Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

АНАЛИЗ УСТАНОВКИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ НЕФТЯНОГО БИТУМА

Шмакова А.В. 1 Зотов Ю.Л. 1
1 Волгоградский Государственный Технический Университет
В данной работе был произведен анализ действующей установки по производству нефтяного битума № 55 типа 19/3 с утвержденной мощностью по сырью 241,0 тыс. тонн в год. В результате анализа были выявлены основные недостатки процесса: температура; время и унос кислорода с отходящими газами. На основании проведенного анализа и патентно-информационного поиска, было установлено, что наиболее перспективным направлением совершенствования производства получения окисленных битумов является введение в процесс окисления различных модифицирующих добавок, а именно алифатических первичных аминов. Применение такой добавки позволяет за счет уменьшения времени и понижения температуры процесса увеличить выход готового продукта до 234611 т/год, при улучшении технико-эксплуатационных характеристик получаемого битума.
нефтяной битум
модифицирующие добавки
алифатические первичные амины
1. Патент РФ № 2116329/27.07.1998. Камьянов В.Ф., Сивирилов П.П., Литвинцев И.Ю. Способ получения окисленного битума.
2. Патент РФ № 2124038/27.12.1998. Фахрутдинов Р.З., Кемалов А.Ф., Лутфуллин Р.А. Способ получения битума.
3. Патент РФ № 2132353/27.06.1999. Кузьмин В.И., Баженов В.П., Шуверов В.М. Способ получения окисленного битума.
4. Патент РФ № 2154663/20.08.2000. Игошин В.А. Устройство для получения битума.
5. Патент РФ № 2226541/10.04.2004. Горлов Е.Г., Мудунов А.Г., Руденский А.В. Способ получения окисленного битума.

Нефтяные битумы благодаря ряду ценных эксплуатационных свойств широко используются в строительной индустрии. Большие количества битумов потребляет дорожное строительство.

Битумы изготавливают на специальных установках и из различного сырья. В данной работе был произведен анализ действующей установки типа 19/3 с мощностью по сырью 241,0 тыс. тонн в год по производству нефтяного битума. Результаты анализа приведены в табл. 1.

Таблица 1

Анализ способа производства продукта промышленного аналога

Сырье для реализации способа

Проблемы, связанные с реализацией способа

Уровень и варианты решения проблемы

Результаты реализации решения

Положительные

Отрицательные

1

2

3

4

5

1. Асфальт с установок деасфальтизации

2. Экстракты с установок селективной очистки масел фенолом

3. Воздух

В резервуарах хранения может происходить застывание сырья

Обогрев паром

Поддержание необходимой температуры

Усложнение конструкции, материальные затраты, высокий расход пара в зимнее время

Разгерметизация трубопроводов и емкостей

Использование запорной арматуры, системы сигнализации, автоматическая блокировка, контроль за состоянием трубопроводов

Предупреждение и предотвращение ЧС

Затраты на обслуживание

Соотношение компонентов сырья в смесителе

Нагнетание сырьевыми насосами сырья в узел смешения, задающий соотношение компонентов производства

Непрерывность работы

Усложнение обслуживания оборудования процесса

 

Экзотермический процесс, повышение температуры в зоне реакции

Регулирование температуры подаваемого сырья в колонну, либо подача в колонну свежего сырья, минуя печь

Поддержание необходимой температуры

Усложнение обслуживания оборудования и процесса

 

Поддержание расхода воздуха на окисление в колонну

Контроль за подачей воздуха

Увеличение качества получаемого продукта

Усложнение обслуживания оборудования и процесса

В результате анализа установки были выявлены основные недостатки процесса, такие как: рост температуры; значительная продолжительность и унос кислорода с отходящими газами. Для решения выявленных недостатков проведен патентно-информационный поиск. Анализ литературных источников показал, что возможны различные решения поставленных задач.

Известен способ получения битума путем окисления кислородом воздуха остаточных продуктов прямой перегонки нефти и их смесей с асфальтами и экстрактами масляного производства, который включает смешение сырья с добавкой и окисление кислородом воздуха при повышенной температуре. В качестве добавки используют остаточное нефтяное сырье, предварительно обработанное озоносодержащим газом. Способ позволяет интенсифицировать процесс, в частности, сократить время и/или температуру [1].

Предложен способ получения нефтяного битума окислением нефтяного остатка с углеводородной добавкой, содержащей полиалкилбензольную смолу, кислородом воздуха при повышенной температуре. Этот способ позволяет сократить время окисления и увеличить выход получаемого битума [2].

