Мұнайлық жасанды битумдар
Кіріспе
Битумды біздің дәуірімізден 3800 жыл бұрын адамдар құрылыс материалы ретінде қолданған, мұнайдан алынған алғашқы өнімдердің бірі. Мұнай кен орындарында өндірілген битумдар мен асфальттарды ғимараттар мен мұнаралар, су өткізу арналары, туннельдер, астық және су қоймалары құрылысында, жол, кеме жасауда, байланыстырушы, антисептикалық, коррозияға қарсы және су өткізбейтін материал ретінде, медицинада және мәйіттерді мумияциялауға қолданған. Битум мен күкірттің қоспасымен жәндіктердің жемісті өсімдіктерін қорғаған. Мұнай өнеркәсібінің дамуымен қатар асфальтты-шайырлы мұнайларды өңдеу саласы да артып, өндіріс ұлғайып, битум сапасы жақсарды.
Битумның негізгі теxнологиялық құндылығы оның электр- , газ- , гидрооқшаулау, байланыстыру және қорғау қасиеттерінде жатыр. Битумның әртүрлі құрылыс материалдарының коррозиясына xимиялық төзімділігі темірбетон конструкцияларын, металл құбырларын қорғауға, жол асфальттарына арналған асфальтбетонды қоспалар, гидрооқшаулағыш материалдар және т.б өндірісінде кеңінен қолдануға мүмкіндік береді.
Битумды белгілі инженерлік және құрылыс материалдарының бірі ретінде пайдалану оның нақты физика - химиялық қасиеттеріне негізделген. Битумның қолданыс аймағы өте кең. Қазіргі уақытта битум құрылыста, өнеркәсіпте, ауыл шаруашылығында және реактивті технологияларда, сондай-ақ радиоактивті сәулеленуден қорғауда кеңінен қолданылады. Битумды қолданудың басты саласы - жолдарды, тұрғын үйлерді, өндірістік кәсіпорындар мен аэродромдарды салу және жөндеу. Жол қаптамаларына сапасы төмен асфальтбетон қоспаларының пайдаланылуы қазіргі кездің аса маңызды проблемаларының бірі болып табылады.
Әлемдегі битум өндірісіне қысқаша шолу жасап өтсек.
Жалпы өндіріс 107 мың тонна
Еуропа - битум экспорттаушы, сондай-ақ еуро аймағы елдерінің арасындағы битум саудасының дамуы жоғары деңгейде. Еуроаймақта кейбір елдерде битум жетіспеушілігі көрші елдердің экспорттарымен жабылып отырады. Америка Құрама Штаттары әлемдегі ең ірі өндіруші ғана емес, сонымен қатар битумның ірі тұтынушысы болып табылады. АҚШ битумының айтарлықтай көлемін Канададан импорттайды. Аймақтағы басқа елдердің сауда көлемі АҚШ пен Канаданың айналымымен салыстырғанда елеусіз.
Ресей Федерациясы мен Беларусь мұнай битумдарын экспорттаушы болып табылады. Қалған елдер негізінен битумды импорттайды.
Ел ( тонн )
Экспорт ( тонн )
Импорт ( тонн )
Ресей Федерациясы
609 357
3 878
Беларусь
137 202
7 643
Литва
74 032
85 250
Украина
41 523
174 798
Әзірбайжан
28 800
0
Қазақстан
0
386 560
Армения
0
39 084
Грузия
0
56 781
Латвия
0
86 167
Барлығы
890 913
840 160
Азиялық аймақта Қытай битумның ең ірі тұтынушысы болып табылады. Әлемдік өндірісте айтарлықтай үлесіне (9,64%) қарамастан, Қытай жылына 3 млн. тоннадан астам битумды импорттайды. Аймақта негізгі экспорттаушылар Корея Республикасы және Сингапур болып табылады. (http:newchemistry.ruletter.php? n_id=6963)
Елімізде микроструктураның дамуына байланысты битум өндірісі мен оларды тұтыну айтарлықтай өскендіктен сапа талаптарын жоғарылату шұғыл түрде битумның құрамы мен қасиеттерін, теxнологиялық режим параметрлерін, процестің кинетикасы мен гидродинамикасын тереңдете және жан - жақты зерделеуді талап етеді. Отандық өндіріс өзін-өзі қамдай алмағандықтан, битумға деген сұраныс импорт арқылы қанағаттандырылып отыр. Сипаттамалары жағынан шетелден әкелінген битумдар еліміздің климаттық жағдайларына сай келе бермейді. Сондықтан, отандық ауыр және дәстүрлі емес мұнайларды тиімді және терең өңдеу, олардан сапасы жоғары битум алу аса өзекті мәселе болып табылады. (Абдуқадырова Қ.А. Мұнай жəне газ химиясы)
Жаңа схемалар мен автоматтандыру құралдарын пайдалану битумды өндіру процестерін жан-жақты автоматтандыруға және жандандыруға мүмкіндік береді. Битум қондырғыларының техникалық - экономикалық көрсеткіштерін талдау арқылы оларды өндірудің ең ұтымды әдісін анықтауға болады. (гун)
Кестеден көрініп тұрғандай бүкіл Қазақстандағыдай Ақтөбе облысында да битум тапшылығы ең негізгі мәселе болып табылады. Ақтөбе облысына негізінен үлкен көлемде битум сырттан, басқа елдерден алынады, көбіне Ресей елінен.
