Инструменты пользователя

Инструменты сайта


courses:refining:битум_и_остаточные_топлива

Различия

Здесь показаны различия между выбранной ревизией и текущей версией данной страницы.

Ссылка на это сравнение

courses:refining:битум_и_остаточные_топлива [19.05.2016 10:47] (текущий)
wikicat создано
Строка 1: Строка 1:
 +====== Нефтяной битум и остаточные топлива ======
 +У нефтепереработчика есть две возможности для использования кубовых остатков — производство остаточного топлива и нефтяного битума. Выбор между этими возможностями определяется характеристиками исходной сырой нефти и потребностями рынка. \\
  
 +{{:​courses:​refining:​битум_на_заводе.jpg?​500|}}
 +===== Нефтяной битум =====
 +
 +Нефтяные битумы представляют собой высокосмолистые высоковязкие продукты,​ получаемые из остатков перегонки нефтей,​ крекинга и очистки масел. В состав битумов входят в основном масла, смолы и асфальтены. ((Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. — М.: ЗАО «Олимп-Бизнес»,​ 2004. — 224 с: ил. — (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).)) \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​битум.png?​500|}} \\
 +
 +Дешевизна и прочность сцепления с различными материалами,​ стойкость к действию химикалий и растворов обуславливают широкое применение нефтяных битумов в различных отраслях промышленности:​ в производстве кровельных материалов,​ гидротехнике,​ при изготовлении гидроизоляционных материалов на бумажной основе,​ при закреплении берегов водоемов и сыпучих дюн, в судостроении и т.п. Тугоплавкие и пластичные битумы — рубраксы — применяются в резиновой промышленности как материал,​ придающий резине водостойкость. Однако основное количество нефтяных битумов (свыше 75%) потребляется для строительства и ремонта дорог. Важнейшее назначение битума в дорожных покрытиях — быть прочным вяжущим материалом,​ цементирующим гранулы каменного наполнителя,​ сообщать дорожному покрытию прочность и стабильность. ((Гуревич И. Л. Технология нефти (Ч. 1). Общие свойства и первичная перегонка нефти: Учебник для вузов. 3-е изд. М.: Химия, 1972. 359 с.)) \\
 +
 +Нефтяные битумы содержат различные количества //​асфальтенов//,​ состоящих из очень сложных молекул. Асфальтены — полиароматические соединения с высоким соотношением количества углеродных атомов к количеству водородных атомов,​ в которых бензольные кольца тесно прилегают друг к другу (конденсированные циклы). Молекулы этих веществ содержат обычно более 50 атомов углерода. \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​асфальтен.jpg?​400|}} \\
 +
 +Если содержание асфальтенов достаточно высоко,​ то такая остаточная фракция может служить прочным и стабильным связующим материалом,​ то есть битумом. \\
 +
 +//​Содержание асфальтенов в битуме влияет на его твердость и температуру размягчения:​ чем больше в битуме асфальтенов,​ тем он тверже. Смолы повышают цементирующие свойства битума и его эластичность. Масла в битуме являются разжижающей средой,​ в которой растворяются смолы и набухают асфалътены.//​ \\
 +
 +Битумы можно разделить на четыре категории,​ хотя такое деление и не является строгим. Это — прямогонный нефтяной битум, окисленный битум (или асфальт),​ дистиллятный раствор битума и битумная эмульсия. \\
 +
 +==== Прямогонный нефтяной битум ====
 +Остаток,​ который получается при глубокой вакуумной,​ перегонке смолистых нефтей (при отборе 80—90% дистиллятов),​ можно непосредственно использовать как битум. Это — черное или темно-коричневое вещество,​ при комнатной температуре оно очень вязкое (густое) или твердое. Чем выше была температура на установке вакуумной перегонки нефти, тем больше вязкость битума. \\
 +
 +Для характеристики этого вида битума используют два основных показателя:​ температура размягчения и пенетрация (проницаемость). //​**Температурой размягчения**//​ называют температуру,​ при которой предмет определенной формы и заданной массы начинает погружаться в битум. В наиболее распространенной методике используют стальной шар. Нефтяные битумы,​ поступающие в продажу,​ обычно имеют температуры размягчения около 25— 170°С (80-340°F). \\
 +
