Разработка конструкции и метода расчета кавитационно-вихревых аппаратов для процесса окисления нефтяных остатков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Нечаев, Андрей Николаевич

• Нечаев, Андрей Николаевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нечаев, Андрей Николаевич

Введение.

ГЛАВА 1. Литературный обзор.

1.1. Описание, классификация и анализ существующих аппаратов и устройств для получения битумов.

1.1.1. Кубы-окислители для производства нефтяных битумов.

1 1.1.2. Трубчатые реакторы для производства нефтяных битумов.

1.1.3. Реакторы для производства нефтяных битумов бескомпрессорным способом. 1.1.4. Аппараты колонного типа для производства окисленных битумов. ! .;.

1.2. Разновидности реакторов колонного типа.

1.3. Устройства распределения воздуха.

1.4. Влияние кавитационно-вихревых воздействий на интенсификацию процессов переработки углеводородного сырья.

• 1.5. Пути дальнейшего совершенствования процессов окисления ; углеводородного сырья.

1.6. Механизмы окисления.

1.7. Влияние факторов процесса окисления на свойства конечного продукта.

1.8. Влияние температуры на процесс окисления сырья.

1.9. Описание схем получения строительных марок битумов.

ГЛАВА 2. Разработка методики расчета и конструирование кавитационно-вихревого аппарата для процесса предокисления нефтяного сырья.

2.1. Исследование влияния окисления нефтяного сырья в пенной системе. Использование процесса окисление в трубопроводах.:.

2.2. Разработка методики расчета кавитационно-вихревого предокислителя.

2.3. Определение оптимальной скорости движения газового потока.

2.4. Исследование газожидкостного режима, создаваемого газожидкостным смесителем.

2.5. Выбор количества распределяющих сопел в предокислительном аппарате.

2.6. Определение геометрического размера сопла подвода жидкости.

ГЛАВА 3. Опытно-промышленные исследования кавитационно-вихревого предокислителя на установке 19-10 ООО «ЛУКОИЛ-Пермнефтеоргсинтез» по получению строительных марок окисленных битумов.

3.1. Описание предлагаемой схемы получения строительных марок битумов.

3.2. Подбор оптимального режима работы выносного кавитационно-вихревого аппарата.

3.2.1. Определение оптимального соотношения сырье:воздух, подаваемого в выносной ГЖКВА.

3.2.2. Расчет оптимальной длины трубопровода-реактора.

3.2.3. Расчет оптимального диаметра трубопровода-реактора.:.

3.2.4. Расчет энергии активации процесса окисления.

3.3. Анализ качественных показателей работы блока получения строительных битумов.

3.4. Схема работы блока получения строительных битумов для обеспечения максимальной эффективности производства.

ГЛАВА 4. Применение строительных битумов, полученных с использованием выносного ГЖКВА — предокислителя, для производства других марок нефтебитумов на установке 19-10 ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез».

4.1. Подбор составов для производства дорожных марок битумов на основе строительного битума БН-70/30, полученного с использованием выносного ГЖКВА - предокислителя.

4.2. Технологическая схема для производства дорожных марок битумов на основе строительного битума БН-70/30, полученного с использованием выносного ГЖКВА - предокислителя.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка конструкции и метода расчета кавитационно-вихревых аппаратов для процесса окисления нефтяных остатков»

Битум, являясь одним из наиболее известных инженерно-строительных материалов, используется широко, достаточно назвать дорожное строительство, изготовление кровельных материалов, применение в лакокрасочной и кабельной промышленности, строительство, зданий и сооружений, прокладку трубопроводов, поэтому спрос на высококачественные нефтяные битумы имеет постоянную тенденцию к росту. Связано это в первую очередь с повышением требований к качеству вырабатываемых нефтебитумов и с реализацией ряда возрастающих

• 4 1 требований, предъявляемых потребителями данного вида продукции.

На большинстве НПЗ России действуют битумные установки, использующие физически и морально устаревшие технологии, что крайне затрудняет переход нефтеперерабатывающих предприятий на производство высококачественных битумов. Весьма проблематичным в условиях недостаточности финансирования на многих предприятиях является вопрос увеличения мощности битумных установок, при сохранении существующего уровня качества, не говоря уже и о его значительном повышении. Особенно это касается такой консервативной сферы производства нефтебитумов как производство строительных битумов марок БН-70/30 и БН-90/10, широко используемых в промышленности и народном хозяйстве. При стандартном подходе для решения проблем увеличения мощности и повышения качества выпускаемой продукции требуется вложение значительных средств в реконструкцию действующих или строительство новых установок.

