04. Производство нефтяных битумов

Применяются следующие способы получения нефтяных битумов: атмосферно-вакуумная перегонка сырой нефти с получением остатка называемого гудроном, который при переработке высокосмолистых нефтей представляет собой остаточный битум; окисление нефтяных остатков — гудроном, крекинг-остатков кислородом воздуха, при этом получают окисленные битумы; смешение остатков, получающихся при переработке нефти, битумов деасфальтизации с экстрактами от очистки масляных фракций - процесс получения битумов компаундированием. Существуют и сочетания указанных выше способов.

Производство остаточных битумов. Остаточные битумы обладают рядом положительных свойств и их производство распространено во многих странах.

Сырьем для них служат мазуты, гудроны, а также другие смолистые остатки, образующиеся при перегонке. При атмосферно-вакуумкой пере­понке высокосмолистой нефти получают остаточный битум как остаток после отбора топливных и маслянистых фракций. При перегонке нефти с меньшим содержанием смолистых веществ получают менее вязкий остаток, по свойствам отвечающий требованиям на жидкие дорожные битумы марок МГ 70/130, МГ 130/200.

Производство окисленных битумов. Получение битумов методом окисления является одним из наиболее распространенных методов. Этот метод можно применять при переработке как смолистых, так и малосмолистых нефтей и получать высококачественные дорожные, строительные и специальные битумы. В отличие от других методов (перегонной экстракции), когда асфальтосмолистые компоненты почти не изменяются, при окислении происходят существенные изменения их качественного и количественного составов.

Окисление — процесс экзотермический. Основными факторами, влияющими на процесс окисления гудрона, являются исходная температура размягчения гудрона, а также температура и продолжительность окисления, расход воздуха. Окисленные битумы получают главным образом на заводах, использующих нефти, богатые легкими фракциями. При этом применяются методы периодического окисления или непрерывного окисления в трубчатых змеевиках. Сырая нефть подвергается фракционной разгонке на атмосферно-вакуумной трубчатой установке. Получающийся остаток (гудрон) с температурой размягчения 32 - 40° С поступает в окислительную битумную установку.

В процессе окисления кислород взаимодействует с гудроном к его компонентами - протекает реакция дегидро-поликонденсации, ведущая к образованию высокомолекулярных компонентов.

При повышении температуры окисления с 210 до 250°С увеличивается растяжимость битума и глубина проникания иглы, а свыше 250° С эти показатели соответственно снижаются. Таким образом, изменяя температуру окисления и его продолжительность, можно регулировать свойства получаемого битума.

В зависимости от сырья, температуры и требуемой марки битума окисление производят в течение 4 - 60 ч. Для интенсификации процесса применяется способ окисления при перемешивании или в состоянии пены, эмульсии. Большая поверхность окисления, высокая степень контакта воздуха при меньшем пребывании смеси при высокой температуре (250 - 300°С) изменяют характер окислительного процесса.

Существует так же метод получения окисленного битума путем периодического или непрерывного окисления битума. Сырье при температуре 170 - 210° С поступает в секции реактора, в которых установлены вращающиеся в сырье турбины - диспергаторы, которые засасывают и распыляют воздух в окисляемом продукте.

Для ускорения процесса окисления применяют следующие катализаторы: хлориды цинка, меди, железа, алюминия; пятиокиси фосфора, серной кислоты, сульфиды и ряд других.

Получение битумов методом смешиния (компаундирования). Смешение или компаундирование, битумов - это вторичный процесс их переработки, который производят на нефтеперерабатывающих заводах или на месте потребления. Битум или смолистый остаток, полученный перегонкой, окислением, эстракцией, не всегда удовлетворяет требованиям по всем показателям, предъявляемым к дорожным битумам. В этом случае путем смешения битума с другими смолистыми остатками.

Для получения битумов требуемых свойств применяют их взаимное смешение или смешение с другими смолистыми остатками, образующимися при переработке нефти и нефтепродуктов. При смешении битумов различных свойств и происхождения необходимо, чтобы смешиваемые компоненты были близки по значению поверхностного натяжения. Сме­шение битумов с дегтями возможно в ограниченном количестве (15 - 20 %).

Равномерность смешения проверяют по температуре размягчения смеси, которая должна соответствовать средневзвешенному значению температур размягчения составляющих компонентов. Технология приготовления смешанных битумов сводится к разогреву их до жидкой консистенции и смешению. Методом смешения приготовляют большинство жидких битумов.

В последнее время крупные дорожно-строительные организации в качестве добавок к битумам используют различные отходы, получаемые при производстве каменноугольных дегтей и полимеров (кубовые остатки полистирольных, кумароновых смол), отходы от регенерации отработанных смазочных масел.