CN110240918B - 一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的系统及工艺，所述系统包括1#反应釜、1#满流缓冲罐、1#管式炉、第一沥青循环回路、2#反应釜、2#满流缓冲罐、2#管式炉及第二沥青循环回路；1#反应釜、2#反应釜内分别设柔性挡板，第一沥青循环回路上设1#满流缓冲罐；第二沥青循环回路上设2#满流缓冲罐。本发明中，反应釜由侧进料、下出料方式改为侧进料、满流出料方式，在反应釜后设满流缓冲罐，通过维持满流缓冲罐中的沥青液位稳定来控制反应釜的流出量，最终通过控制反应釜内的液位恒定实现反应停留时间的精确控制，并使改质沥青生产过程能够长久且顺畅地进行。
Description
技术领域
本发明涉及冶金焦化技术领域，尤其涉及一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的系统及工艺。
背景技术
煤焦油加工过程中一般产生约50％～60％的沥青，属于焦油加工的大宗产品，加工规模越大，沥青产量越多。改质沥青是目前沥青的主要下游产品，主要用于电解铝行业生产预焙阳极、制备电池棒或电极粘结剂。
目前国内生产改质沥青的工艺大多采用热缩聚法，热缩聚法按加热方式可分为釜式加热法和管式炉加热法。
釜式加热法的改质沥青生产工艺，以中温沥青为原料，由加热炉直接加热的反应釜外表面，反应釜内通过控制一定的反应停留时间及适当的反应温度，达到沥青改质的目的。由于加热面为反应釜的外表面，为了达到良好的传质传热效果，反应釜内需设置搅拌器，使反应釜的容积受到限制，设计能力有限。
管式炉加热法的改质沥青生产工艺，有从法国引进的加压双炉双釜汽提闪蒸工艺，也有国内的常压或减压的双炉双釜汽提闪蒸工艺以及单炉单釜汽提闪蒸工艺等；其中双釜双炉汽提闪蒸工艺以中温沥青为原料，在管式加热炉内进行沥青加热，然后在反应釜内进行改质反应；反应分两步进行，且可以根据产品要求不同，可以是常压、加压或减压反应，反应后经汽提塔闪蒸汽提得到改质沥青产品。该工艺的优点是采用两步反应，可有效控制α-组分和β-组分生成量，产品质量可控，采用汽提法分离沥青和油品，有利于软化点调整。单炉单釜汽提闪蒸工艺也是以中温沥青为原料，在管式加热炉内进行沥青加热，然后在反应釜内进行反应，一步完成反应，反应后在汽提塔中闪蒸汽提，只是产品质量控制没有双炉双釜汽提闪蒸工艺灵活。
管式炉加热法的改质沥青生产工艺，由于设计能力大，反应控制灵活，已经成为目前改质沥青生产工艺的主流，但有一个很大的问题难以解决，那就是改质沥青反应釜的液位测量问题，因为改质沥青反应釜是靠控制反应物停留时间和反应温度来达到沥青改质的目的，而停留时间是靠控制反应釜液位高度来控制的，所以液位测量是反应过程控制的关键。
传统的反应釜液位远传测量方法一般都是采用压差的测量方式，通过液体的密度核算转化为液位高度，但由于沥青液体的特殊性、反应釜内温度高达380℃以上、液体含有聚合物等固体悬浮物、液体粘度大易凝固、沥青烟挥发量大且易冷凝等原因，在仪表液体测压接口处，沥青容易凝固堵塞而导致测量仪器失灵。如果采用浮筒液面计，浮筒和导流筒或导引钢丝容易粘连在一起而不易上下浮动，导致液位测量无法实现。另外，也有尝试采用浮球液位计的，但由于反应釜液位高达10m以上，传统浮球液位计拥有与液面高度同等高度的液面指示器，导致浮球液位计升降杆太长，液面指示器在釜顶部太高而很难实现，而且其也存在浮球和导流筒或导引钢丝容易粘连在一起而不易上下浮动的问题。另外，沥青烟容易沿着液面指示器升降杆进入液面指示器产生凝结，造成液面指示器堵塞。如果采用雷达液位计，短时间测量效果还是可以的，但由于沥青烟容易在雷达液面计上产生的凝结，很快就会使雷达电磁波接收失灵，导致检修频繁。
