Описание технологического процесса и технологической схемы установки

Технологическая установка предназначена для получения методом окисления кислородом воздуха сырья (гудрона, полугудрона) нефтяных битумов. В качестве целевого продукта получают дорожный, строительный, кровельный битум. В качестве отходов производства на установке образуются газы отдува и черный соляр.

Установка получения нефтяных окисленных битумов состоит из следующих блоков:

1. блок подготовки сырья;

2. блок окисления;

3. блок очистки и утилизации газов окисления;

4. блок отгрузки готового битума;

5. вспомогательное оборудование.

Сырьем установки является гудрон или полугудрон смеси нефтей - Арланской, Уршакской, Чернушинской, Тюменской, Шкаповской, Западно-Сибирской, Введеновской.

Теоретические основы процесса получения нефтяных окисленных битумов

Процесс окисления сырья состоит из следующих стадий:

- подготовка сырья для окисления;

- окисление сырья кислородом воздуха в колоннах окисления;

- получение нефтяного битума различных марок;

- получение газов отдува и черного соляра.

Химизм и кинетика процесса окисления

Современная технология заключается в окислении нефтяных остатков кислородом воздуха без катализатора при температуре 230-300 °С с подачей 0,014-0,0233 м3/с воздуха на 1 т битума при продолжительности до 12 ч. Воздух может подаваться в реактор под давлением или всасываться благодаря вакууму в системе до 500 мм. рт. ст. Отгон и потери зависят от содержания летучих веществ в сырье, глубины окисления и находятся в пределах 0,5-10% масс. от сырья. Пары воды и двуокись углерода выводятся из системы. Экзотермическая реакция окисления повышает температуру в зоне реакции.

Процесс окисления сырья до битума представляет собой гетерогенную реакцию уплотнения с образованием высокомолекулярных продуктов большой степени ароматичности - асфальтенов. В результате изменяется консистенция битума. Основная часть кислорода воздуха идет на образование воды, 10-20% масс. на образование углекислого газа, незначительная часть - на образование органических веществ, содержащих кислород.

Нефтяные углеводороды окисляются одновременно в двух направлениях

Сырьё для процесса производства битумов

Для производства нефтяных битумов используют три процесса - отдельно или в сочетании: вакуумную перегонку мазутов, деасфальтизацию гудрона избирательными растворителями и окисление нефтяных остатков кислородом воздуха.

Сырьем для вакуумной перегонки служит обычно мазут или гудрон, для деафсальтизации и окисления - гудрон. Товарные битумы получают как непосредственный продукт того или иного процесса или компаундированием продуктов разных процессов либо одного и того же процесса.

Сырье вакуумной перегонки представляет собой сложную смесь органических и гетероорганических соединений. Обычным сырьем вакуумной перегонки является остаток атмосферной перегонки нефти - мазут.

Основное назначение процесса деасфальтизации гудрона парафинами - получение деасфальтизата, являющегося сырьем для производства масел и установок каталитического крекинга и гидрокрекинга. Остаток деасфальтизации в некоторых в некоторых случаях соответствует требованиям стандарта на битум, а чаще его используют как компонент сырья битумного производства.

Окисление остатков нефтепереработки воздухом является основным процессом производства битумов.

Потенциал битума рассчитывают также по значениям плотности нефти, характеризующегося фактора, форме кривой ИТК и др. Однако такой подход не позволяет судить о качестве битумов, полученных из того или иного сырья. Для прогнозирования качества битумов предложена классификация нефтей БашНИИ НП. В ее основе лежит содержание асфальтенов (А), смол (С) и твердых парафинов (П). Существенным недостатком этой классификации является отсутствие требований к качеству сырья для производства окисленных битумов (например, вязкости, температуры вспышки).

Другая классификация нефтей учитывает рациональный способ переработки их остатков в битум:

1 группа - высокосернистые, высокосмолистые нефти типа арланской с содержанием САВ 25-36% и твердых парафиновых углеводородов 3-5%. Остатки выше 450-480 °С таких нефтей соответствуют вязким дорожным битумам типа БН (ГОСТ 22245-76).

2 группа - смолистые, парафинистые нефти, типа Ромашкиной, с содержанием САВ 10-20% и твердых парафинов 3-6%. Остатки вакуумной перегонки этих нефтей также удовлетворяют требованиям стандарта к вязким дорожным битумам.

3 группа - малосмолистые, малопарафинистые нефти типа западно-сибирских с содержанием САВ 7-10% и 0,2-2,5% твердых парафинов. Окисление их гудронов и асфальтитов позволяет получить требуемые марки битумов.

4 группа - малосмолистые, малопарафинистые нефти типа Ухтинской с содержанием САВ и твердых парафинов 7-10% и 5-7% соответственно. Битумы с требуемой растяжимостью получают окислением гудронов выше 500 °С в колоннах.

5 группа - малосмолистые, высокопарафинистые нефти типа Котуртепинской с содержанием САВ 5-10% и 7-12% твердых парафинов. Наиболее рациональный способ их переработки в строительные битумы с низкой растяжимостью.

Получать битумы требуемого качества необходимо из сырья с определенным сочетанием группового углеводородного состава, которое предопределяет выбор технологии производства битума. Поэтому технология должна обеспечить изменение группового химического состава сырья в требуемом направлении. Например, вовлечение в основное сырье дополнительного количества асфальтенов, ароматических углеводородов и других компонентов. Следовательно, современная технология получения нефтяных битумов должна включать комплекс различных технологических приемов, которые обеспечат производство битумов требуемого качества практически из любого сырья.