В настоящее время актуальным является вопрос разработки технологии производства битумов, позволяющей увеличить мощность и улучшить качество продукции на действующих битумных установках без значительных капитальных вложений.

Проводить процессы с наибольшей эффективностью и создавать компактные аппараты позволяет применение вихревого эффекта, поскольку для создания эффективного режима кавитации бывает достаточно энергии потока обрабатываемой жидкости.

Реализация современных технологий при разработке аппаратов на принципах . кавитационно-вихревого эффекта с учетом снижения энергоемкости актуальна в связи со значительным возрастанием в последнее время стоимости энергоносителей.

Основной целью диссертационной работы является разработка и . оптимизация кавитационно-вихревых аппаратов для предварительного окисления нефтяного сырья кислородом воздуха с целью совершенствования процесса производства строительных марок нефтебитумов.

Цель достигается изучением влияния волновых воздействий на углеводородное сырье, созданием новых аппаратов и методик их расчета для реализации различных механизмов создания волнового поля и разработкой технологических процессов с учетом волновых и вихревых эффектов.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Нечаев, Андрей Николаевич

Выводы:

1. Изучено влияние различных компонентов на свойства компаундированных битумов. Так наилучшими неокисленными компонентами для компаундов явились смеси асфальта со слопом в различном процентном соотношении. Содержание неокисленного компонента в компаунде не должно быть меньше 30% мае.

2. Разработана конструкция устройства, позволяющего производить исследования образцов асфальтобетона при различных условиях и нагрузках, подобных тем, в которых эксплуатируется асфальтобетон.

3. На основе разработанных составов для компаундированных битумов предложена технология смешения высококачественного окисленного битума БН-70/30, полученного с использованием выносного ГЖКВА и неокисленных компонентов (асфальт и слоп) с целью получения высококачественных дорожных битумов марок БНД-90/130 и БНД-60/90. Схема производства компаундированных битумов внедрена в промышленное производство.

Заключение

На современном уровне развития техники с использованием в промышленном масштабе гидроакустических излучателей разработанных на кафедре МАХП УГНТУ, не имеющих ■ ограничения по производительности, можно создавать принципиально новые технологические процессы и оборудование нового типа.

В ходе проведенной работы была разработана конструкция выносного газожидкостного кавитационно-вихревого аппарата — предокислителя для интенсификации окисления нефтяного сырья до строительных марок битумов.

Аппарат представляет собой узел подачи сырья, использующий энергию потока сырья для генерирования акустических, колебаний, направленных на тонкое распыление и обработку сырья интенсивным волновым полем. Аппарат позволяет диспергировать сырье в кавитаторе -рассекателе и производить смешение воздуха и сырья во встречных вихревых потоках.

По разработанной конструкции изготовлены чертежи и техническая документация. Изготовлен образец для опытно-промышленных испытаний.

Проведены опытно-промышленные испытания. По результатам проведенных испытаний выносной газожидкостной кавитационно-вихревой аппарат — предокислитель внедрен в промышленную эксплуатацию на установке 19-10 цеха №9 Производства масел и нефтебитума ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез».

На основе строительного битума БН-70/30, полученного с использованием выносного ГЖКВА - предокислителя разработана технология производства компаундированных битумов дорожных марок БНД-90/130 и БНД-60/90.

Проведены опытно-промышленные испытания. По результатам проведенных испытаний технология производства компаундированных битумов внедрена в промышленную эксплуатацию на установке 19-10 цеха №9 Производства масел и нефтебитума ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нечаев, Андрей Николаевич, 2003 год

1. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М.: Химия, 1973г., 432 с.

2. Грудников И.Б., Фрязинов В.В. — Химия и технология топлив и масел, 1978, №8, с. 8-11.

3. Баженов В.М. Нефтепереработка и нефтехимия. 1970, №10, с. 27-29.

4. Гун Р.Б. Новое в производстве улучшенных битумов. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1971, с. 10-15.

5. Фрязинов В.В., Грудников И.Б. Химия и технология топлив и масел, 1978, №2, с. 11-14.

6. Бодан А.Н. Диссертация, МИНХ и ГП им. Губкина, 1962.

7. Пат. 2030437, 1991., (Россия)

8. Пат. 2046874, 1994., (Россия)

9. Пат. 2003374, 1993., (Россия)

10. Мережко Ю.И. Диссертация. Уфа. УНИ. 1989г.

