Производство битума: технологии, сырье и оборудование
Производство битума это сложный технологический процесс, где используются различные сорта нефти. А все технологические операции выполняются на территории нефтеперерабатывающих заводов.
Технология производства битума
Процесс переработки нефти включает фракционную перегонку, в результате которой получают светлые нефтепродукты типа бензина, керосина и лигроина, смазочные масла и т.п. После отбора более легких по массе фракций (гудрона, крекинга) образуются нефтяные остатки, которые в дальнейшем и используются для получения нефтяных битумов с заданными свойствами.
В современных условиях битум может производиться одним из следующих способов:
- концентрирование нефтяных остатков за счет их перегонки в вакууме. При этом применяется инертный газ или водяной пар. Для производства остаточных битумов из асфальто-смолистых нефтей используется атмосферная перегонка;
- окисление различных нефтяных остатков кислородом воздуха при температуре 180-300ºС. В качестве таких остатков могут выступать полугудроны, гудроны, мазуты, асфальты деасфальтизации, крекинг-остатки или их смеси;
- деасфальтизация гудрона селективными растворителями;
- смешивание (компаундирование) нефтяных остатков с дистиллятами, а также с окисленными или остаточными битумами.
На практике также нашли применения различные сочетания способов, перечисленных выше.
Неокисленные битумы производятся за счет вакуумной перегонки нефтяных остатков и тяжелых нефтей. Исходное сырье должно обладать высокой концентрацией смолисто-асфальтеновых веществ.
Окисленные битумы составляют 75-80% от общего количества данного строительного материала, производимого в мире. Получение окисленного битума ведут в кубах периодического действия и реакторах змеевикового типа.
Неокисленные и компаундированные битумы имеют высокое содержание тяжелой ароматики, смол и характеризуются хорошими адгезионными характеристиками, высокой растяжимостью, но более высокой температурой хрупкости.
Исследования показывают, что трещиностойкость асфальтобетонных покрытий, созданных с применением неокисленных и компаундированных битумов, существенно выше, чем у композиций того же состава, но содержащих окисленный битум.
Неокисленные и компаундированные битумы после термообработки характеризуются высокими значениями остаточной пенетрации, растяжимости и адгезии, то есть эксплуатационные свойства битумов сохраняются на высоком уровне, а разница в соотношении показателей между окисленными и неокисленными битумами еще больше увеличивается.
Сырье для производства битума
Чаще всего основным сырьем для производства битумов является гудрон или асфальты деасфальтизации (смолисто-асфальтеновые вещества). В некоторых литературных источниках они встречаются под названием «осажденные битумы». Отметим, что иногда для получения битума могут использоваться экстракты селективной очистки масел, остатки термического крекинга или смолы процесса пиролиза.
С целью получения высокопластичных битумов, характеризующихся высокой термоустойчивостью и хорошими связующими свойствами, необходимо применять сырье определенного и постоянного качества.
Обычно необходимыми свойствами обладают гудроны тяжелых нефтей, в состав которых входит много смолисто-асфальтеновых веществ. В общем случае справедливо следующее утверждение: чем больше отношение «асфальтены:смолы», тем лучше свойства и структура производимого битума. В сортах тяжелых нефтей указанное соотношение составляет 1,0-1,3.
В странах с небольшими запасами таких нефтей приходится использовать сырье массовой добычи, что приводит к несоответствию свойств полученного продукта установленным нормам качества.
Производство остаточных битумов
Производство остаточных битумов является наиболее простой и экономичной технологий. Для определения пригодности конкретного сорта нефти к использованию при получении остаточного битума необходимо провести оценку выхода из него вяжущего с глубиной проникновения иглы при 25ºС 100 на 0,1 мм.
Экономически оправданным производство остаточного битума можно считать в том случае, когда выход готового продукта составляет не менее 10-20%. Для получения такого битума используется сырье вакуумной перегонки, состоящее из органических и гетерогенных соединений, чаще всего – мазут.
Качественные характеристики остаточных битумов могут регулироваться за счет изменения режимов вакуумной колонны. В большей степени на эффективность процесса оказывает влияние глубина вакуума в зоне питания вакуумной колонны, а также наличие контактных устройств с низким гидравлическим сопротивлением, которые обеспечивают перепад давления по высоте колонны не более 15-20 мм.рт.ст. При этом наверху вакуумной колонны поддерживается давление не более 20 мм.рт.ст.
