WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Автором проведены промышленные исследования по изучению влияния количества воздуха, подаваемого в предокислитель, и оптимизировано соотношение сырье : воздух. Результаты промышленных испытаний приведены в табл. 1.

По результатам данных табл. 1 были построены графики изменения температуры газожидкостной смеси в зависимости от количества подаваемого воздуха в предокислитель (рис.3). Анализ графиков позволяет определить оптимальное количество воздуха подаваемого в предокислитель. Экстремум, при котором достигается наибольшее увеличение температуры, находится в пределах 9,510,5 м3 воздуха на 1 м3 подаваемого в предокислитель сырья.

Рис.2. Принципиальная технологическая схема блока производства строительных марок битумов:

1 – первая колонна (зона реакции); 2 – вторая колонна (зона сепарации); 3 – насосы; 4 – выносной предокислитель сырья, 5 – трубчатый реактор Таблица Данные, полученные при анализе изменения температуры газожидкостной смеси при движении в трубопроводе-реакторе Расход воздуха, подаваемого в выносной ГЖКВА, м3/ч Параметры процесса 50 100 150 200 250 300 350 400 450 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Начальная тем129,4 129,5 130,1 130,8 130,9 131 131,3 131,5 131,8 пература, °С Конечная тем133,2 135,4 137,3 138,2 137,4 136,5 136,5 136,4 136,3 136,пература, °С Изменение температуры, 3,8 5,9 7,2 7,4 6,5 5,5 5,2 4,90 4,5 4,°С Количество кислорода, по13,577 27,153 40,73 54,306 67,883 81,459 95,036 108,612 122,189 135,данного с воздухом, кг Израсходовано 12,24 19,07 23,34 24,05 21,18 17,96 17,02 16,08 14,8 14,кислорода, кг Продолжение табл. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Прореагировавший кисло- 90,17 70,22 57,3 44,29 31,19 22,04 17,91 14,8 12,11 10,род, % Количество оставшегося ки- 2,06 6,25 8,97 11,7 14,45 16,37 17,24 17,89 18,46 18,слорода, % Прирост температуры размяг0,704 1,097 1,343 1,384 1,218 1,033 0,979 0,925 0,8516 0,чения по КиШ, °С Количество теплоты реакции, 106508 165870 203042 209274 181399 156226 148069 139863 128758 кДж 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Расход воздуха, подаваемого на смеситель, Qв,м3/ч Результат промышленных испытаний Расчетная кривая Рис.3. Изменение температуры газожидкостной смеси в зависимости от расхода воздуха, подаваемого в предокислитель На рис.4 представлены кривые изменения количества прореагировавшего и оставшегося кислорода в зависимости от подаваемого расхода воздуо Изменение температуры газожидкостной смеси, С ха в предокислитель. Точка пересечения кривых (рис. 4) является оптимумом, при котором процесс окисления протекает наиболее эффективно.

В работе автором приведена методика определения оптимальной длины трубопровода-реактора от предокислителя до окислительной колонны.

Автором для расчета длины трубопровода от начальной температуры подачи сырья (в диапазоне 120-180°С) предлагается формула ( ) tнач.

l = k *e, (2) опт.

где lопт. - оптимальная длина трубопровода-реактора, м;

tнач. - начальная температура подачи сырья в предокислитель, °С;

k - предэкспоненциальный множитель, определяется уравнением k = -0,4971* ln(k ) + 8,4, (3) k0 определяется зависимостью t нач.

k = - 23. (4) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Расход воздуха, подаваемого на смеситель, м3/ч Прореагировавший кислород,% Количество оставшегося кислорода,% Рис.4. Изменения, касающиеся расхода и остатков кислорода, в зависимости от количества подаваемого в предокислитель воздуха Количество кислорода,% кислорода, % прореагировавшего Количество оставшегося Для практического определения длины трубопровода-реактора от начальной температуры подаваемого сырья строится номограмма по уравнению 2 (рис. 5).

120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 Начальная температура ввода сырья, оС Рис. 5. Номограмма для определения оптимальной длины трубопроводареактора в зависимости от начальной температуры подачи сырья В работе приведена методика расчета оптимального диаметра трубопровода-реактора, от предокислителя до окислительной колонны. Данная методика была предложена на основании данных, полученных в процессе проведения опытно-промышленных испытаний на ООО «ЛУКОЙЛПермнефтеоргсинтез».