Теориялық бөлім
Әдеби шолу
Мұнай битумдарын дүниежүзінің барлық елдеріндегі пайдалану үздіксіз өсуде. Көптеген мұнай өнімдерінің ішінде битумдар көлемі жөнінен де, ассортименті жағынан да өте маңызды орын алады. Битумдар - қоңыр-қара түсті, созылмалы, сұйық, жартылай қатты жəне қатты болып келетін мұнай өнімдері. Битумның түсі маркасына жəне атқаратын қызметіне байланысты. Мұнай өнімдерінің ішінде битумдардың тұтқырлығы ең жоғары. Физика-химиялық көзқарас бойынша, битумдар - майлар мен төмен молекулалы шайырлар ортасында асфальтендермен ассоциацияланған жоғары молекулалы шайырлардың күрделі коллоидтық жүйесі.(Абдуқадырова Қ.А. Мұнай жəне газ химиясы)
Кесте 1- Битумдардың жіктелуі (гун)
Топ
Топша
Түрлері
Табиғи битумдар
Мұнайлар
Асфальт негізді
Жартылай асфальт негізді
Асфальтиттер
Асфальт негізді емес
Таза түрде
Битуминозды түрлерден алынатын
Табиғи асфальттар
Таза түрде
Битуминозды түрлерден алынатын
Мұнайлық жасанды
битумдар
Қалдық
Мазуттар
Жартылайгудрондар
Гудрондар
Крекингіленген
Дистиляттардың термиялық крекингінің қалдықтары
Мазуттың термиялық крекингінің қалдықтары
Гудронның, жартылайгудронның және басқа да қалдық өнімдердің жеңіл крекингінің қалдықтары
Пиролиз қалдықтары
Таңдаулы еріткіштермен бөлініп алынған
Бензинсіздендірілген мұнайлар, гудрондар және басқа да қалдық өнімдер деасфальтизациясы қалдықтары
Дистилятты және қалдық майлардың селективті тазартылған экстракттары
Тотыққан
Ауа оттегімен
Күкірт, селен және теллурмен
Инициатор ретінде катализатор қолданылған бу-ауа қоспасы
Қалдықпен бірге тотыққан
Дистиллятпен, қалдық майлармен және басқа да фракциялармен тотыққан битумдар
Компаундирленген
Әртүрлі селективті еріткіштермен бөлінген, қалдықтар қоспасы
Қалдық битумдар мен селективті еріткіштермен бөлінген тотыққан қалдықтар
Крекингпен қалған қалдық
Әртүрлі тотығу тереңдігіндегі тотыққан битумдар қоспасы
Пиробитумдар
Табиғи (балқымайтын
және ерімейтін
каустобиолиттер)
Вурцилиттер, альбертиттер, элатериттер және т.б.
Тақтатасты (сланцевые)
Битумделген шайырлар
Шайырлы битумдар
Шайырлар (дегти и пеки)
Таскөмірлі
Газды
Жартылайкоксты
Коксты
Доменды (дегти)
Газ генераторлы
Қоңыр көмірлі
Кубты
Газ генераторлы
Торфты
Қылқанды (хвойные)
Жапырақты (лиственные)
Майлы шайырлар
Стеаринді, пальмитинді, глицеринді
Фенолды, крезолды, канифолды, кумаронды және т.б.
Балауызды (восковые)
Химиялық өңделген (сульфирленген, хлорланған, тотыққан)
Мұнай битумдары өндіру тәсілдеріне байланысты қалдықты, тотықтырылған және компаундирленген (араластырылған) деп аталатын битумдарға жіктеледі.
Қалдықты битумдар ауыр мұнайларды біріншілік арнайы өңдеу процестері барысында кубтық қалдық ( 450-550°С жоғары температурада қайнайтын ) ретінде алынады. Қалдық битумдарды алу үшін тек жеткілікті мөлшерде ауыр жоғарышайырлы мұнайларда кездесетін, құрамында шайырлы - асфальтенді заттары көп шикізат ғана қолданылады.
Тотықтырылған битумдарды өңделген мұнайдың ауыр қалдықтарын (400 - 450 °С жоғары) тотықтыру(ауамен үрлеу) немесе олардың экстракттармен, шайырлармен және басқа да мұнай қалдықтарымен қоспаларын 260 - 280°С тотықтыру арқылы алады.
Өз кезегінде, тотықтырылған битумдар өндірісі қолданылған тотықтырғыш - реакциялық аппараттың типіне қарай да жіктеледі. Тотықтыру процесін, сәйкесінше, кубтарда, компрессорсыз реакторларда, қыздырылмайтын құбырлы реакторларда ( змеевикті ) және тотықтыру колонналарында жүргізуге болады.
Компаундирленген битумдар әртүрлі тотыққан және қалдық битумдарды, сонымен қатар өндірістің жартылайөнімдерін басқа да мұнай қалдықтарымен, ауыр дистилляттарды бір - бірімен араластыру арқылы алынады.
Битумды алудың қайсы әдісін таңдар болсақ та, ол өндірістің қолда бар шикізатпен тұтынушыны стандартты сападағы өніммен қамтамасыз ете алу мүмкіншілігімен анықталады. (гуреев)
Битумдардың құрамы
Битумдар мұнайдың жоғары молекулалы көмірсутектерінің және олардың гетеротуындыларының, құрамында оттегі, күкірт, азот және металлдар (ванадий, никель, натрий және т.б. ) бар күрделі қоспасы. Битумдардың элементтік құрамы шамамен келесідей ( үлес.% ): көміртек 80 - 85; сутек 8 - 11,5; оттегі 0,2 - 4; күкірт 0,5 - 7; азот 0,2 - 0,5.
Битумдарды және еріткіштерді бөлудің әртүрлі әдістерін пайдалана отырып, құрамы мен құрылысы әртүрлі нәтижелер алынады. Мысалы, н-гептанды қолданғандағыға қарағанда асфальтендердің үлесі , петролейн эфирін қолданғанда төменірек. Маркуссон әдісі бойынша битумдарды майларға, шайырларға, асфальтендер, асфальтенді қышқылдар және олардың ангидридтеріне жіктейді.
Майлар битумдардың қаттылығы мен жұмсару температурасын төмендетіп, олардың аққыштығы мен булануын жоғарылатады. Майлардың элементтік құрамы: көміртек 85-88%, сутегі 10-14%, күкірт 4,5% дейін және де аз мөлшерде оттегі мен азот. Майлардың молекулалық массасы 240 - 800 ( әдетте 360 - 500 ), ароматталу дәрежесін көрсететін С:Н ( атомлық ) қатынасы әдетте 0,55 - 0,66-ға тең. Майлардың тығыздығы 1гсм3 төмен ( 103кгм3 ).
Битумды құрайтын май қосылыстарының сипаттамасы келесідей.
