Нефтяные битумы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Филиал в г. Нижневартовске

Кафедра «Естественно-научных дисциплин»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

По дисциплине

«Введение в  химические технологии»

По теме

«Нефтяные битумы»

Шамшик Кирилла

ХТ(б)-13

 

 

 

 

 

Проверил:                                       .

 

 

 

 

 

 

                                                          ТюмГНГУ

                                                                           2013

 

 

Содержание

1.Введение 
2.Классификация битумов 
3.Состав битумов

4. Хранение, разлив и  транспортирование битумов

5. Применение нефтяных  битумов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Битум был первым продуктом из нефти, которым пользовался  человек: уже за 3800 лет до н.э. его  применяли как строительный материал. Битумы и асфальты, добываемые в  районах нефтяных месторождений, использовали в качестве связывающих, антисептических, противокоррозионных и водонепроницаемых материалов, для строительства зданий и башен, водопроводных и сточных каналов, туннелей, зерно- и водохранилищ, дорог, в судостроении, медицине и мумификации трупов. С развитием нефтяной промышленности возросла переработка асфальто-смолистых нефтей, увеличилось производство и улучшилось качество битумов, которые вытеснили природный асфальт, но добыча последнего продолжается до сих пор.

В настоящее  время битум широко применяют  в строительстве, промышленности, сельском хозяйстве и реактивной технике , а также для защиты от радиоактивных излучений. Ведущей областью применения битумов являются строительство и ремонт дорог, жилых домов, промышленных предприятий и аэродромов.

Ниже приведены  данные о потреблении нефтяных битумов в различных областях за последнее десятилетие (в %):

 

РФ	США	Западноевропейские страны
35	73,6	79,8

 

Из этих данных видно, что в США и западноевропейских странах более 70% битума используется для строительства и ремонта  дорожных покрытий. Такое распределение в потреблении битумов объясняется разветвленностью сети дорог США и большой нагрузкой автотранспорта. В СССР доля потребления битумов в промышленном в гражданском строительстве и в других областях народного хозяйства наибольшая . Доля дорожных покрытии с применением битума в СССР составляет 93—95% от всех усовершенствованных покрытий и лишь 3 - 5% падает на покрытия с применением цементо-бетона. Производство нефтяных битумов в СССР достигло значительного развития: по сравнению с 1938 г. оно увеличилось в 1958 г. в 10, в 1965 г. почти в 20, а в 1970 г. в 30 раз. В соответствии с Директивами XXIV съезда КПСС на 1971- 1975 гг. объем переработки нефти возрастет в 1,5 раза по сравнению с 1970 г. и соответственно увеличится объем производства нефтяных битумов. Производство нефтяных битумов во всем мире в 1970 г. составило более 50 млн. т, в том числе в США 32.6 млн. т. Обращает на себя внимание тенденция к увеличению мощности и выхода битумов па перерабатываемую нефть.

Выход битума на нефть составляет 2—5%, в США 4,5%, что объясняется большей долей выработки там остаточных и компаундированных битумов; в ФРГ 4.85%;в Англии 2,2—2.4%; в Румынии 3.8%. За последние 15 лет резко (в 1,6 раза) возросла общая мощность процессов производства битумов в капиталистических странах, в том числе: в CШA в 1,2; в Англии в 1,45; во Франции в 2.1; в ФРГ в 5,75; в Канаде В 1,1 И в Венесуэле в 4,85 раза . На 1 январи 1971 г. мощности процессов по производству нефтяных битумов (в тыс. т/год) составили: всего в капиталистических странах 69 451; в том числе в Северной Америке 41791 (в США 32 604); в Центральной и Южной Америке 2 914; в Западной 5 Европе 16 426; на Ближнем и Среднем Востоке 1 489; в Африке 622; на Дальнем Востоке и в Океании 6 209 (в том числе в Японии 2 198) .

Столь значительный рост производства и потребления  битумов, а также повышение требований к их качеству настоятельно требуют  более глубокого и всестороннего  изучения состава и свойств битумов, влиянии параметров технологического режима, кинетики и гидродинамики процессов и природы сырья на эти показатели. Применение новых схем и средств автоматизации позволит комплексно автоматизировать и интенсифицировать процессы производства битумов. Анализ технико-экономических показателей работы битумных установок определит наиболее рациональный способ их производства.