Производство остаточных битумов характеризуется ощутимым снижением содержания парафинонафтеновых углеводородов, что обусловлено их более высокой летучестью по сравнению с другими веществами этой же группы. Перегретый пар необходим для уменьшения содержания в битуме парафинонафтеновых углеводородов и снижения температуры перегонки остатков. Это позволяет получать остаточный битум с высокой температурой размягчения.
Но такой подход имеет определенные недостатки, которые выражаются в наличии дополнительных затрат и коррозии материалов, из которых изготовлено оборудование. Это привело к появлению альтернативного способа, заключающегося в так называемой «сухой» вакуумной перегонке мазута, которая требует наличия высокоэффективных систем для создания вакуума. В целом вакуумные технологии имеют хорошие перспективы при производстве остаточных битумов, так как позволяют добиться более глубокой переработки нефти.
Сырьем для получения остаточных битумов может служить высокосмолистая тяжелая сернистая нефть с большим содержанием асфальто-смолистых веществ.
При вакуумной перегонке очень важно на начальном этапе извлечь из нефти дистиллятные фракции с целью получения моторного топлива. Побочный продукт данного процесса – гудрон, может в дальнейшем использоваться как исходное сырье при производстве битумов.
С помощью процессов получения остаточных битумов очень сложно обеспечить выход тугоплавких битумов, что является существенным недостатком.
Мировое производство битумов
Спрос на битум и битумные материалы определяется финансированием дорожного строительства. Также на него оказывают слияние такие факторы, как экономика альтернативных дорожных покрытий, возможность использования новых видов дорожных покрытий, цена на нефть и возможность транспортировки материала. На предложение, главным образом, влияет объем перерабатываемой нефти.
На сегодняшний день мировой рынок битумов исчисляется 100 млн тонн в год, из которых треть приходится на страны Азиатско-Тихоокеанского региона, треть – на Северную Америку. Европа производит 18% мирового битума. Стабильный спрос на дорожные покрытия, устроенные с помощью битума, наблюдается на Ближнем Востоке и в Африке. В Западной Европе и Северной Америке имеет место тенденция к сокращению спроса на данный строительный материал. Пик потребления битума в Китае был зафиксирован в 2012 году и пока предпосылок к возрастанию объемов нет.
Суммарно в Европейском Союзе ежегодно производится около 20 млн тонн битума. Самое большое потребление зафиксировано в Германии и Франции (2 млн тонн), а также Великобритании (1,3 млн тонн). Сокращается спрос на битумные материалы в таких странах, как Нидерланды, Бельгия и Ирландия. Польша и Германия, наоборот, потребляют больше битума.
Наибольшими экспортерами среди североафриканских и ближневосточных стран являются Алжир и Турция. И даже Тунис экспортирует битум, пусть и в небольших объемах.
Летом наблюдается повышенный спрос на битум, чем и объясняется рост цен до 50-70 долларов за тонну. В то же время, в Африке за аналогичный продукт просят 80 долларов за тонну.
Установки для производства модифицированных битумов от компании GlobeCore
Производительность оборудования от компании GlobeCore, для производства модифицированных битумов, от 4м3 до 22 м3 в час:
Установка модификации битума полимерами – (ПБВ) УCБ-2М, 4-7м3/час
emulsion.globecore.ru
Сырье для производств битумов — Справочник химика 21
Битумы вырабатываются в основном из тяжелых нефтяных остатков гудронов, мазутов тяжелых нефтей, асфальтов деасфаль— тизации, 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 твер — дь х 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.Наилучшим сырьем для производства битумов служат тяжелые асфальто-смолистые нефти. Чем больше содержание асфальто-смолистых компонентов в нефти, отношение асфальтенов к смолам и чем меньше содержание твердых парафинов, тем выше качество получаемых битумов и проще технология их производства.