11. J1.M. Сиротин, Нефтепереработка и нефтехимия. 1962, №4, с. 41.

12. Баннов П.Г. и др. — Нефтепереработка и нефтехимия. 1977, №9, с. 1416.

13. Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов. М.: Химия, 1983г., 192с.

14. Фрязинов В.В., Ахметова P.C. Труды БашНИИНП, вып. 8, Химия, 1968 г., с. 167-170.

15. Тематический обзор. Современное состояние производства битума. №5, М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1993г.

16. Грудников И.Б., Егоров И.В., Прокопюк С.Г. Нефтепереработка и нефтехимия. 1999, №5, с. 42-45.

17. Mozes Gy, Kadar J., Kristof M., Mafki, 324, Kiadv, Veszprem, 1966.

18. Uhe W.G., Petrol. Proc., 5, №1, 33 (1950).

19. Баннов П.Г. и др. Нефтепереработка и нефтехимия. 1978, №9, с. 1214.

20. Пат. 297167, 1972., (Австрия)

21. Пат. 2762756, 1957., (США)22. Пат. 151882, 1964., (ВНР)

22. Рахмилевич Р.З., Новости нефтяной техники, Нефтепереработка.1959г., №7, 32.

23. Csikos R., Zakar Р. Et ai., Erdöl Dienst, 19, 1965.

24. Хропатый Ф.П. Нефтяник, 1959, №12, с.14.

25. A.c. 1247074, 1986., (Россия)

26. A.c. 1389837, 1988., (Россия)

27. Hakl А., Erdöl u. Kohle, 18, 780, 1965.

28. A.c. 1042792, 1983., (Россия)

29. Пат. 297899, 1972., (Австрия)

30. Senolt H., Uneroffentliche Untersuchungen der OMV A.G., 1967.

31. A.c. 1560302, 1990., (Россия)

32. A.c. 1526810, 1986., (Россия)

33. Пат. 2030439, 1995., (Россия)

34. Пат. 2044029, 1995., (Россия)

35. Руденская И.М. Нефтяные битумы. Химический состав, коллоидная структура, свойства и способы производства. 1963

36. Черножуков Н.И., Крейн С.Э. Окисляемость минеральных масел. Гостопиздат, 1955.

37. Бембель В.М., Леоненко В.В., Сафонов Г.А. Влияние гетероатомных соединений на окисление нефтяного гудрона // Химия и технология топлив и масел. 1995.-№ 4.-С. 33-35

38. Пажитнова Н.П. Исследование влияния природы сырья на состав и свойства окисленных дорожных битумов (автореферат). М., 1970.

39. Новое в производстве улучшенных битумов. 1971. Кинетика процессов окисления гудронов в битумы.

40. Сергиенко С.Р., Семячко P.JL, Галич А.Н. // Журнал прикладной химии. 1959,32, вып. 3.

41. Березников A.B. Влияние условий окисления на состав и свойства окисленных битумов: Дис. канд. техн. наук.-Л., 1975.

42. Розенталь Д.А., Березников A.B., Кудрявцева И.К., Таболина Л.С., Федосова В.А. Битумы. Получение и способы модификации. Учебное пособие. Л., 1979

43. Евдокимова Н.Г., Гуреев Ал.А., Гохман JI.M., Гурарий Е.М., Маненкова Н.И. Влияние качества сырья на свойства дорожных битумов //Химия и технология топлив и масел. 1990.- № 4.-С. 11-13.

44. Кудрявцева И.Н., Диссертация, Ленинградский технологическтй институт им. Ленсовета, 1970г.

45. Белоконь Н.Ю., Бурлаков С.Н., Калошин А.И., Сюткин С.Н. -Нефтехимия и нефтепереработка. 2000, №5, с. 41-46.

46. Глинман A.C. и др. «Нефтяное хозяйство», 1959г., №12.

47. Павловская Е.И., Шибряев Б.Ф., Металлокерамические фильтры. М., «Недра», 1967г.

48. Пиевский И.М., Хозяинов М.А., Чернышева P.A., Духнеко Н.Т. — Нефтехимия и нефтепереработка. 1979, №5, с. 12-14.

49. A.c. 1659087, 1991., (Россия)

50. A.c. 623571, 1978., (Россия)

51. A.c. 1042792, 1983., (Россия)

52. Белоконь Н.Ю., Бурлаков С.Н., Истомин Л.В., Сюткин С.Н. -Нефтехимия и нефтепереработка. 2001, №4, с. 45-47.

