Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Органические вяжущие материалы. Учебное пособие
.pdf
Остаток после отбора масляных дистиллятов в ва-
куумной колонне - гудрон – является основным сырьём для
производства битумов.
В зависимости от свойств исходной нефти гудрон
по своей вязкости и свойствам близок к жидким битумам.
Для повышения вязкости и получения требуемых показа-
телей свойств, которыми должны обладать вязкие и
твёрдые битумы, гудрон подвергается дальнейшей
переработке.
В гудроне содержится ещё значительное количество масляных фракций. Их выделяют из гудрона с
помощью жидкого пропана и в установках деасфальтиза-
ции 5. Пропан растворяет масляные фракции, содержащи-
еся в гудроне, в остатке содержатся смолисто-асфальтовые
вещества, которые называют асфальтами деасфальтизации. В зависимости от свойств исходной нефти их количе-
ство может составлять 30…70% от массы гудрона.
В результате очистки дистиллятных и остаточных
масляных фракций в установке селективной очистки масел
6 получают рафинаты и побочные продукты – экстракты.
Обезмасливание гудрона жидким пропаном и се-
лективная очистка масляных фракций относятся к специ-
альным видам переработки отдельных фракций нефти.
На нефтеперерабатывающих заводах топливной
схемы основным сырьём для производства битума
являются гудроны, а на заводах топливно-масляной схемы
– асфальты деасфальтизации и экстракты.
В табл. 1 приведены продукты, получаемые при
фракционной перегонке нефти.
11
Продукты фракциони-
рования нефти
Физические свойства фракций
Температура
вспышки или
кипения, ОС
Плотность,
кг/м3
Светлые продукты
Бензин
50…200
710…760
Лигроин
200…230
760…790
Керосин
230…315
79…870
Масляные продукты
Соляровое масло
130…165
870…890
Парафин
165…190
890…920
Масло для двигателей
190…300
920…950
Остаточные продукты
Мазут
190…250
930-970
Гудрон
200…300
930…1000
Крекинг-процесс был предложен Д.И. Менделее-
вым и запатентован В.Г. Шуховым в конце ХIX века,
когда начало развиваться автомобиле- и самолётостроение
и потребовалось дополнительное количество топлива.
При нагревании тяжелых остатков нефти до
425…650
О
С и давлении 5 МПа, сложные молекулы
распадаются, делятся на более простые, легкие, и, как
результат, мазут или гудрон распадаются на бензино-
керосиновые фракции с устойчивыми молекулами.
Крекинг-остаток используют как жидкий дорожный
битум, реже - как сырье для получения вязких крекингбитумов.
Таблица 1
12
Контрольные вопросы
1. Каков химический состав нефти? 2. Назовите
ряды углеводородов, образующие нефть. 3. Какие Вы
знаете методы переработки нефти? 4. Назовите продукты
фракционирования нефти. 5. Какой нефтепродукт
является основным сырьём для производства битумов?
2.2. Производство нефтяных битумов.
Нефтяные битумы производят тремя способами:
1 - Атмосферно-вакуумная перегонка сырой
нефти, при которой после отгонки топливных и масляных
фракций остается гудрон; при перегонке высокосмолистой нефти этот гудрон представляет собой остаточный
битум, при перегонке менее пригодных нефтей гудрон
является сырьем для производства окисленных битумов.
2 - Окисление нефтяных остатков - гудрона, крекинг-остатков - кислородом воздуха является наиболее
распространённым способом производства окисленных
битумов.
3 - Компаундирование, или смешение остатков
перегонки нефти: битума деасфальтизации с экстрактами,
получающимися при селективной (избирательной) очистке
масляных фракций или с исходным гудроном.
2.2.1. Производство остаточных битумов.
При прямой перегонке тяжёлых малосмолистых
нефтей можно сразу получить жидкие остаточные
битумы. Остаточные жидкие битумы получают также и
при крекинг-процессе переработки нефти.
Остаточные маловязкие битумы могут быть получены на атмосферно-вакуумной установке при переработке тяжёлых смолистых малопарафинистых нефтей, в
13
которых преобладают углеводороды ароматического ряда.
