Технологія виробництва бітума

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Асфальтова крихта

Асфальтова крихта (асфальтобетонна крихта) - вторинне будівельна сировина, утворене в процесі фрезерування (розробки) застарілого асфальтобетонного покриття, а також отримується шляхом дроблення асфальтового відколу (великих фрагментів демонтованого дорожнього покриття).

Технологічна цінність асфальтової крихти як дорожньо-будівельного матеріалу, обумовлена присутністю в її складі залишкової частки бітумного в'яжучого, що сприяє посиленню зв'язків між окремими компонентами суміші і підвищує кінцеву міцність готової дорожньої конструкції.

При використанні відходів дорожнього будівництва (що виникають у процесі асфальтування, ремонту та будівництва доріг) для отримання асфальтової крихти, допускається попадання до її складу незначної кількості сторонніх включень (бетонна крихта, гумова крихта та ін.) .

2. Способи отримання асфальтової крихти

Фрезерування асфальтобетонного покриття - процес пошарової розробки (зрізання) верхніх шарів дорожньої конструкції шляхом механічної дії на поверхню. Виконується спеціальної дорожньо-будівельною технікою - планувальником холодного типу (дорожньої фрезою), з метою ремонту і подальшого асфальтування дефектної ділянки дороги.

Освіта асфальтової крихти відбувається внаслідок обертання фрезерного барабана (робочий орган планувальника) руйнівної монолітну структуру дорожнього покриття. Розмір фракції отриманого матеріалу залежить від типу вихідної асфальтобетонної суміші: крупнозернистої, дрібнозернистої або піщаної.

Дроблення асфальтового відколу - процес механічного подрібнення великих асфальтобетонних фрагментів (до 2 м по діагоналі) за допомогою спеціальних механізмів - валкових дробарок або асфальтових грануляторів. З метою підвищення однорідності складу і загальної стабільності матеріалу, отриману асфальтову крихту розсіюють по декількох фракцій.

У процесі регенерації (відновлення) дорожніх покриттів відбувається фрезерування асфальтобетону, в результаті чого утворюється асфальтова крихта, яка в подальшому змішуючись з цементом, вапном, спіненим бітумом або бітумною емульсією, утворює новий матеріал під назвою «асфальтогранулобетон». Після цього здійснюється укладання оновленої суміші на дорожнє полотно та її ущільнення. Всі етапи холодного ресайклінгу виконуються в один прохід спеціальної дорожньо-будівельною машиною з однойменною назвою «холодний ресайклер».

Крім створення нових сумішей безпосередньо на місці проведення робіт (ресайклінг), асфальтова крихта використовується також як вторинна сировина при виробництві традиційних і модифікованих асфальтобетонних сумішей на асфальтобетонних заводах. Так, при додаванні асфальтової крихти в холодному вигляді її частка в новій суміші може досягати 25%, а в гарячому 60%, що дозволяє значно скоротити витрату матеріалів і вартість виробництва асфальтобетонних сумішей.

3. Фізико-механічна властивість бітумів, модифікованих комплексним модифікатором полідом

З усіх компонентів асфальтобетону бітуми найбільш чутливі до дії транспорту та температури. Тому поліпшення їх міцності та деформативних характеристик шляхом модифікації полімерами дозволяє суттєво подовжити строк служби дорожніх покриттів.

Однією з основних перешкод широкого застосування модифікованих бітумів є їх висока вартість. Так модифікація бітумів ефективними, але дорогими термоеластопластами або термополімерами підвищує вартість в'яжучого в 1,5 - 2,5 рази.

Приготування модифікованого бітуму здійснювали шляхом його перемішування з полідомом за допомогою лабораторної мішалки протягом 2 годин за температури 195 - 200 0 С.

Результати випробувань свідчать, що характеристики бітумів, які вмішують полідом, є типовими для бітумів, модифікованих термоеластопластами і відповідають вимогам ДСТ Б 2.7-135 на бітуми дорожні модифіковані полімерами.

Враховуючи, що основою полідому є дешевий вторинний поліетилен, а необхідний вміст латексу в 4 рази менший, ніж його потрібно при використанні окремо, і зважаючи на практично однаковий з іншими полімерами оптимальний вміст у бітумі, використання полідому дозволить суттєво знизити вартість модифікованих бітумів і сприятиме більш широкому їх застосуванню.

4. Технологія виробництва бітумів

Бітуми - органічні речовини чорного або темно-бурого кольору, які складаються із суміші порівняно високомолекулярних вуглеводнів та неметалевих похідних, тобто з'єднань вуглеводнів з сіркою, азотом або киснем. При кімнатній температурі бітуми знаходяться в твердому, в'язкому, в'язко пластичному і рідкому станах. Вони повністю розчиняються в бензолі, толуолі, ксилолі, хлороформі, сірковуглеці та деяких інших органічних розчинниках. При нагріванні переходять в легко рухливі рідини, при охолоджені - знову застигають. Їх густина близько 1 г/м3.

Бітуми є природні і штучні, тобто отримані з нафти в заводських умовах і іменовані як нафтові.

Природні бітуми утворилися в природних умовах з нафти в результаті дуже тривалого впливу на неї кліматичних і геологічних чинників, протікання процесів окислення і полімеризації вуглеводнів, випаровування легких нафтових фракцій. Природні бітуми залягають у верхніх шарах земної кори або скупчуються у вигляді поверхневих озер.

При пластовій формі залягання природним бітумом просякнуті вапняки, доломіт, пісковики та інші пористі гірські породи. У них бітум міститься в кількості 5-20% за масою і більше, а породи носять назву бітумінозних, або асфальтових. При вмісті бітуму в породах більше 10% доцільно його вилучати, щоб використовувати в технології як сполучний компонент. Найбільш поширені способи вилучення бітуму в гірських порід - виварка у воді і екстрагування органічними розчинниками.

По першому способу асфальтову гірську породу дроблять на частинки розміром 6-10 мм і занурюють у казан з водою. У воду додають соляну кислоту для кращого відділення бітуму від мінеральних частинок. Суміш подрібненої гірської породи з підкисленою водою кип'ятять при постійному перемішуванні. Бітум спливає на поверхню зазвичай у вигляді піни, яку вичерпують, а у відстійниках відокремлюють від води. Нагріванням природний бітум підсушують і, якщо потрібно, згущують продувкою повітря. Повністю видалити бітум з гірської породи не вдається.

