Технология получения вязких и жидких дорожных битумов и методы их улучшения

Сырьем для производства вязких дорожных нефтяных битумов является нефть — жидкое горючее ископаемое, представляющее собой смесь углеводородов и их соединений с кислородом, серой, азотом.

Используемые для производства дорожных битумов нефти классифицируют по двум признакам:

  • ? содержанию смол: высокосмолистые (более 20 %), смолистые (8...20 %), малосмолистые (менее 8 %);
  • ? содержанию парафинов: высокопарафинистые (более 6 %), малопарафинистые (менее 6 %).

Лучшими являются высокосмолистые малопарафинистые нефти с небольшим содержанием серы.

Нефть перерабатывают на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) с целью получения горючесмазочных материалов: бензина, керосина, лигроина, дизельного топлива, моторных масел и других веществ. Для этого нефть подвергают фракционной разгонке в установках атмосферной или атмосферно-вакуумной перегонки. Широкое применение находит крекин- гование (крекинг-процесс) тяжелых остатков после разгонки нефти. В результате обработки отходов перегонки нефти получают нефтяные битумы.

Производство вязких дорожных битумов

Технологические процессы производства вязких дорожных битумов основаны на воздействии на остаточные после перегонки нефти гудроны повышенной температуры воздуха, пара, различных окисляющих добавок.

После получения бензина, керосина, лигроина, дизтоплива, масел в виде остатка образуется мазут (перегоняется при температуре 330...350 °С). Для того чтобы выделить из него высококипящие фракции (масла), мазут подвергают перегонке при температуре более 500 °С и обрабатывают в установке

Принципиальная схема производства битумов

Рис. 7.3. Принципиальная схема производства битумов:

1 — хранилище нефти; 2 — трубчатая печь; 3 — ректификационная колонна; За — атмосферно-вакуумная установка; 4 — установка очистки масел; 5 — окислительная установка; 6 — крекинговая

установка

с применением вакуума (рис. 7.3). В результате образуется остаточный продукт — гудрон, после обработки которого в крекинговой установке образуются бензин, керосин и крекинг-остаток. Последний используют как остаточный жидкий дорожный битум марок МГ 40/70, МГ 70/130, а также в качестве сырья для получения вязких дорожных остаточных крекинг-битумов.

Крекингование — химическое расщепление молекул тяжелой части нефти (мазута, гудрона), в результате которого повышается выход более легких (бензино-керосиновых) углеводородов. В остатке получают смолистые вещества. Крекинг-процесс был предложен в 1882 г. Д.И. Менделеевым, а в 1891 г. запатентован В.Г. Шуховым. Крекинг-процесс происходит при нагревании нефтепродуктов до 425...650 °С и давлении до 5 МПа.

В зависимости от вида нефти и технологического режима ее переработки получают следующие виды битумов: остаточные, окисленные и компаундированные.

Для производства остаточного вязкого битума желательно использовать высокосмолистые малопарафинистые нефти.

Производство остаточных битумов. Производство остаточных битумов основано на концентрации асфальтенов и смол, содержащихся в гудроне, путем отгона из него части углеводородов. Гудрон перегоняют в установке глубокого вакуума в присутствии перегретого водяного пара. Перегретый водяной пар, повышенный вакуум и температура нагрева (420...430 °С) позволяют полнее выделить из гудрона масляные фракции и получить вязкие остаточные битумы.

Технологическая схема получения остаточного вязкого битума показана на рис. 7.4. Нефть нагревают в печи 1, затем она поступает в ректификационную колонну 2. Мазут из этой колонны нагревают, и он идет в вакуумную колонну 3.

Технологическая схема получения вязкого остаточного битума

Рис. 7.4. Технологическая схема получения вязкого остаточного битума:

1 — нагревательная печь; 2 — ректификационная колонна; 3 — вакуумная колонна; 4 — установка глубокого вакуума

Полученный гудрон поступает в колонну глубокого вакуума 4, где из него отгоняют масляные фракции, а в остатке получают битум. В ряде случаев маловязкие остаточные битумы могут быть получены сразу после перегона нефти на атмосферно-вакуумных трубчатых установках.

Производство окисленных битумов. Производство окисленных битумов основано на окислении сырья кислородом воздуха в реакторах битумных установок. В качестве сырья используют в основном гудроны. В ряде случаев в них добавляют некоторые остатки от переработки нефти и нефтепродуктов.

В настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах вязкие дорожные битумы производят на битумных установках с реактором колонного типа или со змеевиковым реактором (рис. 7.5). Сырье через теплообменник и нагревательную печь 1 подают в реактор 2. Высота реактора колонного типа может быть в пределах 4...25 м, диаметр — 0,8...3 м. От размеров реактора зависит производительность установки. Воздух поступает в реактор через маточник, расположенный внизу. Форма реактора позволяет полнее использовать кислород воздуха, вступающий в реакцию с компонентами сырья. Готовый битум поступает в емкость для хранения и розлива битума.

