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.

В зависимости от вида нефти и технологического режима ее переработки получают следующие виды битумов: остаточные, окисленные и компаундированные (рис. 7.3).

После получения бензина, керосина, лигроина, дизтоплива, масел, в виде остатка образуется мазут, перегоняющийся 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 с применением вакуума. В результате образуется остаточный продукт – гудрон, после обработки которого в крекинговой установке образуются бензин, керосин и крекинг-остаток, который 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.

Крекирование – химическое расщепление молекул тяжелой части нефти (мазута, гудрона) в результате чего повышается выход более легких (бензино-керосиновых) углеводородов. В остатке получают смолистые вещества. Крекинг-процесс был предложен в 1882 году Д.И.Менделеевым, а в 1891 г. запатентован В.Г.Шуховым для переработки тяжелых нефтяных продуктов (мазута, солярового дистиллята нефти) с целью получения дополнительного количества легких углеводородов (бензина и керосина). Крекинг-процесс происходит при нагревании нефтепродуктов до 425-650 °С и давлении до 5 МПа.

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. Остаточные битумы получают путем перегонки гудрона в установке глубокого вакуума в присутствии перегретого водяного пара. Перегретый водяной пар, повышенный вакуум и температура нагрева гудрона (420-430 °С) позволяют полнее выделить масляные фракции из гудрона 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. Полученный гудрон поступает в колонну глубокого вакуума 4, где из него отгоняют масляные фракции, а в остатке получают битум. Маловязкие остаточные битумы могут быть получены в ряде случаев 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 производят вязкие дорожные битумы на битумных установках с реактором колонного типа или со змеевиковым реактором. Технологическая схема битумной установки с реактором колонного типа приведена на 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, а диаметр – 0,8-3 м. От размеров реактора зависит производительность установки. Воздух поступает в реактор через маточник, расположенный внизу реактора. 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 зависит от вида сырья и находится в пределах от 200 до 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 горячено сырья 2, а затем в смеситель 3. Сюда же поступает часть окисленного битума и сжатый воздух. Из смесителя 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 фаз. 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 различные 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 бескомпрессорного 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 закачивают в реакторы 4. Схема реактора приведена на рис. 7.8. Реактор заполняют сырьем на 2/3 его 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 происходит отщепление кислородом воздуха атомов водорода и образование углекислого газа и воды, которые 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.