За другим способом подрібнену породу обробляють в котлах або спеціальних ємкостях органічним розчинником, в якому бітум розчиняється. При цьому зручніше і вигідніше застосовувати негорючу і дешевшу рідину, наприклад, трихлоретилен. Бітум з розчину легко видаляється випаровуванням розчинника. При температурі близько 1000С видаляють останні частинки розчинника, а при більш високій температурі бітум згущують продувкою повітря до бажаної в'язкості. Перший спосіб економічніше другого, але значна частина бітуму втрачається. Другий спосіб найвигідніший.

При малому вмісті бітуму в породах, видаляти його непродуктивно: такі породи подрібнюють до порошкоподібного стану; отриманий асфальтовий порошок використовують як високоякісної добавки в асфальтових бетонах, мастиках, антикорозійних покриттях.

Нафтові бітуми отримують з нафти. Шляхом її нагрівання виділяють рідкі горючі компоненти - бензин, нафту, гас. Далі, при температурі 300-4000С, відганяють машинні, веретенні, трансформаторні та інші мастильні масла. Виділення цих масел з нафти ведеться під вакуумом. В результаті поділу (розгонки) нафти на горючі і мастильні речовини в ємкості залишається густий смолистий залишок, що містить тверді частки, - гудрон. Він є вихідною сировиною для отримання напівтвердого і твердого бітуму, але може використовуватися і без переробки, як рідкий бітум. Економічно вигідніше отримувати бітум з важких нафт, в яких маса залишку (гудрону) становить до 7-8%, тоді як в нефтяних легенях - не більше 1%.

Розроблено ряд способів отримання нафтобітуму:

атмосферно-вакуумна перегонка (залишкові бітуми);

окислення гудрону киснем повітря (окислені нафтобітуми);

окислення способом продування повітрям крекінг-залишків, що утворюються при переробці мазуту способом крекінгу, при високих температурах і великих тисках (крекінгові бітуми);

осадження асфальтно-смолистої частини гудронів пропаном (бітуми деасфальтизації);

переробка кислих гудронів (кислотні бітуми).

Це найбільш поширені способи отримання окислених нафтових бітумів з гудрону. На процес окислення впливають вихідна в'язкість гудрону, витрата повітря, тривалість і температура окислення, яка зазвичай знаходиться в межах 250-2800С. Бітуми отримують періодичним або безперервним окисленням. На рис.3.1. показана технологічна схема виробництва окисленого бітуму періодичним способом, який здійснюється в бітумних (асфальтових) кубах. Ця установка може працювати також і безперервним способом, при якому гудрон продувається повітрям одночасно в декількох кубах, які розташовуються послідовно.



Рис. 3.1 Технологічна схема окислення бітуму на безперервно-діючій трубчастій установці

Бітуми деасфальтизації отримують з гудрону, обробленого попередньо пропаном або дихлоритиловим ефіром (хлорексом). За допомогою такої обробки з масляного гудрону витягують додаткову кількість паливно-мастильних фракцій, тоді як асфальтни і важкі смоли осідають, утворюючи екстракт з малим вмістом масел. З цього екстракту випаровують розчинник і отримують бітум, іменований екстрактивним (або бітумом деасфальтизації). Він відрізняється невисокою якістю. Має підвищену крихкість при низьких температурах. Для зменшення в'язкості цих бітумів доводиться перед вживанням змішувати їх з гудроном.

Склад, структура та властивість бітумів (природних і нафтових) мають деякі непринципові відмінності. Разом з тим, вони характеризуються складним і різноманітним складом основних вуглеводнів, головним чином металевого (СШЛ +г), нафтенової (СпНш) і ароматичного (СНЬл-б) рядів. До складу основних вуглеводневих сполук бітуму зазвичай входять також кисень, нікель та інші елементи. Основна частина молекул бітуму складається з 25-150 атомів вуглецю. В залежності від числа атомів в молекулах та їх взаємного розташування змінюються властивості речовини. Наприклад. Чим більша молекулярна маса одного і того ж з'єднання, тим сильніше в ньому міжмолекулярної взаємодії. Молекулярна маса молекул бітумів становить 400-5000. Ароматичні вуглеводні мають підвищену стійкість при впливі тепла, кисню та ультрафіолетових променів; їх окислення супроводжується утворенням смол. Метанові вуглеводні (парафіни) є прямі ланцюга, що складається з багаторазово повторюваних ланок _СНг - з метальними групами - СН3, при негативних температурах здатні викристалізовуватися, погіршуючи властивості бітумів. Нафтенові вуглеводні при окисленні частково переходять в смоли.

Елементарний склад бітумів коливається в межах: C - 70-80%, H - 8-12%, O - 0,2-12%, S - 0,5-7%, N - до 1%. У нафтових бітумах вміст кисню менше (до2%), ніж в природних, а вміст вуглецю змінюється в межах (84-87%); кисень, сірка, азот входять до складу активних функціональних груп: OH, N2H, SH, COOH. У цілому, однак, елементарний склад дає лише дуже наближене уявлення про властивості бітумів, тому частіше користуються груповим складом. Поділ бітуму на окремі групи сполук, близьких за будовою і властивостями, заснований на неоднаковій розчинності їх розчинника (бензолі, сірковуглеці та ін..), а також різних виробничих адсорбованих силікагелем, флоридин та іншими адсорбентами.

У груповий склад бітуму входять масла, які добуваються розчиненням їх в петролейному ефірі або легкому бензині. Масла складаються з вуглеводнів парафінового, нафтенового і ароматичного рядів. Вони мають ясно-жовтий колір і додають бітуму рухливість і плинність. Справжня щільність менше 1г/см3. Зміст масел у бітумах 35-60% (за масою). Відношення кількості С : Н характеризує ступінь ароматичності і становить для групи масел 0,55 - 0,60.



