Органические вяжущие (стр. 4 )

Характер изменения вязкости и теплостойкости перерабатываемого сырья (гудрона) в процессе окисления показан на рис.

На нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) Российской Федерации используются различные способы получения битумов, чаще всего это окисление гудрона или его смеси с экстрактами селективной очистки масел.

Метод компаундирования пока еще не нашел должного использования на всех НПЗ, хотя имеет на это достаточное основание.

Производство нефтяных битумов основано на воздействии на нефть высокой температуры, разряжения воздуха, пара, кислорода, ПАВ.

Сырье для производства битума - гудрон или смеси гудрона с другими нефтепродуктами - получают прямой перегонкой нефти, предварительно обезвоженной и обессоленной.

Сущность перегонки заключается в разделении на фракции, различающиеся по температуре кипения.

Разделение нефти на фракции производят ступенчатым испарением и конденсации ее компонентов - фракционной разгонкой.

Технологическая схема прямой перегонки нефти приведена на рис. 1

Рис. 1. Схема прямой перегонки нефти и получение сырья (гудрон) для производства битума.

1; 3 - Нагревательные печи; 2- ректификационная колонна; 4 - вакуумная колонна; 5 - установка селективной очистки масел.

Нефть нагревают в печи 1 до температуры 300-340оС, превращая ее в пары.

Пары нефти вместе с неиспарившимся остатком поступают в ректификационную колонну 2 , где их разделяют на дистилляты.

Ректификационная колонна представляет собой стальной цилиндр высотой до 30 м и диаметром 3-4 м, внутри которого на разной высоте расположены несколько десятков тарелок, которые собирают конденсирующиеся пары.

В верхних тарелках конденсируется фракция бензина при 120оС, ниже - реактивного топлива 240 оС, керосина, лигроина, дизельного топлива.

Внизу колонны собирается тяжелый остаток - мазут.

Для отбора более тяжелых фракций - масел - мазут нагревают в печи 3, откуда он поступает в вакуумную колонну 4.

На тарелках в верхней части вакуумной колонны конденсируется дистиллят легкого солярового масла, ниже - дистилляты веретенного, машинного, автомобильного масел.

После отбора масляных дистиллятов в вакуумной колонне остается гудрон - основное сырье для производства битума.

Селективной очисткой в установке 5 дистилляты масел превращают в рафинаты и дистиллятные экстракты.

Производство битумов деасфальтизации.

После отгонки из мазута в вакуумной колонне в получившемся гудроне еще остается около 30% тяжелых масел, которые извлекают, растворяя их пропаном.

Оставшиеся после растворения пропаном смолисто-асфальтовые вещества, нерастворимые в пропане, называются битумом деасфальтизации.

На рисунке 2 показана технология производства асфальта деасфальтизации.

Рис.2. Схема производства асфальта (битума) деасфальтизации.

колонна деасфальтизации,

печь,

эвапоратор,

отпарная колонна.

Гудрон и пропан, нагретые до 200оС, вводят в колонну деасфальтизации 2, гудрон - в верхнюю ее часть, пропан - в нижнюю.

Встречные потоки гудрона и пропана интенсивно перемешиваются, масла растворяются в пропане и более легкий раствор из верхней части колонны поступает на селективную очистку, в результате которой получается очищенное масло - рафинат.

Смесь смолисто-асфальтовых фракций, как более тяжелая, скапливается в нижней части колонны, откуда идет на очистку от примеси пропана для чего нагревается в трубчатой печи 2, в эвапораторе 3 из смеси выпаривается основная часть пропана, а оставшаяся его часть отделяется перегретым паром в выпарной колонне 4, со дна которой отбирают битум деасфальтизации.

Выход битума деасфальтизации составляет 40 -70% от массы гудрона в зависимости от состава исходной нефти;

Вязкость битума деасфальтизации примерно соответствует по глубине проникания иглы 25оС марке 40/60.

При необходимости менее вязкого битума битум деасфальтизации смешивают с дистиллятным и остаточным экстрактом из атмосферно-вакуумной установки или с исходным гудроном.

Производство остаточного битума.

Остаточные маловязкие битумы могут быть получены на атмосферно - вакуумной установке при переработке смолистой малопарафинистой нефти ароматического ряда.

При таком сырье тяжелым остатком в вакуумной колонне будет не гудрон, а остаточный битум с вязкостью 200/300.

Остаточный битум вязкости до 40/60 получают более полным отбором масляных фракций из гудрона, что возможно при высокой температуре, более глубоком вакууме, при одновременной обработке перегретым паром.

Схема установки для получения остаточного вязкого битума приведена на рисунке 3.

Гудрон из атмосферно - вакуумной установки нагревают до 300оС в трубчатой печи, откуда он поступает в колонну глубокого вакуума.

Рис.3 Схема производства остаточного битума.

В колонне глубокого вакуума гудрон обрабатывается перегретым паром, что способствует более полному отбору масляных фракций.

