8% (об.) [75], что почти не отличается от величины 9% (об,) установленной для примерно таких же температур окисления и уровня жидкости и нагрузке по воздуху около 4 мV(м мин) [81]. [c.59] При получении дорожных битумов с температурой размягчения около 50 °С испытания проводили на колонне диаметром 2,2 м и высотой рабочей зоны 14—15 м. Расход воздуха составлял 3000—3800 м7ч, т. е. нагрузка на сечение колонны была равна 13,1—16,7 мV(м мин) температура окисления 280 5°С. Остаточное содержание кислорода в отработанных газах окисления в этих условиях равнялось в среднем 3% (об.), что свидетельствует о высокой степени использования кислорода в реакциях окисления. [c.59] Вернуться к основной статье