Рис. 3.2 Технологічна схема виробництва окисленого бітуму

а - в установках періодичної дії: 1 - бітумний куб; 2- труба для проведення відпрацьованого повітря та газу; 3 - труба для подачі повітря; 4 - компресор; 5- повітряна магістраль; 6- насоси; 7- магістраль для подачі бітуму; 8- холодильник для охолодження бітуму; 9- маточник; 10- газозбірник; 11- димова труба; 12- теплообмінник (ємність) для важкого нафтового залишку; 13- магістраль для подачі гудрону; 14- раздаточнік; б- в установках безперервної дії: 1- ємність для сировини; 2- компресорна установка; 3- повітряна магістраль; 4- парова магістраль; 5- зворотна повітряна магістраль з пастками; 6- бітумні куби; 7- насос; 8- аварійна ємкість; 9- парообразователь; 10- раздаточнік; 11- магістраль подачі; 12- зворотна магістраль; 13- насос; 14- куб

Гази і пари викидаються в атмосферу, а окислений бітум стікає в прийомний бак. Тривалість окислення набагато скорочується порівняно з іншими способами виробництва, а якість бітуму вище, ніж при окисленні в кубах.

Виробництво крекінгових бітумів, які теж можуть бути остаточними та окисленими, засноване на розщепленні сировини при високих температурах (до 450оС) і тиску (до 5 МПа). Мазут розпадається на більш легкі і стійкі вуглеводні і на менш легкі і нестійкі вуглеводні на їх похідні. Нестійкі вуглеводні в процесі полімеризації утворюють асфальтно-смолисті речовини. Залишкові крекінг бітуми отримують шляхом перегонки під вакуумом крекінг-залишків; окислені - окисленням тих же залишків в кубових або трубчастих установках повітрям за технологічними схемами, прийнятими для виробництва звичайних нафтових бітумів.

асфальтований крихта бітум фрезерування

5. Характеристика бітумів

Природні недоліки бітумів поглиблюються та доповнюються вадами, пов'язаними з їх виробництвом на нафтопереробних заводах (НПЗ).

Серед причин випуску неякісних бітумів можна виділити:

використання малопридатних легких мало смолистих парафінистих нафт;

не оптимально підібраними відходами нафтопереробки;

окислення бітумної сировини не у «м'яких» умовах, при невисоких температурах, а в «інтенсивному» режимі, коли температуру та швидкість подачі повітря піднімають до можливої межі, щоб скоротити час процесу переробки до 4-6 годин при відносному збереженні фізико-механічних властивостей бітуму, що нормуються паспортом.

Як наслідок, отримують бітуми погіршеної структури, що характеризуються невідповідним співвідношенням і незадовільним якісним станом складових: асфальтенів, смол, масел, а також перевищеним вмістом парафінів.

Такі матеріали відзначаються:

зниженою когезійною міцністю;

погіршеними деформативними та реологічними характеристиками;

значною зістареністю та малою довговічністю;

нестабільністю властивостей при нагріванні до технологічних температур (зокрема різким підвищенням в'язкості та значною втратою у масі);

технологічними проблемами при застосуванні (кипіння та розбризкування при нагріванні до температури +140°С і вище).

Використання бітумів погіршеної якості призводить до швидкого старіння покриттів, втрати ними несучої здатності та руйнування.

В ідеалі дорожні в'яжучі повинні мати:

теплостійкість, що обумовлює відсутність колійності на дорожніх покриттях за найвищої температури даного регіону;

низькотемпературні властивості, що забезпечують роботу покриттів без утворення тріщин за найнижчої для даного регіону температури;

таку когезійну міцність та еластичність, які б дозволяли дорожнім покриттям максимально тривалий час перебувати в пружній стадії з мінімальними залишковими напругами, і, як наслідок, без виникнення тріщин від утоми матеріалу;

високу адгезію до кам'яних матеріалів усіх гірських порід, що забезпечує водостійкість дорожніх покриттів, відсутність на них вибоїн та ям;

високу стійкість до старіння - мінімально змінювати свої властивості під дією технологічних температур та природно-кліматичних факторів;

властивості, що максимально відповідають спеціальним вимогам різних дорожніх технологій.



6. Характеристика бітумного матеріалу та економічна доцільність його використання

За хімічним складом бітуми - складні суміші вуглеводнів та їх неметалевих похідних (сполук вуглецю з сіркою, киснем та азотом). Вони розчинні у сірководні, хлороформі, бензолі та деяких органічних розчинниках та не розчинні у воді. В залежності від вихідної сировини розрізнюють природні (просочуючі гірські породи) та штучні нафтові (які одержуються з нафти різними способами) бітуми. За переважним призначенням бітуми поділяють на дорожні, будівельні, покрівельні, ізоляційні та спеціальні.

За фізико-хімічними властивостями нафтові бітуми поділяють на марки за наступними показниками: - в'язкість, розтяжність . В'язкість (твердість або пенетрація) визначаються на приладі пенетрометрі (рис. 4.1) за глибиною проникнення стандартної голки у випробуваний бітум при певній температурі 25 0С та 0 0С, навантаженні 100 г та 200 г відповідно, тривалістю занурення 5 та 60 с.

Рис. 4.1



Глибину занурення голки виражають в градусах, які визначаються за диском пенетрометра, причому кожний градус відповідає зануренню голки на 0,1 мм.

Визначення виконують три рази й беруть середнє значення. Дані, одержані при випробуванні, заносять до лабораторного журналу.

Розтяжність (дуктильність) визначають на приладі дуктилометр.

Розплавлений бітум заливається у форми «вісімки» (рис.4.2), після охолодження їх витримують у воді при температурі 25 0С протягом 1-1,5 год.

Після цього зразки поміщують до дуктилометра та розтягують зі швидкістю 5 см/хв. Величина подовшення зразка в момент розриву (в см) й характеризує розтяжність бітума.

Для бітумів покращених марок дуктильність визначають і при температурі 0 0С.

Для кожного виду бітуму виконують три досліди й кінцевий результат беруть як середнє з трьох визначень.

Дані, одержані при випробуванні, заносять до лабораторного журналу.

Рис. 4.2

З усіх компонентів асфальтобетону бітуми найбільш чутливі до дії транспорту та температури. Тому поліпшення їх міцності та деформативних характеристик шляхом модифікації полімерами дозволяє суттєво подовжити строк служби дорожніх покривів.