Құрамында 26 немесе одан да көп көміртегі атомдары бар қалыпты және изоструктуралы парафинді қосылыстардың тығыздығы 0,79 - 0,82 гсм3 ( 790 - 820 кгм3 ), сыну көрсеткіші 1,44 - 1,47 және молекулалық массасы 240 - 600, қайнау температурасы 350 - 520°С, балқу температурасы 56 - 90°С.
Нафтенді қосылыстардың құрылымында 20-дан 35-ке дейін көміртегі атомдары бар, тығыздығы 0,82 - 0,87 гсм3, сыну көрсеткіші 1,47 - 1,49 және молекулалық массасы 450 - 650.
Битумның май бөлігінде болатын парафин - нафтенді және ароматты көмірсутектердің құрамында оттегі, күкірт және тіпті азот бар болғандықтан оларды көмірсутектер деп атамаған жөн. Сондықтан оларды қосылыстар деп, ал битумның майлы бөлігін көмірсутекті деп атамағанымыз жөн болар.
Ароматты қосылыстар үшін моно- дан полициклдіге өту кезінде олардың алифаттық тізбектері қысқарады. Битумнан бөлінген моноциклді ароматты қосылыстардың сыну көрсеткіштері 1,51 - 1,525, молекулалық массасы 450 - 620; бициклділердің сыну көрсеткіші 1,535 - 1,59, молекулалық массасы 430 - 600; полициклділерде сәйкесінше сыну көрсеткіші 1,59-дан жоғары, ал молекулалық массасы әдетте 420 - 670.
Шайырлар - қалыпты температурада қызыл - қоңыр түсті қатты заттар болып табылады. Олардың тығыздығы 0,99 - 1,08 гсм3. Битумдардың қаттылығы, созылғыштығы және иілгіштігі шайырларға тығыз байланысты. Олар жоғары дәрежелі конденсациялы, циклді және гетероциклді құрылымды, өзара алифатикалық тізбектермен байланысқан жоғары молекулалы органикалық қосылыстарға жатады. Олардың құрамына көміртегі ( 79 - 87% ) және сутегі ( 8,5 - 9,5 % ), оттегі ( 1 - 10% ), күкірт ( 1 - 10% ), азот ( 2% дейін ) және басқа да элементтер ( Fe, Ni, V, Cr, Mg, Co және т.б. ) кіреді. Шайырлардың молекулалық массасы 300 - 2500 құрайды.
Шайыр молекулаларының көміртекті қаңқасы - бүйірлік алифатты тізбектері бар конденсирленген ароматты сақиналардан құралған полициклді жүйе. Шайырды құраушы, қосылыстардағы көміртегі атомының саны 80 - 100 дейін жетеді. Асфальтендермен салыстырғанда, шайырлар алифаттық бүйір тізбектерінің көп саны мен ұзындығына ие. C: H (атомдық) қатынасы әдетте 0,6-0,8 болып табылады. Шайырдың ( КиШ бойынша ) жұмсару температурасы 35-90°C.
Асфальтендер шайырлы тығыздау өнімі ретінде қарастырылады. Таза күйінде олар қара немесе қоңыр түсті балқымайтын қатты заттар болып табылады. Битумның басқа компоненттеріне қарағанда олар қалыпты құрылысты қаныққан көмірсутектерде ( С5 - С7 ) және де аралас полярлы еріткіштерде - спирт-эфирлі қоспалар және төменқайнаушы спирттерде, мұнай газдарында ( метан, этан, пропан және т.б. ) ерімейді, бірақ бензол және оның гомологтары, күкіртті көміртегі, xлороформ және көміртегі тетраxлориді сияқты сұйықтықтарда оңай ериді.
Асфальтендерді мұнайдан және ауыр мұнай қалдықтарынан петролейн эфирі, н - пентан, изопентан сияқты еріткіштерді қолданып тұндыру арқылы бөліп алады. Асфальтендерді асфальттардан және шайырлы - асфальтенді заттардан бөліп алу үшін төмен парафинді көмірсутектер С5 - С6, петролейн эфирі және жеңіл бензин қолданылады. Бөлініп алынған асфальтендердің үлесі мен құрамы қолданылатын еріткішке және тұндыру жағдайына байланысты. Асфальтендердің тығыздығы 1гсм3-тен жоғары.
Элементтік құрамы: көміртегі 80 - 84%; сутегі 7,5 - 8,5%; күкірт 4,6 - 8,3%; оттегі 6%-ға дейін; азот 0,4 - 1%. Гетероатомдар құрамы, сол битумнан бөлінген майлар мен шайырларға қарағанда асфальтендерде жоғары. Асфальтендердің молекулалық массасы 1200 - 200000.
Жоғары температурадағы терең тотықтыру кезінде асфальтендердің молекулалары кішірейіп, олар өздерінің иілгіштігі мен қозғалғыштығын жоғалтады, ерігіштігі нашарлайды; олар үш өлшемді құрылымдардың қаттылығына ие болады. Бұл xимиялық айналулармен шикізаттағы асфальтендерге қарағанда, тотықтырылған битумдардан бөлінген екіншілік асфальтендер төмен молекулярлық салмағы мен ерігіштігімен және С:Н қатынасының аса қатты нәзіктігімен сипатталады. (гун)
Асфальтогенді қышқылдар және олардың ангидридтері - қоңыр-сұр түсті, қою шайырлы консистенциялы заттар. Асфальтогенді қышқылдар спирт пен хлороформда жеңіл ал бензинде қиын ериді; олардың тығыздығы 1г см3 артық. Асфальтогенді қышқылдар және олардың ангидридтері битумның коллоидтық құрылымын тұрақтандырады. (гуреев)
Карбендер және карбоидтар - жоғары температуралы мұнай және оның қалдықтарын өңдеудің жоғары көміртекті өнімдері болып табылады. Карбендер көміртегі тетраxлоридінде, ал карбоидтар күкіртті көміртегінде ерімейді. Битумның құрамы мұнайдың табиғатына, шикізаттың құрамына - мұнай қалдықтарына және оны өндіру технологиясына байланысты. Жұмсару температурасы бірдей, бірақ әртүрлі мұнайдан алынған битумдардың құрамы бірдей болмайды. Мысалы, жұмсару температурасы 49°С Лиспе кен орнынан алынған битумның құрамында көмірсутек 48%, шайырлар 51% және асфальтендер 1% болса, ал нагиленгель мұнайының қалдықтарынан сәйкесінше 53, 32 және 15% алынған, яғни асфальтендер айтарлықтай көп ал шайырлар аз. (гун)
Битумның қасиеттері
Мұнай өнімдерінің қасиеттерін зерттей келе оларды жіктейміз. Мұндай көзқарас бізге, физикалық-химиялық (олар кейбір құжаттарда техникалық деп аталады) және эксплуатациялық ( тасымалдау барысындағы олардың жағдайынан хабар береді ) қасиеттер туралы айтуға мүмкіндік береді.