Классификация битумов

 

Под термином «битум»  понимают жидкие, полутвердые или  твердые соединения углерода и водорода, содержащие небольшое количество кислород, серу, азотсодержащих веществ и металлов, а также значительное количество асфальто- смолистых веществ, хорошо растворимых в сероуглероде, хлороформе и других органических растворителях . Битумы могут быть природного происхождения или получены при переработке нефти, торфа, углей и сланцев. Для битуминозных материалов можно предложить классификацию, приведенную в таблице

 

Группа	Подгруппа	Разновидности
Битумы природные	Нефти	Асфальтового основания
		Полуасфальтового основания
	Асфальтиты	Неасфальтового основания
		В чистом виде
		Экстрагируемые на битуминозных пород
	Природные асфальты	В чистом виде
		Экстрагируемые на битуминозных пород
Битумы нефтяные искусственные	Остаточные	Мазуты
		Полугудроны
		Гудроны
	Крекиногвые	Остатки термического крекинга дистиллятов
		Остатки термического крекинга мазутов
		Остатки легкого крекинга гудрона, полугудрона и других остаточных продуктов
		Остатки пиролиза
	Выделенные селективными растворителями	Остатки деасфальтизации  отбензиненных нефтей, гудронов и других остаточных продуктов
		Экстракты селективной  очистки дистиллятных и остаточных масел
	Окисленные	Кислородом воздуха
		Серой, селеном или  теллуром
		Паровоздушной смесью с  применением инициаторов к катализаторов
		Окисленные с остаточными
		Окисленные битумы с  дистиллятными и остаточными масляными н яруги  ми фракциями
	Компаундированные	Смеси остатков, выделенных различными селективными растворителями
		Остаточные битумы с  окисленными остатками, выделенными селективными растворителями
		Остаточные с крекинговыми
		Смеси окисленных битумов различной глубины окисления
Пиробитумы	Природные (неплавкие и нерастворимые каустобиолиты)	Вурцилиты, альбертиты, элатериты  и др.
	Сланцевые	Битуминизированные сланцы
		Сланцевые битумы
Дегти и пеки	Каменноугольные	Газовые
		Полукоксовые
		Коксовые
		Доменные(дегти)
		Газогенераторные
	Буроугольные	Кубовые
		Газогенераторные
	Торфяные	Хвойные
		Лиственные
	Жировые пеки	Стеариновые, пальмитиновые, глицериновые
		Фенольные, крезольные, канифольные, кумароновые и др.
		Восковые
		Химически обработанные (сульфированные, хлорированные, окисленные)

 

Состав  битумов

 

Битумы представляют собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов нефти и их гетеропроизводных, содержащих кислород, серу, азот и металлы (ванадий, железо, никель, натрий и др.). Элементарный состав битумов примерно следующий (в вес.%): углерода 80—85; водорода 8—11,5; кислорода 0,2—4; серы 0,5—7; азота 0,2— 0,5.

Характерно, что с увеличением  содержания серы в битуме повышаются его плотность (рис. 1) и коэффициент рефракции его масляного компонента (рис. 2)

 

 

Для разделения битумов на группы разработано большое  число методов. Наиболее характерными и широко применяемыми в практике являются методы Маркуссона , ГрозНИИ , Н. Фурби , Н.И. Черножукова и Г.А. Тилюпо , С.Р. Сергиенко и сотрудников , О'Доннелля , Л.P. Клейншмидта, А. Бестужева и Д. Баргмана , ВНИИ НП и СоюзДорНИИ . Применяя различные методы разделения битумов и растворители, получают различные результаты по числу групп, их содержанию и структуре. Так, доля асфальтенов, осажденных при помощи петролейного эфира, меньше, чем при использовании н-гептана, и т. д . По методу Маркуссона битумы разделяют на масла, смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды. Часто пользуются делением битума на асфальтены и мальтены, представляющие собой сумму масел и смол.

Масла снижают твердость  и температуру размягчения битумов, увеличивают их текучесть и испаряемость. Элементарный состав масел: углерода 85—88%, водорода 10—14%, серы до 4,5%, а также  незначительное количество кислорода и азота. Молекулярный вес масел 240—800 (обычно 360—500), отношение С:Н (атомное), характеризующее степень ароматичности, обычно равно 0,55—0,66. Плотность масел меньше 1 г/см ^3 (103 кг/м ^3 ).