Однією з основних перешкод широкого застосування модифікованих бітумів є їх висока вартість. Так, модифікація бітумів ефективними, але дорогими термоеластопластами підвищує вартість в'яжучого в 1,5 - 2,5 рази.

Комплексне використання різних видів полімерних добавок для модифікації бітумів дозволяє:

знизити вартість модифікованих бітумів за рахунок зміни більш дорогої добавки на дешеву при умові відповідності отриманого в'яжучого вимогам нормативних документів;

підсилити дію модифікації за рахунок введення більш ефективного, хоча і більш дорогого модифікатора;

надати модифікованому бітуму додаткових властивостей.

При комплексній модифікації бітумів застосовується такий принцип підбору добавок. За основу приймається більш дешева добавка, а для надання модифікованому бітуму потрібних властивостей вона комбінується з мінімально необхідно. Кількістю більш ефективного або вузькоспеціалізованого модифікатора.

7. Опис технологічного процесу та фізико-хімічних основ виробництва бітумів

Виробництво нафтових бітумів є одним з термічних процесів нафтопереробки. Основні параметри термічних процесів, що впливають на асортимент, матеріальний баланс і якість отримуваних продуктів, -- якість сировини, тиск, температура і тривалість термолізу (термічного процесу).

Основною сировиною для виробництва бітуму в нашій країні є залишкові продукти нафтопереробки: гудрони, асфальти деасфальтизації, екстракти селективного очищення масляних фракцій і ін

Розрізняють три основних способи одержання нафтових бітумів.

1. Концентрування нафтових залишків шляхом перегонки їх у вакуумі отримують залишкові бітуми. Для отримання залишкових бітумів може бути використано тільки сировина з великим змістом асфальтосмолисті речовин, які в достатній кількості присутні у важких високосмолистих сірчистих нафтах. У процесах вакуумної перегонки і деасфальтизації отримують залишкові і обложені бітуми. Головне призначення цих процесів -- витягання фракцій дистилятів для вироблення моторних палив -- у разі першого, підготовка сировини для виробництва базових масел (початковий етап) -- у разі другого. У той же час побічні продукти цих процесів -- гудрон перегонки і асфальт деасфальтизації -- відповідають вимогам по сировині у виробництві бітумів або їх використовують як сировину у виробництві окислених бітумів.

2. Окисленням киснем повітря різних нафтових залишків і їх композицій при температурі 180 -- 300 0С (окислені бітуми). Окислення повітрям дозволяє істотно збільшити зміст асфальтосмолисті речовин, найбільш бажаного компоненту у складі бітумів. Для виробництва окислених бітумів БашНІІНП запропоновано класифікувати нафти за змістом (%, мас.).

Основним процесом виробництва бітумів є окислення -- продування гудронів повітрям. Окислені бітуми отримують в апаратах періодичної і безперервної дії. Останні більш економічні і прості в обслуговуванні. Принцип отримання окислених бітумів заснований на реакціях ущільнення при підвищених температурах у присутності повітря, що призводять до збільшення концентрації асфальтенів, що сприяють підвищенню температури розм'якшення бітумів, і смол, поліпшуючих адгезійні і еластичні властивості товарного продукту.

Апарати, використовувані у виробництві бітумів, -- трубчасті реактори або окислювальні колони. При отриманні будівельних бітумів переважні перші, дорожніх -- другі.

3. Змішуванням різних окислених і залишкових бітумів, а також нафтових залишків і дистилятів між собою отримують бітуми.

Залишкові бітуми -- м'які легкоплавкі продукти, окислені -- еластичні і термостабільні. Бітуми, що отримуються окисленням крекінг-залишків, містять велику кількість карбенів і карбоїдів, які порушують однорідність бітумів і погіршують їх цементуючі властивості.

Залишкові бітуми виробляють з мазуту з високою концентрацією асфальтосмолисті речовин вакуумною перегонкою як залишок цієї перегонки. Нагадаємо, що мазут є залишком від атмосферної перегонки нафти.

Більш докладно зупинимося на окисленні гудронів або залишкових бітумів киснем повітря. Основними параметрами процесу є температура, витрата повітря і тиск.

Чим вище температура, тим швидше протікає процес окислення, але при дуже високій температурі прискорюється утворення карбенів і карбоїдів, які зраджують бітумів небажану підвищену крихкість. Зазвичай температуру підтримують на рівні 250 -- 280 0С.

Чим більше витрата повітря, тим менше потрібно часу на окислення. При надмірно великій витраті повітря температура в окислювальній колоні може зрости вище допустимої. Тому витрата повітря є основним регулюючим параметром для підтримки потрібної температури. Загальна витрата повітря залежить від хімічного складу сировини і якості одержуваного бітуму і складає від 50 до 400 м3 / т бітуму.

Тиск в зоні реакції при його підвищенні інтенсифікує процес, і якість окисленого бітуму поліпшується. Зокрема, підвищується пенетрація бітуму при незмінній температурі розм'якшення. Зазвичай тиск коливається від 0,3 до 0,8 МПа.

Принципова схема отримання окисленого бітуму показана на малюнку нижче.



Рис. 5.1 Принципова схема установки отримання окислених бітумів

1 -- окислювальна колона; 2 -- отпарной колона (проміжний сепаратор ), 3 -- збірка соляру (сепаратор), 4 -- скрубер, 5 -- піч; 6 -- теплообмінник, 7 -- насоси; потоки: I -- гудрон, II -- легкі продукти окислення з відпрацьованим повітрям, III -- бітум на відпарювання , IV -- готовий бітум, V -- пари стабілізації бітуму, VI -- відпрацьоване повітря, VII -- очищений відпрацьоване повітря, VIII -- свіже повітря, IX -- соляр, X -- вода, XI -- забруднена нафтопродуктом вода, XII -- водяна пара, XIII -- рециркулят.

Основним апаратом є окислювальна колона діаметром 3400 мм і висотою 21 500 мм.

