Битумы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология получения битумов

Существует три способа получения нефтяных битумов:

концентрирование нефтяных остатков перегонкой их в вакууме (остаточные битумы);

окисление кислородом воздуха тяжёлых нефтяных остатков - гудронов, полугудронов, крекинг-остатков, масляных экстрактов;

компаундирование продуктов, полученных первыми двумя способами.

Рассмотрю эти способы последовательно.

Остаточные битумы вырабатывают из мазутов с высокой концентрацией асфальтосмолистых веществ вакуумной перегонкой как остаток этой перегонки.

Модернизации установок АВТ было посвящено много работ, направленных на совершенствование схем установок.

При окислении гудронов или остаточных битумов кислородом воздуха лучшие сорта битумов получают из остатков высокосмолистых малопарафинистых нефтей, содержащих многокольчатые нафтеноароматические углеводороды. При окислении же остатков парафинистых ароматезированных смолистых нефтей образуется повышенное количество асфальтенов и карбенов, и битум становится более хрупким.

Присутствие серы и её соединений в сырье улучшает качество окисленных битумов.

Основными параметрами процесса окисления являются температура, расход воздуха и давление.

Температура. Чем выше температура, тем быстрее протекает процесс окисления, но при слишком высокой температуре ускоряется образование карбенов и карбоидов. Обычно температуру окисления поддерживают на уровне 250-280?С для остатков из высокосмолистых асфальтовых и смешанных нефтей и на уровне 270-290?С для остатков парафинистых нефтей.

Расход воздуха. Чем он больше, тем меньше требуется времени на окисление. При чрезмерно большом расходе воздуха температура в окислительной колонне может возрасти выше допустимой. Поэтому расход воздуха является основным регулирующим параметром для поддержания нужной температуры. Общий расход воздуха зависит от химического состава сырья и качества получаемого битума и составляет от 50 до 400 мі/т битума.

Давление в зоне реакции при его повышении интенсифицирует процесс, и качество окисленного битума улучшается. В частности, повышается пенетрация битума при неизменной температуре размягчения. Обычно давление колеблется от 0,3 до 0,8МПа. При окислении под давлением можно использовать сырьё с малым содержанием масел и получать битумы с достаточно высокими растяжимостью, пенетрацией и интервалом пластичности.

Сырьё (гудрон) насосом 7 подаётся через теплообменник 6 и змеевик трубчатой печи 5 в реакционное пространство окислительной колонны 1. В нижнюю часть этой колонны воздушным компрессором нагнетается сжатый воздух VII. Окисленный битум III снизу колонны протекает в промежуточный сепаратор 2, откуда забирается насосом. Этим же насосом большая часть продукта подаётся на циркуляцию в линию сырья после теплообменника 6, а балансовое количество, пройдя теплообменник 6, поступает в ёмкость или на разлив. Меняя расход циркулирующего продукта, можно достигать различной глубины окисления и получать битумы разных марок.

Газообразные продукты окисления по выходе сверху колонны 1 и промежуточного сепаратора 2 отводятся в конденсатор - холодильник. Газожидкостная смесь разделяется в сепараторе 3, снизу которого побочный продукт - соляр IX откачивается в приёмник. Газы, выходящие из сепаратора 3, используют как топливо в трубчатой печи, либо через конденсатор смешения 4 и вытяжную трубу выбрасывают в атмосферу VII. На многих битумных установках эти газы сжигают во вспомогательной печи дожига.

Технологический режим процесса следующий:

Температура, °С:

сырья на выходе из печи 180-250.

в окислительной колонне, не выше 290.

битума на выходе из холодильника 170-200.

налива битума в цистерны 170-180.

Давление МПа:

в окислительной колонне 0,3-0,8.

Расход воздуха, мі/т битума 50-400.

Тепловой эффект процесса к Дж/кг битума 168-202.

Содержание кислорода в газообразных продуктах окисления, % - 3-11.

Отношение рециркуляции: сырьё 6:1.

Основным аппаратом является окислительная колонна диаметром 3400мм и высотой 21500мм.

Компаундирование - этот способ является завершающей стадией получения битумов и используют в качестве компонентов как битумы, полученные в виде остатков вакуумной перегонки, так и окисленные битумы.

Кроме того, одним из важных компонентов компаундов являются экстракты селективной очистки дистиллятных масел и деасфальтизаты, так как, являясь концентратом полициклической многокольчатой ароматики, они придают битуму эластичность и хорошую растяжимость.

В качестве примера такой комплексной схемы получения битума показаны блоки окисления гудрона и асфальта деасфальтизации и компаундирования окисленных битумов с экстрактом селективной очистки и поверхностно.