53. Пат. 1792342, 1993., (Россия)

54. Хуснияров М.Х. Диссертация УНИ. Уфа. 1993г.

55. Хафизов Ф.Ш. и др. Газожидкостной аппарат, пат. СССР. 1806002, 1993г.

56. Хафизов Ф.Ш., Разработка технологических процессов с использованием волновых воздействий, диссертация д.т.н., Уфа, 1996.

57. Юминов И.П. Диссертация УНИ. Уфа. 1999г.

58. Ванчухин Н.П. Диссертация УГНТУ, Уфа. 2000г.

59. Перник А.Д. Явление кавитации. Издательство «Судостроение». Ленинград. 1966г., 439 с.

60. Арэуманов Э.С. Кавитация в местных гидравлических сопротивлениях.

61. Горшков A.C., Русецкий A.A. Кавитационные трубы. «Судостроение», 1972г., 192с.

62. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа.

63. Böttcher H.N., Die Zerstörung von Metallen durch Hohlsog (Kavitation), Zs. VD1.80,1499 (1936)

64. Mousson J.M., Untersuchunger über Hohlsog (Kavitation), Zs. VDl.83,397 (1938)

65. Голямина И.П. Ультразвук маленькая энциклопедия.

66. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред.

67. Маргулис М.А. Основы звукохимии./Учебное пособие для хим. и хим-технол. Тех ВУЗов. — М. Высшая школа. 1984г., 110с.

68. Фридман В.М. Ультразвуковая химическая аппаратура. «Машиностроение» М.: 1967г., 726с.

69. Бергман Л. «Ультразвук». М., 1957г.

70. Розенберг Л.Д. Физические основы ультразвуковой технологии. Издательство наука. М., 1970г.

71. Дисяткин Ю.Ф. и др. Распыливание жидкостей. М. Машиностроение. 1977г., с.208.

72. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. «Советская энциклопедия». М. 1979г.

73. Хавкин Ю.И. Центробежные форсунки. М.-Л., Машиностроение, ЛО, 1976г., 168с.

74. Г.А. Ластовкина, Е.Д. Радченко, М.Г. Рудина Справочник нефтепереработчика. Л., Химия, 1986г., 648с.

75. А.И. Горбунов, A.A. Гуров, Г.Г. Филлипов, В.Н. Шаповал Теоретические основы общей химии. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001г., 720с.

76. Новицкий Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах. М.:Химия,1983,с.41.

77. Бергман Л. Ультразвук и его применения в науке и технике. М.:ИЛ,1957.

78. Гистлинг A.M., Баром A.A. Ультразвук в процессах химической технологии.Л.:Госхимиздат,1960,с.95.81 .Галиахметов Р.Н. Реакции солей тиолкарбаминовых кислот и их интенсификация акустическим воздействием. Дисс. канд. хим. наук. Уфа, 1984, 120 с.

79. Флин Г. Физика акустической кавитации. В кн. Методы и приборы ультразвуковых исследований под ред.У.Мазани, т.1,ч."Б", М.:Мир, 1967, с.138.

80. Сиротюк М.Г. О поведении кавитационных пузырьков при больших интенсивностях ультразвука. Акуст.ж.1961, № 4, с.499.

81. Сиротюк М.Г. Мощные ультразвуковые поля.М.:1968,с.37.

82. Маргулис М.А., Акопян В.Б. Экспериментальные исследования зависимости скорости звуко-химических реакций и потока сонолюминесценции от интенсивности ультразвуковых волн. Х.Ф. Ж., 1978, т.52, №3, с.601-604.

83. Качанов Ю.С., Козлов, Левченко В.Я. Возникновение турбулентности в пограничном слое. Новосибирск,!982, Наука сиб.отд., с. 149.

84. Бадовская Л.А., Корякин A.B., Кулькевич В.Г. действие ультразвука на систему фурфурол-перекись водорода. Изд. ВУЗов Химия и химическая технология топлив и масел. 1962, №12, с.8-11.

85. Буштан З.И. Изучение влияния ультразвука на скорость окисления. Химия и химическая технология топлив и масел. 1961, №12, c.l 1.

86. Старчевский В.Л., Брезген Ю.Б., Мокрый E.H. Кинетические закономерности и механизм окисления альдегидов в ультразвуковом поле. В кн. Акуст. кавитация и применение ультразвука в химической технологии, Славское, 1985, с.87.

