Производство нефтяных битумов

Нефтяные битумы представляют собой жидкие, полутвердые или твердые нефтепродукты, состоящие из асфальтенов, смол и масел (мальтенов): асфальтены придают твердость и высокую температу­ру размягчения; смолы повышают цементирующие свойства и элас­тичность; масла являются разжижающей средой, в которой раство­ряются смолы, набухают асфальтены.

Битумы являются с давних пор одним из наиболее известных инженерно-строительных материалов. Его адгезионные и гидрофоб­ные свойства использовались уже на заре цивилизации. В настоя­щее время области использования битумов чрезвычайно широки: дорожное строительство, изготовление кровельных материалов, стро­ительство зданий и сооружений, для изоляции трубопроводов, при­менение в лакокрасочной и кабельной промышленности, для зали­вочных аккумуляторных мастик и др.

Битумы характеризуются следующими показателями: твердо­стью (пенетрацией), температурой размягчения, растяжимостью в нить (дуктильностью), температурой хрупкости, адгезией, темпера­турой вспышки и др.

Для производства нефтяных битумов используют следующие три основных способа:

- концентрирование ТНО путем их перегонки под вакуумом (остаточные битумы).

- окисление кислородом воздуха различных ТНО (окисленные битумы).

- компаундирование остаточных и окисленных битумов и раз­ личных ТНО (компаундированные битумы).

Битумы вырабатываются в основном из тяжелых нефтяных остат­ков: гудронов, мазутов тяжелых нефтей, асфальтов деасфальтизации, крекинг-остатков и др. Оптимальным сырьем для производства биту­мов являются остатки из асфальто-смолистых нефтей нафтенового или нафтено-ароматического основания. Чем выше в нефти отношение асфальтенов к смолам и ниже содержание твердых парафинов, тем луч­ше качество получаемых из них битумов и проще технология их произ­водства. Нефти, из остатков которых вырабатывают битумы, должны быть хорошо обессолены. Наличие сернистых и других гетеросоединений в сырье не ухудшает товарных свойств битумов.

При окислении ТНО часть масел превращается в смолы, часть смол переходит в асфальтены. В результате количество смол прак­тически остается неизменным, а отношение А/С и (А+С)/М прибли­жается к оптимальным значениям. Наибольшее распространение получило производство окисленных битумов.

Технология окисления битумного сырья. Основными факторами процесса окисления (точнее, окислительной дегидроконденсации) яв­ляются температура, расход воздуха и давление. Чем выше темпе­ратура окисления, тем быстрее протекает процесс. Но при слишком высокой температуре ускоряются реакции образования карбенов и карбоидов, что недопустимо. Чем больше вводится в зону воздуха, тем меньше времени требуется для окисления (то есть кислород является инициатором процесса). При слишком большой подаче воздуха тем­пература в реакционной зоне может подняться выше допустимой. Так как реакция окисления экзотермическая, то изменением расхода воз­духа можно регулировать температуру процесса.

С повышением давления в зоне реакции процесс окисления ин­тенсифицируется и качество окисленных битумов улучшается бла­годаря конденсации части масляных паров. В частности, повышает­ся пенетрация битума при одинаковой температуре его размягче­ния. Обычно давление колеблется от 0,3 до 0,8 МПа.

Основным аппаратом установок непрерывного действия для про­изводства битума является либо трубчатый реактор, либо окисли­тельная колонна. Окислительные колонны предпочтительны для производства дорожных битумов, трубчатые реакторы - в производ­стве строительных битумов. Отдельные установки в своем составе имеют оба аппарата.

Если исходное сырье поступает из резервуаров, то для его нагре­ва на установке имеются теплообменники и трубчатая печь 1. Если же оно поступает в горячем виде непосредственно с АВТ, тогда сырье вводят в реакторы, минуя теплообменники и печи. В реактор колон­ного типа 6 вводят непрерывно сырье (с температурой 140 - 200 °С), сжатый воздух и битум-рециркулят. На верх колонны для регулиро­вания температурного режима и для понижения концентрации кис­лорода подают водяной пар и воду. Окисление сырья в колонне осу­ществляется в барботажном режиме при температуре 240 - 270 °С.

Поток сырья, направляемый в реакторы змеевикового типа, сна­чала поступает с температурой 260 - 270° С в смеситель 2, где сме­шивается со сжа­тым воздухом и битумом-рецир-кулятом, затем в змеевиковый ре­актор 3. Процесс окисления сырья кислородом воз­духа начинается в смесителе 2 в пен­ном режиме и продолжается в змеевике реакто­ра 3. Для съема тепла экзотерми­ческой реакции окисления в меж­трубное про­странство реакто­ра 3 вентилято ром подается воздух. Смесь продуктов окисления из реактора 3 по­ступает в испаритель 4, в котором газы отделяются от жидкости. От­работанный воздух, газообразные продукты окисления, пары неф­тепродуктов и воды направляются через конденсаторы-холодильники (воздушного охлаждения) в сепаратор 5. С верха сепаратора нескон-денсировавшиеся газы и пары направляются в печи дожига. Кон­денсат, так называемый «черный соляр», используется как компо­нент котельного топлива. Целевой продукт установки - битум - пос­ле охлаждения направляется в приемники - битумораздаточники. Выход дорожных окисленных битумов на сырье составляет около 98 % масс, а строительных - 94 - 96 % масс.

Комбинированное применение на одной битумной установке реакторов 2-х типов позволяет одновременно получить разные мар­ки битумов, более полно использовать тепло реакции и отходящих потоков.