2.4.2. Режимы процесса окисления

Окисление – процесс экзотермический. Основными факторами, влияющими на процесс окисления гудрона, являются исходная температура размягчения гудрона, а также температура и продолжительность окисления, расход воздуха.

Влияние температуры на процесс окисления. Различают два диапазона: I – до 180…200 °С; II – от 200 до 350 °С. Повышение температуры увеличивает скорость окисления, но при этом часто ухудшается качество битума. При температурах окисления 150…200 °С одновременно с дегидрированием нафтеновых структур происходит накопление кислорода в битуме в виде сложноэфирных групп, спо-

собствуя повышению активности битума. Повышение температуры

боидов, что способствует ухудшениюДнизкотемпературныхИ свойств битумов и повышению их склонности к старению [14, 15].

окисления ведёт в преобладанию реакций дегидрирования, ускорен-

ному образованию асфальтенов, снижению содержания масел и смол

в битумах. При этом отмечается более быстрый переход смол в ас-

фальтены, чем углеводородов в смолы, образованию карбенов и кар-

При повышении температуры меняются свойства битума. Так, при повышении температуры окисления с 210 до 250 °С увеличи-

зом, изменяя температуруибок сления и его продолжительность, можно регулироватьСсвойства получаемого битума.

Влияние продолж тельности окисления и расхода воздуха. Чем больше по времени и интенсивности подача воздуха и чем выше температура, тем значительнее протекают изменения химического состава и свойств битума. Поток проходящего через сырьё воздуха выполняет функции окисляющего и перемешивающего агентов. Механическое перемешивание может ускорить процесс окисления в 6…7 раз, так как увеличивается поверхность раздела фаз и улучшается распределение воздуха в массе битума [6, 9].

Влияние природы нефти. Исследования, проведенные СоюздорНИИ, БашНИИ, о влиянии природы нефти и технологии ее переработки на свойства битумов показали, что природа нефти и качество промежуточного продукта (смолистого остатка: мазута, гудрона) влияют на химический состав и свойства битумов. Битумы, полученные окислением смолистых остатков из различных нефтей, значи-

47

тельно различаются между собой по компонентному составу, молекулярной массе, кислотному числу и другим физико-химическим свойствам.

При окислении смолистых остатков из тяжёлых высокосмолистых нефтей повышение вязкости происходит в основном за счёт превращения смол в асфальтены, а процесс образования смол и углеводородов имеет второстепенное значение. При окислении остатков из лёгких нефтей основным источником образования смол и асфальтенов являются углеводороды. Битумы получаются более жёсткими и хрупкими, так как в них содержатся карбены и карбоиды, а асфальтены представлены более выскоконденсированными ароматическими структурами.

Для ускорения процесса окисления применяют различные катализаторы: хлорида цинка, меди, железа, алюминияИ, пятиокиси фосфора, серной кислоты, сульфидов и ряда других [15].

На интенсивность процесса окисленияДвлияют способ окисления (периодический или непрерывный) и тип окислительного аппарата. Современная технология производства окисленных дорожных битумов состоит в окислении нефтяныхАостатков кислородом воздуха при температуре 200…300 °С, расходе воздуха 0,8…1,5 м3/мин на тонну сырья и продолжительностиб окисления от 2 до 20 ч в зависимости от марки битума, сырья и режима окисления.

Процесс ок сления остаточных фракций нефти воздухом в промышленной практ ке осуществляется в аппаратах разного типа: кубах периодическогоСдействия, трубчатых змеевиковых реакторах и пустотелых колоннах непрерывного действия. Особенности окисления в этих аппаратах рассматриваются ниже.

Куб – пустотелый цилиндрический аппарат с небольшой величиной отношения высоты рабочей зоны к диаметру (обычно около 1,5). Окисление в кубе осуществляют на старых установках или при производстве малотоннажных сортов битума [9, 19].

Окислению подвергается гудрон, полученный с вакуумной установки после отбора масляных фракций из мазута, обычно имеющий температуру размягчения по КиШ (кольцо и шар) в пределах 29– 42 °С. Исключение составляют гудроны тяжелых нефтей, имеющих повышенное содержание асфальтосмолистых веществ, которые при

48

том же режиме глубоковакуумной установки могут иметь показатель температуры размягчения в пределах требований для дорожных марок битумов БНД-130/200 и БНД-90/130.

Гудрон после отбора в вакуумной установке, нагретый до температуры 430–435 °С, пропускают через холодильник, где температура его снижается до 210–220 °С, а затем он поступает на окислительную установку.

Окислительные кубы периодического действия изготавливают емкостью 70–150 т и устанавливают на фундамент (рис. 2.5). В середину каждого куба пропущена до дна труба 6, по которой от компрессора происходит подача воздуха [19]. К вертикальной трубе присоединена горизонтальная труба меньшего диаметра 9 с многочисленными отверстиямидля пропуска воздуха. Вся эта система носит название маточника или распылителя. Окислительный процесс продолжается в среднем 10–50 ч. Продолжительность его до получения требуемой марки битума зависит от химического состава и свойств гудрона, интенсивности подачивоздуха,температурыокисляемогогудрона.

10 – откачка готового битума

49

Скорость окисления в кубе периодического действия возрастает с повышением температуры, давления и увеличения высоты зоны реакции. Режимы работы кубов зависят от свойств сырья и марки получаемого битума. Расход воздуха на окисление меняется от 600 до 1800 м3/ч, средняя температура окисления при производстве дорожных и строительных битумов 220…280 °С.

Для повышения производительности куба сырье предварительно нагревают, что обеспечивает увеличение скорости окисления. Последующее повышение температуры процесса предупреждают подачей контролируемого количества воды в газовое пространство куба. После получения продукта с заданными свойствами его охлаждают за счет подачи воды в газовое пространство или

циркуляцией битума через холодильник обычным приемом для поддержания заданной температуры окисления. Подача воды приводит также к снижению концентрации кислорода в газовом пространстве за счет образования водяного пара, что уменьшает взрывоопасность процесса. Кроме того, наличие водяного пара

препятствует отложению коксообразныхДвеществ (способных к самовозгоранию) на стенках газового пространства и в линии

отработанных газов. С цельюАустранения опасности вспенивания и выброса битума воду следует подавать при температуре в кубе не

и создано новое, более эффективное оборудование для производства окисленных битумов.

Основным достоинством новых технологий является то, что процесс окисления осуществляется непрерывно при большом контакте с воздухом и малом времени пребывания окисляемого продукта в реакционной камере.

50