法国引进的加压双炉双釜汽提闪蒸工艺中，反应釜的液位高度控制没有采用液位测量方法，而是采用称重模块对液位高度进行换算，通过控制反应釜的整体重量来控制液位高度，而称重模块的测量点数是测量重量准确与否的关键，一般2个测量点比较准确，大型反应釜的支耳通常是6个或8个，测量不准，而且经常受到风载荷、称重模块误差的影响，导致重量测量不稳定，波动很大，造成换算出的液位不稳定，使改质沥青流出量波动很大，从而对改质沥青的质量控制产生影响。同时，由于反应釜设备外形巨大，称重模块的检修和更换非常困难，检修的时间长，严重影响正常生产。
综上所述，目前管式炉加热法的改质沥青生产工艺，由于反应釜的液位测量问题没有很好解决，所以此种工艺的自动化控制有待完善，工艺、设备有待改进。
发明内容
本发明提供了一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的系统及工艺，反应釜由侧进料、下出料方式改为侧进料、满流出料方式，在反应釜后设满流缓冲罐，通过维持满流缓冲罐中的沥青液位稳定来控制反应釜的流出量，最终通过控制反应釜内的液位恒定实现反应停留时间的精确控制，并使改质沥青生产过程能够长久且顺畅地进行。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的系统，包括1#反应釜、1#满流缓冲罐、1#管式炉、第一沥青循环回路、2#反应釜、2#满流缓冲罐、2#管式炉及第二沥青循环回路；所述1#反应釜、2#反应釜的中部均设有横截面形状为蛇形的柔性挡板，将1#反应釜/2#反应釜分隔为2个独立的反应区域，2个反应区域之间通过柔性挡板下方的沥青流动通道连通；柔性挡板一侧的1#反应釜/2#反应釜上部设沥青进料口，柔性挡板另一侧的1#反应釜/2#反应釜上部设沥青满流口；1#反应釜的沥青满流口与沥青进料口之间设第一沥青循环回路，第一沥青循环回路上沿沥青输送方向依次设有1#满流缓冲罐、1#沥青循环泵、沥青流出口一、1#管式炉及沥青流入口一；其中沥青流入口一连接外部的原料沥青输送管道；2#反应釜的沥青满流口与沥青进料口之间设第二沥青循环回路，第二沥青循环回路上沿沥青输送方向依次设有2#满流缓冲罐、2#沥青循环泵、沥青流入口二、沥青流出口二及2#管式炉；第一沥青循环回路上的沥青流出口一通过沥青输送管道一连接第二沥青循环回路上的沥青流入口二，第二沥青循环回路上的沥青流出口二通过沥青输送管道二连接汽提塔的沥青入口；1#反应釜顶部的闪蒸油气出口、2#反应釜顶部的闪蒸油气出口通过闪蒸油气输送管道连接汽提塔的油气入口。
所述1#反应釜沿高向设有多个沥青满流口，各个沥青满流口分别通过满流管一连接第一沥青循环回路，满流管一上分别设有满流阀一；所述2#反应釜沿高向设有多个沥青满流口，各个沥青满流口分别通过满流管二连接第二沥青循环回路，满流管二上分别设有满流阀二。
所述沥青输送管道一的上游设流量调节阀一，1#满流缓冲罐通过2个支耳支撑在1#称重模块上，1#称重模块通过重量显示控制仪一连接流量调节阀一；所述沥青输送管道二的上游设流量调节阀二，2#满流缓冲罐通过2个支耳支撑在2#称重模块上，2#称重模块通过重量显示控制仪二连接流量调节阀二。
一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的工艺，包括如下步骤：