 +//​**Пенетрация**//​ является мерой твердости битума. Прибор для измерения этого показателя снабжен стальной иглой с тяжелой верхней частью. Пенетрацию определяют как глубину,​ на которую игла погружается в битум при заданной температуре за стандартный промежуток времени. Очень твердые битумы характеризуются нулевым значением пенетрации,​ а показатель для более мягких битумов достигает 250. \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​производство_битума.jpg?​400|}} \\
 +
 +Производство широкого набора битумов на нефтеперерабатывающем заводе обеспечивается за счет смены режима. Например,​ некоторое время установка вакуумной перегонки работает на заполнение резервуара битумом с величиной пенетрации 40—50, после этого режим ее работы изменяют так, чтобы получался битум с величиной пенетрации 250, который заполняет новый резервуар. Смешивая эти два компонента непосредственно в емкости для транспортировки на грузовике,​ барже или в цистерне,​ можно получить продукт с любой заданной величиной пенетрации от 40 до 250. ((Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. — М.: ЗАО «Олимп-Бизнес»,​ 2004. — 224 с: ил. — (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).)) \\
 +
 +Помимо пенетрации и температуры размягчения,​ важными показателями для битумов являются растяжимость,​ температура хрупкости,​ вязкость,​ адгезия и др. \\
 +
 +//​**Растяжимость**//​ (дуктильность) битума характеризуется расстоянием,​ на которое его образец можно вытянуть при определенных условиях в нить до разрыва. \\
 +
 +//​**Температура хрупкости**//​ – это температура,​ при которой пленка битума,​ нанесенная на стальную пластинку,​ дает трещину при изгибе этой пластинки (от -2 до -30 °C) Чем ниже эта температура,​ тем выше качество битума. Окисленные битумы имеют меньшую температуру хрупкости,​ чем остаточные битумы той же пенетрации. \\
 +
 +//​**Вязкость**//​ битумов наиболее полно характеризует их консистенцию при различных температурах применения. При максимальной температуре применения вязкость должна быть как можно выше. \\
 +
 +//​**Адгезию (прилипание)**//​ оценивают по степени покрытия битумом частиц щебня или гравия после обработки образца в кипящей воде. Адгезионная способность битума зависит от его химического состава:​ в присутствии парафина она снижается,​ поэтому его содержание ограничивается (не более 5%).((Ахметов С. А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С. А. Ахметов,​ Т. П. Сериков,​ И. Р. Кузеев,​ М. И. Баязитов;​ Под ред. С. А. Ахметова. — CПб.: Недра, 2006. — 868 с.; ил.)) \\
 +
 +==== Окисленный битум ====
 +Помимо повышения температуры вакуумной перегонки,​ имеется возможность изменять консистенцию мягких битумов химическим путем в воздуходувке. На этой установке остатки от переработки нефти или крекинг-остатки продувают горячим воздухом,​ в результате чего происходит химическая реакция. Кислород присоединяется к битуму,​ либо водород соединяется с кислородом и образует воду, которая затем испаряется. В результате получается более твердый и резиноподобный битум. Этот способ позволяет получить битумы с низкой величиной пенетрации и требует меньших затрат,​ так как при этом используется пек, содержащийся в сырой нефти. \\
 +
 +++++
 +Оборудование установки производства битума|
 +
 +Основным аппаратом установок непрерывного действия для производства битума является либо трубчатый реактор,​ либо окислительная колонна. Окислительные колонны предпочтительны для производства дорожных битумов,​ трубчатые реакторы — в производстве строительных битумов. Отдельные установки в своем составе имеют оба аппарата. На рисунке ниже представлена принципиальная технологическая схема битумной установки (одного блока) с реакторами обоих типов. \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​установка_получения_битума.jpg?​400|}} \\
 +
 +Если исходное сырье поступает из резервуаров,​ то для его нагрева на установке имеются теплообменники и трубчатая печь 1. Если же оно поступает в горячем виде непосредственно с АВТ, тогда сырье вводят в реакторы,​ минуя теплообменники и печи. В реактор колонного типа 6 вводят непрерывно сырье (с температурой 140…200 °С), сжатый воздух и битум-рециркулят. На верх колонны для регулирования температурного режима и для понижения концентрации кислорода подают водяной пар и воду. Окисление сырья в колонне осуществляется в барботажном режиме при температуре 240…270 °С. \\
