Производство нефтяных битумов является одним из термических процессов нефтепереработки. Основные параметры термических процессов, влияющие на ассортимент, материальный баланс и качество получаемых продуктов, - качество сырья, давление, температура и продолжительность термолиза (термического процесса).
Основным сырьём для производства битума в нашей стране являются остаточные продукты нефтепереработки: гудроны, асфальты деасфальтизации, экстракты селективной очистки масляных фракций и др. Различают три основных способа получения нефтяных битумов.
. Концентрированием нефтяных остатков путём перегонки их в вакууме получают остаточные битумы. Для получения остаточных битумов может быть использовано только сырьё с большим содержанием асфальтосмолистых веществ, которые в достаточном количестве присутствуют в тяжёлых высокосмолистых сернистых нефтях. В процессах вакуумной перегонки и деасфальтизации получают остаточные и осаждённые битумы. Главное назначение этих процессов - извлечение дистиллятных фракций для выработки моторных топлив - в случае первого, подготовка сырья для производства базовых масел (начальный этап) - в случае второго. В то же время побочные продукты этих процессов - гудрон перегонки и асфальт деасфальтизации - соответствуют требованиям по сырью в производстве битумов или их используют в качестве сырья в производстве окисленных битумов.
. Окислением кислородом воздуха различных нефтяных остатков и их композиций при температуре 180 - 300 0С (окисленные битумы). Окисление воздухом позволяет существенно увеличить содержание асфальтосмолистых веществ, наиболее желательного компонента в составе битумов. Для производства окисленных битумов БашНИИНП предложено классифицировать нефти по содержанию (%, мас.) в них асфальтенов (А), смол (С) и твёрдых парафинов (П).
Основным процессом производства битумов является окисление - продувка гудронов воздухом. Окисленные битумы получают в аппаратах периодического и непрерывного действия. Последние более экономичные и простые в обслуживании. Принцип получения окисленных битумов основан на реакциях уплотнения при повышенных температурах в присутствии воздуха, приводящих к увеличению концентрации асфальтенов, способствующих повышению температуры размягчения битумов, и смол, улучшающих адгезионные и эластичные свойства товарного продукта. Аппараты, используемые в производстве битумов - трубчатые реактора или окислительные колонны. При получении строительных битумов предпочтительны первые, дорожных - вторые.
. Смешением различных окисленных и остаточных битумов, а также нефтяных остатков и дистиллятов между собой получают компаундированные битумы.
Остаточные битумы - мягкие легкоплавкие продукты, окисленные - эластичные и термостабильные. Битумы, получаемые окислением крекинг-остатков, содержат большое количество карбенов и карбоидов, которые нарушают однородность битумов и ухудшают их цементирующие свойства. Остаточные битумы вырабатывают из мазутов с высокой концентрацией асфальтосмолистых веществ вакуумной перегонкой как остаток этой перегонки. Напомним, что мазут является остатком от атмосферной перегонки нефти.
Более подробно остановимся на окислении гудронов или остаточных битумов кислородом воздуха. Основными параметрами процесса являются температура, расход воздуха и давление.
Чем выше температура, тем быстрее протекает процесс окисления, но при слишком высокой температуре ускоряется образование карбенов и карбоидов, которые предают битумам нежелательную повышенную хрупкость. Обычно температуру поддерживают на уровне 250 - 280 0С. Чем больше расход воздуха, тем меньше требуется времени на окисление. При чрезмерно большом расходе воздуха температура в окислительной колонне может возрасти выше допустимой. Поэтому расход воздуха является основным регулирующим параметром для поддержания нужной температуры. Общий расход воздуха зависит от химического состава сырья и качества получаемого битума и составляет от 50 до 400 м3 / т битума. Давление в зоне реакции при его повышении интенсифицирует процесс, и качество окисленного битума улучшается. В частности, повышается пенетрация битума при неизменной температуре размягчения. Обычно давление колеблется от 0,3 до 0,8 МПа.
Принципиальная схема получения окисленного битума показана на рисунке ниже.