Технологічний режим процесу наступний:

температура, 0С:

сировини на виході з печі 180 -- 250

у окисної колоні, не вище 290

бітуму на виході з холодильника 170 -- 200

наливу бітуму в цистерни 170 -- 180

тиск в окислюваній колоні, МПа 0,3 -- 08

витрата повітря, м3 / т бітуму 50 -- 400

парниковий ефект процесу, кДж / кг бітуму 168 -- 502

вміст кисню в газоподібних

продуктах окислення,% 3 -11

ставлення рециркулят: сировина 6: 1

Нарешті, третій спосіб отримання бітумів -- це компаундування. Спосіб цей є завершальною стадією отримання бітумів і використовує в якості компонентів як бітуми, отримані у вигляді залишків вакуумної перегонки, так і окислені бітуми. Крім того, одними з важливих компонентів компаундів є екстракти селективного очищення дистилятів масел і деасфальтізати, вони додають бітуму еластичність і необхідну розтяжність.

Технологічний режим такої установки:

температура, 0С:

сировини на вході в установку 100 -- 120

окислення в реакторах 260

бітуму після холодильників 170

тиск, МПа:

повітря на вході в змішувачі 0,9

суміші на вході в реактора 0,8

витрата повітря, м3 / м3 продукту 100 -- 150

ставлення рециркулят: сировина 6: 1

Потужність установок виробництва бітуму -- від 120 до 500 тис. т / рік. Матеріальний баланс подібної установки переробки змішаного сировини наведено в таблиці нижче.

Таблиця 5.1 Матеріальний баланс установки переробки змішаного сировини

Показники	%
Взято:
гудрон	23,7
асфальт деасфальтизації гудрону	39,7
екстракт селективного очищення масел	32,9
поверхнево -- активні речовини	3,7
Разом:	100, 0
Отримано:
бітуми дорожні, в т.ч.:	73,5
БНД 200 / 300, БНД 130 / 200	15,0
БНД 90 / 130	15,0
БНД 60 / 90	28,5
БНД 40 / 60	15,0
бітуми будівельні, в т.ч.:	22,4
БН -- IV	11,2
БН -- V	11,2
відгін	1 , 3
гази окислення	2,8
Разом:	100,0

8. Технічна характеристика, принцип та дія бітумно-емульсійної установки

Установка бітумна УВБ-К призначена для отримання катіонних бітумних емульсій, які використовують:

для підгрунтовки підстави старого дорожнього покриття перед нанесенням на них асфальтобетону; 

для приготування холодних асфальтобетонних сумішей;

для поверхневої обробки дорожніх покриттів;

для влаштування тонких захисних шарів покриттів;

для ямкового ремонту доріг;

для гідроізоляції будівель і споруд; 

для влаштування та ремонту м'яких покрівель

Установка УВБ-К має можливість отримання бітумної емульсії модіфіцірова полімером (Бутанол № 9198). Установка може застосовуватися на підприємствах виробляють асфальтобетонні суміші. Конструкція установки забезпечує працездатне її стану при експлуатації в умовах навколишнього середовища для виробів виконання УХЛ категорії 4 по ГОСТ 15150-69, але при температурі навколишнього повітря від плюс 50С до плюс 400С. Основні технічні характеристики установки наведені в таблиці 6.1.



Таблиця 6.1 Технологічна характеристика

Найменування параметра.	Значення
1 Продуктивність максимальна, м3/год	14
2 Витрата бітуму, м3/год	10,5
3 Витрата води, м3/год	5-7
4 Витрата розріджувачі, дм3/час	50-350
5 Витрата кислоти, дм3/час	50-150
6 Витрата емульгатора, дм3/час	до 50
7 Тиск бітуму на вході в установку, МПа	0,2
8 Тиск бітуму подається в змішувач, МПа	1,4
9 Тиск водної фази подається в змішувач, МПа	0,2
10 Температура бітуму на вході в установку, 0С	140-160
11 Температура води на вході в установку, 0С	40-60
12 Висота підйому емульсії після установки, (м) не більше	10
13 Витрата водної суспензії полімеру, м3/год	0,2 ... 0,5
14 Встановлена ??потужність, кВт	38
15 Напруга силових ланцюгів, В	380\220
16 Габаритні розміри, маса не більше: 16.1 Блок приготування емульсії -довжина, мм -ширина, мм -висота, мм -маса, кг 16.2 Блок водної фази -довжина, мм -ширина, мм -висота, мм -маса, кг	2300 1000 1100 910 1800 1400 1400 500
16.3 Блок введення полімеру -довжина, мм -ширина, мм -висота, мм -маса, кг	260 290  550 8
16.4 Кронштейн під ємність вм. 1м3 -довжина, мм -ширина, мм -висота, мм -маса, кг	1350 1200 1428 115
16.5 Рама під ємності добавок і емульгатора -довжина, мм -ширина, мм -висота, мм -маса, кг	1600  1050 220  75
16.6 Ємність вм. 1м3 -довжина, мм -ширина, мм -висота, мм -маса, кг	1200 1000 1150 70
16.7 Установка УВБ-К (з встановленими ємностями) -довжина, мм -ширина, мм -висота, мм -маса, кг	6060  4270  2810 5350

Установка бітумна являє собою напівавтоматичний агрегат, що складається з кількох самостійних частин:

- блок приготування емульсії; 

- блок водної фази;

- підігрівач ємності з емульгатором; 

- теплообмінник підігріву води; 

- блок введення полімеру;

- блок приготування емульсії, блок водної фази, блок введення полімеру і компресор змонтовані в контейнері. Інші компоненти установки кріпляться до контейнера зовні. Контейнер обладнаний витяжкою (забезпечується двома вентиляторами) та освітленням.



Рис.6.1 Загальний вигляд установки бітумної УВБ-К

1 - блок приготування емульсії; 2 - блок водної фази; 3 - блок введення полімеру; 4-ємність з кислотою (1); 5 - ємність з разріджувач; 6 - підігрівач; 7 - рама; 8 - вентилятор; 9 - контейнер; 10 - кронштейн; 11-карниз двері; 12 - ємність з полімером; 13 - ємність з добавками; 14-ємність з емульгатором.

Технологічна схема установки УВБ-К показана на рис. 6.2.

