Способ получения битума

Способ получения битума

Реферат

Настоящее изобретение относится к области переработки отходов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, в частности кислых гудронов, и может быть использовано для получения битумов, применяемых в дорожном строительстве, в производстве кровельных и изоляционных материалов и т.п.

Кислые гудроны являются одним из основных видов твердофазных отходов промышленных предприятий, которые образуются при очистке нефтяных продуктов серной кислотой и, как правило, сбрасываются в пруды-накопители. Изобретение относится к способу переработки кислых гудронов из прудов-накопителей, так называемых прудовых кислых гудронов.

Известны способы переработки кислых гудронов в битум. Общим для всех известных способов переработки кислых гудронов в битум является предварительная обработка кислых гудронов (обезвоживание, отмывка от серной кислоты или нейтрализация соединениями кальция) и нагрев в присутствии вводимых в кислые гудроны добавок.

В соответствии со способом, известным по АС 1176589 С1, 23.10.1984, для получения битума используют кислые гудроны, содержащие серную кислоту, в которую вводят нагретую углеводородную фракцию, в качестве которой используют гудроны прямой гонки, асфальты деасфальтизации и др. Этот способ переработки кислых гудронов для получения битума сопровождается образованием пены, оказывающей негативное влияние на качество битума. Для исключения влияния пены осуществляют ее гашение.

Недостаток этого способа получения битума связан с необходимостью использования дополнительного сырья (углеводородных фракций) и операции гашения пены, что требует материальных и временных затрат и приводит к усложнению способа.

Известны способы получения битума из кислых гудронов, включающие предварительную обработку - нейтрализацию содержащейся в гудронах серной кислоты карбонатом кальция, гидроксидом или оксидом кальция, после чего гудроны окисляют кислородом воздуха.

В соответствии со способом, известным по RU 2215772 С1, 10.11.2003, для снижения временных затрат на проведение операции окисления ее проводят в присутствии железосодержащего катализатора при температуре не более 150°С, при этом в качестве катализатора используют порошок, полученный при очистке воды и выделенный в устройствах очистки воздуха плавильных установок.

Основным недостатком способа является длительность процесса переработки кислых гудронов в битум, которая составляет несколько часов, причем значительное время тратится на проведение операции окисления. Другой недостаток этого способа связан с использованием катализатора, который является отходом металлургического производства и получение которого осуществляется на других производственных площадях, нежели производство битума. Получение этого катализатора и его транспортировка увеличивают затраты на производство битума. Кроме того, при нейтрализации кислых гудронов образуется сульфат кальция, который разрыхляет гудроны, снижая их вязкость. Следствием этого является низкая водоустойчивость получаемого битума. В результате снижения водоустойчивости происходит постепенное вымывание сульфата кальция из битума под воздействием атмосферных осадков, что негативно сказывается на качестве тех объектов инфраструктуры, для строительства которых применяется битум.

В качестве прототипа выбран способ получения битума из кислых гудронов со сравнительно невысокими временными затратами на нагрев гудронов. Способ включает отмывание кислых гудронов от серной кислоты, обезвоживание, нагрев и окисление его кислородом воздуха. Особенностью способа является то, что нагрев осуществляют электрохимическим способом (RU 2227802 С1, 27.04.2004).

Основные недостатки этого способа, как и вышеприведенного, связаны с применением операции окисления, которая требует длительного времени (˜ нескольких часов), и получением гудрона невысокого качества.

Настоящее изобретение направлено на разработку простого способа получения битума высокого качества с наименьшими временными и материальными затратами.

Способ получения битума из кислых гудронов, включающий обезвоживание кислых гудронов и нагревание, в соответствии с изобретением характеризуется тем, что нагревание проводят в проточном реакторе при температурах крекинга ниже температуры коксообразования с получением нелетучей и паровой углеводородных фракций, из паровой углеводородной фракции выделяют компоненты с температурой кипения выше 200°С и смешивают их с выведенной из реактора нелетучей углеводородной фракцией.

При этом целесообразно использовать кислые гудроны с содержанием серной кислоты, не превышающим 7% от массы гудрона.