Рисунок 1. Принципиальная схема установки получения окисленных битумов 1 - окислительная колонна; 2 - отпарная колонна (промежуточный сепаратор); 3 - сборник соляра (сепаратор); 4 - скруббер; 5 - печь <https://click01.begun.ru/click.jsp?url=aS54N-z6*-rPVOzprESWnLtGotXqR7vtRD2PIjPyRrmCXhsLsd49Ua94UK4*HmeM9HQAGZAPc5egzxh8TBgUwJNagCya2v1LWNta5LS8KiTLiSnYLKdP2pkqGnnKLbuymuxefNuFGeq4LxSaycaR1oEvF28rjKHD08jm*Y3BvyHGq23nMghs7y8AYUNDWBao*NC3zLgERUc9vbuKV*9Qg615V26UCBZkv8TsxDNleHhDi0-zhlGX1BmS6CiwdiBrdoe0scBE0zkoImXMrmZhQqnZXNQwN31ohTJ7MGwyItNBbn8HhCYdcQqek0fnk*PtOhEOEE0DAl8scMuT5lSivG7YbtOkxO2011mbqg>; 6 - теплообменник; 7 - насосы; потоки: I - гудрон, II - лёгкие продукты окисления с отработанным воздухом, III - битум на отпарку, IV - готовый битум, V - пары стабилизации битума, VI - отработанный воздух, VII - очищенный отработанный воздух, VIII - свежий воздух, IX - соляр, X - вода, XI - загрязнённая нефтепродуктом вода, XII - водяной пар, XIII - рециркулят
Наконец, третий способ получения битумов - это компаундирование. Способ этот является завершающей стадией получения битумов и использует в качестве компонентов как битумы, полученные в виде остатков вакуумной перегонки, так и окисленные битумы. Кроме того, одними из важных компонентов компаундов являются экстракты селективной очистки дистиллятных масел и деасфальтизаты, так как, являясь концентратом полициклической многокольчатой ароматики, они придают битуму эластичность и хорошую растяжимость.
Заключение
Нефтяные битумы, как твердые или вязкопластичные, так и жидкие, находят широкое применение в строительстве. Их используют для устройства дорожных покрытий, покрытий аэродромов, устройства плоских кровель, ирригационных каналов, производства гидроизоляционных и кровельных материалов в лакокрасочной и химической промышленности.
Наибольшее распространение в строительном производстве получили битумные кровельные покрытия. В настоящее время производится большое разнообразие битумных кровельных покрытий, таких как битумные мастики, основные и безосновные рулонные кровельные битумные материалы, гидроизоляционные наплавляемые битумные материалы, битумная черепица, и т.п.
При производстве строительных и ремонтных работ по изоляции и теплоизоляции зданий широко применяется битум и его модификации. При выполнении теплоизоляции стен, мансард и кровельных конструкции, в вертикальных и наклонных стенах в мансардах, в межэтажных перегородках и перекрытиях используется битумный клей без органических растворителей. Во время использования такой клей не выделяет резких и вредных запахов, как клей с органическими растворителями в виде бензинов, керосинов, трихлорэтиленов и т.п. Наиболее распространенным природным, экологически чистым растворителем для битума и его модификаций является кукерсоль. Производить работы без вреда для здоровья с битумным клеем без органического растворителя можно в плохо вентилируемых и закрытых помещениях, таких как подвалы, чердаки.
Таким образом, широкое применение битума играет огромную роль во всех областях жизни человека.
Список используемой литературы
.Технология переработки нефти и газа. В 2-х частях. С.1. Первичная переработка нефти/ Под ред. О.Ф. Глаголевой, В.М. Капустина. 2005
.Леффлер У.Л. Переработка нефти. - 2-е изд., персмотр. / Пер. с англ. - М.: Олимп-Бизнес, 2003
.Бардик Д.Л., Леффлер У.Л. Нефтехимия/ Пер. с англ. - М.: Олимп-Бизнес, 2003. - 416 с.:ил.