1)原料中温沥青与1#管式炉出口沥青混合后，先进入1#反应釜对应沥青进料口一侧的反应区域内，并自上向下流动，然后经柔性挡板下方的沥青流动通道进入沥青满流口一侧的反应区域内，并自下向上流动；1#反应釜内的反应温度控制在350～410℃，混合沥青在1#反应釜内发生以β-改质反应为主的一次改质反应，闪蒸裂解产生的闪蒸油气经1#反应釜顶部的闪蒸油气出口排到汽提塔；经过一次改质反应后的沥青经沥青满流口满流到1#满流缓冲罐中；
2)1#满流缓冲罐中的一次改质沥青由1#沥青循环泵自底部抽出，大部分送至1#管式炉中，加热后循环回送到1#反应釜沥青进料口上游的原料沥青输送管道中，对原料中温沥青进行加热；剩余的一次改质沥青送至第二沥青循环管道中；
3)第二沥青循环管道中的一次改质沥青一部分与2#满流缓冲罐中抽出的二次改质沥青混合后进入2#管式炉中，经加热后进入2#反应釜进行二次改质反应，二次改质反应过程与一次改质反应过程相同，2#反应釜内的反应温度控制在370～430℃；一次改质沥青在2#反应釜内发生α-和β-改质反应同时进行的二次改质反应；闪蒸裂解产生的闪蒸油气经2#反应釜顶部的闪蒸油气出口排到汽提塔；经过二次改质反应后的二次改质沥青经沥青满流口满流到2#满流缓冲罐中；
4)2#满流缓冲罐中的二次改质沥青由2#沥青循环泵自底部抽出后，与一次改质沥青混合，一部分送至2#管式炉中加热后循环回送到2#反应釜中；剩余的混合改质沥青通过改质沥青输送管道二送往汽提塔，经汽提塔汽提后即为改质沥青成品。
通过1#称重模块和重量显示控制仪一监测1#满流缓冲罐中一次改质沥青的重量，通过流量调节阀一维持该重量恒定，即维持1#满流缓冲罐中沥青液位恒定，在此基础上将抽出的一次改质沥青送往第二沥青循环回路进行二次改质反应。
通过2#称重模块和重量显示控制仪二监测2#满流缓冲罐中二次改质沥青的重量，通过流量调节阀二维持该重量恒定，即维持2#满流缓冲罐中沥青液位恒定，在此基础上将抽出的二次改质沥青送往汽提塔。
当设有多个沥青满流口时，根据1#反应釜/2#反应釜内的原料沥青量选择自哪个高度的沥青满流口出料，并由满流阀一/满流阀二控制自对应的沥青满流口满流出料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)2个反应釜均由侧进料、下出料的方式改为侧进料、满流出料的方式，液位控制容易，能够精确控制沥青在反应釜内的反应停留时间；
2)反应釜不设液位计或称重模块，减少了投资，解决了液位控制装置检修频繁、检修困难的问题，使双炉双釜汽提闪蒸工艺能够长时间稳定运行；
3)为了使反应釜的改质沥青流出量保持稳定，在沥青出料管道上设一个满流缓冲罐，通过控制满流缓冲罐的液位稳定来控制反应釜的沥青流出量；满流缓冲罐采用有2个支耳的立式小储罐形式，通过称重模块测量液位，可以确保测量的准确和稳定性；满流缓冲罐的容量小，与设置在反应釜上的称重模块相比，更换和检修更加方便。
附图说明
图1是本发明所述一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的系统的结构示意图。
图2是图1中A-A/B-B剖面图。
图中：1.1#反应釜2.1#满流缓冲罐3.1#沥青循环泵4.1#管式炉5.柔性挡板6.支耳7.1#称重模块 8.流量调节阀一 9.满流阀一10.2#反应釜11.2#满流缓冲罐12.2#沥青循环泵13.2#管式炉14.2#称重模块 15.流量调节阀二 16.满流阀二WRC01.重量显示控制仪一WRC02.重量显示控制仪二
