SU1701776A1

SU1701776A1 - Bitumen producing plant

Info

Publication number: SU1701776A1
Application number: SU894719775A
Authority: SU
Inventors: Ривнер Фазылович Ганиев; Геннадий Александрович Калашников; Сергей Алексеевич Костров; Константин Васильевич Фролов
Original assignee: Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова
Priority date: 1989-07-17
Filing date: 1989-07-17
Publication date: 1991-12-30

Abstract

Изобретение относитс к устройствам непрерывного действи , примен емым дл получени битума из нефт ного гудрона путем его окислени кислородом воздуха, и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей промышленности и других отрасл х народного хоз йства. Целью вл етс повышение качества битума , снижение энергоемкости процесса. В установке дл приготовлени битума на входных патрубках подачи исходного продукта и газа установлены соответственно вибрационный распылитель и газодинамический излучатель. Цилиндрическа рабоча камера распылител имеет расположенные тангенциально входные каналы и выходной канал в виде диффузора. Корпус излучател выполнен в виде обращенного днищем к диффузору стакана с окном на боковой поверхности. Рабоча камера распылител может быть выполнена из соосно расположенных сообщенных между собой равновеликих в сечении секций с входными каналами. Корпус распылител может быть выполнен с дополнительным выходным каналом, расположенным симметрично и соосно основному . Ось каналов расположена в плоскости, перпендикул рной горизонтальной оси корпуса . Установка может быть снабжена дополнительным газодинамическим излучателем. Днище его стакана расположено напротив дополнительного выходного канала распылител . Излучатель может быть выполнен с соосно размещенным в полости стакана перед окном центральным элементом . Распылитель и излучатель могут быть установлены соосно. Продольные оси распылител и излучател могут быть смещены. Окисление капель гудрона происходит в среде воздуха в режиме вибрационного воздействи и в услови х резонанса, 5 з.п. ф-лы, 9 ил. (ЛThe invention relates to continuous devices used to produce bitumen from petroleum tar by its oxidation with atmospheric oxygen, and can be used in the chemical, petroleum refining industry and other industries. The goal is to improve the quality of bitumen, reducing the energy intensity of the process. In a bitumen preparation unit, a vibrating sprayer and a gas-dynamic radiator, respectively, are installed at the inlet nozzles for feeding the initial product and gas. The cylindrical working chamber of the nebulizer has tangentially located inlet channels and an outlet channel in the form of a diffuser. The radiator body is made in the form of a head facing the glass diffuser with a window on the side surface. The working chamber of the sprayer can be made of coaxially spaced, equally-sized sections with inlet channels interconnected. The sprayer body can be made with an additional output channel located symmetrically and coaxially with the main one. The channel axis is located in a plane perpendicular to the horizontal axis of the housing. The unit can be equipped with an additional gas-dynamic radiator. The bottom of his glass is located opposite the additional outlet channel of the sprayer. The emitter can be made with the central element coaxially placed in the cavity of the glass in front of the window. The sprayer and emitter can be mounted coaxially. The longitudinal axis of the sprayer and emitter can be shifted. Oxidation of droplets of tar occurs in the medium of air in the mode of vibration exposure and in the conditions of resonance, 5 Cp. f-ly, 9 ill. (L

Description

Изобретение относитс к устройствам непрерывного действи , примен емым дл получени битума из нефт ного гудрона путем его окислени кислородом воздуха и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей промышленно- ст х и других отрасл х народного хоз йства .The invention relates to continuous devices used to obtain bitumen from petroleum tar by its oxidation with atmospheric oxygen and can be used in the chemical, petroleum refining industry and other branches of the national economy.

Целью вл етс повышение качества битума, снижение энергоемкости процесса.The goal is to improve the quality of bitumen, reducing the energy intensity of the process.