 +
 +Поток сырья, направляемый в реакторы змеевикового типа, сначала поступает с температурой 260…270 °С в смеситель 2, где смешивается со сжатым воздухом и битумом-рециркулятом,​ затем в змеевиковый реактор 3. Процесс окисления сырья кислородом воздуха начинается в смесителе 2 в пенном режиме и продолжается в змеевике реактора 3. Для съема тепла экзотермической реакции окисления в межтрубное пространство реактора 3 вентилятором подается воздух. Смесь продуктов окисления из реактора 3 поступает в испаритель 4, в котором газы отделяются от жидкости. Отработанный воздух,​ газообразные продукты окисления,​ пары нефтепродуктов и воды направляются через конденсаторы-холодильники (воздушного охлаждения) в сепаратор 5. С верха сепаратора несконденсировавшиеся газы и пары направляются в печи дожига. \\
 +
 +Конденсат,​ так называемый «черный соляр»,​ используется как компонент котельного топлива. Целевой продукт установки — битум — после охлаждения направляется в приемники — битумораздаточники. Выход дорожных окисленных битумов на сырье составляет около 98 % мас., а строительных — 94…96 % масс. \\
 +
 +Комбинированное применение на одной битумной установке реакторов 2 типов позволяет одновременно получить разные марки битумов,​ более полно использовать тепло реакции и отходящих потоков. ((Ахметов С. А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С. А. Ахметов,​ Т. П. Сериков,​ И. Р. Кузеев,​ М. И. Баязитов;​ Под ред. С. А. Ахметова. — CПб.: Недра, 2006. — 868 с.; ил.)) \\
 +++++
 +
 +==== Дистиллятный раствор битума ====
 +
 +Для многих областей применения битума требуется,​ чтобы материал оставался текучим. Например,​ при строительстве дорог он должен хорошо смешиваться с гравием и песком. Поэтому асфальт обычно смешивают и укладывают при повышенных температурах. Чтобы упростить требования к оборудованию в местах укладки,​ отказавшись от работы при высоких температурах,​ и одновременно получить твердое и прочное покрытие,​ иногда в битум добавляют разбавитель. Разбавитель (или разжижитель) размягчает битум, что позволяет работать с ним при низких температурах. После укладки асфальта разбавитель испаряется и образуется прочное и твердое асфальтовое покрытие. \\
 +
 +Время, за которое разбавитель испарится (оно обычно измеряется днями),​ зависит от того, какой именно продукт использовали для разбавления. Если требуется быстрое загустение битума (образование конечного твердого материала),​ то разбавителем должна служить достаточно легкая фракция,​ например,​ нафта. Если допустимо более длительное время загустения,​ то используют керосин. Тип разбавителя обычно находит отражение в маркировке дистиллятных растворов битума:​ БГ (быстрогустеющие) и СГ (густеющие со средней скоростью) (некоторые авторы называют их быстро и средне затвердевающими битумами,​ а также выделяют еще и медленно затвердевающие ((Гуревич И. Л. Технология нефти (Ч. 1). Общие свойства и первичная перегонка нефти: Учебник для вузов. 3-е изд. М.: Химия, 1972. 359 с.)). \\
 +
 +Использование дистиллятных растворов битума всегда было сопряжено с проблемами. В самом деле, разбавитель проходит через всю систему и уходит в никуда — это дорого. Кроме того, если быть точными,​ он уходит не в никуда,​ а в атмосферу,​ и, значит,​ загрязняет воздух. \\
 +
 +==== Битумные эмульсии ====
 +
 +Чтобы достичь той же гибкости в использовании оборудования и при этом избежать проблем,​ связанных с разбавителем,​ разработали производство эмульсий. Эмульсия — это смесь, содержащая 50—70% битума и 30—50% воды. Чтобы эти компоненты оставались в смешанном состоянии,​ добавляют эмульгатор,​ что-нибудь типа мыла. Хотя эмульгатор гораздо дороже,​ чем битум, его требуется всего один процент. \\
 +
 +Из готового материала вода испаряется точно так же, как и разбавитель,​ и в результате образуется твердый асфальт. С эмульсиями можно работать при более низких температурах по сравнению со всеми остальными сортами битума,​ поскольку добавление воды для облегчения работы не требует больших затрат.