В общем виде формулу для определения диаметра трубопроводареактора можно представить в следующем виде:

qc + qв d = 2, (5) w где q - расход сырья, м3/с;

с q - расход воздуха, м3/с;

в реактора, м Оптимальная длина трубопровода w - оптимальная скорость газожидкостного потока, м/с, которая подбирается на основании выражения Qc 100 = k, (6) ж Qс + Qв где Qc – расход сырья, м3/ч;

Qв – расход воздуха, м3/ч;

kж – коэффициент, характеризующий содержание жидкой фазы в газожидкостной смеси, находится в пределах:

6,7 k 12,6. (7) ж Предельные значения k выбраны из рис. 3, экстремум которого соотж ветствует оптимальному значению для обеспечения необходимой эффективности процесса предокисления нефтяного сырья в условиях применения выносного ГЖКВА. Точки пересечения графиков на рис.3 в области экстремума соответствуют минимальному и максимальному значению k.Для оптимальж ного значения k = 9,0 значение скорости движения газожидкостной смеси, ж при которой достигается максимально эффективное воздействие кислорода воздуха на нефтяное сырье, в трубопроводе-реакторе равно w 7 ; при оптим k = 6,7 w 5; при k =12,7 w 9,5.

ж min ж max При условии, что оптимальная скорость газожидкостного потока в трубопроводе 7 м/с, выражение (5) примет вид d = 0,427 qc + qв. (8) На основании уравнений (6) и (8) можно построить графики зависимостей расхода сырья от внутреннего диаметра трубопровода-реактора для скоростей в пределах от 5 до 9,5 м/с (рис. 6). Из кривых на рис. 6 видно, что диапазон устойчивой работы трубопровода-реактора, при котором достигается максимальный эффект взаимодействия кислорода воздуха с нефтяным сырь ем, увеличивается с увеличением внутреннего диаметра трубопроводареактора.

0,05 0,08 0,1 0,15 0,2 0,Внутренний диаметр трубопровода-реактора, м При оптимальной скорости При максимальной скорости При минимальной скорости Рис. 6. График для определения зависимости расхода сырья от внутреннего диаметра трубопровода-реактора В условиях промышленных испытаний было достигнуто максимальное значение загрузки по сырью (обеспечивающее требуемое ГОСТом качество выпускаемой продукции), которое составило 24 м3/ч, расчетное значение максимальной загрузки (рис.6) равно 24,9 м3/ч, которое соответствует максимально допустимой скорости потока. Это говорит о достаточной сходимости промышленных результатов и определяемых расчетным путем по предлагаемой методике.

Для анализа эффективности использования ГЖКВА автором была определена энергия активации процесса по уравнению Аррениуса. Из табл. видно, что использование системы «выносной ГЖКВА – трубчатый реактор» позволяет снизить энергию активации более чем в два раза.

Качественные характеристики полученных продуктов окисления для сравнения приведены в таб. 3.

Расход сырья, м / ч Таблица Сравнительные данные расчета энергии активации процесса окисления Данные для участка Данные до использо- Данные после исНаименование трубопровода, идущего вания выносного пользования выноспараметра от ГЖКВА до окислиГЖКВА ного ГЖКВА тельной колонны Еа, 48,612 21,257 45,кДж/моль ТаблицаСреднестатистические результаты анализов качественных показателей строительных нефтебитумов Битум, полученный Битум, полученный с Показатели качества без использования использованием битума выносного ГЖКВА выносного ГЖКВА Битум строительный марки БН-70/Температура размягчения 72,49 75,по КиШ, °С Пенетрация при 25°С, 24,24 26,0,1мм Дуктильность при 25°С, см 3,13 3,Индекс пенетрации 1,5437 2,Битум строительный марки БН-90/Температура размягчения 92,25 98,по КиШ, °С Пенетрация при 25°С, 9,9 11,0,1мм Дуктильность при 25°С, см 1,03 2,Индекс пенетрации 2,4060 3,Из таблицы видно, что среднестатистические результаты анализов качественных показателей строительных нефтебитумов марок БН-70/30 и БН90/10 свидетельствуют о высокой эффективности работы блока производства строительных битумов с использованием системы «выносной ГЖКВА – предокислитель и трубчатый реактор». Практически все показатели качества би тумов, полученных с использованием предокислителя, превышают аналогичные показатели битумов, полученных по обычной технологии (без предокислителя). Температуры размягчения по КиШ строительных битумов на 4,18% (для БН-70/30) и на 6,78% (для БН-90/10) превышают базовые показатели (без предокислителя). Подобная тенденция наблюдается и при анализе таких показателей качества, как пенетрация при 25°С и дуктильность при 25°С. В этом случае повышение для пенетрации составляет 8,21% (для БН-70/30) и 16,16% (для БН-90/10), а для дуктильности при 25°С – 15,36% (для БН-70/30) и 98,06% (для БН-90/10). Для битумов, полученных с использованием выносного ГЖКВА, индекс пенетрации превышает полученные ранее значения на 39,31% (для БН-70/30) и на 37,72% (для БН-90/10), что свидетельствует о более упорядоченной коллоидной структуре битумов, полученных с использованием предокислителя.

Физико-химический анализ показывает, что происходит изменение вязкостных свойств в диапазоне температур 140-180°С (рис. 7) и плотности битумов (табл. 4).