Основным сырьем для производства битумов в нашей стране являются остаточные продукты нефтепереработки гудроны, асфальты деасфальтизации, экстракты селективной очистки масляных фракций. Использование природных битумов крайне незначительно. [c.6]
Высокопарафинистые нефти типа мангышлакской по-преж-нему не рассматриваются в качестве потенциального сырья для производства битумов. В силу резко выраженной парафини-стости из них невозможно получить битум с достаточным содержанием ароматических соединений и достаточно высокой дуктильностью даже при использовании процесса деасфальтизации пропаном. Дуктильность асфальтов с пенетрацией (42— 224) 0,1 мм составляет всего 5-11 см. [c.111]
Основными задачами в проблеме углубления переработки нефти являются отбор от мазута широкой масляной фракции до 560— 580 °С и получение утяжеленного остатка, используемого в качестве сырья для производства битума и кокса. При углублении отбора широкой масляной фракции особое внимание должно быть обращено на обеспечение необходимого ее качества, так как практически все металлорганические соединения нефти концентриру—ются во фракции с температурой кипения выше 520—530°С. [c.191]
Наилучшим сырьем для производства битума служат остаточные продукты переработки тяжелых смолисто-асфальтеновых нефтей гудроны, крекинг-остатки, асфальты и экстракты очистки [c.380]
Целевым продуктом являются деасфальтизаты, используемые для выработки остаточных масел (их свойства приведены в табл. 6.4), И побочным — асфальты, служащие сырьем для производства битумов или компонентами котельных топлив. [c.226]
В составе каждого НПЗ должно быть предусмотрено производство битума, потребность в котором в условиях растущих объемов промышленного, жилищного и дорожного строительства неуклонно увеличивается. Мощность битумных производств современного НПЗ составляет 4—1% (масс.) в расчете на нефть. На заводах топливного профиля битум получают из гудрона с добавлением вакуумного дистиллята, а на предприятиях топливно-масляного профиля в сырье битумных установок вовлекаются побочные продукты производства масел — асфальт и экстракты. На заводах с неглубокой переработкой нефти головными обычно являются установки атмосферной перегонки нефти, на которых остатком от перегонки служит мазут. Чтобы получить на этих НПЗ сырье для производства битумов, блок вакуумной перегонки мазута включается в состав битумных установок. Мощность вакуумного блока определяется потребностью в гудроне. [c.60]
Целевые продукты процессов — рафинаты (см. табл. 6.6) — направляются на депарафинизацию с целью улучшения низкотемпературных свойств масел. Побочные продукты селективной очистки — экстракты — используются как сырье для производства битумов, технического углерода, нефтяных коксов, пластификаторов каучуков в резиновой и шинной промышленности, как компонент котельного топлива. [c.285]
Экономика процесса деасфальтизации пентаном в большой мере определяется возможностью утилизации асфальта, характеризующегося высокой температурой размягчения [164]. В связи с этим изучено и предложено использовать асфальт в качестве компонента сырья для производства битумов [45]. При смешении асфальта с гудроном получаются дорожные битумы различных марок при содержании асфальта в смеси 20—30% (масс.) [46, 47, 120] (их свойства были описаны в гл. 3). [c.115]
Наиболее благоприятным сырьем для производства битумов служат тяжелые асфальтосмолистые нефти. При этом, чем больше содержание асфальтосмолистых компонентов, выше отношение асфальтенов к смолам и меньше содержание твердых парафинов, тем лучше качество битумов и проще технология их производства С 1J. Одним из условий пригодности нефти для производства битумов является определенное содержание суммы асфальтенов (А) и смол (С) в нефти, которое не должно быть менее %. При этом, если содержание суммы А+С в нефти более 2СЙ (как, например, в арланской) и А/С = 0,4, то остатки такой нефти достаточно твердые и могут использоваться как готовые товарные битумы марок БН по ГОСТу 22245-76. [c.8]
Наибольшие колебания показателей плотности, содержания серы и металлов характерны для остатков из нефтей Ближнего и Среднего Востока и Латинской Америки. Для нефтей указанных регионов большой выход остатков обычно связан с высокими плотностью, содержанием серы, но не очень высокой температурой застывания остатков. Эти свойства остатков в сочетании с высоким содержанием углеводорода делают их ценным сырьем для производства битумов. Напротив, остатки из нефтей азиатского и тихоокеанских регионов характеризуются высокими содержанием парафинов и температурой застывания, но низкими плотностью и содержанием серы и металлов, что характерно и для некоторых парафинистых нефтей Африки. Это позволяет получать из них при вакуумной перегонке высококачественное сырье каталитического крекинга. Остатки вакуумной перегонки при этом можно использовать для производства электродного кокса.
www.chem21.info
Производство битумов.
