Технология подготовки нефти и получения битума

    Первое  достигается применением водяного пара или подогревателей, второе подачей  холодного орошения в верхнюю  часть колонны. 
 
 
 

4. Влияние отдельных факторов технологического процесса на процесс ректификации

    Процесс ректификации углеводородной смеси  на компоненты зависит от количества и типа тарелок, а также от следующих  факторов технологического процесса:

    4.1. Температура нагрева сырья.

    Сырье перед поступлением в колонну  подогревается. Необходимая температура  нагрева сырья находится в  обратной зависимости от суммарного содержания в исходном сырье низкокипящих компонентов. Чем выше их содержание, тем ниже необходимая температура  сырья и наоборот. В случае перегонки  нефти температура ввода ее колонну  поддерживается такой, чтобы доля образовавшихся паров была на уровне суммарного содержания (отбора) светлых фракций (бензина, керосина, дизельного топлива). Обычно она составляет 365-385 °С.

    4.2.Равномерность подачи сырья.

    Необходимо, чтобы сырье в колонну поступало  равномерно, т.е. соблюдалось постоянство  сырьевого потока, это обеспечит  устойчивый режим работы колонны.

    4.3.Подача орошения.

    Орошение  подается для поддержания температуры  верха колонны и образования  жидкой фазы в зоне верхних тарелок. Количество подаваемого в верхнюю  часть колонны орошения должно надежно  обеспечивать регулирование температуры  верха. Кратность его (отношение  расхода орошения к расходу верхнего продукта) следует поддерживать на уровне расчётной величины.

    Чрезмерное  высокое увеличение или уменьшение расхода (кратности) орошения может  вызвать значительные колебания  давления в колонне и отразиться на качестве головной фракции, боковых  погонов и остатков.

    4.4.Давление в колонне.

    От  постоянства давления зависит постоянство  скоростей движения паровой фазы по высоте колонны. Изменение давления влияет на количество паровой фазы, так как с понижением давления объем паровой фазы увеличивается. С увеличением паровой фазы скорость паров по высоте колонны растет и  может быть такой, что при контакте вызовет чрезмерное вспенивание  жидкой фазы и заброс капель жидкости с нижней тарелки на верхнюю. В этом случае резко падает четкость разделения фракций ректификационной колонны. Поэтому давление в колонне необходимо поддерживать постоянное. 
 

    4.5.Температура в кубе колонны.

    Температура в кубе колонны поддерживается в  пределах, обеспечивающих полноту испарения  низкокипящего компонента. Если температура  в кубе колонны будет поддерживаться ниже установленной нормы, то будет  происходить потеря низкокипящих компонентов  с остатком.

    С повышением температуры выше заданной по режиму резко увеличивается поток  паровой фазы и возможно захлебывание колонны, т.е. переполнение тарелок  колонны жидкостью, образующейся при  конденсации тяжелых паров в  верхней зоне тарелок. От равномерности  подогрева зависит и равномерность  газового потока.  
 

    5. Окисление гудрона до битума 

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

     Компоненты  битумов получают из нефтяных остатков: гудронов, полугудронов и тяжелых  мазутов, химический состав которых  изменяется в процессе окисления  кислородом воздуха. В виду сложного строения высокомолекулярных углеводородов, химизм процесса окисления в производстве битумов представляют по изменению  соотношения основных групп нефтяных остатков: масел, смол и асфальтенов.

     В процессе окисления нефтяных остатков в результате протекания  параллельно-последовательных реакций, в том числе присоединения, крекинга и уплотнения, а также  за счет отгона образующихся легких фракций  изменяется соотношение масел, смол и асфальтенов, и изменяется консистенция продукта. Основная часть кислорода идет на образование воды, 10-20 % на образование углекислого газа, и незначительная часть на образование кислородсодержащих соединений.

     Основное  количество кислорода до 60 % связывается  в битуме в сложно-эфирные группы, остальные до 40 % распределены примерно поровну между гидроксильными, карбоксильными и карбонильными группами.

     Реакции окисления остаточного нефтяного  сырья идут в основном по цепному  механизму и сопровождаются экзотермическим  эффектом, с выделением  9200±920 кДж  тепла на 1 кг вступившего в реакцию кислорода. 

     Процесс окисления проводится в гетерогенных условиях и его эффективность  в значительной степени зависит  от поверхности раздела реагирующих  фаз. Увеличение поверхности раздела  реагирующих фаз позволяет уменьшить  время окисления. В окислительных  аппаратах колонного типа увеличение поверхности раздела реагирующих  фаз достигается применением  распределителей воздуха.

     Основными факторами, влияющими на процесс  окисления и качество окисленного  битума, являются:

• природа сырья;
• температура окисления;
• расход воздуха.

     Природа сырья.

     В зависимости от природы сырья  меняется качество окисленного битума и, прежде всего, зависимость «температура размягчения - пенетрация». При одной и той же температуре размягчения, пенетрация и растяжимость битумов, полученных окислением остатка из одной и той же нефти, зависят от содержания масел в остатке. Пенетрация тем меньше, а растяжимость тем больше, чем выше глубина отбора масляных фракций из мазута.

     На  свойства битумов влияет состав сырья. Так, повышенное содержание твердых  парафинов (выше 3 % вес.) в сырье понижает растяжимость битумов, а в ходе процесса приводит к повышению расхода  воздуха и продолжительности  окисления.

     5.1.Температура.

     При окислении остатков протекает множество  реакций, температурные коэффициенты констант которых различны. Температура  неодинаково ускоряет различные  процессы, поэтому получаются различные  по составу и свойствам битумы. Повышение температуры реакции  сопровождается приростом температуры  размягчения битума в единицу  времени вследствие как увеличения скорости реакции, так и более  интенсивного отгона барботируемым воздухом легких фракций.

     С повышением температуры увеличиваются также констант диффу-зии и уменьшается поверхностное натяжение, возрастают размеры пузырь-ков газа вследствие уменьшения вязкости жидкой фазы, преобладают побо-чные реакции, не способствующие росту температуры размягчения окисл-енных битумов (происходят преимущественно реакции дегидрирования с образованием высокомолекулярных асфальтенов и более жестких стру-ктур). В результате многие битумы, полученные при высокой температуре, характеризуются низкой пенетрацией. По мере повышения температуры процесса ее влияние на скорость реакции постепенно понижается.

     С повышением температуры доля кислорода  в окисленном битуме снижается. Также  возрастает доля кислорода, участвующего в образовании воды. Оптимальной  является температура 250 °С. С повышением температуры выше этого значения температура размягчения и температура хрупкости битума повышаются, а пенетрация, растяжимость, теплостойкость и интервал пластичности окисленных битумов понижаются. При увеличении температуры выше 270 °С понижается степень использования кислорода воздуха.

     5.2.Расход воздуха.

     Расход  сжатого воздуха, степень его  диспергирования  и распределения  по сечению окислительной колонны  существенно влияют на интенсивность  процесса и свойства битумов. Увеличение расхода воздуха до определенного  предела, при прочих равных условиях, ведет к пропорциональному повышению  скорости окисления, зависящей от температуры  процесса, конструкции окислительной  колонны и природы исходного  сырья.

     Битумы, окисленные в короткий промежуток времени, имеют более высокую пенетрацию, чем битумы той же температуры размягчения, окисленные при небольшом расходе воздуха и при большей продолжительности окисления.