Технология получения остаточных и окисленных битумов. Получение вязких и жидких дорожных битумов, область применения.
Остаточные битумы представляют собой продукты малой вязкости и обычно подвергаются окислению.
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.
Технология получения Остаточные битумы вырабатывают из мазутов с высокой концентрацией асфальтосмолистых веществ вакуумной перегонкой как остаток этой перегонки. Остаточные битумы получают путем глубокого отбора масел из гудронов. При нормальной температуре это твердые или полутвердые продукты относительно малой вязкости. Для повышения вязкости остаточные битумы или гудрон подвергают окислению, продувая через них воздух.
Окисленные битумы получают путем продувки воздухом нефтяных остатков (гудрона) на специальных окислительных установках до заданной вязкости. В результате взаимодействия кислорода воздуха с гудроном в процессе продувки идет реакция образования высокомолекулярных компонентов окисленного битума и повышение его вязкости.
Окисленные битумы по сравнению с остаточными имеют при одинаковой пенетрации более высокие температуры размягчения и вязкость.
Процесс окисления сырья при получении битумов протекает по радикально - цепному механизму. Кислород при взаимодействии с органическим соединением отщепляет водород или внедряется в молекулу, или то и другое одновременно. При этом происходит образование свободных радикалов и гидроперекисей в качестве промежуточных продуктов. Возникает цепная реакция. Обрыв цепей происходит в результате рекомбинации радикалов.
Одновременно протекает множество реакций: окислительное дегидрирование, деалкилирование, окислительная полимеризация, поликонденсация, крекинг с последующим уплотнением его продуктов. Наиболее реакционноспособными являются нефтяные углеводороды (масла), в процессе окисления они превращаются в основном в двух направлениях:
Образование в процессе окисления смол и асфальтенов в значительной мере определяет свойства полученного битума. В зависимости от природы и консистенции сырья меняется качество окисленного битума.
Окисленные битумы лучших сортов получают из остатков высокосмолистых малопарафинистых нефтей, главным образом из гудрона.
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. 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.
Вязкие битумы используют в качестве вяжущего материала при строительстве и ремонте дорожных покрытий. Основное количество таких битумов вырабатывается в России в соответсвии с ГОСТ 22245-90. Вязкие нефтяные дорожные битумы изготовляют окислением продуктов прямой перегонки нефти и селективного разделения нефтепродуктов (асфальтов деасфальтизации, экстрактов селективной очистки), а также компаундированном указанных окисленных и неокисленных продуктов или в виде остатка прямой перегонки нефти в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке. Допускается использовать крекинг-остаток в качестве компонента сырья окисления. В соответствии с ГОСТ 22245-90 вырабатываются вязкие битумы двух типов: БНД и БН. Все битумы маркируются по пенетрации при 25 °С. При равной пенетрации при 25 °С битумы БНД имеют более высокую температуру размягчения, более низкую температуру хрупкости и большие значения пенетрации при 0 °С, чем битумы БН. В то же время для битумов БНД устанавливаются требования по дуктильности при 0 °С, а требования по дуктильности при 25 °С менее строгие в сравнении с битумами БН. Требования к термостабильности битумов БНД более жесткие.
Жидкие битумы предназначены для удлинения сезона дорожного строительства. В соответствии с ГОСТ 11955-82 их получают смешением вязких битумов БНД с дистиллятными фракциями — разжижителями. После укладки покрытия разжижитель постепенно испаряется Жидкие нефтяные дорожные битумы, имеющие жидкотекучее состояние при положительных температурах, используется в качестве вяжущего материала в асфальтобетонных смесях, применяемых как в холодном (с температурой 15...20 °С), так и теплом, подогретом до температуры около 100. °С состояниях. Жидкие битумы получают преимущественно путем компаундирования вязкого битума с разжижителем. Такие битумы часто называют разжиженными. Иногда жидкие битумы получают в виде остатка от переработки нефти. Свойства разжиженных битумов в большей степени определяются свойствами используемых разжижителей. Со временем жидкие битумы загустевают за счет испарения летучих фракций, окисления и других процессов. Важнейшие свойства жидких битумов: вязкость, скорость загустевания и свойства остатка после испарения летучих фракций, адгезия, температура вспышки, погодоустойчивость и др. Одним важнейшим признаком разжижения битумов является скорость формирования их структуры, которой определяется и скорость формирования покрытий. В зависимости от скорости испарения легких фракций разжижения и скорости загустения (формирования структуры) жидкие битумы подразделяются на два класса: 1) среднегустеющие (СГ) — густеющие со средней скоростью и получаемые разжижением вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктами; 2) медленногустеющие (МГ) и марки МГО, получаемые из остаточных или частично окисленных нефтепродуктов или их смесей. Класс битума устанавливается по количеству испарившегося разжижителя при выдерживании образца битума в термостате при определенной температуре или вакуум-термостате. Для приготовления жидких битумов путем разжижения вязкие битумы должны иметь температуру, не превышающую 120 °С (примерно 80—90 °С при применении легких разжижителей). Используются в этих условиях вязкие дорожные битумы по ГОСТ 22245—90 с глубиной проникания иглы не более 90. Жидкие битумы — горючие вещества с температурой самовоспламенения не ниже 300 °С. При разжижении вязких битумов в открытой системе температура битума, поступающего на смешение с разжижителем, не должна превышать 120 °С. Перемешивание вязкого битума с разжижителем проводят инертным газом или циркуляцией