Тауар битумдарды олардың сапасына байланысты әртүрлі зерттеу әдістері қолданылады. Бұл әдістер түрлі елдердің стандарттарымен бекітілген. Салыстыруға оңай болу үшін тәжірибеде әдетте бірдей негізгі әдістер қолданылады. Мысалы, парафиннің құрамын көрсету үшін қолданылған әдіс, ал асфальтеннің құрамын көрсету үшін - тұндыруға қолданылған еріткіш көрсетіледі және т.б. Битумның сапасын анықтаудың жалпы қабылданған әдістерінің мақсаты олардың консистенциясын, тазалығын және жылуға төзімділігін анықтау болып табылады. Консистенцияның ( қоюлығы ) тұтқырлыққа тәуелділігін анықтаудың көптеген әдістері ұсынылған. Битумдарды белгілі бір температурада аққыштығына немесе қасиеттеріне қарай салыстырады.
Сондай көрсеткіштерге, қатты битумның қасиеттерін сипаттайтын, стандартты ине ену тереңдігі ( пенетрация ), жұмсару температурасы, созылымдылық ( дуктильділік ) және морт сынғыштық температурасы жатады. Тұтастай алғанда, бұл зерттеулер арқылы тұтқырлықты тікелей анықтауға болмайды, бірақ олар практикада кеңінен қолданылады, себебі олар битумның дәйектілігін жылдам сипаттауға мүмкіндік береді. Және де битумның қасиеттерін сипаттайтын негізгі көрсеткіштерге адгезия, фазалардың бөліну шекарасындағы беттік керіліс, когезия, жылулық, оптикалық, диэлектрлік қасиеттерін жатқызуға болады.
Тығыздық. Тығыздық битумның ең негізгі қасиеттерінің бірі . Ол битумның xимиялық құрамына тәуелді: құрамында ароматты құрылымдар көп болған сайын тығыздық жоғарылайды, ал қаныққан қосылыстардың құрамы көбейген сайын тығыздық төмендейді. Битумдардың 20°С температурадағы тығыздығы 1,00 - 1,04 гсм3 құрайды.
Тұтану температурасы. Битумдар мен гудрондардың тұтану температурасы әдетте 230°С жоғары. Осы көрсеткішке қарап шикізатта немесе дайын битумда төмен қайнайтын фракциялардың бар немесе жоқтығын және сәйкесінше битумды алу, өңдеу процестері барысында олардың жарылыс және өрт қауіптілігі туралы айта аламыз.
Тұтқырлық арқылы әртүрлі температурада қолданылатын битумдардың консистенциясын ,пенетрация мен жұмсару температурасына қарағанда, жақсы сипаттауға болады. Басқа да тең көрсеткіштер бойынша битум қолданудың максималды температурасында ең үлкен тұтқырлыққа ие және мүмкіндігінше түзу тұтқыр - температуралық қисыққа ие болғаны дұрыс.Температура өзгерісі әртүрлі битумдардың тұтқырлығына бірдей әсер етпейді, ол битумдардың шығу тегіне және өндіру технологиясына байланысты.
Меншікті жылу сыйымдылық барлық битумдар үшін бірдей десек те болады. Температураның жоғарылауымен ол артады: әртүрлі консистенциядағы битумдар жылусыйымдылығының 1°С-қа өзгерісі 0,00032 - 0,00078кал (г·град) тең.
Жылуөткізгіштік коэффициенті барлық битумдар үшін шамамен бірдей, бірақ температураның жоғарылауымен аздап төмендейді. Солай, 0°C-та ол 0,13 - 0,145 ккал (м·сағ·град), 20°C-та 0,125 - 0,135 ккал (м::сағ::град), 40°C-та 0,12 - 0,13 ккал м::сағ::°C тең.
Жылуалмасу аппараттарын есептеу үшін оның мәнін 0,10 ккал (м::сағ::град) асырмай алуға кеңес беріледі.
Беттік керілу. 25°С температурадағы битумдардың беттік керілуі 24 - 34 динсм. Битум - ауа шекарасындағы беттік керілу үлкен болған сайын, реакторда соғұрлым үлкен ауа көпіршіктері бар дегенді білдіреді, олардың қалқып шығу жылдамдығы соғұрлым жоғары және, сәйкесінше, ауаның шикізатпен араласу беті төмен, масса берілуі нашар және тотықтыру процесінің ұзақтығы жоғары.
Ерігіштік. Битумдар төмен молекулалы спирттерден басқа көптеген органикалық еріткіштерде ериді.
Еріткіштердің селективтілігі алынып жатқан асфальтендердің құрамына әсер етеді, бұл оларды тар фракцияларға бөлген кезде маңызды. Битумның хлороформ, бензол, күкіртті көміртегі және көміртек тетрахлориді секілді органикалық еріткіштерде еруі, оның құрамында минералды немесе басқа қатты заттар ( мысалы, карбендер мен карбоидтар ) бар екенін сипаттайды. Бұл еріткіштерде тотыққан битумдар шамамен 99%-ға дейін ериді.
Жол битумдарының қаттылығын сипаттайтын көрсеткіштерге, ГОСТ 22245-90- ға сәйкес келесілерді жатқызуға болады:
- 0,1мм-ге ине ену тереңдігі ( пенетрация );
- сақина және шар ( КиШ ) әдісі бойынша жұмсару температурасы;
- пенетрация индексі. (гуреев)
Пенетрация көрсеткіші ( ГОСТ 11501-78 ) белгілі бір режимде иненің битумға ену тереңдігін көрсетеді.
Пенетрация битумның қаттылық деңгейін сипаттайды. Оны анықтау алғаш рет 1889 жылы ұсынылды, одан кейін анықтау әдісі 1900 жылы Доу, Ричардсон және Форрестпен жақсартылып, стандартталды. ГОСТ 11-501-65 -ке сәйкес пенетрация пенетрометр құрылғысымен анықталады; пенетрация бірлігіне 0,1 мм-ге ине ену тереңдігі қабылданған.
Битумның жұмсару температурасы көрсеткіші ( ГОСТ 11501-65 ) - бұл битум қатыстық қатты күйден сұйық күйге ауысатын температура. Жұмсару температурасын анықтау әдісі шартты және ғылыми түрде негізделмеген, дегенмен тәжірибеде кеңінен қолданылады. Зерттеуді ГОСТ - 11506-65-ке сәйкес "сақина және шар" әдісі бойынша өткізеді. (гун)
Пенетрация индексі ( бағалау көрсеткіші ) зерттеліп жатқан битумның құрылымдық түрін нақты дәл сипаттайды. Бұл көрсеткішті қазіргі ғылыми және өндірістік тәжірибеде, осы қатынас арқылы анықтайды:
0,02 20-ИП10+ИП=lg800- lgПtр-25
бұл жердегі ИП - пенетрация индексі; П - Ричардсон бойынша 25°C-ғы пенетрация; tр - жұмсару температурасы,°C.
Пенетрация индексін анықтауға арналған
номограмма
Пенетрация индексіне байланысты битумдар 3 топқа бөлінеді.
1. Пенетрация индексі -2 -ден төмен битумдар, дисперсті фазасы жоқ ( крекинг - қалдықтың битумдары және таскөмірлі шайырлардың қалдықтары ). Ондай битумдардың иілгіштігі өте азтіпті нольге тең деуге болады.
2. Пенетрация индексі -2 -ден +2 -ге дейін ( қалдық және азтотыққан ).
3. Пенетрация индексі +2 -ден жоғары, белгілі бір иілгіштікке ие және гельдердің коллоидтық қасиеттері анық көрінеді. Бұл жоғары созылғыштыққа ие тотықтырылған битумдар. (гуреев )
Морт сынғыштық температурасы - бұл материалдың қысқа уақытты мерзімде әсер еткен жүктемеден бүліну температурасы. Фраас бойынща - бұл температура, битумның икемділік модулі 11 сек ену ұзақтығында, барлық битумдар үшін 1100 кгсм2 тең.
Морт сынғыштық температурасы битумның жол қаптамасындағы қасиетін сипаттайды: ол неғұрлым төмен болған сайын, жол битумдарының сапасы соғұрлым жоғары болады. Сол пенетрациядағы басқа битумдармен салыстырғанда тотықтырылған битумдардың морт сынғыштық температурасы төменірек. Жол битумдарының морт сынғыштық температурасы әдетте - 2 мен 30°C аралығында ауытқиды. Оны анықтау үшін ГОСТ 11507-65 көрсетілген әдіс қолданылады.
Битумның созылғыштығы ( дуктильділігі ) жіптің үзілуге дейінгі тартылу қашықтығымен сипатталады. Бұл көрсеткіш жанама түрде битумның адгезиясын ( жабысқақтығын ) да сипаттайды және оның компоненттерінің табиғатымен тығыз байланысты.
Битумның созылғыштығының жоғарылауы оның қасиеттерінің жақсаруымен сәйкес келе бермейді. Созылғыштық көрсеткіші бойынша жол битумдарының сапасын бағалау мүмкін емес, себебі сынау шарттары ( созылу жылдамдығы 5сммин ) битумның жол қаптамасындағы жұмыс жасау шарттарынан ерекшеленеді, онда деформация 1 - 1,5 мм- ден аспайды және динамикалық әсер етуші жүктеме 0,1 - 0,01 сек. Кездейсоқ емес, кейбір төменгі созылғыштыққа ие компаундирленген битумдар эксплуатациялық жағдайларда өздерін жақсы ұстайды.
Адгезия ( жабысу ) битум пленкасы мен тас материалдың бөліну бетінде екі электр өрісінің пайда болуымен түсіндіріледі. Битумның адгезиясы компоненттердің полярлығына (асфальтендер мен мальтендерден) байланысты және бұл заттардың полярлы емес еріткіштерде электр өткізгіштігімен сипатталады. Оны полярлы емес еріткіштердегі битум ерітіндісінің электрөткізгіштігіне немесе фазааралық беттік керілудің мәнімен қарап анықтайды.
Когезия, адгезия секілді, заттың табиғаты мен температураға байланысты. Төмен температураларда битумның бірігуі төмендейді. Табиғи және синтетикалық каучукты аздаған мөлшерде қосу битумның адгезиясы мен когезиясын жақсартады. Битум когезиясы көрсеткішіне беріктікке, иілуге, сынуға және бөлшектеуге бағалау сынамалары жақын. Когезияны битумның жұқа қабатының қозғалу деформациясының түскен жүктеме ұзақтығына тәуелділігімен есептейді. Оны даттанбайтын болаттан жасалған пластинкалары бар, 120 - 130°С- тағы термостаттан және су беру құрылғысынан тұратын когезиометрде анықтайды.
Жол қаптамаларында жарықтар, ойықтар, шұңқырлардың пайда болуының бірден - бір себебі битумның ескіруі болып табылады. Битум ескіруі дегеніміз оны сақтау, теxнологиялық өңдеу және тасымалдау барысында оның xимиялық құрамының және меxаникалық - құрылымдық қасиеттерінің өзгеріске ұшырауы.
Осындай ескіруді болдыратын факторлардың негізгілеріне келесілер жатады:
- битум компоненттерінің ауа оттегімен және сумен әрекеттесуі;
- температуралық ауытқулар;
- инфрақызыл және ультракүлгін сәулелердің әсері;
- битумның металлорганикалық және минералдық материалдарының беттік каталитикалық әсері;
- меxаникалық жүктелімдер.