87. Старчевский В.Л., Брезгин Ю.Б., Реутский В.В., Мокрый E.H. Особенности звукохимического окисления циклогексана. В кн. Акуст. кавитация и применение ультразвука в химической технологии, Славское, 1985, с.87.

88. Червинский К.А., Плужников В.А., Беляков В.Н. Влияние звуковых частот на процесс окисления н-декана кислородом, там же, с.54.

89. Хафизов Ф.Ш., Разработка технологии акустической регенерации щелочных поглотителей в процессах демеркаптанизации легких углеводородов, дисс.к.т.н.,Уфа, 1985.

90. Хафизов Ф.Ш. Окисление этилмеркаптида натрия в акустическом поле.-Деп. в ЦНИИТЭНефтехим 08.10.91,№8нх-91,Деп.

91. Moon S, Duchind, ICoony Application of ultrasond to arganic reachons ultrasonic catalysis anhydrolyses ofcarboxylic esters Fetragedron Letters 1979,v20,№14,p. 3917-3920.

92. Kenneth I Chen, Shailendra K.Gupta Formation of polysulfides in agucons Solution -Environ Lett, 1973,v4, №3,p 187-200.

93. Френкель Я.И. Ж. физ. химии, 1940, №4, с.305.

94. Скоробогатов В.И. Применение ультраакустических исследований к веществу. М.,"МОПОмт. 10,1960, с.85.

95. Апостолов С.А. Оптимизация процессов производства битумов из нефтяных гудронов // Нефтепереработка и нефтехимия. 1987.-№ 8.-С. 11-12.

96. Сорокин И.Г. Влияние температуры размягчения сырья на качество дорожных битумов // Нефтепереработка и нефтехимия. 1989.-№ 6.-С. 811.

97. Евдокимова Н.Г., Гвоздева В.В., Гуреев Ал.А., Донченко С.А. Оптимизация процесса получения окисленных дорожных и строительных битумов // Химия и технология топлив и масел. 1990.-№7.-С. 11-12.

98. Романов С.И., Казначеев C.B., Легкодимова Г.В. Влияние температуры окисления сырья на устойчивость дорожных битумов // Химия и технология топлив и масел. 1993.-№6.-С. 6-8.

99. Гун Интенсификация производства и улучшение свойств окисленных битумов вяжущих для цветных покрытий // Химия и технология топлив и масел. 1980.-№ 7.-С. 51-53.

100. Грудников И.Б., Шестаков В.В., Мингараев С.С., Колесников Ю.А. Интенсификация процесса получения окисленных битумов с помощью пористых диспергаторов воздуха // Химия и технология топлив и масел. 1993.-№ 8.-С. 7.

101. Пат 2000311 Россия, МКИ5 СЮ СЗ/04. Способ получения битума/ Королев И.В., Полякова C.B., Немчина Н.Е., Савченко O.A.: Московский автомоб.-дор. инст-т.-№ 5054099/04.

102. Лалабеков С.К., авт. свид. СССР №85256 (1949); Бюлл. изобр., №12 (1950).

103. Провинтеев М.В., авт. свид. СССР №103191 (1949); Бюлл. изобр., №5 (1956).

104. Гун Р.Б. Нефтяные битумы: Учебн. Пособие для рабочего образования. -М.: Химия, 1989, с. 152.

105. Голустов В. С.и др. Распиливание жидкостей М.: Химия, 1979, с.216.

106. Панфилой Ф.В. тр. Союздор НИИ, 1967, вып.21 с.128-130.

107. Патент № 2143314. Газожидкостной реактор /Хафизов Ф.Ш., ' Юминов И.П., Кузьмин В.И., Баженов В., Аликин М.А., Хафизов Н.Ф. -БИ№ 35 от 27.12.1999г.

108. Патент № 2176929 Газожидкостной реактор /Хафизов Ф.Ш., Хафизов Н.Ф., Андреев B.C., Зязин В.А., Морошкин Ю.Г., Хафизов И.Ф. БИ № 35 от 20.12.2001г.

109. Пат. России, №2001666, Гидродинамический кавитатор, Кузеев И.Р., Хафизов Ф.Ш., Хуснияров М.Х., Абызгильдин Ю.М. Бюл. №39-40,1993'

110. ГОСТ 22245-90 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия. 1990г.

111. A.c. 17621, 2000., (Россия)