В основу изобретения положены экспериментальные исследования углеводородных фракций, получаемых при крекинге кислых гудронов. Эксперименты были направлены на разработку способа утилизации кислых гудронов, содержащих серную кислоту, без использования каких-либо добавок, реагентов, окислителей и других компонентов. В процессе экспериментов выявилось, что при проведении крекинга при температурах ниже температуры коксообразования содержащиеся в кислых гудронах асфальтены расщепляются с образованием паровой фазы, содержащей компоненты, которые при введении их в образовавшуюся после крекинга нелетучую углеводородную фракцию позволяют получить битум высокого качества, удовлетворяющий ГОСТу 22245-90. Для выделения этих компонентов из паровой фазы необходимо выделить углеводороды с температурой кипения выше 200°С.Образующаяся при этом маслообразная фракция содержит метанонафтены, алкилбензолы, полициклические ароматические углеводороды и характеризуется отсутствием парафиновых углеводородов. Выводимая из реактора нелетучая углеводородная фракция содержит смолы, асфальтены, карбены и карбоиды. Оптимальный температурный режим проведения крекинга и использование маслообразной фракции с конкретной температурой кипения зависят от состава кислого гудрона, характерного для конкретного пруда-накопителя. В то же время проведенные исследования с кислыми гудронами, взятыми из 11-ти различных прудов-накопителей, позволяют сделать вывод, что для получения битума могут быть использованы маслообразные углеводородные фракции, температура кипения которых не превышает 360°С.

Наилучшими свойствами обладает битум, полученный при использовании кислых гудронов, содержащих не более 7% серной кислоты. В процессе получения битума серная кислота выполняет роль окислителя и вулканизатора, придавая битуму эластичность, вязкость и другие полезные эксплуатационные свойства. В том случае, когда содержание серной кислоты превышает 7%, кислые гудроны подлежат отмывке любым известным способом. Более высокое содержание серной кислоты (>7%) приводит к снижению качества битума из-за повышенной хрупкости.

Варьируя температурные режимы и содержание серной кислоты, можно изменять характеристики битума в соответствии с требованиями, налагаемыми условиями его эксплуатации.

На чертеже представлена схематично установка для получения битума.

Установка содержит реактор 1 проточного типа, дифференциальный конденсатор 2, систему 3 очистки абгазов, смеситель 4 и приемную емкость 5 для готового битума. Реактор 1 соединен посредством насоса 6 с расходной емкостью 7, в которую загружают кислый гудрон.

Образующаяся в реакторе 1 паровая углеводородная фракция выводится в дифференциальный конденсатор 2, где она разделяется на конденсируемые углеводороды, летучие углеводороды и кислые газы с SO₂, которые выводятся в систему 3 очистки. Углеводороды с температурой кипения выше 200°С используются для получения битума, а углеводороды с температурой кипения ниже 200°С и летучие углеводороды используются для получения других продуктов, в частности топлива.

Выведенная из реактора 1 нелетучая углеводородная фракция в смесителе 4 смешивается со сжиженной углеводородной фракцией с температурой кипения выше 200°С, поступающей в смеситель 4 из дифференциального конденсатора 2. Готовый битум собирается в приемную емкость 5.

Ниже приведены примеры конкретных реализаций способа.

Пример 1.

Обезвоженный кислый гудрон с содержанием серной кислоты 5,0% вводят в проточный реактор 1, нагретый до температуры 380°С, и выгружают нелетучую фракцию в смеситель 4. Одновременно в смеситель 4 из дифференциального конденсатора 2 поступает маслообразная углеводородная фракция с температурой кипения 250°С. Фракции смешивают и выгружают в емкость 5, выход готовой продукции составляет 93% от массы кислого гудрона. Процесс получения битума занимает 10 минут на 100 кг кислого гудрона. Свойства полученного битума: глубина проникновения иглы при температуре 25°С - 73 мм, при 0°С - 27 мм; температура размягчения по кольцу и шару - 47°С; растяжимость при 0°С - 3,5 см, при 25°С - 55-60 см; температура вспышки - 230°С.

Пример 2.

Обезвоженный кислый гудрон с содержанием серной кислоты 0,3% вводят в реактор 1, нагретый до температуры 400°С, и выгружают нелетучую фракцию в смеситель 4. Одновременно в смеситель 4 из дифференциального конденсатора 2 поступает маслообразная углеводородная фракция с температурой кипения 280°С. Фракции смешивают и выгружают в емкость 5; выход готовой продукции составляет 95% от массы кислого гудрона. Процесс получения битума занимает 10 минут на 100 кг кислого гудрона. Свойства полученного битума: глубина проникновения иглы при температуре 25°С - 90 мм, при 0°С - 25 мм; температура размягчения по кольцу и шару - 48°С; растяжимость при 0°С - 3,7 см, при 25°С - 63 см; температура вспышки - 235°С.

Простота реализации способа позволяет использовать его в мобильных установках для переработки гудронов непосредственно на территории прудов-накопителей.

1. Способ получения битума из кислых гудронов, включающий обезвоживание кислых гудронов и нагревание, отличающийся тем, что нагревание проводят в проточном реакторе при температурах крекинга ниже температуры коксообразования с получением нелетучей и паровой углеводородных фракций, из паровой углеводородной фракции выделяют компоненты с температурой кипения выше 200°С и смешивают их с выведенной из реактора нелетучей углеводородной фракцией.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют кислые гудроны с содержанием серной кислоты, не превышающим 7% от массы гудрона.