 +Для строительства дорог обычно используют мягкие битумы с индексом пенетрации 200—300. Для промышленных целей применяют материал,​ для которого эта величина составляет 40—50. Для кровельных материалов (гонт, толь, пергамин) и для настилки полов (влагонепроницаемые покрытия,​ плитка) битумы часто смешивают с глиной. \\
 +
 +Один любознательный инженер обнаружил,​ что частицы битума в эмульсиях отрицательно заряжены,​ такие эмульсии называются анионными. Некоторые наполнители,​ которые используют в смесях с битумом,​ также отрицательно заряжены. Поэтому иногда оказывается трудно полностью смешать наполнитель с битумной эмульсией,​ особенно если это проделывают в сырую погоду,​ когда возможны электрические токи. Для борьбы с этим явлением придумали специальные эмульсии,​ в которых частицы битума заряжены положительно. Такие эмульсии,​ которые называют катионными,​ охотно совмещаются с наполнителем. Для дорожных работ в основном применяют катионные эмульсии. \\
 +
 +
 +===== Остаточные топлива =====
 +
 +Остаточное топливо (также называемое котельным) — это то, что остается,​ когда все нефтепродукты уже приготовлены (поэтому оно и называется остаточным). Во многих странах остаточное топливо — это всего лишь остаток от перегонки сырой нефти, то есть мазут. В России к остаточным нефтяным топливам относятся топлива,​ содержащие нефтяные остатки. Кроме топочных мазутов,​ они представлены моторными топливами ДТ и ДМ (топлива для среднеоборотных дизелей),​ высоковязкими судовыми топливами,​ а также флотскими котельными мазутами. В США мазут в основном используется как сырье для вакуумной перегонки. В этом случае основным ингредиентом остаточных нефтепродуктов является остаток от вакуумной перегонки (пек). ((Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. — М.: ЗАО «Олимп-Бизнес»,​ 2004. — 224 с: ил. — (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).)) \\
 +
 +Котельное топливо применяют в промышленных печах или стационарных паровых котлах (топочные мазуты),​ а также в судовых энергетических установках (флотские мазуты).((http://​mirsmazok.ru/​blogs/​modules.php?​name=articles&​id=458 )) \\
 +
 +==== Получение остаточного топлива ====
 +
 +Так как остаточное топливо является побочным продуктом,​ требования,​ предъявляемые к товарному продукту,​ достаточно расплывчаты. Наиболее важной характеристикой является вязкость,​ которая показывает,​ насколько жидкость сопротивляется течению,​ как это показано на рисунке ниже (вязкость кленового сиропа больше,​ чем вязкость воды). \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​вязкость.jpg?​400|}} \\
 +
 +Стандартной единицей вязкости является //​сантистокс//​. Поскольку вязкость меняется в зависимости от температуры (горячий сироп течет лучше, чем холодный),​ вязкость в сантистоксах измеряют при 80°С или при 100°С. К остатку от вакуумной перегонки обычно добавляют какой-либо разбавитель (дистиллятный нефтепродукт) для того, чтобы достичь максимальной приемлемой вязкости. Обычно в качестве разбавителя используют какую-либо тяжелую маловязкую фракцию,​ которая представляет собой небольшую ценность в качестве сырья, например,​ для крекинга. Скажем,​ это может быть крекинг-газойль,​ если он есть. \\
 +
