Переработка Нефти

НЕФТЯНОЙ БИТУМ И ОСТАТОЧНОЕ ТОПЛИВО

Он взбаламучен, и чистоты лишен, и красоты В Шекспир «Укрощение строптивой»

У нефтепереработчика есть две возможности для ис­пользования кубовых остатков — производство остаточ­ного топлива и нефіяного битума. Выбор между этими возможностями определяется характеристиками исходной сырой нефти и потребностями рынка.

НЕФТЯНОЙ БИТУМ

Нефтяные битумы представляют собой продукты, полу­чаемые из остатков перегонки нефтей, крекинга и очистки масел. Их широко применяют в дорожном строительстве, при производстве кровельных материалов, лаков и т. д. В состав битумов входят в основном масла, смолы и асфальте - ны. — Прим. ред.

Нефтяные битумы содержат различные количества ас - фальтенов, состоящих из очень сложных молекул. Асфаль - тены — полиароматические соединения с высоким соот­ношением количества углеродных атомов к количеству водородных атомов, в которых бензольные кольца тесно прилегают друг к другу (конденсированные циклы). Хи­мик-органик сказал бы что-нибудь вроде «2,2,3-триметил - пчелиные-соты». Молекулы этих веществ содержат обычно более 50 атомов углерода. 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 асфальтени. ~ Прим. ред.

Битумы можно разделить на четыре категории, хотя такое деление и не является строгим. Это — прямогон - ный 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 пенет - рация (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.

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.

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 пе - нетрации и требует меньших затрат, так как при этом используется пек, содержащийся в сырой нефти.

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 разжижи - тель) 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).

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, 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 охотно совмещают­ся с наполнителем. Для дорожных работ в основном при­меняют катионные эмульсии.