Окислению подвергают гудрон I и асфальт II. Они нагреваются в печах П-1 и П-2. Из ёмкостей Е-1 и Е-2 нагретый гудрон и асфальт подаются в смесители М-1, М-2, М-3, М-4, где смешиваются с воздухом (воздух подаётся воздуходувкой В) и поступают в трубчатые реакторы окисления Р-1, Р-2, Р-3 и Р-4, после чего направляются в испарительные колонны К-1 и К-2. В этих колоннах отгоняется вся парогазовая смесь от жидкой, которая затем разделяется в колонне К-3 на газы окисления (дожигаются в печи П-2) и лёгкую углеводородную фракцию (отгон) VI. Окисленный битум частью рециркулирует в исходное сырьё, а балансовое количество окисленного гудрона идёт в парк. Окисленный асфальт по пути смешивается в М-5 с экстрактом деасфальтизата III и поверхностно - активными веществами IV и поступает в ёмкости Е-7 + Е-14 парка. В этих же ёмкостях предусмотрено получение жидких (медленно густеющих) битумов циркуляцией битума из ёмкостей Е-7 + Е-14 через смеситель М-6, куда подаётся разжижителем фракция 160-300єС (V).

Из парка (ёмкости Е-3 + Е-14) производится налив битумов в битумовозы строительного (VII), дорожного вязкого (VIII) и дорожного жидкого (IX) и в другие транспортные средства (X и XI).

Технологический режим такой установки:

Температура, єС:

сырья на входе в установку 100-120,

окисления в Р-1 + Р-4 260,

битума после Х-2,Х-3, Х-4 170,

Давление, Мпа:

воздуха на входе в смесители 0,9,

смеси на входе в Р-1 + Р-4 0,8.

Расход воздуха, мі/мі продукта 100-150

Отношение рециркулят: сырьё 6:1.

Мощность установок производства битума от 120 до 500 тыс. т/год. Материальный баланс подобной установки переработки смешанного сырья приведён в следующей таблице

Таблица 1 - Материальный баланс установки переработки смешанного сырья

Характеристики, свойства, марки

Нефтяные битумы - это жидкие, полутвёрдые и твёрдые нефтепродукты, представляющие собой коллоидную смесь мальтенов, смол и асфальтенов. Сырьём для битумов являются: гудроны, крекинг - остатки и асфальтены.

Элементный состав битумов (в %):

С - 80 - 85 S - 0,5 - 7,0 N - 0,2 - 0,5

Н - 8 - 11 О - 0,2 - 4,0 Ме - 0,01 - 0,15

Групповой состав битумов определяет следующие их качества:

асфальтены - твёрдость и высокую температуру размягчения;

смолы - эластичность и пенетрацию;

мальтены являются средой, в которой растворены смолы и набухают асфальтены.

Физико-химические свойства нефтяных битумов характеризуются следующими основными показателями:

Пенетрация - глубина погружения в слой битума стандартной иглы при температуре 25єС за 5сек. под усилием 1000Н. Это показатель эластичности битума и степени его хрупости. Обычно для разных марок он равен 10-200мм.

Растяжимость (дуктильность) - расстояние, на которое вытягивается нить битума до разрыва при 25єС. Величина растяжимости для битумов марки БНД равна около 50см.

Температура размягчения - показатель тугоплавкости битума. Определяется методом «кольца и шара» (К и Ш) и является показателем твёрдости. Для разных марок битумов составляет от 25 до 150єС.

Температура хрупкости - температура, при которой плёнка битума, нанесённая на стальную пластинку, даёт трещины при изгибе пластинки под определённым углом. Обычно равна минус 2 - минус 30єС.

Вязкость - показатель консистенции. Должна быть как можно выше.

Адгезия - степень покрытия битумом частиц щебня после их обработки водяным паром.

Классификация битумов. Нефтяные битумы подразделяются:

по способу получения - остаточные, окисленные и компаундированные;

по области применения - дорожные, строительные и специальные;

по вязкости - жидкие, вязкие, высокоплавкие - рубраксы.

Остаточные битумы получаются концентрированием остатков нефти под вакуумом (производятся из нефтей групп 1-3). Гудроны некоторых нефтей, у которых А + С больше 30 (например, нефть месторождения Каражанбас), проходят как битумы (даже фракции с началом кипения 250єС и выше). Для остальных нефтей перегонка под вакуумом ведётся до остатков с началом кипения 480-500єС и выше. По такой технологии получают битумы марок: МГ - медленно густеющие (от МГ - 25/40 до МГ - 130/300 и БН - 50/50).

Окисленные битумы получают окислением горячего гудрона кислородом воздуха при температуре после печи 200-250єС, а в окислительной колонне за счёт выделяющегося при окислении тепла 260-290єС.