Битум ескіруіндегі, әсіресе, xимиялық процестер битумның қасиеттерінің өзгеруінің негізі болып табылады.
Асфальтбетонды жабындар құрамындағы битумның ескіруі оның эксплуатациялық қасиеттерінің қалпына келу мүмкіндігі туралы, яғни регенерациясы жайлы сауал тудырады. Қазіргі кезде битумдардың қасиеттерін регенерациялаудың экономикалық тиімді және эффективті әдістерінің біріне асфальтбетонды қосылыстардың құрамына арнайы қалпына келтіруші қоспаларды енгізу жатады. Олардың жұмыс жасау принципі дисперсті фаза мен дисперсті ортаның құрамы мен көлемінің қатынасын қалпына келтіруге негізделген. (гун)
Еліміздегі битум өндірісінің жағдайы
Отандық зауыттар 2014 жылдан бастап ішінара импортталған битумға ішкі нарықтың қажеттілігін толығымен қанағаттандырады. Ішкі нарықта 2014 жылдан 2017 жылға дейін жол битумдарына сұраныс 400 мыңнан 500 мың тоннаға дейін, ал 2018 жылдан бастап сұраныс жылына 700 мың тоннаға дейін артқан.
Бүгінгі таңда Қазақстанда негізгі жол битумдарын өндіретін 4 зауыт - КаспийБитум ЖШС, Павлодар мұнай-химия зауыты ЖШС, Газпромнефть-Битум Казахстан ЖШС және Aсфальтбетон 1 ЖШС болып табылады. Олардың жалпы өнімділігі жылына 1,2 млн. тоннаны құрайды. Битум өндіруде жұмыспен қамтылғандардың жалпы саны - 373 адам.
Қазақстандық өндірушілердің жол битумдарының сапасы ҚазДорНИИ тәуелсіз сынақтар зертханасы арқылы расталады. 2017 жылға қарай 97 мың тонна битум, 2016 жылы - 13,5 мың тонна, 2015 жылы - 300 тонна битум экспортталған. Сонымен қатар, битумды біркелкі үлгілеу үшін, сұйық түрдегі битумды өндірумен қатар, отандық өндірушілер қаптама битумын өндіру бойынша жұмыстарды ұйымдастырды, оның артықшылығы тасымалдау және сақтауда болып табылады. 2017 жылдың қараша айында КаспийБитум ЖШС Қытайға қапталған битумның бірінші сынақтық пакетін экспорттаған. (https:express-k.kznewsekonomik a_lentado_700_tys_tonn_ezhegodno_p rognoziruyut_rost_potrebnosti_kazak hstana_v_bitume_s_2018_g-114056)
Мұнай битумдарын өндірудің негізгі үш әдісі бар:
1. Мұнай қалдықтарын вакуумда су буы және инертті газдар қатысында айдау арқылы концентрлеу ( ауыр шайырлы - асфальтты мұнайларды өңдеу барысында қалдық битумдарды атмосфералық айдау арқылы алады ).
2. Әртүрлі мұнай қалдықтарын ( мазуттар, гудрондар, жартылай гудрондар, деасфальтизация асфальттары, майларды селективті тазартудың экстракттары, крекинг - қалдықтар немесе олардың қоспалары ) 180 - 300°C температурада ауа оттегімен тотықтыру.
3. Әртүрлі мұнай қалдықтарын дистилляттармен және қалдық немесе тотыққан битумдармен компаундирлеу ( араластыру ).
Мұнай қалдықтарын тотықтыру процесінің нақты практикалық маңызы зор, өйткені ол қазіргі уақытта жоғары сапалы жол, құрылыс және арнайы битумдар алу үшін қолданылады. (гун)
Шет елдерде арнайы ауыр мұнай сорттарын пайдаланғанмен, терең вакуумдық айдау әдетте битумға қажетті сапалық көрсеткіштерді қанағаттандырмайды. Вакуум қалдықтарының тұтқырлығын немесе температуралық сезімталдығын арттыру үшін, шикізаттың кең ауқымынан қажетті сапалы өнімді алуға мүмкіндік беретін тотығу үдерісі қолданылады. Қалдық битумдармен салыстырғанда, тотыққан битумдар бірдей пенетрацияда жоғары жұмсару температурасы мен тұтқырлыққа ие. (Абдуллин, И.А. Битумные вяжущие. Учебное пособие И.А. Абдуллин, Е.А. Емельянычева, Т.Ф. Ганиева, М.Р.Идрисов; М-во образ. и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. - Казань: Изд-во КНИТУ, 2012.)
Өндірістік практикада мұнайдың қалдық фракцияларының ауамен тотығу процесі әртүрлі типтегі аппараттарда жүзеге асады: периодты жұмыс жасайтын кубтарда, құбырлы змеевикті реакторларда және үздіксіз жұмыс жасайтын бос колонналарда. (Выдержка из книги Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов)
Кубта тотығу - жұмыс аймағының биіктігінің диаметрге қатынасының (әдетте шамамен 1,5) мөлшері аз бос цилиндрлік аппарат - ескі қондырғыларда және азтоннажды битум сорттарын алуда қолданылады. Бұл әдіс шет елдерде де қолданылады. Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов
Құбырлы реактордағы тотығу - құбырлары вертикаль орналасқан реактор - турбулентті ауа ағынында жүзеге асады. Тотығып жатқан шикізат және ауа қозғалысы - тура ағынды. Реакцияға түскен газ-сұйық қоспа реактордан, газдарға және сұйыққа бөлетін буландырғышқа келіп түседі. Буландырғыштың жоғарғы жағынан газдар бейтараптандыруға, ал сұйық фаза - төменгі жағынан шығарылады. грудников
Колонналық аппараттардағы тотығу. Соңғы кездері бос тотықтыру колонналары үздіксіз жұмыс жасайтын битумдық қондырғылардың реакторы ретінде кеңінен қолданылады. (Гун Р.Б. Нефтяные битумы ) Үздіксіз жұмыс жасау колонналары жоғары өнімділігімен, қарапайым конструкциясымен және эксплуатация процесінде жеңіл басқарылуымен сипатталады. Қондырғыда бірнеше бірдей колонналардың болуы, өндірілген битумның кең ауқымында және оның маусымдық ауытқуларында өте маңызды, жұмыс икемділігін қамтамасыз етеді. Колонналық типтегі аппараттардағы тотығу процесінің артықшылықтарына: колоннаға келіп түсетін шикізат температурасының өзгеруіне байланысты тотығудың жылулық режимін өзгерту мүмкіндігі, төмен қысымды компрессорларды қолдану және автоматтандырудың кең дәрежелі мүмкіндігі жатады. (Выдержка из книги Сидорин В.П. Установка производства нефтяных битумов)
Процестің физика - химиялық қасиеттері
Шикізаттың битумға тотығу процесі газ ( ауа ) бен сұйық ( мұнайлық қалдық - гудрон немесе оның компаундтары ) фазалардың арасындағы гетерогенді реакция болып табылады.