План лекции:
1 Теоретические сведения
2 Разновидности процесса
3 Основные факторы процесса
4 Производство битумов
5 Производство нефтяных пеков
1 Теоретические сведения
Битумы применяются в самых различных отраслях народного хозяйства нашей страны. Из общей выработки битумов около 75% используется в строительстве различных сооружений (дорог, мостов, зданий, трубопроводов, кабельных линий и т.д.), а также для выполнения кровельных работ. Битум применяется также для покрытий полов и других поверхностей, пропитки бумаги, изоляции, заливки аккумуляторов и др.
Потребление битумов во всех странах мира непрерывно возрастает. Ведущее место занимает США, где потребление почти в два раза больше, чем в европейских странах.
Битумы представляют собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов нефти и их гетеропроизводных, содержащих кислород, серу, азот и металлы (ванадий, железо, никель, натрий и др.). Элементный состав битумов примерно следующий: углерода 80 — 85% масс, водорода 8,0 — 11,5% масс, кислорода 0,2 — 4,0% масс, серы 0,5 — 7,0% масс, азота 0,2 — 0,5% масс.
Для определения компонентного состава битумов разработано большое число методов. По методу Маркуссона битумы разделяют на масла, смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды. Часто пользуются делением битума на асфальтены и мальтены, представляющие собой сумму масел и смол.
Масла. Они снижают твердость и температуру размягчения битумов, увеличивают их текучесть и испаряемость. Длительный нагрев сырья в процессе вакуумной перегонки мазута ведет к уплотнению бициклических ароматических соединений и уменьшению этого компонента в гудроне. Еще более глубокие изменения протекают в процессе окисления сырья.
Смолы. Они являются носителями твердости, пластичности и растяжимости битумов. Смолы относятся к высокомолекулярным органическим соединениям циклической и гетероциклической структуры высокой степени конденсации, связанным между собой алифатическими цепями. В их состав входят, кроме углерода и водорода кислород сера азот и другие элементы, включая металлы.
Асфальтены. Они являются продуктами уплотнения смол. Они образуются из сложных смесей исходных веществ, способных к разнообразным превращениям, включающим образование и высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ.
Асфальтогеновые кислоты и их ангидриды — вещества густой смолистой консистенции. Содержатся в нефтяных битумах в небольших количествах. Плотность более 1000 кг/м3.
Состав битума зависит от природы нефти, состава исходного сырья и от технологии производства. Он различен для битумов одинаковой температуры размягчения, полученных из разных нефтей.
Битум обладает следующими свойствами:
1 пенетрация. Этот показатель характеризует глубину проникновения тела стандартной формы в полужидкие и полутвердые продукты при определенном режиме, обусловливапющем способность этого тела проникать в продукт, а продукта — оказывать сопротивление этому прониканию. Пенетрация косвенно характеризует степень твердости битумов.
2 температура размягчения — это температура, при которой битумы из относительно твердого состояния переходят в жидкое (25-150 °С).
3 температура каплепадения — температура, при которой первая капля вещества в заданных условиях испытания под влиянием собственного веса отрывается от равномерно нагретой массы каплеобразующего материала.
4 температура хрупкости — это температура, при которой материал разрушается под действием кратковременно приложенной нагрузки. Температура хрупкости дорожных битумов обычно колеблется в пределах -2 до -30°С.
5 температура отвердевания — температура, при которой вещество после охлаждения приобретает некоторую твердость.
6 индекс пенетрации. Этот показатель характеризует степень коллоидности битума или отклонение его состояния от чисто вязкостного.
7 растяжимость (дуктильность). Характеризуется расстоянием, на которое его можно вытянуть в нить до разрыва. Этот показатель косвенно характеризует также прилинаемость битума и связан с природой его компонентов.
8 адгезия (прилипание). Она объясняется образованием двойного электрического поля на поверхности раздела пленки битума и каменного материала. Адгезия зависит от полярности компонентов (асфальтенов и мальтенов).
9 тепловые свойства: удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности, коэффициент объемного расширения, температура вспышки.
10 диэлектрические свойства: пробивное напряжение, удельная электропроводимость, тангенс угла диэлектрических потерь.
11 вязкость. Характеризует консистенцию битумов при различных температурах применения по сравнению с эмпирическими показателями, такими, как пенетрация и температура размягчения.
12 поверхностное натяжение рассматривается на границе раздела фаз битум — воздух, битум — вода (водные растворы), битум — твердое тело: с его понижением адгезия повышается.
13 когезия, так же как и адгезия, зависит от природы вещества и температуры. Ее рассчитывают по зависимости деформации сдвига тонкого слоя битума от продолжительности приложения нагрузки.