На фиг. 1 изображена схема установки дл получени битума из гудрона; на фиг. 2 - вибрационный распылитель и газодинамический излучатель, установленное соосно , причем вибрационный распылитель выполнен в виде корпуса с цилиндрической рабочей камерой, двух входных тангенциальных каналов и выходного исевого сана- ла, а газодинамический излучатель выпол пен в виде стакана с окном на боковой поверхности (узел I фиг. 1); на фиг. 3 - разрез А-А da фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б- Б на фиг. 2; на фиг. 5 - вибрационный par пыли- тель и газодинамический излучатель, установленные со смещением их поодольных осей, причем рабоча камера вибрадионио- го распылител выполнена из соосно раепо- ложениых сообщенных между собой равновеликих в сечении секций с. входными каналами, а газодинамический из/учатель имеет центральный элемент, установленный в полости стакана перед окном с обра- зованием кольцевого зазора; на фиг. б - разрез В-В на фиг. 5; на фиг, 7 - ра,зрез Г-Г на фиг. 5; на фиг. 8 - вибрационный распы- литель с двум выходными осевыми канала ми и газодинамические излучатели, подведенные к каждому выходному каналу распылител со смещением их продольных осей, продольный разрез; нч фьг 9 - разрез Д-Д на фиг. 8.FIG. 1 is a diagram of an installation for producing bitumen from tar; in fig. 2 - a vibrating sprayer and a gas-dynamic emitter mounted coaxially, the vibrating sprayer being made in the form of a body with a cylindrical working chamber, two input tangential channels and an exit source valve, and the gas-dynamic emitter is made in the form of a glass with a window on the side surface (node I Fig. 1); in fig. 3 is a section A-A da of FIG. 2; in fig. 4 - section BB in FIG. 2; in fig. 5 - vibrating par dust and gas dynamic emitter installed with displacement of their axial axes, and the working chamber of the vibrating diffuser is made of coaxially positioned, equally sized sections with each other. the entrance channels, and the gas-dynamic one / teacher has a central element installed in the cavity of the glass in front of the window with the formation of an annular gap; in fig. b - section bb in fig. five; in fig. 7 - pa, view G-Y in fig. five; in fig. 8 - vibrating sprayer with two output axial channels and gas-dynamic emitters connected to each outlet channel of the sprayer with displacement of their longitudinal axes, longitudinal section; LFB 9 - section DD in FIG. eight.

Предлагаема установка дл приготов- лени битума состоит из входного патрубка 1 подачи исходного продукта (гудрона), вибрационного распылител 2, входного пат- рубкз 3 подачи газа, 4 - газодинамического излучател 4, емкости 5, тепле , зол ции б емкости, сепараторов 7, выходного патрубка 8 битума, клапана 9 сброса газа, емкости 10 дл подогрева исходного сырь , теплового электрического нагревател (ТЭН) 11, на coca 12 подачи исходного сырь , подогревател 13 газа; комиоессора 14 подачи газа.The proposed installation for the preparation of bitumen consists of an inlet nozzle 1 for supplying the initial product (tar), a vibrating sprayer 2, an inlet nozzle 3 for supplying gas, 4 - a gas-dynamic radiator 4, a tank 5, heat, a cooling tank, separators 7, bitumen outlet nozzle 8, gas discharge valve 9, tank for preheating raw materials, thermal electric heater (heating element) 11, feedstock coca 12, gas preheater 13; komioessor 14 gas supply.

Вибрационный распылитель и газодинамический излучатель могут выполн тьс в нескольких вариантах.The vibrating sprayer and the gas-dynamic radiator can be made in several versions.

Вибрационный распылитель (фы. 2 иЗ), устанавливаемый на входной патруЬок подачи исходного продукта, содерши корпус 15, в котором выполнена цилин л р отвиса рабоча камера 16, гидравлически сообщенна с входным патрубком подачи исходно- гопродучта 1 посредством двух, сходны;. тангенциальных каналов 17 и имею па вьг- ходной осевой качал 18.The vibrating sprayer (phy. 2 and 3), mounted on the input feed of the initial product, contained the housing 15, in which the cylinder 16 of the housing was made, the working chamber 16 hydraulically connected to the inlet supply of the initial flow 1 by two, are similar ;. tangential channels 17 and I have an axial axial swing 18.

Газодинамический излучатель (фиг. 2 м 4), установленный на входном патрубке подачи газг 3, выполнен в виде стакана 19, Р котором осевой канал 20 имеет сужение (критическое сечение) перпендикул рно оси которого установлено днище 21, а па боковой поверхности стакана выполнено окно 22.The gas-dynamic radiator (Fig. 2 m 4), mounted on the gas feed inlet 3, is made in the form of a cup 19, P of which the axial channel 20 has a narrowing (critical section) perpendicular to the axis of which the bottom 21 is installed, and a window is made on the side surface of the glass 22

Вибрационный распылитель (фиг. 5, 6 м 7) содержит корпус 23 ь котором выполнена цилиндрическа рабоча камера, ммеющаThe vibrating sprayer (Fig. 5, 6 m 7) includes a body 23 of which the cylindrical working chamber is made, which

осевой выходной канал 24 и состо ща из двух последгвателы о расположенных полостей равновеликих в сечении секций 25 и 26, кажда из которых сообщена с полостью подвод щего патрубка посредством пары тангенциальных каналов 27 и 28 соответственно .an axial output channel 24 and consisting of two afterbirds about spaced cavities of equal size in sections 25 and 26, each of which is connected to the cavity of the inlet pipe by means of a pair of tangential channels 27 and 28, respectively.