Химиялық тұрғыдан тотығу процесі - тек оттегін қосып алу реакциясы ғана емес, сонымен қатар сутегі бөліне жүретін реакция екені де белгілі. Шикізаттың ( гудрон ) битумға дейін тотығуы газ ( ауа ) және сұйық ( мұнай қалдығы ) фазалар арасындағы, тотықтыру аппараттарында сұйықтықтың қабаттарына ауа үрлеу арқылы жүзеге асатын гетерогенді реакция. Сонымен қатар, молекулалық оттегі шикізатты құраушы компоненттермен әрекеттеседі. Процесс, радикалды - тізбекті механизм бойынша жүретін, параллельді - ретті реакциялардың көп санын біріктіреді. Шикізаттың күрделі химиялық құрамы және бір мезгілде жүретін реакциялардың кең ауқымына байланысты процестің химизмі толық зерттелмеген.
Тотығу процесі келесідей типтік реакцияларға бөлінеді:
молекулалардың мөлшерінің айтарлықтай ұлғаюы жүретін реакциялар;
молекулалардың мөлшері аздап өзгеретін немесе өзгермейтін реакциялар;
молекулалардың мөлшері кішірейетін реакциялар;
айдалған жеңіл көмірсутектік фракциясы бар концентрация.
Көмірсутектердің ауа оттегімен тотығуы бір мезетте екі бағытта жүреді:
Көмірсутектер--
қышқылдар--
оксиқышқылдар--
асфальтогенді қышқылдар
шайырлар--
асфальтендер--
карбеидтер--
карбоидтар
Гудронның компоненттерімен өзара әрекеттесетін оттегінің көп бөлігі дегидрогенизация реакцияларын тудырады және қоспа ретінде пайдаланылған газдармен (көбіне, су булары және көміртек диоксиді) бірге шығарылып әкетіледі. Оттегінің қалған бөлігі тотыққан қосылыстар түрінде химиялық бірігеді. Тотыққан битумда байланысқан оттегінің негізгі мөлшері күрделі эфирлік топ түрінде болады.
Орташа алғанда, олардың 60% -ын оттегі құрайды, ал 40%-ы гидроксил, карбонил және карбоксил топтары арасында шамамен тең бөлінеді. Тотыққан битумдағы химиялық байланысқан оттегінің көлемі мұнай қалдығының ароматтылығының көбеюімен және тотығу температурасының төмендеуімен қатар жоғарылайды. Тотыққан битуммен химиялық байланысқан оттегінің негізгі мөлшері күрделі эфирлік топ (-СОО) және аздаған мөлшерде гидроксилды (-ОН), карбоксилды (-СООН) және карбонилды (=СО) топтар түрінде кездеседі. Топтардың қатынасы шикізат табиғатына, тотығу процесінің жағдайына (тотығу процесінің ұзақтығы және температурасы) және ауа жіберуге байланысты. Тотығу процесі барысында түзілген төмен молекулярлы органикалық өнімдер (дистиллят) - қара соляр деп аталады. Түзілген солярдың мөлшері шикізаттағы "ұшқыштардың" құрамына және тотығу тереңдігіне байланысты. (гуреев )
Битумды қаншалықты аз оттегі химиялық байланыстыратын болса, битумның жұмсару температурасы соншалықты жоғары болады. Тотығуға ауа арқылы берілетін оттегінің негізгі мөлшері 10 - 20%-ы су түзілуіне, көмірқышқыл газының түзілуіне және аздаған мөлшері құрамында оттегі бар органикалық заттардың түзілуіне жұмсалады. Жіберілген оттегінің бір бөлігі реакцияға түспей, шығарылынатын газдармен кетеді.
Әдеби деректерді талдау және өз зерттеулерінің негізінде И.Н.Кудрявцева шикізаттың битумға тотығуы кезіндегі келесі өзгерістер схемасын келтіреді. Тотығу процесінің басында:
RH+O2=R+НОО.
Радикалдардың жаңа көмірсутек молекуласымен өзара әрекеттесуі тұрақты өнімдердің алынуына алып келеді:
R+R`H =RR`H
RR`H + R``H = RR`HR``H = Диспропорционирлеу
Көмірсутекті радикалдардың салыстырмалы түрде төмен концентрациясына байланысты олардың рекомбинациясы екіталай және радикалдардың оттегімен өзара әрекеттесуі, бастапқы заттың молекулаларымен салыстырғандағыға қарағанда, төмен деңгейде өтеді:
R· + O2 -- ROO·
ROO· + R'H -- ROOH + R'·
ROOH -- RO· + ·OH
R''H + ·OH -- R'· + H2O
Тізбектің жалғасы:
RH + HOO· -- R· + H2O2
H2O2 -- 2OH·
R'H + ·OH -- R'· + H2O
Бірақ, бұл схеманы толық деп есептеуге болмайды. Бұл тек шикізаттың битумға тотығу процесі барысындағы күрделі айналымдардың бір ғана нұсқасы болып табылады.