Нефти с большим содержанием ароматических углеводо-
родов, наиболее пригодные для образования асфальто-
смолистых веществ, дают больший выход битума от
общего количества перерабатываемой нефти.
При таком сырье тяжёлым остатком в вакуумной
колонне будет гудрон, отвечающий по своим свойствам
маловязкому битуму с показателем пенетрации 200…300.
Рис. 3. Технологическая схема получения вязкого остаточ-
ного битума:
1 – нагревательная печь; 2 – ректификационная колонна;
3 – вакуумная колонна; 4 – установка глубокого вакуума.
I – нефть; II – мазут; III – гудрон; IV – битум; V –
топливные дистилляты; VI – масляные дистилляты
Остаточный битум большей вязкости с показателем
пенетрации до 40…60 получают более полным отбором
14
масляных фракций из гудрона, что возможно при высокой
температуре, более глубоком вакууме, при одновременной
обработке перегретым паром.
Схема установки для получения остаточного вяз-
кого битума приведена на рис. 3. Нефть нагревают в печи
1, затем она поступает в ректификационную колонну 2.
Образовавшийся в результате отделения топливных
фракций мазут прямой перегонки после подогрева в печи
поступает в вакуумную колонну 3, а топливные дистилля-
ты отводятся сверху ректификационной колонны.
Образовавшийся остаточный битум с низа колонны
поступает в резервуар 4, где он обрабатывается перегретым паром, что способствует более полному отбору
масляных фракций. Масляные дистилляты отводятся от
верха вакуумной колонны. остаточный битум из нижней
части колонны перекачивают в хранилище.
Производство битумов деасфальтизации. Деас-
фальтизация – это извлечение смолисто-асфальтовых
веществ из нефтепродуктов при помощи растворителей.
Для деасфальтизации чаще всего применяют сжиженный
пропан.
После отгонки из мазута в вакуумной колонне в по-
лучившемся гудроне ещё остается около 30% тяжелых
масел, которые извлекают, растворяя их пропаном.
Оставшиеся после растворения пропаном асфальтосмолистые вещества, не растворимые в пропане, называются битумом (асфальтом) деасфальтизации.
Процесс получения битумов при деасфальтизации
нефтепродуктов проводится по следующей схеме (рис. 4).
Гудрон или полугудрон прокачивается насосом 6 через
паровые теплообменники 5, где он нагревается до требуе-
мой температуры и поступает в деасфальтизационную
колонну немного выше её середины.
15
Рис. 4. Схема производства битума деасфальтизации:
1 – деасфальтзационная колонна; 2 – однотопочная печь;
3 – эвапоратор; 4 - атмосферная отпарная колонна; 5 –
паровой теплообменник; 6, 8 – насосы; 7 – ёмкость с
пропаном; 9 – паровой тплообменник
Сжиженный растворитель-пропан в соотношении
5:1 к гудрону из ёмкости 7 забирается насосом 8 и после
прохождения через другой паровой теплообменник 9
вводится в нижнюю часть деасфальтизационной колонны.
Гудрон, перемещаясь сверху вниз, интенсивно обрабатывается на тарелках колонны восходящим потоком пропана,
освобождается от масел, которые растворяются в пропане.
Смолисто-асфальтовые вещества, нерастворимые в
пропане, отстаиваются внизу колонны, откуда непрерывно
отводятся в однотопочную печь 2, где нагреваются до
температуры 200…224
О
С.
Из печи нагретый раствор поступает в эвапоратор
3, где под давлением происходит испарение основной
части пропана. Остатки пропана отпариваются при
помощи открытого пара в атмосферной отпарной колонне
16
4, из низа которой откачивается остаточный продукт, т. е.
асфальт деасфальтизации I ступени (или битум деасфальтизации). В зависимости от свойств исходной нефти выход
битума деасфальтизации составляет 40…70% от массы
гудрона.