14 плотность битума определяют по плотности его смеси с равным объемом растворителя известной плотности ареометром или пикнометром.
15 оптические свойства.
16 отношение к растворителям, химическим реактивам и воде.
17 поведение битума при эксплуатации.
18 влияние поверхностно-активных веществ на поведение битумов при эксплуатации.
19 потеря массы битума при нагревании.
20 изменение пенетрации битума после нагревания.
21 однородность строения битумов.
Химизм
Нефтяные углеводороды окисляются одновременно в двух направлениях
Схема превращения при окислении сырья в битум следующая:
1) процесс окисления:
2) Взаимодействие образующихся радикалов с новой молекулой углеводорода приводит к получению устойчивых продуктов:
3) Вследствие сравнительно низкой концентрации углеводородных радикалов их рекомбинация мало вероятна, и взаимодействие радикалов с кислородом протекает в меньшей степени, чем с молекулами исходного вещества:
4) Продолжение цепи
Однако эту схему нельзя считать полной. Она представляет собой лишь один из вариантов и звеньев сложных превращений, протекающих в процессе окисления сырья в битум.
studfile.net
Гудрон для производства битумов — Справочник химика 21
Принципиальная технологическая схема такой установки приведена на рис. П1-2. Как видно из схемы, переработка нефти здесь осуществляется в три ступени атмосферная перегонка нефти с получением топливных фракций и мазута, вакуумная перегонка мазута с получением узких масляных фракций и гудрона и вакуумная перегонка смеси мазута и гудрона с получением широкой масляной фракции и утяжеленного остатка, используемого для производства битума. Применение двух ступеней вакуумной перегон- [c.147]Производство нефтяных битумов осуществляют разными способами продувкой гудронов воздухом, перегонкой мазутов с глубоким отбором дистиллятов, деасфальтизацией гудронов пропаном. Широко применяют также компаундирование продуктов различных процессов. Основным процессом производства битумов в нашей стране является окисление — продувка гудронов воздухом. Окисленные битумы получают в аппаратах периодического и непрерывного действия, причем доля битумов, полученных в аппаратах непрерывного действия, — более экономичных и простых в обслуживании — постоянно увеличивается. Среди аппаратов непрерывного действия наиболее эффективными являются пустотелые колонны с разделенными секциями реакции и сепарации прореагировавших фаз. [c.6]
Основным сырьем для производства битумов в нашей стране являются остаточные продукты нефтепереработки гудроны, асфальты деасфальтизации, экстракты селективной очистки масляных фракций. Использование природных битумов крайне незначительно. [c.6]
При переработке рассматриваемых нефтей по схеме с применением деасфальтизации гудрона бензином технология производства битумов может быть основана на использовании получающегося асфальта свойства битумов, компаундированных нз остатков перегонки и асфальта, показаны на рис. 49. [c.103]
Битумы вырабатываются в основном из тяжелых нефтяных остатков гудронов, мазутов тяжелых нефтей, асфальтов деасфаль— тизации, 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 твер — дь х 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. [c.74]
Для производства нефтяных битумов используют три процесса — отдельно или в сочетаниях вакуумную перегонку, де-асфальтизацию избирательными растворителями и окисление. Сырьем для вакуумной перегонки обычно служит мазут или гудрон, для деасфальтизации и окисления — гудрон. Товарные битумы получают как непосредственный продукт того или иного процесса или компаундированием продуктов разных процессов либо одного и того же процесса. [c.33]
ПРОИЗВОДСТВО БИТУМОВ с ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АСФАЛЬТОВ ДЕАСФАЛЬТИЗАЦИИ ГУДРОНА [c.113]
Экономика процесса деасфальтизации пентаном в большой мере определяется возможностью утилизации асфальта, характеризующегося высокой температурой размягчения [164]. В связи с этим изучено и предложено использовать асфальт в качестве компонента сырья для производства битумов [45]. При смешении асфальта с гудроном получаются дорожные битумы различных марок при содержании асфальта в смеси 20—30% (масс.) [46, 47, 120] (их свойства были описаны в гл. 3). [c.115]
Гудроны локбатанской и путинской масляных нефтей могут быть использованы для производства битумов. [c.60]
Гудрон — остаток вакуумной перегонки мазута — подвергают деасфальтизации, коксованию с целью углубления переработки нефти, используют в производстве битума, остаточных базовых масел. [c.71]