140 150 160 170 180 190 200 210 Температура, оС с использованием ГЖКВА без использования ГЖКВА Рис. 7. График изменения вязкости строительного битума марки БН-70/мм / с Вязкость кинематическая, Таблица Показатели плотности нефтебитумов, полученных с использованием различных технологий Плотность, кг/мбитума, полученного без использо- битума, полученного с использовавания выносного ГЖКВА нием выносного ГЖКВА 1006 Одним из косвенных свидетельств влияния системы «выносной ГЖКВА – трубчатый реактор» является не только снижение содержания кислорода в газах окисления на 35%, но и увеличение количества диоксида углерода на 10,9% в этих газах. Это может свидетельствовать о том, что часть кислорода остается в битуме в виде кислородсодержащих молекул, которые чаще всего представляют собой асфальтогеновые кислоты и их ангидриды.

Они, в свою очередь, являясь поверхностно-активными веществами, стабилизируют коллоидную структуру нефтебитумов. Даже небольшое их количество в битумах значительно улучшает адгезионные свойства товарных битумов. При увеличении практически на 60 % производительности окислительной колонны по сырью наблюдается не только снижение удельного количества воздуха, подаваемого на окисление (около 22,6%), но и снижение температуры процесса окисления на 4,3%, что, в свою очередь, повышает уровень безопасности процесса.

Глава четвертая посвящена разработке технологии производства компаундированных битумов. На первом этапе производился подбор рецептуры компаундированных битумов с оптимальными эксплуатационными характеристиками.

Как отмечалось в главе 3, битумы, полученные с использованием выносного ГЖКВА – предокислителя, имеют в своем составе больше кислородсодержащих молекул, которые, в свою очередь, благоприятно влияют на качественные характеристики готовых продуктов. Особенно наличие соединений, которые являются поверхностно-активными веществами, требуется для битумов, применяемых в качестве вяжущих при строительстве автомобильных дорог.

Для приготовления битумных компаундов, как правило, проводят смешение переокисленных и неокисленных компонентов. В качестве неокисленных компонентов рассматривались различные нефтяные остатки: гудроны, слопы, асфальты деасфальтизации гудрона пропаном, крекинг-остатки, экстракты селективной очистки масел фенолом.

В ходе проведенных исследований были подобраны оптимальные компоненты компаундированных битумов и их составы. Из большого количества смесей различного состава лишь несколько удовлетворяли требованиям существующих стандартов. Это связано с тем, что тот или иной компонент, улучшая один или несколько показателей, может значительно ухудшать другой. Так, наилучшими компонентами для компаундов явились смеси асфальта со слопом в различном процентном соотношении. Основные показатели полученных компаундированных битумов соответствуют самым распространенным маркам БНД-90/130 и БНД-60/90, которые поставляются ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» в различные регионы.

Исследования показали, что компаундированный битум, полученный смешением переокисленного и неокисленных компонентов, обладает наилучшими эксплуатационными характеристиками по сравнению с обычными битумами, полученными по технологии окисления нефтяных остатков кислородом воздуха, и является оптимальным решением при использовании его в суровых климатических условиях с низкими зимними температурами и относительно высокими летними температурами.

В ходе проведенных исследований было определено оптимальное соотношение компонентов, при котором достигается наилучшее качество дорожных битумов. При этом следует учесть, что неокисленных компонентов в составе компаундированных битумов должно быть не менее 30% масс., в противном случае битум не сможет удовлетворять всем требованиям ГОСТ 22245-90.

Исходя из полученных соотношений компонентов, была предложена технологическая схема производства компаундированных битумов (рис. 8), внедренная на ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез», которая позволяет дозировать соответствующие компоненты в необходимом количестве. Предложенная схема достаточно эффективно позволяет производить компаундированные битумы с требуемыми показателями качества и максимально эффективно влиять на процесс дозирования необходимых компонентов.

Рис. 8. Технологическая схема производства компаундированных битумов на ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» Выводы 1. На основании проведенных исследований был получен интенсифицирующий эффект предварительного окисления нефтяного сырья кислородом воздуха при кратности количества сопел к загрузке по сырью, равной 1:10, скоростях газожидкостного потока в трубчатом реакторе от выносного ГЖКВА до окислительной колонны в пределах 59,5 м/с и соотношении сырья и воздуха, подаваемых в предокислитель, равном 1:10, который позволил повысить загрузку в окислительной колонне на 60%, снизить удельный рас ход воздуха на 29,6% и температуру в окислительной колонне на 4,3%, а также улучшить качественные характеристики строительных битумов БН70/30 (БН-90/10): повысить температуру размягчения по КиШ на 4,(6,78)%, пенетрацию на 8,21 (16,16)%, дуктильность на 15,36 (98,06)%.

2. Разработана конструкция выносного ГЖКВА, позволяющая проводить процесс предокисления в кавитационно-вихревом режиме при достаточно низких температурах (до 180°С).

3. Разработана методика расчета оптимальной длины и диаметра трубчатого реактора для системы «выносной ГЖКВА – трубчатый реактор».

4. На основе разработанной конструкции выносного ГЖКВА предложен процесс производства окисленных нефтебитумов строительных марок.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»