Принцип роботи полягає в наступному:

Гарячий бітум через триходовий кран КІ (рис.6.2. ) надходить в змішувач С1 і частково через прочинені кран К2 назад у казан. У змішувач С1 з ємності 5 насосом М5 через ротаметр R1, регулюючий вентиль і електрокерований кран ЕК 3 подається разріджувач. Бітум змішаний з разріджувач, насосом М1 через керований триходовий кран ЕК1 (приводом крана служить пневмоцилиндр) подається під високим тиском в змішувач-інжектор С2, де змішується бітум з водною фазою, і суміш надходить у третій гідродинамічний змішувач С3. У змішувачі С3 відбувається дроблення бітумних кульок і емульсія надходить на роторну млин - С4, де відбувається стабілізація емульсії. Далі емульсія частково охолоджується в теплообміннику підігріву води 10 і поступає в ємність готової продукції. Блок водної фази являє собою двоконтурний змішувач. Перший контур блоку водної фази - полімерна емкость1, насос М4, інжекційний змішувач С5. Другий контур - змішувач С6, в якому змішується купаж і вода, що подаються відповідно насосами М4 і М3. Купаж приготовляється в полімерній ємності 1, яка спочатку заповнена підігрітою водою з резервуара для води. При включенні насоса М4 вода циркулює в купажні ємності 1 через змішувач-інжектор С5, в якому створює розрядження. Почерговим відкриттям кранів К7, К10, К12 з мірних ємностей 8; 7; 6, які закріплені на каркасі ємності купажу, подаються кислота, добавки, підігрітий емульгатор. Готова суміш (купаж) перевіряється рН-метром на відповідність водневого показника (рН) при необхідності, коригується. Водна фаза готується безпосередньо в процесі приготування емульсії, при змішуванні в змішувачі С6 підігрітої води і купажу. Водневий показник водної фази в межах від 2 до 2,5. Вода подається насосом М3 з резервуару для води, купаж-насосом М4 з купажні ємності 1. Контроль витрати і дозування води і купажу здійснюється через ротаметри R2, R3.

Рис. 6.2. Технологічна схема установки бітумної УВБ-К



Вода для технологічних потреб підігрівається в резервуарі для води і частково в теплообміннику підігріву води 10. Емульгатор нагрівається підігрівачем 11, на якому розміщена ємність з емульгатором. За допомогою насоса плунжерного М2 емульгатор через трубопровід подається в мірну ємність 6. Для нейтралізації випаровування кислоти використовується нейтралізатор парів кислоти 9. Водно-полімерна суміш (Бутанол) з ємності насосом М6 через витратомір R4, регулюючий кран К17 і триходові крани К18 і К19 подається на змішувач блоку приготування емульсії. Після закінчення роботи насос, витратомір і трубопроводи промиваються чистою водою.

9. Економічна ефективність технологічного виробництва нафтохімічного продукту

В Україні існує потужна нафтопереробна галузь, яка може переробляти 52 млн. тонн нафти на рік і від стану роботи якої залежить економічна стабільність інших галузей національної економіки. До складу галузі входить шість нафтопереробних заводів (Кременчуцький, Лисичанський, Одеський, Херсонський, Надвірнянський, Дрогобицький). У той час, коли західні та російські нафтопереробні заводи модернізували свої виробництва, вітчизняні нафтопереробні заводи використовували в основному застарілі технології, що не забезпечувало належної переробки сирої нафти і якості світлих нафтопродуктів згідно із сучасними стандартами.

Реформування зазначеної галузі шляхом залучення стратегічних інвесторів (власників нафти) дало змогу суттєво збільшити обсяги переробки нафти та виробляти більше нафтопродуктів, ніж їх споживається в країні, але на даний час не розв'язана проблема стабільного забезпечення ними внутрішніх споживачів. На ринку нафтопродуктів продовжуються різкі коливання цін на світлі нафтопродукти, що призводить не лише до втрати споживачів, а і зниження конкурентоспроможності вітчизняних товарів. Крім того, недосконала державна політика в зазначеній галузі призвела до того, що Україна збільшила обсяги імпорту нафтопродуктів.

Реконструкцію і модернізацію нафтопереробних заводів, що сприятиме підвищенню конкурентоспроможності нафтопереробної галузі, збільшенню глибини переробки нафти до 73-85 і більше відсотків, а також покращенню якості виробленої продукції, передбачається здійснити у два етапи.

На першому етапі (до 2015 року) необхідно завершити глибоку переробку нафти переважно шляхом будівництва установок каталітичного крекінгу, гідрокрекінгу і вісбрекінгу, коксування і виробництво бітуму, а також модернізувати установки гідроочищення і каталітичного риформінгу, побудувати установки ізомеризації та алкілування з метою забезпечення випуску високоякісних моторних палив.

На другому етапі необхідно забезпечити будівництво установок деасфальтації, деметалізації і коксування гудрону, гідрокрекінгу вакуумного газойлю і деасфальтизатів.

Хімічна і нафтохімічна промисловість є однією з найважливіших галузей, без продукції якої сьогодні не обходиться жодна галузь національної економіки та домогосподарство.

Україна має потужну сировинну базу природного та техногенного походження. Основною сировиною для хімічної промисловості є сірка, каїніт, ільменіт, бішофіт та розчини солей. До критичного імпорту первинної хімічної сировини належать природний газ, каучук, фосфорити, продукти нафтопереробки і органічного синтезу. Крім того, хімічною сировиною є кам'яне та буре вугілля, лігніти, відходи чорної та кольорової металургії, харчової та деревообробної промисловості, продукція сільського господарства.

Ступінь залежності галузі від імпорту сировини становить 75 відсотків. Основну номенклатуру хімічної продукції становлять аміак, карбамід, сірчана кислота, каустична та кальцинована сода. На експорт постачається до 70 відсотків виробленої хімічної продукції. Обсяги імпорту хімічної продукції вдвічі перевищують обсяги її експорту, різниця між обсягами імпорту і експорту свідчить про наявність потенціалу галузі з метою створення умов для імпортозаміщення.