Кроме того, пары входных тангенциальных каналов, служащие дл подвода жидкости п камеру, выполнена с возможностью зчкрутки потока жидкость в одном нзправ - лении.In addition, a pair of tangential inlet channels, which serve to supply a liquid and a chamber, is made with the possibility of twisting the flow of a liquid in one direction.

Газодинамический излучатель (фиг, 5) содержит корпус 29 в виде стакана, в котором выполнен осевой канал 30; днище 31 стакана обращено к диффузору, а на боковой поверхности образовано выходное окно 32. причем s полости стакана 30 размещен центральный элемент 33 с образованна кольцевого зазора.Gas dynamic emitter (Fig, 5) includes a housing 29 in the form of a glass, in which the axial channel 30; the bottom 31 of the cup faces the diffuser, and on the side surface an exit window 32 is formed. moreover, s of the cavity of the cup 30 accommodates the central element 33 with the annular gap formed.

Вибрационный распылитель (фиг. 8 и 9) содержит .topnyc 34, и котором выполнена цмпмндрическа рабоча камера 35. имеюща два осевых выходных канала 36 и 37 соответственно и сообщенна с полостью подвод щего, патрубка парой входных тангенциальных каналоеЗВ. Газодинамические излучатели подведи к каждому из осевых аыхоцных чаналов.The vibrating sprayer (Figs. 8 and 9) contains a .topnyc 34, and which has a central operating chamber 35. It has two axial output channels 36 and 37, respectively, and communicates with the supply cavity, the connecting pipe with a pair of input tangential channels. Gas dynamic emitters lead to each of the axial ayhotsnyh chanal.

Предлагаема ус -новка дл приготор- лэнич биту а работает следующем образомThe proposed tool for the dagger-lanich bit works as follows

Гудрсн поступает в емкость дл его по- догрива 10 и перекачиваемс насосом 12 через входной подачи гудрона 1 и ьибоационный распылитель 3 в емкость 5. Р А том поток гудрон, поступает через сходные тангенциальные отверсти 17 (фиг 9 м 3) в цилиндрическую рабочую камеру 16 и образует вихревое движение, характеризующеес понижением давлени до значени меньшего, чем давление насыщенных паров, вследствие чего образуетс парогазова кавитационна каверна. Парогазовые нузыр ки отрывающи с от кавитзционной каверны, перенос тс потоком жидкости е область повь шгнного давлени , где и происходит их схлопывание с образованием периодических волн давлени в протекающей среде,The coolant enters the tank to overheat it 10 and is pumped by the pump 12 through the input feed of tar 1 and the personal sprayer 3 into the tank 5. The flow of tar flows through similar tangential openings 17 (FIG. 9 m 3) into the cylindrical working chamber 16. and forms a vortex motion, characterized by a decrease in pressure to a value less than the saturated vapor pressure, as a result of which a vapor / gas cavitation cavity is formed. Steam-and-gas noses, which are detached from the cavitating cavity, are transferred by the flow of fluid to the pressure region, where they collapse with the formation of periodic pressure waves in a flowing medium,

Та.им образом зчакоперекенные нагрузки и вихревое движение на выходе из осевого канала 18 привод т к образованию ктнкой пленки гудрона с облаком мелких чг тель. Одновременно с этим в полость ем- ;осги поступает воздух, который подогреваетс подогревателем 13 и с помощью компрессора 14 подаетс во входной патру- Ьоч 3 подачи газа. Далее воздух поступает в осевой канал 19, в критическом (наиболееIn this way, the accumulation of loads and the vortex movement at the exit of the axial channel 18 leads to the formation of a film of tar with a cloud of fine particles. At the same time, air enters the cavity, which is preheated by the preheater 13 and supplied by means of the compressor 14 to the inlet side of the gas supply. Then the air enters the axial channel 19, in the critical (most

узком) сечении которого образуетс пр мой скачок уплотнени (ударна волна) и который взаимодействует с днищем стакана 21, вызыва по вление отраженного скачка уплотнени , движущегос в обратную сторону - навстречу вновь образовавшемус в критическом сечении пр мому скачку уплотнени ,a narrow section of which forms a direct shock wave (shock wave) and which interacts with the bottom of the cup 21, causing the appearance of a reflected shock wave moving in the opposite direction — towards the newly formed critical shock wave,