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明所述一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的系统，包括1#反应釜1、1#满流缓冲罐2、1#管式炉4、第一沥青循环回路、2#反应釜10、2#满流缓冲罐11、2#管式炉13及第二沥青循环回路；所述1#反应釜1、2#反应釜10的中部均设有横截面形状为蛇形的柔性挡板5(如图2所示)，将1#反应釜1/2#反应釜10分隔为2个独立的反应区域，2个反应区域之间通过柔性挡板5下方的沥青流动通道连通；柔性挡板5一侧的1#反应釜1/2#反应釜10上部设沥青进料口，柔性挡板5另一侧的1#反应釜1/2#反应釜10上部设沥青满流口；1#反应釜1的沥青满流口与沥青进料口之间设第一沥青循环回路，第一沥青循环回路上沿沥青输送方向依次设有1#满流缓冲罐2、1#沥青循环泵3、沥青流出口一、1#管式炉4及沥青流入口一；其中沥青流入口一连接外部的原料沥青输送管道；2#反应釜10的沥青满流口与沥青进料口之间设第二沥青循环回路，第二沥青循环回路上沿沥青输送方向依次设有2#满流缓冲罐11、2#沥青循环泵12、沥青流入口二、沥青流出口二及2#管式炉13；第一沥青循环回路上的沥青流出口一通过沥青输送管道一连接第二沥青循环回路上的沥青流入口二，第二沥青循环回路上的沥青流出口二通过沥青输送管道二连接汽提塔的沥青入口；1#反应釜1顶部的闪蒸油气出口、2#反应釜10顶部的闪蒸油气出口通过闪蒸油气输送管道连接汽提塔的油气入口。
所述1#反应釜1沿高向设有多个沥青满流口，各个沥青满流口分别通过满流管一连接第一沥青循环回路，满流管一上分别设有满流阀一9；所述2#反应釜10沿高向设有多个沥青满流口，各个沥青满流口分别通过满流管二连接第二沥青循环回路，满流管二上分别设有满流阀二16。
所述沥青输送管道一的上游设流量调节阀一8，1#满流缓冲罐2通过2个支耳6支撑在1#称重模块7上，1#称重模块7通过重量显示控制仪一WRC01连接流量调节阀一8；所述沥青输送管道二的上游设流量调节阀二15，2#满流缓冲罐11通过2个支耳6支撑在2#称重模块14上，2#称重模块14通过重量显示控制仪二WRC02连接流量调节阀二15。
一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的工艺，包括如下步骤：
1)原料中温沥青与1#管式炉出口沥青混合后，先进入1#反应釜1对应沥青进料口一侧的反应区域内，并自上向下流动，然后经柔性挡板5下方的沥青流动通道进入沥青满流口一侧的反应区域内，并自下向上流动；1#反应釜1内的反应温度控制在350～410℃，混合沥青在1#反应釜1内发生以β-改质反应为主的一次改质反应，闪蒸裂解产生的闪蒸油气经1#反应釜1顶部的闪蒸油气出口排到汽提塔；经过一次改质反应后的沥青经沥青满流口满流到1#满流缓冲罐2中；
2)1#满流缓冲罐2中的一次改质沥青由1#沥青循环泵3自底部抽出，大部分送至1#管式炉4中，加热后循环回送到1#反应釜1沥青进料口上游的原料沥青输送管道中，对原料中温沥青进行加热；剩余的一次改质沥青送至第二沥青循环管道中；
3)第二沥青循环管道中的一次改质沥青一部分与2#满流缓冲罐11中抽出的二次改质沥青混合后进入2#管式炉13中，经加热后进入2#反应釜10进行二次改质反应，二次改质反应过程与一次改质反应过程相同，2#反应釜10内的反应温度控制在370～430℃；一次改质沥青在2#反应釜10内发生α-和β-改质反应同时进行的二次改质反应；闪蒸裂解产生的闪蒸油气经2#反应釜10顶部的闪蒸油气出口排到汽提塔；经过二次改质反应后的二次改质沥青经沥青满流口满流到2#满流缓冲罐11中；