Характеристика масляных соединений, входящих в состав битумов, следующая. Парафиновые соединения нормального и изостроения с числом углеродных атомов 26 и более, имеют плотность 0,79-0,82 г/см ^3 (790 — 820 кг/м ^3 ), коэффициент рефракции 1,44—1,47, молекулярный вес 240 — 600, температуру кипения 350 — 520°С, температуру плавления 56—90°С. Нафтеновые структуры содержат от 20 до 35 углеродных атомов, плотность 0,82—0,87 г/см^3 (820-870 кг/м^ 3 ), коэффициент рефракции 1,47—1,49, молекулярный вес 450—650.

Асфальтены рассматриваются  как продукт уплотнения смол. В свободном виде они представляют собой твердые неплавящиеся хрупкие вещества черного или бурого цвета. В отличие от других компонентов битумов они нерастворимы в насыщенных углеводородах нормального строения (С5—С7), а также в смешанных полярных растворителях — спирто-эфирных смесях и низкокипящих спиртах, в нефтяных газах (метане, этане, пропане и др.), но легко растворимы в жидкостях с высоким поверхностным натяжением более 24 дин/см (24 мн/м) — бензоле и его гомологах, сероуглероде, хлороформе и четыреххлористом углероде.

Смолы при обычной температуре  — это твердые вещества красновато-бурого цвета. Их плотность 0,99— 1,08 г/см^3 (990-1080 кг/м^ 3 ). Смолы являются носителями твердости, пластичности и растяжимости битумов. Они относятся к структуры высокой степени конденсации, соединенным между собой алифатическими цепями.

В их состав входят кроме  углерода (79—87%) и водорода (8,5—9,5%) кислород (1—10%), сера (1—10%), азот (до 2%) и много  других элементов, включая металлы (Fe, Ni, V, Cr, Mg, Со и др.) . Молекулярный вес смол 300—2500. Химический состав асфальтенов вследствие его сложности изучен недостаточно. Предложено несколько типов полициклических структур как основных звеньев молекул смол и асфальтенов.

Технология  получения битумов существенно влияет на их состав. Так, содержание смол в битумах одной и той же температуры размягчения, полученных непрерывным окислением сырья в колонном аппарате и в змеевиковом реакторе, ниже, а содержание асфальтенов и масел несколько выше, чем в битумах, полученных окислением того же сырья в периодическое кубе. Отличаются также структура компонентов и свойства готовых битумов, полученных различными способами.

 

 

 

Хранение, разлив и транспортирование битумов

 

Битумы хранят в специально оборудованных резервуарах. К ним предусмотрен подвод водяного пара и электроэнергии для обогрева, подвод сжатого воздуха и оборудование для перемешивания, подача водяного пара для предотвращения вспышки  паров продукта. Обычно пену и воду не подают, так как это связано с опасностью вспенивания и перебросами продукта.

Резервуары  оборудуют дыхательными и взрывными  клапанами. Для хранения и смешения маловязких дорожных битумов целесообразно  использовать резервуары большей емкости (1000—5000 м 3 ), для высоковязких битумов — резервуары небольшой емкости (100—500 м 3 ). Суммарная емкость хранения зависит от производительности установки и реализации битумов и в среднем составляет от 2000 до 5000 м 3.

Для облегчения полного опорожнения резервуара днище делают наклонным. Для внутризаводского транспортирования битумов наиболее распространены и удобны в эксплуатации поршневые насосы с паровым и электроприводом. Ротационные насосы применяют на автоматических смесительных установках.

Трубопроводы  для транспортирования битумов  укладывают обычно на поверхности земли  либо в лотках и траншеях. Насосы, перекачивающие расплавленный битум, трубопроводы и резервуары тщательно  изолируют. Часто трубопроводы снабжают паровыми спутниками или рубашками, а в резервуарах монтируют паровые змеевики, при помощи которых поддерживают температуру битума равной 100-170°С. Ведут тщательное наблюдение за состоянием паровых рубашек и змеевиков, из-за неисправности которых возможно попадание пара в конденсата в битум и его вспенивание. В последнее время для подогрева битума и поддержания его при требуемой температуре применяют электрообогрев.