Битумы

 

 

Таблица 5. Требования к качеству хрупких битумов по ГОСТ 21822-87

Наименование показателя	Значение для битума марки
	Б	В	Г
	(ОКП 02 5652 0100)	(ОКП 02 5635 0200)	(ОКП 02 5652 0300)
1. Температура размягчения по  кольцу и шару, °С	100-110	110-125	125-135
2. Глубина проникания иглы при  25°С, 0,1 мм	2-10	0-8	0-5
3. Массовая доля веществ, нерастворимых  в толуоле, %, не более	0,15	0,15	0,15
4. Температура вспышки, °С, не  ниже	240	240	260
5. Растворимость битума в льняном масле	Полная
6. Растворимость смеси битума  с льняным маслом в уайт-спирите	>>
7. Условная вязкость смеси битума  с льняным маслом в уайт-спирите при 50°С	2	2
9. Массовая доля воды	Следы
10. Зольность, %, не более	0,2	0,2	0,2

 

Таблица 6. Требования к качеству строительных битумов ГОСТ 6617-76

Наименование показателя	Норма для марки
	БН 50/50	БН 70/30	БН 90/10
	ОКП 02 5621 0400	ОКП 02 5621 0500	ОКП 02 5621 0600
1. Глубина проникания иглы при  25 °С, 0,1 мм	41-60	21-40	5-20
2. Температура размягчения по  кольцу и шару, °С	50-60	70-80	90-105
3. Растяжимость при 25 °С, не менее	40	3	1
4. Растворимость, %, не менее	99,5	99,5	99,5
5. Изменение массы после прогрева, %,не более	0,5	0,5	0,5
6. Температура вспышки °С, не  ниже	230	240	240
7. Массовая доля воды	Следы

 

Таблица 7. Требования к качеству кровельных битумов по ГОСТ 9548-74

Наименование показателя	Норма для марки
	БНК-40/180	БНК-45/190	БНК-90/30
	ОКП 02 5622 0202	ОКП 02 5622 0201	ОКП 02 5623 0201
1. Глубина проникания иглы при  25 °С, 0,1 мм	160-210	160-220	25-35
2. Температура размягчения по  кольцу и шару, °С	37-44	40-50	80-95
3. Температура хрупкости, °С, не выше	-	-	-10
4. Растворимость в толуоле или  хлороформе, %, не менее	99,5	99,5	99,5
5. Изменение массы после прогрева, %,не более	0,8	0,8	0,5
6. Глубина проникания иглы при  25 °С в остатке после прогрева, % от первоначальной величины, не менее	60	60	70
7. Температура вспышки °С, не  ниже		240
8. Массовая доля воды, не более	Следы
9. Массовая доля парафина, %, не  более	-	5	-
10. Индекс пенетрации	-	От 1,0 до 2,5	-

 

Таблица 8. Требования к качеству изоляционных битумов по ГОСТ 9812-74

Наименование показателя	Норма для марки
	БНИ-IV-З	БНИ-IV	БНИ-V
	ОКП 02 5623 0401	ОКП 02 5623 0402	ОКП 02 5623 0403
1. Температура размягчения, °С	65-75	75-85	90-100
2. Глубина проникания иглы, 0,1 мм:
при 25°С	30-50	25-40	20-40
при 0 "С, не менее	15	12	9
3. Температура вспышки, °С, не  ниже	250	250	240
4. Растяжимость при 25°С, см, не  менее	4	3	2
5. Изменение массы после прогрева, %, не более	0,5	0,5	0,5
6. Массовая доля парафина, %, не более	4	-	-
7. Водонасышенность за 24 ч, %, не  более	0,1	0,1	0,1

 

 

6. Методы производства битумов

Для производства нефтяных битумов  используют три процесса— отдельно или в сочетаниях: вакуумную перегонку, деасфальтизацию избирательными растворителями и окисление. Сырьем для вакуумной перегонки обычно служит мазут или гудрон, для деасфальтизации и окисления — гудрон. Товарные битумы получают как непосредственный продукт того или иного процесса или компаундированием продуктов разных процессов либо одного и того же процесса.

1. Вакуумная перегонка

Основное назначение процесса вакуумной  перегонки мазута — получение дистиллятных фракций для установок каталитического крекинга и производства масел. Остаток достаточно глубокой вакуумной перегонки — битум получается здесь не как целевой, но необходимый продукт. Ввиду значительной суммарной мощности установок вакуумной перегонки наибольшая часть дорожных битумов в ряде стран, в том числе в США, получается именно по этому процессу. В нашей стране использование вакуумной перегонки для получения битумов связывается с углублением переработки нефти: при большем извлечении дистиллятов остаток перегонки будет по консистенции соответствовать некоторым сортам битумов. Если же переработка тяжелых дистиллятов в моторные топлива невозможна, то углубление вакуумной перегонки ради получения остаточных битумов нецелесообразно, так как выделенные дистилляты приходится возвращать в остаточное котельное топливо.

Вакуумная перегонка применяется  также при подготовке сырья для других процессов производства битумов.

Основы процесса вакуумной  перегонки. Сырье вакуумной перегонки представляет собой сложную смесь органических и гетероорганических соединений разных гомологических рядов. Такое многообразие составляющих компонентов обуславливает практически непрерывное выкипание сырья при повышении его температуры. Обычным сырьем вакуумной перегонки является остаток атмосферной перегонки нефти — мазут. Его нагревают в печи, подвергают однократному испарению и в виде парожидкостной смеси подают на фракционирование в ректификационную колонну.