Взаимодействие пр мого и отраженного скачков уплотнени приводит к образова- нию сто чей волны, т.е. к генерированию акустических колебаний с частотой 3-60 кГц и амплитудой 1.0-1Q5-16-Ю5 Па. В результате происходит диспергирование тонкой пленки и капель гудрона до образовани мелкодисперсного тумана из капель гудрона размером 0,1-60 мкм в воздухе. Таким образом, окисление капель гудрона происходит в среде воздуха в режиме вибрационного воздействи и в услови х резонанса, вследствие чего снижаетс в зкость перерабатываемого сырь , увеличиваетс теплоотдача , а следовательно, сокращаетс врем полного окислени гудрона за счет увеличени скорости реакции окислени в установке.The interaction of direct and reflected shock waves leads to the formation of a standing wave, i.e. to the generation of acoustic oscillations with a frequency of 3-60 kHz and an amplitude of 1.0-1Q5-16-Yu5 Pa. As a result, a thin film and drops of tar are dispersed to form a fine mist of drops of 0.1-60 microns in size in the air. Thus, the oxidation of droplets of tar occurs in the air environment in the mode of vibration exposure and in resonance conditions, as a result of which the viscosity of the processed raw material decreases, the heat transfer increases, and consequently, the time of complete oxidation of tar decreases by increasing the oxidation reaction rate in the installation.

Далее смесь окисленного гудрона и воздуха поступает к сепараторам 7, где происходит отделение газа от готового продукта (битума). Газ отводитс через клапан 9 сбро- са, а битум через выходной патрубок 8 поступает через оросительный холодильник к раздатчику готовой продукции.Next, a mixture of oxidized tar and air flows to the separators 7, where the gas is separated from the finished product (bitumen). The gas is discharged through the relief valve 9, and the bitumen through the outlet nozzle 8 flows through the irrigation cooler to the dispenser of finished products.

Настройка на режим нелинейного резонанса может осуществл тьс несоосной ус- тановкой вибрационного распылител и газодинамического излучател (фиг. 5 и 8). В этом случае помимо частот вибрационного воздействи от двух источников возникает дополнительна частота (частоты) за счет биений указанных частот. Причем дополнительно по вивша с частота (частоты) в случае несоосного выполнени источников колебаний обладает более высокой интенсивностью , чем в случае соосной установки указанных источников колебаний, что имеет большое значение при использовании гуд- ронов и таким образом расшир етс область использовани устройства,Tuning to the nonlinear resonance mode can be accomplished by misaligning the vibrating sprayer and the gas-dynamic radiator (Figs. 5 and 8). In this case, in addition to the frequencies of the vibration effect from two sources, an additional frequency (frequencies) arises due to the beats of the indicated frequencies. Moreover, the additional frequency (frequencies) in the case of non-coaxially performing oscillation sources has a higher intensity than in the case of a coaxial installation of these oscillation sources, which is of great importance when using timbres and thus expands the area of use

Известно, что частота колебаний давле- ни жидкости зависит от размеров кавита- ционной каверны, а следовательно, от расхода жидкости через устройство, т.е. чем выше расход жидкости через устройство, тем больше размеры кавитационной кавер- ны и тем меньше частота колебаний давлени жидкости. В случа х когда требуетс реализаци высокочастотных колебаний при одновременном большом расходе гудрона , используетс вибрационный распылитель , рабоча камера которого выполнена из двух последовательно расположенных сообщенных между собой равновеликих в сечении секций 25 и 26 (фиг. 5, 6 и 7), кажда из которых имеет входные тангенциальные каналы 27 и 28 соответственно и выходной канал 24.It is known that the frequency of oscillations of the pressure of a liquid depends on the size of the cavitation cavity, and consequently, on the flow rate of the liquid through the device, i.e. the higher the flow rate through the device, the larger the dimensions of the cavitation cavity and the lower the frequency of fluctuations in the fluid pressure. In cases where the implementation of high-frequency oscillations is required while simultaneously using a large amount of tar, a vibrating sprayer is used, the working chamber of which is made of two successively interconnected equal-sized sections 25 and 26 in cross section (Figs. 5, 6 and 7), each of which has input tangential channels 27 and 28, respectively, and output channel 24.