Отработанный газ из верхней части реактора идет в конденсатор-холодильник, где его охлаждают водой. Сконденсировавшиеся продукты используют в качестве топлива, а несконденсировавшиеся — сжигают. Температура окисления

Технологическая схема битумной установки с реактором колонного типа для получения окисленного битума

Рис. 7.5. Технологическая схема битумной установки с реактором колонного типа для получения окисленного битума:

1 — нагревательная печь; 2 — реактор

Технологическая схема битумной установки с реактором змеевикового типа

Рис. 7.6. Технологическая схема битумной установки с реактором змеевикового типа:

  • 1 — нагревательная печь; 2 — емкость для горячего сырья;
  • 3 — смеситель; 4 — реактор; 5 — испаритель

зависит от вида сырья и находится в пределах 200...260 °С. Расход воздуха составляет около 300 м3 на 1 т сырья.

Технологическая схема битумной установки с реактором змеевикового типа показана на рис. 7.6. Исходное сырье поступает в нагревательную печь 1, где его нагревают до 260 °С. Отсюда сырье подают в емкость для горячего сырья 2, а затем в смеситель 3. Сюда же поступает часть окисленного битума и сжатый воздух. Дальше смесь идет в реактор 4. Окисление начинается в смесителе и продолжается в реакторе. Реакция окисления сырья кислородом воздуха протекает в трубах змеевика реактора в пенной фазе. Температура окисляемого сырья около 280 °С. Продукты реакции из реактора поступают в испаритель 5, где происходит разделение жидкости и газообразной фазы. Отработанные газы поступают в воздушный холодильник, а потом в сепаратор. Сконденсировавшаяся часть нефтепродуктов из сепаратора поступает в емкости для топлива, а несконденсировавшиеся газы сжигают. В испарителе накапливается окисленный битум. Часть этого битума поступает в холодильник, а оттуда — в емкости для хранения и розлива битума. В холодильнике битум охлаждается до 170 °С.

Из приведенных двух типов установок наиболее эффективной является установка с реактором колонного типа.

Для производства битумов используют битумные установки разной производительности. Малотоннажные установки, устанавливаемые, как правило, на территории асфальтобетонных заводов, имеют производительность до 15 тыс. т битума в год. Обычно это установки с реактором колонного или беском- прессорного типа.

Технологическая схема производства окисленного вязкого дорожного битума в установке с реактором бескомпрессорного типа приведена на рис. 7.7. Сырье из хранилища 2 поступает в подготовительные котлы 3, где его обезвоживают, а затем за-

Технологическая схема битумной установки с реактором бескомпрессорного типа

Рис. 7.7. Технологическая схема битумной установки с реактором бескомпрессорного типа:

  • 1 — железнодорожные цистерны с нефтью; 2 — хранилище нефти; 3 — подготовительные котлы; 4 — реакторы;
  • 5 — приемные емкости; 6 — раздаточная емкость
Схема реактора бескомпрессорного типа

Рис. 7.8. Схема реактора бескомпрессорного типа:

1 — электродвигатель; 2 — вариатор; 3 — диспергатор

качивают в реактор 4 (рис. 7.8). Реактор заполняют сырьем на 2/3 объема. Диспергаторы всасывают воздух и распыляют его в сырье.

При получении окисленных битумов имеет место химическая переработка сырья. При окислении тяжелых остатков нефти идут следующие превращения: масла переходят в смолы, а смолы — в асфальтены. Наиболее интенсивное окисление компонентов нефти наблюдается в начальный период процесса, в дальнейшем он замедляется. При окислении кислород воздуха отщепляет атомы водорода с образованием углекислого газа и воды, которые впоследствии удаляются.

Исследования свойств битумов, полученных из гудронов, богатых масляными фракциями, показали, что такие битумы имеют пониженную температуру хрупкости, большую температуру размягчения при меньшей вязкости и высокие вязкопластические свойства при низких температурах. Битумы, полученные глубоким окислением, отличаются повышенным содержанием асфальтенов, что делает их более теплоустойчивыми, но менее пластичными.

Производство компаундированных битумов. Изготовление компаундированных битумов на нефтеперерабатывающих заводах основано на глубоком окислении асфальтов деасфальтизации и последующей пластификации их экстрактами селективной очистки масел. Технология изготовления компаундированных битумов заключается в том, что асфальт деасфальтизации или его смесь с гудроном окисляют в битумной установке до температуры размягчения 70... 130 °С по методу кольца и шара (КиШ), а затем пластифицируют окисленный продукт экстрактами селективной очистки масел, получая в результате битумы марок БНД.

В перспективе для повышения экономичности битумных установок, сокращения транспортных расходов по доставке битума и улучшения его качества целесообразно строить установки производительностью 100...250 тыс. т битума в год и доставлять его к месту использования в горячем виде автобитумовозами на расстояние до 300 км.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >