Битумное производство

Битумы (Bitumen – горная смола, лат.), твердые, полутвёрдые или жидкие  водонерастворимые смеси углеводородов с небольшой примесью их кислородных, сернистых и азотистых производных. Бывают битумы природные и искусственные, получаемые главным образом из остатков перегонки нефтей (гудрона), крекинга и очистки масел (асфальты. экстракты).
        Для классификации товарных битумов по сортам в зависимости от их качества разработаны и применяются различные методы испытания. Эти методы утверждены стандартами разных стран.

 

 

 

 

Свойства битумов

Основные параметры, характеризующие битум — это пенетрация, дуктильность, температура размягчения, вязкость, температура хрупкости.

Пенетрация — показатель, характеризующий глубину проникания иглы в битумы при определенном режиме. Пенетрация косвенно характеризует степень твердости битумов. Чем выше пенетрация битума при заданной температуре размягчения и при заданной пенетрации температура размягчения битума, тем выше его теплостойкость. Получить битумы с высокой теплостойкостью можно соответствующим подбором сырья, технологического способа и режима производства.
                  Дуктильность (растяжимость) — способность битума растягиваться в нить. Этот показатель косвенно характеризует также прилипаемость битума и связан с природой его компонентов.
Температура размягчения битумов — это температура, при которой битумы из относительно твердого состояния переходят в жидкое. Испытание чаще всего проводят методом «кольцо и шар» (КиШ). Методика определения температуры размягчения условна и научно не обоснована, но широко применяется на практике.
             Вязкость - более полно характеризует состояние битумов при различных температурах применения по сравнению с пенетрацией и температурой размягчения. Ее легко и в более короткий срок можно измерить при любой требуемой температуре производства и применения битума. Желательно, чтобы битум при прочих равных показателях обладал наибольшей вязкостью при максимальной температуре применения и имел как можно более пологую вязкостно-температурную кривую.
              Температура хрупкости — это температура, при которой материал разрушается под действием кратковременно приложенной нагрузки. Температура хрупкости характеризует поведение битума в дорожном покрытии: чем она ниже, тем выше качество дорожного битума. Окисленные битумы имеют более низкую температуру хрупкости, чем другие битумы той же пенетрации.
                

Элементный состав битумов примерно следующий: 80-85 % масс. - углерод; 8,0-11,5 % масс — водород; 0,2-4,0 % масс. - кислород; 0,5-7,0 % масс. – сера; 0,5-0,7 % масс. – азот.
  При проведении анализа компонентного состава определяют содержание в битуме масел (суммы нафтановых, нафтеновых и ароматических соединений), смол (высокомолекулярных соединений циклической и гетероциклической структуры высокой степени конденсации), асфальтенов, твёрдых парафинов.
  Масла уменьшают твёрдость и температуру размягчения битумов, увеличивают текучесть и испаряемость.
  Смолы – промежуточные вещества между маслами и асфальтенами. Они являются носителями твёрдости, пластичности и растяжимости битумов.
  Асфальтены – продукты уплотнения смол. Увеличение содержания асфальтенов в битуме увеличивает его твёрдость и температуру размягчения.
  Твёрдые парафины повышают хрупкость битумов при пониженных температурах.
  Состав битума зависит от природы нефти, состава исходного сырья и от технологии производства. Он различен для битумов одинаковой температуры размягчения, полученных из разных нефтей.
Для определения пригодности нефти для производства битумов пользуются формулами:
А+С – 2,5*П≥8 – наиболее пригодна для производства дорожных битумов;
0≤А+С – 2,5*П≤8 – пригодна для получения битума некоторых дорожных марок;
А+С – 2,5*П≤0 – возможно получение битумов только строительных, кровельных, изоляционных марок.
 А – содержание асфальтенов, % масс;
С – содержание смол, % масс;
П – содержание твёрдых парафинов, % масс.