Расход воздуха - 50-400мі/т битума. Давление в колонне - около 0,3-0,5МПа. Чем выше температура и давление, тем интенсивнее окисление, но при больших скоростях образуются карбены и карбоиды.

Для дорожных битумов: выход битума - 97-98%, соляра - 0,5%, остальное газы; для строительных - выход битума меньше 94-97%.

При этой технологии получают любые марки битумов, кроме жидких.

Компаундированные битумы. Компаундирование - это завершающая стадия при получении почти всех марок битумов.

В следующей таблице приведены характеристики вязких дорожных битумов по ГОСТ 22245-90 типа БНД с пенетрацией при 25єС от 201-300 до 60-90 и, соответственно, при 0єС - от 45 до 10. Температуры размягчения и хрупости изменяются в пределах 35-51єС и минус 5 - минус 20єС соответственно. Дуктильность при 25єС - 45-80см, а при 0єС - 5-7см.

нефтяной кровельный битум марка

Таблица 2 - Характеристики вязких дорожных битумов (ГОСТ 22245-90)

Такие же битумы вырабатываются по ТУ. Отличие их состоит в значительно большей дуктильности (не менее 100см), т.е. большей эластичности, и в том, что в ТУ введены значения тех же показателей после прогрева.

Таблица 3 - Характеристика вязких дорожных битумов (ТУ 38.1011356 - 91)

Битумы строительных марок БН. Их характеристики показаны в следующей таблице:

дорожный кровельный битум марка

Таблица 4 - Характеристики строительных битумов (ГОСТ 6617-76)

Примерно такие же показатели качества установлены и для кровельных битумов марок БНК, но для них нормируется ещё и температура хрупости.

Таблица 5 - Характеристика кровельных битумов (ГОСТ 9548-74)

Изоляционные битумы. БНИ при малой пенетрации и малой дуктильности должны быть достаточно тугоплавкими (особенно для аккумуляторных мастик). Кроме того, для мастик нормируется растворимость в толуоле или хлороформе (не менее 99,5%, т.е. почти полная растворимость).

Таблица 6 - Характеристики изоляционных битумов (ГОСТ 9812-74)

И, наконец, существует две марки хрупких битумов, которые размягчаются при 100-110єС и 125-135єС, имеют мизерную пенетрацию и более жёсткие нормы по растворимости.

Таблица 7 - Характеристика хрупких битумов

Область применения битумов

Битумы предназначены для покрытия дорог, гидротехнических сооружений, покрытия кровли, электроизоляции и других нужд.

Битумы строительные марок БН применяются для гидроизоляции фундаментов зданий. Эти битумы отличаются малой пентрацией и дуктильностью и высокой температурой размягчения (от37 до 105єС), т.е. они тугоплавкие и твёрдые.

Битумы марок БНК используют как пропиточные (для получения толя и рубероида) и для покрытия крыш. Изоляционные битумы БНИ применяются для изоляции трубопроводов с целью предотвращения их от коррозии.

Хрупкие марки битумов используются в лакокрасочной, шинной и электротехнической промышленности. Для многих областей применения битума требуется, чтобы материал оставался текучим. Например, при строительстве дорог он должен хорошо смешиваться с гравием и песком. Поэтому асфальт обычно смешивают и укладывают при повышенных температурах. Чтобы упростить требования к оборудованию в местах укладки, отказавшись от работ при высоких температурах, и одновременно получить твёрдое и прочное покрытие, иногда в битум добавляют разбавитель. Разбавитель (или разжижитель) размягчает битум, что позволяет работать с ним при низких температурах. После укладки асфальта разбавитель испаряется и образуется прочное и твёрдое асфальтовое покрытие. Тип разбавителя обычно находит отражение в маркировке дистиллятных растворов битума: БГ (быстрогустеющие) и СГ (густеющие со средней скоростью). Использование дистиллятных растворов битума всегда было сопряжено с проблемами. В самом деле, разбавитель проходит через всю систему и уходит в никуда - это дорого. Кроме того, он уходит не в никуда, а в атмосферу, и, значит, загрязняет воздух.

Используемая литература

1. Уильям Л. Леффер. Переработка нефти. - Москва ЗАО «Олимп - Бизнес», 2003г. с. 143-148.

2. Мановян А.К. Технология переработки природных энергоносителей. - Москва. Химия, Колос С, 2004 г., с. 127 - 131, 190, 315 - 319.

3. Химия нефти и газа. Учебное пособие для вузов. Под ред. В.А. Проскурякова и А.Е. Драбкина.- Л. Химия, 1981г., с. 335.

Размещено на Allbest.ru