Галузь майже повністю приватизована, однак у сучасних економічних умовах потребує спеціальної державної підтримки. В державній власності залишилися в основному галузеві науково-дослідні інститути, вищі навчальні заклади та нерентабельні підприємства (банкрути або ті, що перебувають на межі банкрутства).

Основними напрямами подальшого розвитку хімічної і нафтохімічної промисловості є:

переорієнтація на потреби внутрішнього ринку і реалізація активної політики створення імпортозамінного виробництва (хімічної сировини та готової продукції);

інтенсифікація процесів переробки базової хімічної продукції у кінцеву товарну продукцію виробничого та побутового призначення, нарощування випуску продукції з більшою часткою доданої вартості;

забезпечення випереджального розвитку підприємств, що випускають хімічну продукцію для сільського господарства, харчової та переробної промисловості;

впровадження інновацій у традиційні технологічні процеси;

вдосконалення лабораторної та конструкторської бази;

створення нових технологій і товарів з більш високими якісними характеристиками і властивостями, використання наукових досягнень у сфері нанотехнологій, наноматеріалів і композитних матеріалів, відтворення сектору малотоннажної хімії (для потреб машинобудування);

поступове (з будівництвом нових підприємств) виведення з експлуатації екологічно небезпечних і шкідливих виробництв, морально застарілого та фізично зношеного обладнання з одночасним впровадженням нових маловідходних, ресурсозберігаючих та екологічно прийнятних технологій, що здатні забезпечити селективність перетворень хімічної сировини у цільові продукти;

створення та впровадження робототехніки у складних технологічних, трудоємних та шкідливих для здоров'я обслуговуючого персоналу процесах виробництва.

Вплив нафтового виробництва на довкілля

Забруднення навколишнього середовища нафтою й нафтопродуктами є одним з найбільш масштабних і небезпечних видів впливу людини на навколишнє середовище. Промисловість, транспорт, оборонний комплекс - практично всі ланки економічної інфраструктури зіштовхуються із проблемою забруднення навколишнього середовища нафтопродуктами в процесі виробництва і в аварійних ситуаціях.

Прийнятий повсюдно підхід до ліквідації забруднень нафтопродуктами, по суті, є лише передислокацією проблем з одного місця на інше. Оскільки застосовувані сьогодні засоби хоч і дозволяють ліквідувати забруднення, але вимагають утилізації або поховання відходів, забруднених нафтопродуктами, створюючи в такий спосіб екологічні проблеми на іншій території, не вирішуючи їх у корені.

Сучасні масштаби розвитку економіки і, пов'язаний із цим ріст забруднення навколишнього середовища, ставлять під погрозу екологічну рівновагу і здоров'я націй. Це вимагає пошуку нових засобів боротьби із забрудненням навколишнього середовища, що дозволяють повністю ліквідувати забруднення, без необхідності вивозу, переробки, знешкодження або поховання відходів, а також відновлюють і стимулюють процеси самовідновлення природних екосистем.

Метою роботи є дослідження принципів і методів захисту навколишнього природного середовища від забруднення нафтою і нафтопродуктами.

Об'єктом дослідження є властивості нафти, нафтопродуктів та їх похідних.

Предмет дослідження - вплив нафтопродуктів на довкілля і науково - обґрунтовані засоби боротьби з забрудненням довкілля.

10. Забруднення довкілля при переробці нафтопродуктів

Переробку сирої нафти роблять для одержання наступних первинних продуктів: гасу, бензину, мазуту, солярового і мастильних масел, вазеліну, парафіну, нафтового бітуму, гудрону, коксу. Шляхом переробки первинних продуктів одержують вторинні нафтопродукти: крекінг-бензин, ефір, бензол, толуол та ін. (усього більше 250 видів).

Сиру нафту переробляють у такий спосіб. Спочатку її обезводжують, обезсолюють і очищують від піску шляхом тривалого відстоювання в підігрітому стані. Воду відокремлюють термохімічним або електричним способом. При термохімічному способі в нагріту до 50-70єС нафтову емульсію водять деемульгатори. При електричному способі впливають на емульсію електричним полем високої напруги.

Одним з головних джерел забруднення морів і океанів є судна, на котрі припадає більше половини безпосереднього скиду вуглеводнів

Трубопровідний транспорт відноситься до високоефективних видів транспорту для транспортування рідкого палива, природного газу, різноманітних хімічних продуктів. Лінії трубопровідного транспорту можуть прокладатися між будь-якими пунктами по найкоротшому напрямку в порівнянні з іншими шляхами сполучення, і з можливим подоланням великих водних перешкод. Видатки на будівництво 1 км трубопровідної лінії в 2 рази менше, ніж на будівництво залізниці або автомобільного шляху відповідної провізної можливості, менше і витрати металу на одиницю роботи по перевезенню. Експлуатація трубопроводів безперервна, надійна і не залежить від кліматичних умов.

Експлуатаційні витрати, внаслідок відсутності рухомого складу і наявності постійних приладів, дозволяють транспортувати нафту і нафтопродукти по трубопроводах у 2-3 рази дешевше, ніж по залізниці або річкових шляхах.

Довжина магістральних нафтопродуктопроводів і нафтопроводів у 1992 р. складала більш 2000 км, а вантажообіг - 56,5 млрд. тис. км. Відносна вага нафто- і нафтопродуктопроводів у вантажообігу всіх видів транспорту в Україні складає 5%.

Діючі нафтопроводи: Долина (Івано-Франківська область) - Дрогобич (Львівська область), Прилуки (Чернігівська область) - Кременчук - Херсон, Кременчук - Черкаси, Лисичанськ - Кременчук - Херсон - Снігурівка - Одеса. Через західні області України прокладено транс'європейський нафтопровід "Дружба".

Однак розвитку мережі магістрального трубопровідного транспорту для перекачування нафти і нафтопродуктів недостатньо. На території України залізничним транспортом завозиться близько 20 млн. т нафтопродуктів і більше 30 млн. т сирої нафти поступає по трубопроводах з використанням танкерного флоту.