Атмосферная перегонка нефти на таких установках осуществляется в одной колонне. Предпочтительным сырьем для них являются нефти с относительно невысоким содержанием бензиновых фракций и. растворенных газообразных углеводородов. Пример установки такого типа — ЭЛОУ-АВТ-7 со вторичной перегонкой бензина, запроектированная ВНИПИНефть по технологическому регламенту БашНИИ НП. Установка предназначена для обессоливания и перегонки 6—7 млн. т в год смеси нефтей. На установке вырабатывается следующий ассортимент фракций С,—С4 — сжиженный газ С5 — 90 °С — компонент автомобильного бензина 90—140 °С — сырье каталитического риформинга для производства высокооктанового компонента автомобильного бензина 140—250 °С — авиационное турбинное топливо 250—320 °С — легкий компонент дизельного топлива для скоростных двигателей 320—380 °С — тяжелый компонент дизельного топлива для скоростных двигателей (подвергается гидроочистке) 380—530 °С — сырье каталитического крекинга гудрон — сырье висбрекинга, для производства битумов. [c.73]
Определение содержания водорастворимых соединений в битумах имеет серьезное значение, так как при окислении гудронов с целью получения битумов могут образовываться растворимые в воде соединения (кислоты, альдегиды и др.), которые частично удаляются при производстве битума (с воздухом), а частично остаются в нем. Очевидно, что наличие значительного количества подобных соединений нежелательно, ибо они будут вымываться из битума водой, а это может привести к порче дорожного покрытия, кровли и т. д. [c.768]
Битумы получают переработкой остаточных нефтепродуктов в трех процессах, используемых в сочетании друг с другом или отдельно вакуумной перегонкой мазутов и гудронов, деасфальтизацией гудронов пропаном и окислением гудронов воздухом. Основным назначением процесса вакуумной перегонки является получение дистиллятных фракций, а процесса деасфальтизации — получение деасфальтизата битум в этих процессах является побочным продуктом. Процесс окисления воздухом, напротив, имеет целевым назначением прои
www.chem21.info
Получение нефтяных битумов
Нефтяные битумы получают из нефти путем нагревания нефти выделяют жидкие горючие компоненты — бензин, керосин, лигроин, мазут. Далее, при температуре 300-4000С отгоняют машинные, трансформаторные и др. масла. Выделение масел из нефти идёт под вакуумом.
В результате разделении (разгонки) нефти на горючие и смазочные вещества в ёмкости остаётся смолистый остаток, содержащий твердые частицы – гудрон. Он и является основным сырьём для получения полутвердого и твердого битума, а если получают без переработки используется для жидких битумов.
Гудрон – остаток после отгонки из мазута масляных фракций;
Нефтяные битумы получают переработкой нефтяного сырья. Они подразделяются на:
— окисленные, получаемые окислением гудрона кислородом воздуха;
— остаточные, получают в виде остатка после отбора из нефти атмосферно-вакуумной перегонкой масляных фракций;
— крекинг-битумы – окисление способом продувки воздухом крекинг-остатков, образующихся при переработке мазута способом крекинга – при высоких температурах и больших давлениях. Мазут, обрабатывают высокими температурами и большим давлением и отсюда, образуется крекинг.
— битумы деасфальтизации – обработка гудронов пропаном
— компаундированные битумы, получаемые смешением окисленных и остаточных битумов.
Классификация битумов
1) По способу получения различают следующие типы битумов: окисленные, остаточные, крекинговые, компаундированные.
2) По химическому составу нефтяные битумы мало различаются. Основные элементы битумов – углерод (от 70 до 87%) и водород (до 14%). Кроме того, в состав битумов могут входить кислород, сера и другие элементы.
3) По количественному (групповому) составу. Битумы принято характеризовать по количественному содержанию в них определенных групп соединений или групповому составу. Основные группы соединений, различающиеся по молекулярной массе и определяющие его свойства:
— асфальтены (10…30% и более)
— смолы (20…30%)
— масла (40…60%)
Асфальтены – это твердые хрупкие вещества с плотностью 1,1…1,15 г/см3. Это наиболее высокомолекулярная фракция (молекулярная масса 1000…6000) битумов, сообщающая им вяжущие свойства.
Смолы (молекулярная масса 600..900) – тягучие вещества. По консистенции – от текучих и вязких до твердых (чаще полутвердых). Присутствие смол обуславливает эластичные свойства битумов. С увеличением количества смол повышается растяжимость битумов.
