Сторінка
1
Продукти нафтопереробки легко реагують з киснем і значну їх частину використовують як різні види палива. При переробці їх захищають від контакту з киснем при високих температурах, але для важких продуктів є можливість проводити реакції з киснем при температурах нище 250-300°С, запобігаючи створенню вибухонебезпечних сумішей у парогазовій фазі. Так виробляють окислені бітуми з гудрону. На нафтопереробних установах використовують термоокислювальні процеси з метою очищення газових викидів від нафтопродуктів у печах доопалення, а також у виробництві сірки з технічного сірководню, що створюються при очищенні гідроочистці з сірковміщуючих сполук.
Виробництво окисленних бітумів
Бітуми. Технічна характиристика. Склад
Бітуми-це один збагатьох видів товарних продуктів з асортименту нафтопереробних підприємств.Бітуми (від лат. bitumen-горна смола)-загальна назва нафтових продуктів, вміщуючих високомолекулярні вуглеводневі і значну кількість сполук з гетероатомами (O, S, N), природнього чи штучного походження. Раніше здобували тільки природні бітуми на родовищах, але тепер більшу частину їх виробляють при перероьці нафти. Виробництво бітумів складає 3-6% на сировину (нафту).
Основні властивості бітумам надає складна колоідна система асфальтенів у маслах і смолах. Колоідна система складається з дисперсної фази-асфальтенів і дисперсної середи-смоляних та мастильних компонентів. Кількість окремих сполук у кожній фазі досить велика, їх хімічний склад наведено у літературі. Це високомолекулярні сполуки з молекулярною масою від 600 до 140000. Відомі тверді, напівтверді та рідинні бітуми, кожен вид характиризується окремими технічними показниками. Нижче наведені деякі з них:-параметр, що характиризує твердість бітумів, як глибину проникнення голки при виконанні іспитів з стандартним обладнанням у стандартних умовах;-температура пом’якшення-параметр, що характиризує умови переходу твердих і напівтвердих бітумів у рідинні; -температура крихкості-параметр,що характиризує ступень затвердіння; -розтяжимість-параметр, що характиризує властивість бітумів розтягуватись у тонку нитку і не рватися; -втрата ваги при нагріванні за встановленний час і такі інше.
За засобом виробництва товарні продукти- бітуми підрозділяються на остаточні та окисленні. Остаточні бітуми-це гудрони, що залишаються після вакуумної перегонки мазутів з нафти деяких родовищ з значним вмістом смоляно-асфальтенових сполук. Окисленні бітуми виробляють з гудронів, які не мають достатньої кількості цих речовин.
За областями використовування бітуми класифіцирують на дорожні, будивельні та спеціальні.
Приклади деяких товарних бітумів:
-в’язкі дорожні бітуми
БНД 200/300 має температуру пом’якшення 35°С
БНД 40/60 має температуру пом’якшення 51°С
(цифри означають інтервал глибини проникнення голки при температурі5°С);
-рідинні дорожні бітуми
СГ 40/70( цифри означають умовну в’язкість);
-будівельні бітуми
БН 50/50 ( цифри означають температуру пом’якшення та глибину проникнення голки при 25°С);
-кровельні бітуми
БНК 45/180 (цифри означають усередненний показник будівельних бітумів).
Окислення гудронів. Хімічні основи процесу
Основну кількість бітумів виробляють шляхом окислення гудронів. Технологія використовується з 1844р, але єдиної теорії окислення гудрону та бітуму не створено за такими обставинами:
-нестабільність хімічного складу сировини;
-широкий асортимент технологічного устаткування, що використовується на виробництвах як по габаритам, так і по принципу розподілу повітря у масі рідини;
-різноманітністю технологічних параметрів при виробництві окремих марок бітумів.
Взагалі терміном окислення прийнято означати реакції молекул з киснем з створенням кисеньвміщуючих речовин-спиртів, альдегідів, кислот та їх похідних. Рідинофазне окислення вуглеводневих йде при невеликих температурах до 100-150°С.
При окисленні гудронів та бітумів накопичення кисеньвміщуючих сполук у вигляді складних ефірів мало помітне, а основна кількість кисню перетворюється на молекули води. Крім того, реакція окислювального дегідрірування йде у двох напрямках, як дегідрірування з збільшенням ненасиченихречовин, так і дегідрірування з участю двох молекул з їх уплотненням. Такий шлях приводить до сполук з значною молекулярною масою-смол та асфальтенів.
Відомо, що напрямок реакції значною мірою залежить від температури окислення: у діапазоні 180-200°С реакція дегідрірування йде разом з окисленням та вміст кисню у бітумі постійно підвищується; у діапазоні 200-350°С помітна тільки реакція дегідрірування та вміст кисню чи взагалі не підвищується, чи підвищується незначно.
При окисленні гудронів та бітумів має місце реакція термічного крекінгу, за рахунок чого створюються легкі продукти. Кількість віддува залежить від часу реакції, складу сировини та умов проведення реакції і складає 5-8% на сировину.
При окисленні гудронів та бітумів йде процес зміни хімічного складу суміші і повільний перехід з одного структурного становища у інше. Зміна технічних показників бітуму, у першу чергу температури пом’якшення, по якій контролюють процес, у начальний період йде майже непомітно. Далі, починаючи з температури пом’якшення 45-50°С швидкість змін цього та інщих параметрів різко ускорюється. Перехід процесу окислення з однієї стадії у іншу зв’язують з зміною співвідношення концентрацій асфальтенів, смол та ароматичних складових. Перші (асфальтени) накопичуються, останні- витрачаються. При досягненні концентраційного співвідношення, коли усі асфальтени вже не можуть бути покриті захистною сольватною плівкою мастил та смол, вони починають реагувати з киснем та хід процесу змінюється.
Процес окислення гудронів та бітумів супроводжується значним виділенням тепла. Температура суміші у окислювальних апаратах постійно та швидко зростає, що негативно впливає на якість продукту, а іноді супроводжується самозапаленням та вибухами. У розрахунках процесів використовують диференціальний тепловий ефект-тепло, зв’язане з підвищенням температури пом’якшення на 1°С, та інтегральний-усе тепло процесу при окисленні сировини до бітума з кінцевою температурою пом’якшення 125°С. Диференціальний тепловий ефект має максимальне значення у початковий період (біля 10,5кДж/кг*град), далі зменшується (приблизно до 4,2кДж/кг*град).
Значні можливості покращення якості бітумів та показників виробництва дає каталітичне окислення з додатком у реакційну суміш органічних чи мінеральних сполук. Найбільш відомими каталітичними додатками є хлоріди металів (FeCl3) та деякі сполуки фосфору H3PO4, P2O5, а також сірко- та галагеновміщуючи сполуки фосфору. Емперічним шляхом знайдено деякі ефективні додатки, які прискорюють процес окислення та дозволяють виробляти бітуми з новими показниками якості.
Завантажити реферат