4)2#满流缓冲罐11中的二次改质沥青由2#沥青循环泵12自底部抽出后，与一次改质沥青混合，一部分送至2#管式炉13中加热后循环回送到2#反应釜10中；剩余的混合改质沥青通过改质沥青输送管道二送往汽提塔，经汽提塔汽提后即为改质沥青成品。
通过1#称重模块7和重量显示控制仪一WRC01监测1#满流缓冲罐2中一次改质沥青的重量，通过流量调节阀一8维持该重量恒定，即维持1#满流缓冲罐2中沥青液位恒定，在此基础上将抽出的一次改质沥青送往第二沥青循环回路进行二次改质反应。
通过2#称重模块14和重量显示控制仪WRC02监测2#满流缓冲罐11中二次改质沥青的重量，通过流量调节阀二15维持该重量恒定，即维持2#满流缓冲罐11中沥青液位恒定，在此基础上将抽出的二次改质沥青送往汽提塔。
当设有多个沥青满流口时，根据1#反应釜1/2#反应釜10内的原料沥青量选择自哪个高度的沥青满流口出料，并由满流阀一9/满流阀二16控制自对应的沥青满流口满流出料。
本发明中，为使1#反应釜1、2#反应釜10能够通过满流高度来控制改质沥青的反应停留时间，2个反应釜1、10的中部分别设置一块柔性挡板5，将1#反应釜1/2#反应釜10分隔成2个反应区域，2个反应区域之间通过柔性挡板5下方的沥青流动通道连通。沥青进料口在一侧反应区域的上方，沥青满流口在另一侧反应区域的上方，实现沥青在反应釜1、10内先进先出、后进后出，从而保证沥青的反应停留时间。柔性挡板5还能够起到换热作用，使得整个反应釜1、10内的物料温度均衡，从而提高反应效率；所述柔性挡板5首选截面形状为蛇形的金属板，蛇形截面使金属板具有柔性，并且换热面积大。
为了控制从1#反应釜1/2#反应釜10流出的沥青量稳定，在沥青出料端增加一个满流缓冲罐2/11，通过控制满流缓冲罐2/11的液位稳定来控制反应釜1/10内沥青的流出量；满流缓冲罐2/11采用具有2个支耳的立式小储罐，通过称重模块7/14称重，再将重量换算成液位，由于满流缓冲罐2/11仅设有2个支耳，可以确保称重模块7/14测量的准确和稳定性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的系统，其特征在于，包括1#反应釜、1#满流缓冲罐、1#管式炉、第一沥青循环回路、2#反应釜、2#满流缓冲罐、2#管式炉及第二沥青循环回路；所述1#反应釜、2#反应釜的中部均设有横截面形状为蛇形的柔性挡板，将1#反应釜/2#反应釜分隔为2个独立的反应区域，2个反应区域之间通过柔性挡板下方的沥青流动通道连通；柔性挡板一侧的1#反应釜/2#反应釜上部设沥青进料口，柔性挡板另一侧的1#反应釜/2#反应釜上部设沥青满流口；1#反应釜的沥青满流口与沥青进料口之间设第一沥青循环回路，第一沥青循环回路上沿沥青输送方向依次设有1#满流缓冲罐、1#沥青循环泵、沥青流出口一、1#管式炉及沥青流入口一；其中沥青流入口一连接外部的原料沥青输送管道；2#反应釜的沥青满流口与沥青进料口之间设第二沥青循环回路，第二沥青循环回路上沿沥青输送方向依次设有2#满流缓冲罐、2#沥青循环泵、沥青流入口二、沥青流出口二及2#管式炉；第一沥青循环回路上的沥青流出口一通过沥青输送管道一连接第二沥青循环回路上的沥青流入口二，第二沥青循环回路上的沥青流出口二通过沥青输送管道二连接汽提塔的沥青入口；1#反应釜顶部的闪蒸油气出口、2#反应釜顶部的闪蒸油气出口通过闪蒸油气输送管道连接汽提塔的油气入口。
2.根据权利要求1所述的一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的系统，其特征在于，所述1#反应釜沿高向设有多个沥青满流口，各个沥青满流口分别通过满流管一连接第一沥青循环回路，满流管一上分别设有满流阀一；所述2#反应釜沿高向设有多个沥青满流口，各个沥青满流口分别通过满流管二连接第二沥青循环回路，满流管二上分别设有满流阀二。