Масла – наиболее легкая часть битума. Увеличение количества масел снижает вязкость битума (повышается глубина проникания иглы, снижается температура размягчения).
Групповой состав битума не является стабильным. В частности, при нагреве битума во время приготовления асфальтобетонной смеси или при воздействии атмосферных факторов групповой состав битумов может существенно изменяться, а именно: масла могут превращаются в смолы, а смолы в асфальтены.
Соотношение между основными группами, входящими в состав битума, определяют его важнейшие свойства: вязкость, восприимчивость к изменению температуры, хрупкость, эластичность.
studfile.net
Рынок битума в россии. Производство нефтяных битумов. Химическая сущность процесса. Свойства, виды битумов.
Качество дорожных битумов и, соответственно, эксплуатационная долговечность дорожных асфальтобетонных покрытий в значительной степени зависят от качества сырья для производства битумов. Могут быть использованы различные виды органического сырья (см. табл.).
В дорожном строительстве преобладающим является применение нефтяных битумов, получаемых путем переработки тяжелых остаточных фракций нефти.
Существующие тенденции в нефтепереработке и, в частности, все более глубокая переработка нефтяного сырья ставят задачу учета особенностей химического состава и структуры нефтяного сырья, используемого для производства дорожных битумов, и, соответственно, состава, структуры и физико-механических свойств получаемых дорожных битумов.
Битумы представляют собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов нефтяного происхождения, в том числе нафтеновых (С n H 2 n), ароматических (С n H 2 n -6) и метановых (С n H 2 n +2) рядов, а также их производных, содержащих кислород, серу, азот и комплексные соединения металлов. Основная часть молекул битума включает 25–150 атомов С.
Состав битумов характеризуется элементным и групповым химическим составом.
Элементный состав битумов (% по массе): углерода – 80–85; водорода – 8–12,5; кислорода – 0,2–4; серы – 0,5–10; азота – 0,2–0,4. Содержание некоторых металлов в асфальтовых концентратах нефти (типа арланской) составляет (% по массе): V – 0,22; Ni; –0,115; Fe – 0,110; Са – 0,054 и т. д. Средняя молекулярная масса битумов не превышает 700–800 к.е.
Учитывая большое разнообразие индивидуальных химических соединений, входящих в состав битумов, для определения их химического состава обычно используют данные об их групповом химическом составе.
Групповой химический состав битумов предусматривает подразделение всех разнообразных индивидуальных химических соединений, входящих в битум, на три основные группы: асфальтены, смолы и масла (мальтены).
Нефти по пригодности для производства битумов разделяют на три группы:
- Высокосмолистые малопарафинистые, смолистые малопарафинистые, высокосмолистые парафинистые. Состав таких нефтей соответствует условию А + С – 2,5П ≥ 8, где А – содержание асфальтенов, С – содержание смол, П – содержание парафинов.
- Смолистые парафинистые, малосмолистые малопарафинистые, состав которых отвечает условию А + С – 2,5П, находится в пределах от 0 до 8 при А + С более 6.
- Непригодые для производства битумов нефти трех типов: смолистые высокопарафинистые, малосмолистые парафинистые и малосмолистые высокопарафинистые, состав которых отвечает условию А + С – 2,5П, находится в пределах от 0 до 8 при А + С менее 6, а также если А + С – 2,5П менее 0.
Для производства дорожных битумов наилучшим сырьем являются тяжелые смолистые малопарафинистые нефти.
Требования к сырью для производства вязких дорожных битумов были сформулированы в утвержденных Минавтодором РСФСР в 1988 году Технических условиях ТУ 38 101583. В дополнение к указанным ТУ Гипродорнии было предложено дополнительно ввести требования к таким важным показателям, как однородность нефтяного сырья и отсутствие в нем вспенивающих компонентов.
Негативное влияние на качество нефтяного сырья оказывает наличие в его составе асфальтов деасфальтизации, крекинг-остатков.
Главная цель формирования качественных характеристик сырья направлена на формирование из него наноструктурированного битума. Как известно, реакции окисления тяжелых нефтяных остатков происходят с образованием мицельных наноагрегатов асфальтенов, перерастающих в кластерные наноагрегатные структуры. От того, как пойдет процесс взаимодействия нанокластеров между собой, от размеров кластеров асфальтенов и скорости процесса образования сетчатого каркаса кластеров наноагрегатов асфальтенов и зависят свойства получаемых битумных вяжущих.