Рис. 5. Технологическая схема получения нефтяных битумов трёхступенчатой деасфальтизации:
1, 2, 3 – установки деасфальтизации; 4 – накопительно-
раздаточные емкости;
I – сырье (гудрон); II – асфальт деасфальтизации I
ступени; III – асфальт II ступени; IV – асфальт деас-
фальтизации III ступени; V – жидкий пропан; VI – легкие
масляные фракции нефти; VII – средние масляные
фракции нефти;; VIII – тяжелые масляные фракции
нефти; IX – дистиллятный экстракт, масляные дистилляты, рафинаты масел, остаточный экстракт; X –
битумы деасфальтизации.
17
В зависимости от вида нефти и свойств сырьевого
гудрона для получения средних и тяжёлых масел последовательно монтируются 2 и 3 установки деасфальтизации.
В этом случае получается асфальт деасфальтизации II или
III ступени (рис. 5).
При деасфальтизации гудрона получаются битумы с
высокой вязкостью (глубина проникания иглы при 25ОС не
ниже 40…60). Для получения битумов с меньшей вязкостью принято битум деасфальтизации смешивать с
экстрактом селективной очистки масел или исходным
гудроном.
Битумы деасфальтизации, а также битумы, полученные разжижением продукта деасфальтизации гудроном
или экстрактом селективной очистки, обладают понижен-
ной теплоустойчивостью при тех же значениях глубины
проникания иглы при 25ОС и высокой хрупкостью, что
свидетельствует о низкой их морозоустойчивости. Эти
битумы имеют низкие адгезионные свойства. Наряду с
этим битумы деасфальтизации характеризуются высокими
значениями растяжимости и когезии.
2.2.2. Производство окисленных битумов.
Метод окисления – наиболее распространённый ме-
тод получения битумов. Вязкий и твёрдый битум получают,
окисляя гудрон продувкой через него воздуха при темпера-
туре 220…300ОС. Лучшим сырьём для получения окислен-
ных битумов являются высокосмолистыя нефти с высоким
содержанием ароматического соединения. При окислении
происходит отделение атомов водорода и углерода, которые
соединяясь с кислородом воздуха, дают воду и углекислый
газ, и освободившиеся связи приводят к полимеризации
углеводородов (реакция дегидрополиконденсации) и
образованию высокомолекулярных компонентов, что в
18
свою очередь ведёт к увеличению вязкости и адгезионных
Получить
битум
Окисление
Время, час ОС
БНД 130/200
10…15
До 240…300
БНД 90/130
15…20
БНД 60/90
25…32
БНД 40/60
40…60
свойств битума. Главным образом идут процессы превра-
щения содержащихся в сырье массел в смолы, а смол в
асфальтены. Вследствие высокой температуры вода и
углекислота находятся в газообразном состоянии.
Процесс окисления может быть представлен по следующей схеме: моноциклические углеводороды под
воздействием кислорода переходят в бициклоароматиче-
ские углеводороды, а те свою очередь - в полициклоарома-
тические. Из последних идёт образование смол, а из смол
образуются асфальтены, затем из асфальтенов – карбены и
карбоиды.
В зависимости от сырья, температуры и требуемой
марки битума окисление в кубах периодического действия
продолжается от 4 до 60 ч (табл. 2).
Характер изменения вязкости и теплостойкости перерабатываемого сырья (гудрона) в процессе окисления
показан на рис. 6.
В зависимости от сырья, температуры и требуемой
марки битума окисление в кубах периодического действия
продолжается от 4 до 60 ч (табл. 2).
Характер изменения вязкости и теплостойкости перерабатываемого сырья (гудрона) в процессе окисления
показан на рис. 6.
Таблица 2
19
Рис. 6. Зависимость температуры размягчения и
глубины проникания иглы
в битум от времени окисления:
1 – температура размягчения, 3 – глубина проникания
иглы при окислении битума с механическим перемеши-
ванием; 2 - температура размягчения,
4 – глубина проникания иглы при окислении битума без
перемешивания
В зависимости от вида перерабатываемой нефти,
состава и свойств получившегося гудрона для его окисления выбирают конструкцию окислительной установки, в
наибольшей степени соответствующую технологии
нефтеперерабатывающего завода. Процесс окисления
может быть периодическим или непрерывным. Периодическое окисление проводится в окислительных кубах,
непрерывный - в трубчатых или колонных окислительных
установках. Общая технологическая схема производства
вязких окисленных битумов представлена на рис. 7.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]