Производство битума

Производство битума основывается следующие способы получения нефтянных битумов :атмосферно-вакуумная перегонка сырой нефти с получением остатка, называемого гудроном, который при переработке высокосмолистых нефтей представляет собой остаточный битум; окисление нефтяных остатков -гудронов , крекинг остатков кислородом воздуха, при этом получают окисленные битумы;смещение остатков получающихся при переработки нефти, битумов деасфальтизации с экстратками от очистки масляных фракций -процесс получения компаундированием.

Существуют и сочетания указанных выше способов (рис-1).

Рисунок-1.Основные способы получения нефтяных битумов:

Основные способы получения нефтяных битумов

1-атмосферная и вакуумная перегонка ;2-селективная очистка;3-деасфальтизация;4-компаундирование;5-окисление;6-крекинг;7-перегонка.Линии I -нефть;II-моторные топлива; III-масляные дистилляты; IV -осадочные битумы;V-рафинат; VI -экстракт; VII-деасфальтизат; VIII-битумы деасфальтизации; IХ-компаундированные битумы;Х-окисленные;ХI-сырье на крекинг; ХII-крекинг- остаток; ХIII-битумы из крекинг-остатка;

Производство остаточных битумов.

Остаточные битумы обладают рядом положительных свойств и их производство распространенно на многих странах, но у нас мало высокосмолистых нефтей.
Поэтому производство остаточных битумов ограниченно. Однако увеличивается производство остаточных вязких дорожных битумов.

Сырьем для их производства служат мазуты,гудроны а также другие смолистые остатки образующиеся при перегонке нефти. При атмосферно-вакуумной перегонке высокосмолистой нефти ( как остаток после отбора топливных и масляных фракций) получают остаточный битум.

При перегонке нефти с меньшим содержанием смолистых веществ получают менее вязкий остаток , по свойствам отвечающий требованиям на жидкие дорожные битумы МГ 70/130, МГ 130/200.

Производство окисленных битумов.

Получение битумов методом окисления является одним из наиболее распространенным методов.Этот метод можно применять при переработке как смолистых , так и малосмолистых нефтей и получать высококачественные дорожные , строительные и специальные битумы.

В отличие от других методов (перегонной экстракции ), когда асфальтослоистые компоненты почти не изменяются, при окислении происходят существенные изменения их качественного и количественного составов. Нефтяные углеводороды окисляются одновременно в двух направлениях:

Углеводороды-кислоты-оксикислоты-асфальтогеновые кислоты; и углеводороды-смолы-асфальтены-карбены-карбоиды.
В процессе производства окисленных битумов кислород воздуха реагирует с водородом,содержащимся в сырье, образуя водяные пары. При этом соотношение С/Н повышается .Возрастающая потеря водорода сопровождается полимеризацией и сгущением сырья до заданной консистенции (марки битума).

Таблица-1. Основные свойства окисленного битума

Основные свойства окисленного битума

Окисление-процесс экзотермический .Основными факторами , влияющими на процесс окисления гудрона, являются исходная температура и продолжительность окисления, расход воздуха. Окисленные битумы получают главным образом на заводах,работающих по топливному варианту,использующих нефти,богатые легкими фракциями.

При этом применяются метод периодического окисления или непрерывного окисления в трубчатых змеевиках.Сырая нефть подвергается фракционной разгонке на атмосферно-вакуумной трубчатой установке. Получающийся остаток (гудрон) с температурой размягчения 32-40°С поступает на окислительную битумную установку.

В процессе окисления кислород взаимодействует с гудроном и его компонентами-протекает реакция дегидрополиконденсации , ведущая к образованию высокомолекулярных компонентов.

Реакция протекает в следующих двух направлениях : образование сложных эфирных групп(СOOR, где R -углеводородный радикал) и образование углеродистых связей (С-С). Отношение числа углеводородных связей к эфирным группам увеличивается с повышением температуры.

При этом меняются свойства битума.Так, при повышении температуры окисления с 210 до 250°С увеличиваются растяжимость и глубина проникания иглы , а свыше 250 °С-соответственно снижаются. Таким образом, изменяя температуру окисления и его продолжительность, можно регулировать свойства получаемого битума (таб-1, рис-2).

В зависимости от сырья , температуры и требуемой марки битума окисление производят в течении 4-60 ч. Для интенсификации процесса окисления применяется способ окисления при перемешивании или в состоянии пены , эмульсии .Большая поверхность окисления, высокая степень контакта воздуха при меньшем требовании смеси при высокой температуре (250-300 °С) изменяет характер окислительного процесса.

В последнее время предложен бескомпрессорный способ периодического или непрерывного окисления битума.Сырье при температуре 170-210 °С поступает в секции реактора, в которых установлены диспергаторы, при вращении (480-960 об/мин) они засасывают и распыляют воздух в окисляемом продукте.

Рисунок-2. Зависимость температуры размягчения и пенетрации битума от продолжительности окисления

Зависимость температуры размягчения и пенетрации битума от продолжительности окисления

Для ускорения процесса окисления применяют следующие катализаторы: хлорид цинка,меди,железа,алюминия,пятиокиси фосфора,серной кислоты,сульфидов и ряда других. Исследования в области влияния природы нефти и технологии ее переработки на свойства битумов показали, что природа нефти и качество ее промежуточного продукта(смолистого остатка: гудрона,мазута) влияют на химический состав и свойства битумов.