Решающими факторами при выборе технологии являются температура, время и скорость реакции окисления.
Профессор Ф. Г. Унгер указывал, что «размер и структура каждой коллоидной частицы зависят от равновесия энергий кинетического движения молекул и потенциала их парного взаимодействия. Условия технологического процесса образования, существования и разрушения надмолекулярных структур (ассоциативных комби
graf48.ru
Остаточные битумы производство — Справочник химика 21
Остаточные битумы. Остаточные битумы получают вакуумной перегонкой мазутов. Так как мазут представляет собой смесь веществ различных гомологических рядов, то при равных температурах могут выкипать представители разных гомологических рядов. Таким образом, при обычной вакуумной перегонке (не экстрактивной), используемой в битумном производстве, не происходит резкого разделения компонентов по их структуре. [c.80]Основное назначение процесса вакуумной перегонки мазута — получение дистиллятных фракций для установок каталитического крекинга и производства масел. Остаток достаточно глубокой вакуумной перегонки — битум получается здесь не как целевой, но необходимый продукт. Ввиду значительной суммарной мощности установок вакуумной перегонки наибольшая часть дорожных битумов в ряде стран [29], в том числе в США [11], получается именно по этому процессу. В нашей стране использование вакуумной перегонки для получения битумов связывается с углублением переработки нефти при большем извлечении дистиллятов остаток перегонки будет по консистенции соответствовать некоторым сортам битумов. Если же переработка тяжелых дистиллятов в моторные топлива невозможна, то углубление вакуумной перегонки ради получения остаточных битумов нецелесообразно, так как выделен ные дистилляты приходится возвращать в остаточное котельное топливо. [c.33]
В связи с широким применением гудронов в качестве сырья термического крекинга и коксования процесс карбонизации является объектом многолетних исследований, результаты которых неоднократно обобщались [4,5,34,40…45,60.64.115,116] и представляют ценную теоретическую и информационную базу для решения вопросов технологии производства высокоплавких нефтяных пеков. Как сырьё для производства пеков гудроны и более концентрированные остатки (остаточные битумы, асфальты, асфальтиты) исследованы в меньшей степени. Целенаправленные исследования в этом направлении начались сравнительно недавно (1960-70 гг., [213]) и соответственно их результаты не так широко освещались в литературе. Теоретические аспекты проблемы кратко рассмотрены в работах [c.134]
ПРОИЗВОДСТВО ОСТАТОЧНЫХ БИТУМОВ [c.91]
Используя изложенные выше зависимости, можно ориентировочно определить выход битума при перегонке, его основные свойства и необходимые для перегонки температуры. Это позволяет оценить пригодность нефти для производства остаточных битумов. [c.95]
Как и в случае производства остаточных битумов, взаимосвязь между содержанием отдельных компонентов и свойств нефти позволила разработать метод оценки пригодности той или иной нефти для получения окисленных битумов путем окисления воздухом остатков ее перегонки. [c.95]
Производство остаточных битумов по технологии глубоковакуумной перегонки мазута. [c.37]
Сырьем атмосферной или вакуумной перегонки для производства остаточных битумов служат мазуты, полугудроны и гудроны из различных нефтей, тяжелые асфальто-смолистые нефти, асфальты деасфальтизации, экстракты селективной очистки дистиллятных и остаточных масел, крекинг-остатки. [c.92]Дорожные битумы вырабатывают на большинстве нефтеперерабатывающих заводов Советского Союза из различного сырья. Более 50% общего объема производства дорожных битумов составляют окисленные битумы, около 40% изготовляют на базе асфальта, получаемого при деасфальтизации масел, и только 4—Ъ% являются остаточными битумами, получаемыми в процессе вакуумной перегонки мазута. [c.159]
Коллоидно-химические представления при рассмотрении физических и физико-химических превращений нефтяного сырья позволяют в некоторых случаях достичь оригинальных результатов при анализе и теоретическом обосновании аномалий, выявленных в ходе экспериментальных исследований, а также при совершенствовании существующих и разработке новых процессов и видов продуктов с заданными функциональными свойствами. Особый интерес при этом представляют процессы переработки и продукты высокомолекулярной составляющей нефти. К подобным процессам можно отнести уже упоминавшиеся ранее вакуумную перегонку мазута, различные виды термического крекинга нефтяного остаточного сырья, производство битумов и т.п. Как правило, интенсификация ук
www.chem21.info