Использование органической добавки – «Амины алифатические», первичные дистиллированные, в производстве окисленного битума в количестве 0,01–0,1 масс. % на сырье, позволяет снизить на 30 мин время окисления, снизить расход воздуха на окисление, понизить требуемую температуру окисления на 10 °С, снизить на 40–50 % содержание кислорода в отходящих газах окисления, поднять на 16–23 % пенетрацию битума, повысить индекс пенетрации битума на 26–38 % и повысить растяжимость битума на 19–34 % [3].

Имеется возможность получения окисленного нефтяного битума в устройстве, которое содержит камеру и расположенный в ней трубопровод с перфорированным концом. В конце трубопровода установлен теплоизолированный перфорированный стакан, внутри которого размещен нагреватель, причем нагреватель и трубопровод установлены осесимметрично относительно цилиндрической камеры. Использование данного изобретения позволяет снизить энергетические затраты на получение битума [4].

Также возможно получение нефтяного битума путем окисления нефтяных остатков в присутствии катализатора – цеолита в виде пыли в количестве 5–60 масс. % от исходного сырья. Возможно использование природного и искусственного цеолита, а также отработанных цеолитсодержащих катализаторов нефтеперерабатывающих процессов. Указанным способом достигается снижение температуры процесса и времени окисления [5].

Было установлено, что наиболее перспективным направлением совершенствования производства получения окисленных битумов является введение в процесс окисления различных модифицирующих добавок, а именно алифатических первичных аминов [3]. Авторы [3] указывают, что использование такой добавки позволяет снизить на 30 мин время окисления; понизить температуру окисления на 10 °С, а также снизить на 40–50 % содержание кислорода в отходящих газах окисления и при этом улучшить качество нефтяного битума. Результат использования добавки показан в табл. 2.

Таким образом, проведенный структурный анализ установки позволил предложить пути совершенствования работы установки по производству нефтяного битума – введение органической добавки «Амины алифатические первичные дистиллированные» [3]. Нами проведены расчеты применения усовершенствования [3] на установке по производству битумов типа 19/3 с мощностью по сырью 241,0 тыс. тонн в год. Такой вариант усовершенствования позволяет за счет уменьшения времени и понижения температуры процесса увеличить выход готового продукта до 234611 т/год, при улучшении технико-эксплуатационных характеристик получаемого битума. Все результаты, полученные по расчетам, сведены в табл. 3.

Таблица 2

Вариант улучшения процесса

Сырье для реализации способа

Проблемы, связанные с реализацией способа

Уровень и варианты решения проблемы

Результаты реализации решения

Положительные

Отрицательные

1. Асфальт

с установок деасфальтизации

Продолжительность процесса окисления

Введение добавки «Амины алифатические первичные дистиллированные»

Снижение времени процесса

Усложнение обслуживания оборудования и процесса.

2. Экстракты с установок селективной очистки масел фенолом

3.Воздух

4.Амины

Продолжительность процесса окисления

как дополнительный сырьевой компонент в количестве 0,05 масс. % на сырье по литературным данным [3]

 

Увеличение материальных затрат на сырье.

 

Унос кислорода с отходящими газами окисления

Введение добавки «Амины алифатические первичные дистиллированные» как дополнительный сырьевой компонент в количестве 0,05 масс. % на сырье по литературным данным [3]

Снижение содержания кислорода в отходящих газах окисления

Усложнение обслуживания оборудования и процесса. Увеличение материальных затрат на сырье.

Таблица 3

Сравнение параметров способа промышленного аналога и нового способа получения целевого продукта

Параметр процесса

Способ производства аналога

Способ по [3]

Рассматриваемая стадия

синтез

синтез

Время окисления на стадии синтеза

300

270

Температура процесса

260

250

Добавка

Амины алифатические первичные дистиллированные

Мольное соотношение реагентов (асфальт: экстракт)

80:20

80:20

+ добавка 0,05 масс. % на сырье

Выход продукта

227436 т/год

234611 т/год

Содержание кислорода в отходящих газах окисления

3,57масс. %

1,84 масс . %

Отгон (черный соляр)

Сброс в пром. канализацию

Повторное использование

Повторное использование черного соляра в процессе растворения аминов приводит к повышению экологичности установки.


Библиографическая ссылка

Шмакова А.В., Зотов Ю.Л. АНАЛИЗ УСТАНОВКИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ НЕФТЯНОГО БИТУМА // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 7-1. – С. 69-71;
URL: https://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=11694 (дата обращения: 21.01.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074