Перегонку в вакууме проводят во избежание разложения сырья из-за воздействия высоких температур. Снижение давления обеспечивает понижение температур кипения всех компонентов мазута. В результате при сравнительно низких температурах процесса перегонки, при которых еще не происходит крекинг, можно отобрать дополнительные количества дистиллятных фракций. Для удобства сопоставления температура кипения этих фракций пересчитывается на атмосферное давление. При вакуумной перегонке сырье целесообразно нагревать до максимально возможной допустимой температуры, чтобы достичь высокой доли отгона. Это уменьшает общий расход тепла и расход тепла в нижнюю часть колонны, где находится термически нестабильный остаток перегонки.

Для перегонки термически нестабильных веществ применяют также испаряющий агент, в качестве которого обычно используют перегретый водяной пар. С введением в колонну водяного пара снижается парциальное давление углеводородов, а значит, и их температура кипения. Водяной пар подают в низ колонны. При испарении углеводородов здесь, снижается температура жидкой фазы, поэтому эффективность действия водяного пара ограничена.

Схема и режим процесса вакуумной перегонки. Мазут, нагретый в трубчатой змеевиковой печи, подают в зону испарения вакуумной колонны, а в нижнюю часть колонны и в змеевик печи вводят перегретый водяной пар. Паровое орошение в нижней части колонны создается в результате отпаривающего эффекта водяного пара. Жидкостное орошение в верхней части колонны создается в результате конденсации и рециркуляции части дистиллятов. Выходящая с верха колонны смесь газов и водяных паров поступает в барометрический конденсатор, где за счет конденсации холодной водой водяных паров создается разрежение. Дополнительным оборудованием для создания вакуума являются паровые струйные эжекторы, куда поступают несконденсировавшиеся газы из барометрического конденсатора. Схема процесса вакуумной перегонки мазута представлена на рис. 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Схема  процесса вакуумной перегонки мазута:

1 — трубчатая  печь; 2 —вакуумная колонна; 3 — барометрический  конденсатор; 4 — паровой  эжектор;   5 — колодец.

 

Важными параметрами работы вакуумной  колонны являются температура и давление. Для повышения эффективности процесса сырье нагревают, как было отмечено, до возможно более высокой температуры. Верхний предел температуры ограничивается опасностью крекинга и зависит от вида перерабатываемой нефти. Обычно температура на выходе из печи не превышает 400ºC, а доля отгона составляет 50—70%. За счет тепловых потерь и дополнительного испарения в трансферной линии и зоне питания температура в зоне питания снижается примерно на 25 °С. Давление в зоне питания колонны находится в пределах 4,65—9,30 кПа, а в верхней части — около 2,70 кПа. Вакуум в системе зависит от температуры воды, используемой в конденсаторах (барометрических или поверхностных). В указанных условиях отгоняются дистилляты с температурой кипения до 570 ºC. Получающийся при этом битум имеет пенетрацию, зависящую от свойств исходной нефти.

Для одновременного обеспечения необходимых  показателей качества как дистиллята, так и остатка обычно с тарелок, расположенных над зоной питания колонны, выводят небольшое количество промежуточной фракции. Эту фракцию возвращают в процесс, частично смешивают с остатком или используют в качестве компонента котельного топлива.

Водяной пар в процессе вакуумной  перегонки не только исполняет роль отпаривающего агента, но и способствует турбулизации потока сырья, нагреваемого в печи. Однако применение водяного пара обусловливает дополнительные затраты на собственно водяной пар, используемый в процессе, и на энергетический водяной пар (для эжекторов), а также на дополнительное количество охлаждающей воды, необходимой для конденсации технологического и энергетического водяного пара, и на топливо, необходимое для перегрева пара. В связи с этим разработан процесс так называемой «сухой» вакуумной перегонки, при которой не используется водяной пар в отличие от традиционной («мокрой») вакуумной перегонки.

Двухступенчатая вакуумная  перегонка. Для углубления отбора дистиллятов применяется двухступенчатая вакуумная перегонка, причем часто основное назначение второй ступени — получение битумов. В последнем случае вторая ступень может быть запроектирована для переработки только части остатка первой ступени.

Углубление отбора дистиллятов  при сохранении нужной четкости ректификации достигается при уменьшении числа тарелок между зоной испарения и вакуумсоздающей аппаратурой в каждой колонне. В результате уменьшаются потери давления на тарелках и снижается остаточное давление в зоне испарения. В то же время общее число тарелок в двух колоннах оказывается достаточным для разделения.

В первой вакуумной колонне вакуум относительно невысокий, в зоне испарения остаточное давление составляет 15—25 кПа. Температура, до которой нагревается мазут в печи первой ступени, также невысока — 385 °С. Остаток перегонки, полученный в первой колонне, — гудрон подвергают дополнительному нагреву до 390—430 °С и направляют на вторую ступень вакуумной перегонки (рис. 4). Во второй вакуумной колонне поддерживается глубокий вакуум. Так, давление в зоне питания (испарения) составляет 7—18 кПа, а наверху — около 8 кПа. В связи с высокими температурами в этой колонне во избежание крекирования остатка осуществляют квенчинг — возврат части охлажденного остатка в низ колонны. Расход водяного пара на первой ступени вакуумной перегонки составляет примерно 2,5 %, а на второй — 3,3% в пересчете на исходный мазут.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Схема двухступенчатого процесса вакуумной перегонки: 1, 2 — вакуумные колонны I и II ступеней перегонки; 3 — трубчатые печи; 4 — холодильник; В — вакуумсоздающее оборудование; 6 — конденсатосборники.

 

На обеих ступенях перегонки  в среднем отбирается одинаковое количество дистиллятов. В целом отбор дистиллятных фракций при использовании двухступенчатой схемы увеличивается по сравнению с одноступенчатой примерно на 2% в пересчете на нефть. Битум при этом получается более твердым.