Промышленное производство битумов

Окисленные битумы лучших сортов получают из остатков высокосмолистых малопарафинистых нефтей, главным образом из гудрона.
Основными факторами, влияющими на процесс окисления гудрона являются: природа сырья - нефти, исходная температура размягчения гудрона, содержание в нем масел, парафиновых и нафтеновых соединений, асфальтенов, температура, расход воздуха, продолжительность окисления, а также давление и уровень жидкости в реакторе.
  Температура процесса. Чем выше температура окисления, тем быстрее протекает процесс. Но при слишком высокой температуре ускоряются реакции образования карбенов и карбоидов. Остатки, полученные из высокосмолистых асфальтовых и смешанных нефтей, окисляют при 250 - 280°С, остатки парафинистых нефтей - при 270 - 290°С. В зависимости от природы сырья и требуемых свойств битумов следует подбирать соответствующую температуру окисления; для большинства видов сырья с учетом экономической целесообразности она близка к 250°С .
  Давление. Повышение давления в зоне реакции способствует интенсификации процесса окисления и улучшению качества окисленных битумов.   Дорожные битумы в реакторе колонного типа нецелесообразно получать при давлении выше 0,4 МПа вследствие резкого понижения растяжимости битумов. Окисление под давлением позволяет использовать сырье с малым содержанием масел и получать при этом битумы, обладающие достаточно высокими растяжимостью, пенетрацией и интервалом пластичности.
  Расход воздуха. Расход воздуха, степень его диспергирования и распределения по сечению окислительной колонны существенно влияют на интенсивность процесса и свойства битумов. С повышением расхода воздуха на 1т сырья до определенного значения (1,4 м3/мин) эффективность процесса повышается, затем при дальнейшем увеличении ухудшается степень использования кислорода воздуха и снижается эффективность; теплостойкость окисленных битумов при этом повышается.
  Процесс окисления остаточных фракций нефти воздухом в промышленной практике осуществляется в аппаратах разного типа: кубах периодического действия, трубчатых змеевиковых реакторах и пустотелых колоннах непрерывного действия.
  Окисление в кубе - пустотелом цилиндрическом аппарате с небольшой величиной отношения высоты рабочей зоны к диаметру осуществляют на старых установках или при производстве малотоннажных сортов битума. Этот метод используется и за рубежом.
  Окисление в трубчатом реакторе - реакторе с вертикальным расположением труб - происходит в турбулентном потоке воздуха. Движение воздуха и окисляемого сырья - прямоточное.   Прореагировавшая газожидкостная смесь поступает из реактора в испаритель, где разделяется на газы и жидкость. Газы уходят с верха испарителя на обезвреживание, а жидкая фаза - битум - из нижней части испарителя откачивается в парк.
 Окисление в колонных аппаратах. В последние годы широко применяются полые окислительные колонны в качестве реакторов непрерывнодействующих битумных установок.   Непрерывнодействующая окислительная колонна характеризуется высокой производительностью, простым конструктивным оформлением, она легко управляема в процессе эксплуатации.       Наличие на установке нескольких одинаковых колонн обеспечивает гибкость в работе, что весьма важно при широком ассортименте вырабатываемых битумов и сезонных его колебаниях.  Достоинствами процесса окисления в аппаратах колонного типа являются также возможность стабилизации теплового режима окисления за счет изменения температуры сырья, поступающего в колонны, применение компрессоров низкого давления и возможность широкой степени автоматизации.
 Остаточные битумы в России практически не производятся. Характерными признаками остаточных битумов в отличие от окисленных являются: относительно высокая плотность, высокие твердость и сопротивление разрыву, чувствительность к изменению температуры. Погодостойкие остаточные битумы получают из высокосмолистых (асфальтеновых) нефтей.
 Для получения остаточных битумов пригодны лишь определенные сорта нефтей - нафтенового и нафтеноароматического основания, т.е. тяжелые с малым содержанием парафинов.
 Производство остаточных битумов основывается на атмосферно - вакуумной перегонке отборных нефтей. Битум отводится как товарный продукт снизу вакуумной колонны АВТ. В ряде случаев на АВТ имеется дополнительная вакуумная колонна специально для получения битума. Регулируя режим процесса отбора можно получать остаточные битумы с различной пенетрацией.
 Осажденные битумы (асфальты) получают в процессе деасфальтизации гудрона. Режим деасфальтизации (температурный градиент в экстракционной колонне, соотношение пропан/сырье) регулируют в зависимости от требуемого качества битума. В таком процессе деасфальтизат (сырье для каталитического крекинга, гидрокрекинга) является уже побочным продуктом. Обычно для процесса используют нефти парафинового или смешанного основания, непригодные для непосредственного производства битумов. Процесс позволяет расширить сырьевые ресурсы битумного производства.
 Битумы из асфальта деасфальтизации содержат меньше парафинонафтеновых соединений и больше смол и асфальтенов. Это обуславливает их меньшие пенетрацию, интервал пластичности и большие растяжимость, температуру хрупкости и когезию по сравнению с битумами той же температуры размягчения, полученными окислением гудрона той же нефти.
 Также в производстве битумов используются комбинации процессов. Например, доокисление остаточных битумов. компаундирование переокисленных или осаждённых битумов.

 

© ООО "Особое конструкторское бюро" (Ростовская обл., г.Волгодонск), → tel: +7(8639)241828, +7(8639)249004, fax: +7(8639)241828, mail: