Производство битума: технологии, сырье и оборудование

производство битума

Производство битума это сложный технологический процесс, где используются различные сорта нефти. А все технологические операции выполняются на территории нефтеперерабатывающих заводов.

Технология производства битума

Процесс переработки нефти включает фракционную перегонку, в результате которой получают светлые нефтепродукты типа бензина, керосина и лигроина, смазочные масла и т.п. После отбора более легких по массе фракций (гудрона, крекинга) образуются нефтяные остатки, которые в дальнейшем и используются для получения нефтяных битумов с заданными свойствами.

В современных условиях битум может производиться одним из следующих способов:

  • концентрирование нефтяных остатков за счет их перегонки в вакууме. При этом применяется инертный газ или водяной пар. Для производства остаточных битумов из асфальто-смолистых нефтей используется атмосферная перегонка;
  • окисление различных нефтяных остатков кислородом воздуха при температуре 180-300ºС. В качестве таких остатков могут выступать полугудроны, гудроны, мазуты, асфальты деасфальтизации, крекинг-остатки или их смеси;
  • деасфальтизация гудрона селективными растворителями;
  • смешивание (компаундирование) нефтяных остатков с дистиллятами, а также с окисленными или остаточными битумами.

На практике также нашли применения различные сочетания способов, перечисленных выше.

Неокисленные битумы производятся за счет вакуумной перегонки нефтяных остатков и тяжелых нефтей. Исходное сырье должно обладать высокой концентрацией смолисто-асфальтеновых веществ.

Окисленные битумы составляют 75-80% от общего количества данного строительного материала, производимого в мире. Получение окисленного битума ведут в кубах периодического действия и реакторах змеевикового типа.

Неокисленные и компаундированные битумы имеют высокое содержание тяжелой ароматики, смол и характеризуются хорошими адгезионными характеристиками, высокой растяжимостью, но более высокой температурой хрупкости.

Исследования показывают, что трещиностойкость асфальтобетонных покрытий, созданных с применением неокисленных и компаундированных битумов, существенно выше, чем у композиций того же состава, но содержащих окисленный битум.

Неокисленные и компаундированные битумы после термообработки характеризуются высокими значениями остаточной пенетрации, растяжимости и адгезии, то есть эксплуатационные свойства битумов сохраняются на высоком уровне, а разница в соотношении показателей между окисленными и неокисленными битумами еще больше увеличивается.

Сырье для производства битума

Чаще всего основным сырьем для производства битумов является гудрон или асфальты деасфальтизации  (смолисто-асфальтеновые вещества). В некоторых литературных источниках они встречаются под названием «осажденные битумы». Отметим, что иногда для получения битума могут использоваться экстракты селективной очистки масел, остатки термического крекинга или смолы процесса пиролиза.

С целью получения высокопластичных битумов, характеризующихся высокой термоустойчивостью и хорошими связующими свойствами, необходимо применять сырье определенного и постоянного качества.

Обычно необходимыми свойствами обладают гудроны тяжелых нефтей, в состав которых входит много смолисто-асфальтеновых веществ. В общем случае справедливо следующее утверждение: чем больше отношение «асфальтены:смолы», тем лучше свойства и структура производимого битума. В сортах тяжелых нефтей указанное соотношение составляет 1,0-1,3.

В странах с небольшими запасами таких нефтей приходится использовать сырье массовой добычи, что приводит к несоответствию свойств полученного продукта установленным нормам качества.

Производство остаточных битумов

Производство остаточных битумов является наиболее простой и экономичной технологий. Для определения пригодности конкретного сорта нефти к использованию при получении остаточного битума необходимо провести оценку выхода из него вяжущего с глубиной проникновения иглы при 25ºС 100 на 0,1 мм.

Экономически оправданным производство остаточного битума можно считать в том случае, когда выход готового продукта составляет не менее 10-20%. Для получения такого битума используется сырье вакуумной перегонки, состоящее из органических и гетерогенных соединений, чаще всего – мазут.

Качественные характеристики остаточных битумов могут регулироваться за счет изменения режимов вакуумной колонны. В большей степени на эффективность процесса оказывает влияние глубина вакуума в зоне питания вакуумной колонны, а также наличие контактных устройств с низким гидравлическим сопротивлением, которые обеспечивают перепад давления по высоте колонны не более 15-20 мм.рт.ст. При этом наверху вакуумной колонны поддерживается давление не более 20 мм.рт.ст.

Производство остаточных битумов характеризуется ощутимым снижением содержания парафинонафтеновых углеводородов, что обусловлено их более высокой летучестью по сравнению с другими веществами этой же группы. Перегретый пар необходим для уменьшения содержания в битуме парафинонафтеновых углеводородов и снижения температуры перегонки остатков. Это позволяет получать остаточный битум с высокой температурой размягчения.

Но такой подход имеет определенные недостатки, которые выражаются в наличии дополнительных затрат и коррозии материалов, из которых изготовлено оборудование. Это привело к появлению альтернативного способа, заключающегося в так называемой «сухой» вакуумной перегонке мазута, которая требует наличия высокоэффективных систем для создания вакуума. В целом вакуумные технологии имеют хорошие перспективы при производстве остаточных битумов, так как позволяют добиться более глубокой переработки нефти.

Сырьем для получения остаточных битумов может служить высокосмолистая тяжелая сернистая нефть с большим содержанием асфальто-смолистых веществ.

При вакуумной перегонке очень важно на начальном этапе извлечь из нефти дистиллятные фракции с целью получения моторного топлива. Побочный продукт данного процесса – гудрон, может в дальнейшем использоваться как исходное сырье при производстве битумов.

С помощью процессов получения остаточных битумов очень сложно обеспечить выход тугоплавких битумов, что является существенным недостатком.

Мировое производство битумов

Спрос на битум и битумные материалы определяется финансированием дорожного строительства. Также на него оказывают слияние такие факторы, как экономика альтернативных дорожных покрытий, возможность использования новых видов дорожных покрытий, цена на нефть и возможность транспортировки материала. На предложение, главным образом, влияет объем перерабатываемой нефти.

На сегодняшний день мировой рынок битумов исчисляется 100 млн тонн в год, из которых треть приходится на страны Азиатско-Тихоокеанского региона, треть – на Северную Америку. Европа производит 18% мирового битума. Стабильный спрос на дорожные покрытия, устроенные с помощью битума, наблюдается на Ближнем Востоке и в Африке. В Западной Европе и Северной Америке имеет место тенденция к сокращению спроса на данный строительный материал. Пик потребления битума в Китае был зафиксирован в 2012 году и пока предпосылок к возрастанию объемов нет.

Суммарно в Европейском Союзе ежегодно производится около 20 млн тонн битума. Самое большое потребление зафиксировано в Германии и Франции (2 млн тонн), а также Великобритании (1,3 млн тонн). Сокращается спрос на битумные материалы в таких странах, как Нидерланды, Бельгия и Ирландия. Польша и Германия, наоборот, потребляют больше битума.

Наибольшими экспортерами среди североафриканских и ближневосточных стран являются Алжир и Турция. И даже Тунис экспортирует битум, пусть и в небольших объемах.

Летом наблюдается повышенный спрос на битум, чем и объясняется рост цен до 50-70 долларов за тонну. В то же время, в Африке за аналогичный продукт просят 80 долларов за тонну.

Установки для производства модифицированных битумов от компании GlobeCore

Производительность оборудования от компании GlobeCore, для производства модифицированных битумов, от 4м3 до 22 м3 в час:

оборудование для производства модифицированного битума УВБ-2М, 4-7м3/час

Установка модификации битума полимерами – (ПБВ) УВБ-2М, 4-7м3/час