 +Другим нормируемым показателем является содержание серы. Допустимое выделение серы из промышленных топлив изменяется в широких пределах в зависимости от географического положения и от требований потребителя. Остаточное топливо может быть сернистым и малосернистым. Граница между этими категориями находится в области содержания 0,5—1% серы по массе. Содержание серы зависит в основном от состава исходной сырой нефти. Методика удаления серы из остаточного топлива требует сложного дорогого оборудования,​ которое будет описано в следующей главе. Таким образом,​ разница в цене между сернистым и малосернистым продуктом отражает затраты на обессеривание,​ а также возрастающие потребности в малосернистых остаточных топливах. \\
 +
 +Наконец,​ как и в случае дистиллятных топлив,​ для остаточных топлив имеет значение температура вспышки. Поскольку для перекачивания остаточных топлив требуется нагревание,​ температура вспышки в данном случае еще более важна. В то же время остаточное топливо служит отстойником,​ в который можно слить множество разнообразных ненужных продуктов. Температура вспышки является фактором,​ ограничивающим возможности такого сливания.((Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. — М.: ЗАО «Олимп-Бизнес»,​ 2004. — 224 с: ил. — (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).)) \\
 +
 +
 +В России выпускаются следующие марки котельных топлив:​ \\
 +
 +  - //​**Флотские мазуты марок Ф-5 и Ф-12**// (согласно ГОСТ 10585-99). Их получают смешением мазута и гудрона сернистых нефтей с дистиллятными фракциями прямой перегонки и вторичных процессов. \\
 +  - //​**Топочные мазуты марок 40 и 100**// (согласно ГОСТ 10585-99), которые являются наиболее массовыми котельными топливами. Они предназначаются для всех котельных и нагревательных установок общего назначения. \\
 +  - //​**Топливо для мартеновских печей**//​. Применяется в сталеплавильных печах и других нагревательных установках металлургических предприятий ((http://​www.chemport.ru/​data/​chemipedia/​article_1788.html)). \\
 +
 +В зависимости от перерабатываемых нефтей ГОСТ 14298-79 устанавливает следующие марки нефтяного топлива для мартеновских печей: МП – малосернистое (до 0,5 % серы), МП-1 – малосернистое (до 1 %) и МПВА – высокоароматизированное,​ высокосернистое ((http://​vsegost.com/​Catalog/​31/​31499.shtml)). \\
 +
 +Отечественные котельные топлива,​ хотя по качеству примерно соответствуют зарубежным аналогам,​ однако недостаточно полно удовлетворяют потребностям по целому ряду показателей:​ содержанию серы и механических примесей,​ зольности и температуре застывания высокопарафинистых мазутов. Отечественные котельные топлива по сравнению с зарубежными содержат значительное количество разбавителей – ценных дизельных фракций,​ что обусловливается нехваткой мощностей висбрекинга,​ с одной стороны,​ и недостатком депрессорных присадок – с другой.((Ахметов С. А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С. А. Ахметов,​ Т. П. Сериков,​ И. Р. Кузеев,​ М. И. Баязитов;​ Под ред. С. А. Ахметова. — CПб.: Недра, 2006. — 868 с.; ил.))
 +
 +{{youtube>​pPkLKfF-8EY?​medium}} ​ {{youtube>​BSv48sagEY4?​medium}}
 +
 +
 +===== Словарь =====
 +
 +|адгезия |adhesion |
 +|асфальтены |asphaltenes |
 +|битумные эмульсии |emulsifield bitumen |
 +|дистиллятный раствор битума |distillate ​ bitumen solution |
 +|дуктильность |ductility |
 +|нефтяной битум |petroleum bitumen |
 +|окисленный битум |oxidized bitumen |
 +|окислительная колонна |oxidizer |
 +|пенетрация |penetration |
 +|прямогонный нефтяной битум |straight-run bitumen |
 +|температура размягчения |softening point |
 +|температура хрупкости |brittleness temperature |
 +|трубчатый реактор |tubular reactor |
 +
 +
 +
 +
 +
 +[[dsp:​blogpage|Назад в блог]]
 +
 +{{tag>​Тема}}
 +
 +~~DISCUSSION|Комментарии переводчиков~~
courses/refining/битум_и_остаточные_топлива.txt · Последние изменения: 19.05.2016 10:47 — wikicat