Існують специфічні аспекти негативного впливу трубопровідного транспорту на довкілля - перш за все, значна смуга землі, по якій проходить траса, відчужується на користь цього виду транспорту. При будівництві паралельно трасі трубопроводу ще й лінії електромережі смуга відчуження значно розширюється. Найбільш небезпечне будівництво трубопроводів у північних районах. Ці трубопроводи мають великі довжини, і в умовах вічної мерзлоти не можуть бути надійно покладені в траншеї, як у середніх широтах. Проблема полягає також і в тому, що транспортовані по трубопроводах нафта та газ несуть тепло, яке викликає танення грунту біля трубопроводу. Втративши опору, трубопровід просідає і руйнується, спричиняючи забруднення нафтою великих площ. У багатьох випадках виникають пожежі нафти чи газу, які супроводжуються відчутними матеріальними збитками та значним забрудненням навколишнього середовища. Вийти з цього становища можливо двома шляхами: або підйомом трубопроводу над землею на стояках, або надійною теплоізоляцією труб.

Токсичність нафти і нафтопродуктів для риб коливається в широких межах. Гостре отруєння більшості видів риб наступає при концентрації емульгованих нафтопродуктів 16 - 97 мг/л. Неочищена бакинська нафта викликає загибель осетрових при концентрації 100 - 200 мг/л, а при 50 мг/л спостерігається зниження їх зростання і розвитку. З костистих риб до нафти чутливіша памолодь жереха і судака, для яких токсичні концентрації її перевищують 60 мг/л. Стійкіші сом, сазан і вобла. Вони гинуть при концентраціях 200 мг/л. Средньолетальні концентрації нафтових фракцій, в яких переважають толуол, бензол і ксилол, складають для карасів 19,8 мг/л (експозиція 48 годин). Бензин і дизельне паливо токсичні для памолоді форелі в концентраціях 40 - 100 мг/л.

Личинки і памолодь риб найбільш чутливі до дії нафти, розливи якої можуть погубити ікру риб і личинки, що знаходяться на поверхні води, а памолодь - в дрібних водах.

Безхребетні є хорошими індикаторами забруднення від скидів через свою обмеженість в пересуванні. Вплив розливів нафти на безхребетні може тривати від тижня до 10 років. Це залежить від виду нафти; обставин, при яких відбувся розлив і його впливи на організми. Колонії безхребетних (зоопланктон) у великих об'ємах води повертаються до колишнього (до розливу) стану швидше, ніж ті, які знаходяться в невеликих об'ємах води. Це відбувається із-за великого розбавлення викидів у воді.

Рослини із-за своєї обмеженості в пересуванні також є хорошими об'єктами для спостереження за впливом, який надає на них забруднення навколишнього середовища. Опубліковані дані про вплив розливів нафти містять факти загибелі дерев, морської трави, більшості водоростей, сильного тривалого руйнування від солі живності боліт і прісноводих; збільшення або зменшення біомаси і активності до фотосинтезу колоній фітопланктону; зміна мікробіології колоній і збільшення числа мікробів. Вплив розливів нафти на основні місцеві види рослин може продовжуватися від декількох тижнів до 5 років залежно від типу нафти; обставин розливу і видів, які постраждали. Робота по механічному очищенню забруднених місць може збільшити відновний період на 25%-50%. Для повного відновлення лісу потрібно 10-15 років. Рослини в товщі води великого об'єму повертаються до первинного (до розливу нафти) стану швидше, ніж це відбувається з рослинами в менших водоймищах.

Вплив нафтопродуктів на здоров'я людини

Токсичність нафтопродуктів і газів, що виділяються з них, визначається, головним чином, поєднанням вуглеводнів, що входять в їх склад (ароматичні вуглеводні, феноли і т. д.). Важкі бензини є токсичнішими в порівнянні з легкими, а токсичність суміші вуглеводнів вища за токсичність її окремих компонентів. Значно зростає токсичність нафтопродуктів при переробці сірчистих нафт. Найбільш шкідливою для організму людини є комбінація вуглеводню і сірководню. В цьому випадку токсичність виявляється швидше, ніж при ізольованій їх дії.

Високонебезпечними (санітарний клас 2) отруйними компонентами нафти і газу є меркаптани, оксиди азоту, сірководень; помірно небезпечними (санітарний клас 3 ) - метанол, діоксид сірки. Оксиди вуглецю і всі граничні вуглеводні відносяться до малонебезпечних (санітарний клас 4). Надзвичайно небезпечними (санітарний клас 1) є ванадій, нікель і інші важкі метали нафт.

По характеру дії на людину токсиканти нафтопромисловості розділяють на три види:

1) нервові (важкі вуглеводні, сірководень, меркаптани, тетраетілсвінец);

2) дратівливі (оксиди азоту і сірки);

3) кров'яні (монооксид вуглецю, утворюючий стійкий карбоксигемоглобін).

Біологічні методи знешкодження промислових і твердих побутових відходів дедалі ширше застосовуються в нашій країні й особливо за кордоном. Ці методи ґрунтуються на здатності різних штамів мікроорганізмів у процесі життєдіяльності розкладати чи засвоювати у своїй біомасі багато органічних забруднювачів. У процесі біознешкодження відбувається вторинне забруднення атмосферного повітря продуктами гниття клітин мікроорганізмів -- сірководнем і аміаком.

Біологічне очищення найчастіше використовують для нейтралізації органічних токсикантів і важких металів, а також азотних і фосфорних сполук у ґрунтах. Біологічні методи можна умовно поділити на мікробіодеградацію забруднювачів, біопоглинання і перерозподіл токсикантів.

Мікробіодеградація -- це деструкція органічних речовин певними культурами мікрофлори, внесеними у ґрунт або воду. Процес біорозкладання відбувається з помітною швидкістю за оптимальних температури й вологості. Мікробіодеградацію можна використовувати в усіх випадках, де природний мікробіоценоз зберіг життєздатність і видове розмаїття. Хоч процес іде вкрай повільно, його ефективність висока.

Біопоглинання -- це здатність деяких рослин і найпростіших організмів прискорювати біодеградацію органічних речовин чи акумулювати забруднення в клітинах.

Біологічні методи очищення від нафтозабруднень використовують досить рідко, оскільки для біорозкладу нафти під дією штучно культивованої мікробіологічної культури необхідні тривалий час і підвищені температури.

Размещено на Allbest.ru

...