Так, при окислении смолистых остатков из тяжелых высокосмолистых нефтей повышении вязкости происходит в основном за счет превращения смол в асфальтены.Превращение углеводородов в смолы играет второстепенную роль.При окислении остатков из легких нефтей основным источником образования смол и асфальтенов является углеводородная часть сырья.

В этом случае битумы получаются более жесткими и хрупкими , так как в них содержатся карбены и карбоиды, а асфальтены представлены более высококонденсированными ароматическими структурами. Битумы , полученные окислением смолистых остатков из различных нефтей, значительно отличаются между собой по компонентному составу, молекулярной массе , кислотному числу и другим физико-химическим свойствам (табл-2).

Таблица-2.Основыне физико-химические свойства  битумов

Основыне физико-химические свойства  битумов

Получение битумов методом смещения (компаундирования).

В настоящее время этим методом получают большое количество дорожных битумов.Смещение, или компаундирование битумов-это вторичный процесс их переработки, который производят чаще всего на нефтеперерабатывающих заводах, или на месте потребления.

Битум или смолистый остаток ,полученный перегонкой, окислением,экстракцией или деасфальтизацией, не всегда удовлетворяет требованиям по всем показателям, предъявляемым к дорожным битумам .В этом случает путем смешения битума с другими смолистыми остатками соответствующего состава можно значительно улучшить его свойства и довести до требуемых .

Например, на заводах по переработки нефти,работающих по масляному варианту ,нефть поступает на атмосферно-вакуумную трубчатую установку, на которой выделяют топливные и масляные дистиляты, а в остатке получают гудрон с температурой размягчения 32-48 °С. Масляные дистиляты для удаления смолистых веществ подвергают очистке растворителями(фенолом).В результате очистки получают масляные рафинаты и в качестве отхода -дистилятный экстракт.

Гудрон после атмосферно-вакуумной установки для дополнительного извлечения из него тяжелых масляных составляющих (до 30% от количества гудрона)направляют на деасфальтизацию. Процесс деасфальтизации заключается в обработке гудрона жидким пропаном (пектаном или бутаном).

Ввиду того, что высокомолекулярные смолистые и асфальтеновые вещества плохо растворяются в пропане, происходит разделение на деасфальтированный гудрон и битум деасфальтизации.

В дальнейшем получение битума может производиться в двух направлениях: смешение битума деасфальтизации с дистилятами и остаточными экстрактами, или дополнительным окислением битума деасфальтизации и смешением его с дистилятным экстрактом.

Для получения битумов требуемых свойств применяют их взаимное смешение или смешение с другими смолистыми остатками, образующимися при переработки нефти и нефтепродуктов. При смешивании битумов различных свойств и происхождения необходимо,чтобы смешиваемые компоненты были близки по величине поверхностного натяжения.Смешение битумов с дегтями возможно в ограниченном количестве(15-20%).

Равномерность смешения проверяют по температуре размягчения смеси, которая должна соответствовать средневзвешенному значению температур размягчения составляющих компонентов. Технология приготовления смешанных битумов сводится к разогреву их до жидкой консистенции и смешению. Методом смешения приготовляют большинство жидких битумов.

В последнее время крупные дорожно-строительные организации в качестве добавок к битумам используют различные отходы при производстве каменноугольных дегтей и других полимеров (кубовые остатки полистирольных,кумароновых смол),отходы от регенерации отработанных смазочных масел.

Большое влияние на свойства битума оказывает технологический процесс его получения.При вакуумной перегонке и глубоком отборе масляных фракций увеличивается содержание смол.Получаемый остаточный битум обладает высокой растяжимостью при 25°С,высокой чувствительностью к изменению температуры, пластичностью (растяжимостью) при отрицательных температурах.

Погодоустойчивость зависит от природы нефти.Из высокосмолистых нефтей получают погодоустойчивые битумы, при снижении содержания асфальтосмолистых компонентов в исходной нефти погодоустойчивость остаточных битумов снижается и почти всегда ниже, чем в окисленных.

При окислении происходит интенсивное образование асфальтенов и меньше смол, что способствует повышению теплоустойчивости битума.При длительном окислении снижаются пластические свойства (растяжимость)битума. При непрерывном методе окисления получают битумы с большим содержанием смол. Битумы деасфальтизации содержат повышенное количество смол и относительно мало асфальтенов.

Изменение в групповом составе битума влияет на его физико-механические свойства. Повышенное содержание смол способствует высокой когезии и растяжимости при 25°С.Увеличение содержания асфальтенов повышает теплоустойчивость. Таким образом при получении битумов необходимо учитывать свойства нефти и смолистых остатков, выбирая такую технологию их переработки, при которой можно получить битумы требуемых физико-химических и механических свойств.

*****
РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!
*****

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Беларуская моваEnglishFrançaisDeutschКыргызчаLatviešu valodaLietuvių kalbaLëtzebuergeschRomânăРусскийУкраїнська
Optimized with PageSpeed Ninja