3.根据权利要求1所述的一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的系统，其特征在于，所述沥青输送管道一的上游设流量调节阀一，1#满流缓冲罐通过2个支耳支撑在1#称重模块上，1#称重模块通过重量显示控制仪一连接流量调节阀一；所述沥青输送管道二的上游设流量调节阀二，2#满流缓冲罐通过2个支耳支撑在2#称重模块上，2#称重模块通过重量显示控制仪二连接流量调节阀二。
4.基于权利要求1所述系统的一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)原料中温沥青与1#管式炉出口沥青混合后，先进入1#反应釜对应沥青进料口一侧的反应区域内，并自上向下流动，然后经柔性挡板下方的沥青流动通道进入沥青满流口一侧的反应区域内，并自下向上流动；1#反应釜内的反应温度控制在350～410℃，混合沥青在1#反应釜内发生以β-改质反应为主的一次改质反应，闪蒸裂解产生的闪蒸油气经1#反应釜顶部的闪蒸油气出口排到汽提塔；经过一次改质反应后的沥青经沥青满流口满流到1#满流缓冲罐中；
2)1#满流缓冲罐中的一次改质沥青由1#沥青循环泵自底部抽出，大部分送至1#管式炉中，加热后循环回送到1#反应釜沥青进料口上游的原料沥青输送管道中，对原料中温沥青进行加热；剩余的一次改质沥青送至第二沥青循环管道中；
3)第二沥青循环管道中的一次改质沥青一部分与2#满流缓冲罐中抽出的二次改质沥青混合后进入2#管式炉中，经加热后进入2#反应釜进行二次改质反应，二次改质反应过程与一次改质反应过程相同，2#反应釜内的反应温度控制在370～430℃；一次改质沥青在2#反应釜内发生α-和β-改质反应同时进行的二次改质反应；闪蒸裂解产生的闪蒸油气经2#反应釜顶部的闪蒸油气出口排到汽提塔；经过二次改质反应后的二次改质沥青经沥青满流口满流到2#满流缓冲罐中；
4)2#满流缓冲罐中的二次改质沥青由2#沥青循环泵自底部抽出后，与一次改质沥青混合，一部分送至2#管式炉中加热后循环回送到2#反应釜中；剩余的混合改质沥青通过改质沥青输送管道二送往汽提塔，经汽提塔汽提后即为改质沥青成品。
5.根据权利要求4所述一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的工艺，其特征在于，通过1#称重模块和重量显示控制仪一监测1#满流缓冲罐中一次改质沥青的重量，通过流量调节阀一维持该重量恒定，即维持1#满流缓冲罐中沥青液位恒定，在此基础上将抽出的一次改质沥青送往第二沥青循环回路进行二次改质反应。
6.根据权利要求4所述一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的工艺，其特征在于，通过2#称重模块和重量显示控制仪二监测2#满流缓冲罐中二次改质沥青的重量，通过流量调节阀二维持该重量恒定，即维持2#满流缓冲罐中沥青液位恒定，在此基础上将抽出的二次改质沥青送往汽提塔。
7.根据权利要求4所述一种双炉双釜汽提闪蒸生产改质沥青的工艺，其特征在于，当设有多个沥青满流口时，根据1#反应釜/2#反应釜内的原料沥青量选择自哪个高度的沥青满流口出料，并由满流阀一/满流阀二控制自对应的沥青满流口满流出料。
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