Дистиллят отобранных масел идет на очистку, остаточный битум из нижней части колонны перекачивают в хранилище.

Производство окисленного битума.

Вязкий битум получают, окисляя гудрон продувкой через него воздуха при температуре 220 - 260оС.

Повышение вязкости битума при этом происходит вследствие окисления смол и асфальтенов и увеличения их количества в битуме.

В зависимости от вида перерабатываемой нефти, состава и свойств получившегося гудрона, для его окисления выбирают конструкцию окислительной установки, в наибольшей степени соответствующую технологии НПЗ.

В практике применяют следующие конструкции окислительных установок:

-окислительный куб,

-трубчатый вертикальный реактор,

-реактор колонного типа,

-бескомпрессорный окислительный реактор.

На рисунке 4 приведена схема окислительной установки с реактором колонного типа.

Рис.4. Схема производства окисленного битума.

Гудрон, нагретый в трубчатой печи перегоняют компрессором в колонный окислительный реактор, размеры которого различны в зависимости от требуемой производительности: высота от 4 до 25 м, диаметр от 0,8 до 3 м

Воздух подают через трубу с многочисленными отверстиями маточник и он превращается в пузырьки или воздушную пыль, благодаря чему площадь соприкосновения воздуха с гудроном становится очень большой, что ускоряет процесс окисления.

Самые вязкие марки дорожного битума получают за 5-6 часов продувки.

Производство окисленного вязкого битума

в бескомпрессорной установке.

При потребности битума в малом количестве (до 10 т в час) дорожники сами могут производить окисленный битум из гудрона любых дорожных марок в бескомпрессорных реакторах.

На рисунке 5 приведена схема окислительного реактора бескомпрессорного типа, представляющего собой цилиндр 1, с несколькими отсеками, отделенными друг от друга гидравлическими перегородками 2.

- корпус реактора, - гидравлик, - электродвигатель, - вариатор, - диспергатор.

 

Рис.5. Реактор бескомпрессорного оксиления гудрона:

Реактор заполняют гудроном на 2/3 объема и продувают воздухом, который засасывается диспергатором - крыльчаткой 5 через вариатор 4. Крыльчатку вращает электродвигатель 3.

Процесс окисления и выход готового битума идут непрерывно, окисляемый гудрон через гидравлическую перегородку переливается последовательно через все отсеки и окисляется кислородом воздуха, который засасывается крыльчаткой.

Производство битума методом компаундирования (смешения)

Получение битума по методу смешения (компаундирования) основано на смешении нефтепродуктов различной вязкости - остаточных и окисленных битумов, асфальтенов деасфальтизации, экстрактов, гудрона.

Битумы деасфальтизации содержат много смол; гудрон содержит много масел; оксиленные битумы содержат много асфальтенов.

Смешением этих компонентов в различных соотношениях получают компаундированный битум требуемых состава и свойств.

Кроме того, компаундирование - наиболее удобный процесс для введения в битум добавок ПАВ, модификаторов и др., а так же для заводского приготовления разжиженного битума.

Технологическая схема производства битума методом компаундирования приведена на рисунке 6.

Рис.6. Технологическая схема производства битума

методом компаундирования (смешения).

Окисленный и остаточный битум, асфальт деасфальтизации, являющиеся сырьем для компаундирования, из резервов - хранилищ перекачивают в смесители в расчетных соотношениях, в эти же смесители добавляют ПАВ или другие компоненты, например модификаторы, синтетические смолы.

Смешение ведут с непрерывным контролем получающейся вязкости смеси битумов и по достижении заданной вязкости компаундированный битум перекачивают в емкости - хранилища и раздаточные.

Объединение нескольких емкостей с разными видами битума и добавок в единую систему с трубопроводами, кранами и компрессорами позволяют смешивать компоненты компаундированного битума в любых соотношениях, окислять их до смешения или в смешенном состоянии, перемешивать до полной однородности.

§ 5. БИТУМЫ ВЯЗКИЕ, ЖИДКИЕ, СЛАНЦЕВЫЕ, ПРИРОДНЫЕ.

Показатели свойств нефтяных битумов.

Марка битума	Температура размягчения оС, не менее	Глубина проникания иглы 25оС, 0,1 мм	Растяжимость см, при 25оС, не менее
Дорожные битумы, П25/ П25
БНД 40/60	51	40/60	40
БНД 60/90	47	60 /90	50
БНД 90/130	43	90/130	60
БНД 130/200	39	130/200	65
БНД 200/300	35	200/300	-
Строительные битумы, КиШ/П25
БН 50 /50	50	41-60	40
БН 70/30	70	21-40	3
БН 90/10	90	5-20	1
Кровельные битумы, КиШ/П25
БНК 45/130	40-45	140-120	не нормир.
БНК 90/40	85-95	35-45	-“-
БНК 90/30	85-95	25-35	-“-