При этом расход жидкости распредел етс между двум парами тангенциальных входных каналов 27, 28 и полост ми 25, 26 рабочей камеры, в результате чего в каждой из полостей 25, 26 образуетс кавитацион- на камера меньшего размера, чем если бы образовалась каверна от пропускани всего потока жидкости через одну пару входных тангенциальных отверстий и одну полость Таким образом достигаютс высокочастотные колебани давлени жидкости npt больших ее расходах. С целью получени высокочастотных акустических колебаний от газодинамического излучател при большом расходе газа, определ емом от оптимального соотношени расходов газа и гудрона, поток газа раздел етс на два, каждый из которых пропускаетс через газодинамический излучатель, при этом цилиндрическа рабоча камера 35 вибрационного распылител имеет два выходных осевых канала 36 и 37 (фиг. 8 и 9).The flow rate is distributed between two pairs of tangential inlet channels 27, 28 and cavities 25, 26 of the working chamber, with the result that a cavitation section is formed in each of the cavities 25, 26 that is smaller than if a cavity was formed from passing fluid flow through one pair of tangential inlet orifices and one cavity. Thus, high-frequency fluctuations of the fluid pressure npt are achieved at high flow rates. In order to obtain high-frequency acoustic oscillations from a gas-dynamic emitter with a large gas flow determined from the optimal ratio of gas and tar flow rates, the gas flow is divided into two, each of which is passed through a gas-dynamic emitter, and the cylindrical working chamber 35 of the vibrating sprayer has two output axial channel 36 and 37 (Fig. 8 and 9).

Claims

When using a bitumen preparation plant, a high quality of preparation of the obtained product (bitumen) is achieved by creating a greater homogeneity of the mixture and, therefore, the strength characteristics of bitumen, for example, tensile strength, increases the full processing of the raw material (tar), due to alternating loads, which allow crushing tar into small drops, and the latter being oxidized with atmospheric oxygen, i.e., by creating a gas-droplet homogeneous fine mixture in the process of abotki tar atmospheric oxygen: simplified process for preparing bitumen, increases the safety of working conditions due to maintenance personnel eliminate the reaction column from said process, i.e., The installation allows to intensify heat and mass transfer processes between air oxygen and tar, broken up into small drops, as a result of which the oxidation reaction rate increases and the tar completely oxidizes in the cavity of the mixing unit. The efficiency of the tar oxidation process is increased due to the realization that this process can be carried out in a resonant mode and, in particular, in a nonlinear resonance mode, which reduces the energy intensity of the process, improves the quality of the product obtained and, in addition, expands the area of use of the installation, making it suitable for processing of high-viscosity tars; increases the service life of the installation, its reliability, due to the absence of rubbing and moving parts and components B of its composition; The energy consumption of the tar oxidation process is reduced, since there is no need for a reaction column, and therefore, to maintain a high temperature throughout the entire volume of the specified column. The efficiency of the tar oxidation process is increased due to the elimination of recycling and, consequently, of the energy expended on it. Claim 1. An installation for preparing bitumen, containing a container with supply pipes for starting product and gas and an outlet branch pipe, characterized in that, in order to improve the quality of bitumen and reduce the energy intensity of the process, it is equipped with a vibrating sprayer and a gas-dynamic radiator installed correspondingly at the inlet nozzles for supplying the initial product and gas, the atomizer body having a cylindrical working chamber with tangentially located inlet channels and an outlet channel in the form of diffu Zora, and the body, radiate

Ate is made in the form of a face facing the diffuser of a glass with a window on the side surface.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the working chamber of the spray gun is made of coaxially spaced, equally-sized sections with inlet channels interconnected.

3. Installing the Popp, 1 and 2, which is characterized by the fact that they are equipped with an additional gas-dynamic radiator, and the casing of the sprinkler is made with an additional output channel located symmetrically and coaxially with the main one, and the axis of the channels is located in a plane perpendicular to the horizontal axis housing, with the bottom of the glass additional radiator is located opposite the additional output channel of the sprayer.

4. Installation on PP. 1-3, about tl and h ya schA - with “. the fact that the emitter is provided with a central element coaxially placed in the cavity of the glass in front of the window with the formation of an annular gap.

5. Installation by PP. 1-4, characterized in that the sprays and the radiator are mounted coaxially.

6. Installation on pg 1-4, about tl and h and shch a - so that the longitudinal axes of the nebulizer and emitter are displaced.

about

. Lc-fc ra zg ™ s

Thebes. 2

6-5

FIG. five

FIG. 6

FIG. eight

FIG. 7

Fi.Z