Гудронның тотығу процесі жылу бөліну арқылы жүреді. Тотығудың экзотермиялық реакциясы реакция зонасындағы температураны жоғарылатады. Реакцияның жылулық эффекті шикізаттың xимиялық табиғатына, тотығудың жағдайына және тереңдігіне тәуелді. Ең аз эффект тотығудың бастапқы сатысында байқалады. Тотығудың температурасын жоғарылатқан сайын жылулық эффект төмендейді. Жол битумдарын алу реакциясының жылулық эффекті 45 пен 150 ккалкг аралығында ауытқиды, ал құрылыс битумдары үшін 250 ккалкг-ға дейін. Реакциядан жылу шығару үшін, тотықтыру аппаратына, тотығу температурасынан төмен температурада шикізат беріледі және тотықтырғыш аппараттарды жылуоқшаулағышсыз эксплуатациялау (пайдалану). (гун)
Процестің негізгі параметрлері
Тауарлық битумның құрамына және физика - xимиялық қасиеттеріне тотығу процесінің теxнологиялық параметрлері әсер етеді.
Гудронның тотығу процесіне әсер ететін негізгі факторларға: шикізат - мұнай табиғаты, гудронның бастапқы шартты тұтқырлығы, тотығу температурасы, ауа шығыны және тотығу ұзақтығы жатады. Бұл факторлардың қатарына реакция аймағындағы қысымды, тотығуға берілетін сығылған ауаның қыздырылуы, тотықтыру колоннасындағы сұйық фаза деңгейін де қосуға болады. Тиісті шикізаттарды таңдау арқылы әртүрлі маркадағы тотыққан битумдарды алуға болады. Бастапқы гудрондағы майлардың құрамының төмендеуі битумның созылғыштығын және тұтану температурасын жоғарылатады, олардың иілгіштігін (пластичность), жылуға және аязға төзімділігін төмендетеді.
Асфальтендер секілді, қатты парафинді қосылыстар дисперсті фазаның түзілуіне әсер етеді, сәйкесінше, битумның дисперсті құрылымына да. Шикізаттағы парафинді қосылыстар құрамының жоғарылауы битум созылғыштығын төмендетіп, ауа шығыны мен тотығу ұзақтығын жоғарылатады.
Шикізат құрамындағы парафин - нафтенді қосылыстар битумның қасиетін жақсартатын еріткіш және пластификатор болып табылады, олар шикізаттың 10 - 20%-ын құрауы қажет.
Шикізатта күкірт және күкіртті қосылыстардың болуы тотыққан битумдардың пластикалық қасиетін жоғарылатады. Шикізаттағы әртүрлі қосылыстардың құрамы мұнайдың химиялық табиғаты арқылы алдын-ала анықталған. (гуреев)
Тотығу процесінің температурасы
Процесс температурасының жоғарылауымен гудронның тотығу жылдамдығы артады, тотыққан битумдағы оттегі құрамы төмендейді, тотығу процесінің ұзақтығы және жалпы қажетті ауа шығыны азаяды, ауа оттегін қолдану деңгейі өседі.
Температураның 250°С- тан жоғарылауымен қатар битумдардың кейбір тауарлы - теxникалық қасиеттері өзгереді: битумның морт сынғыштық температурасы артады, ал пенетрациясы, созылғыштығы, жылу тұрақтылығы және тотыққан битумдардың иілгіштік интервалы төмендейді.
Шикізаттың табиғатына және битумға қажетті қасиеттерге байланысты сәйкес тотығу температурасы таңдалуы керек. Битумның жол маркалары үшін 250 - 290°С тотығу температурасы, ал битумның құрылыс маркалары үшін 320°С - тан жоғары емес температура ұсынылады.
Тотығу температурасының 190-220°С-қа дейін төмендеуі реакция жылдамдығының азаюына алып келеді, ал бұл экономикалық тұрғыда тиімді емес.
Ауа шығыны
Сығылған ауа шығыны, оның диспергирлену деңгейі және тотықтыру колоннасының қимасы бойынша таралуы процесс интенсивтілігіне және битумның қасиетіне әсер етеді. Ауа шығынының белгілі бір деңгейге дейін көтерілуі тотығу жылдамдығының пропорционалды жоғарылауына әкеледі.
Бірдей жұмсару температурадағы, төмен ауа берілу жылдамдығында және ұзақ уақыт тотыққан битумдарға қарағанда аз уақыт аралығында тотыққан битумдардың пенетрациясы жоғары екені белгілі. Сондықтан да жоғары мәнді пенетрациялы және жылуға төзімді битум алу үшін сығылған ауаның берілу жылдамдығын жоғарылатуымыз қажет. Және де, ауа шығынын 1,4 м куб.мин көрсеткішке дейін көбейтсек процесс эффективтілігі жоғарылайды, одан да жоғарылатсақ ауа оттегін қолдану деңгейі нашарлап, эффективтілік төмендейді және тотыққан битумдардың жылутөзімділігі артады.
Көптеген қондырғыларда ауа шығыны 1000 - 1500 нм3 мин.м2 аралығында ұсталады.
Тотығу аппаратындағы сұйықтық деңгейі
Тотықтырғышта сұйықтық бағанының биіктігін арттыру, жұмсару температурасы мен пенетрация арасындағы қатынасты өзгертпей,битумның жұмсару температурасын жоғарылатады, бұл әрине тік колонналардың артықшылығын растайды. Сұйық фаза деңгейінің көбеюі процесс эффективтілігінің жоғарылауына алып келеді, себебі газды көбіршіктердің жүру жолының ұзақтығы артады.
Тотығудың шығарылып жатқан газдарындағы оттегінің құрамының тотығудың жұмыс аймағының биіктігіне тәуелділігі келесі эмпирикалық теңдеуден анықталады:
С = С0е-kh
Бұл жерде С - h(м) биіктікте жұмыс аймағындағы газдардағы оттегі концентрациясы, %(көл.); С0 - h = 0 кезіндегі газдардағы оттегі концентрациясы, яғни С0 = 21% (көл.); k - сандық мәні тотығу жағдайына байланысты анықталатын коэффициент.
Бірақ белгілі бір типтегі қондырғылар үшін сұйық фазамен толтыру шегі болады, одан артық толтырғанмен процесс эффективтілігі ешқалай өзгермейді. Үздіксіз жұмыс жасайтын тотықтыру колонналары үшін деңгей 10 метрден кем болмауы керек. Көптеген қондырғылардың колонналарында 15 метрлік деңгей қолданылады.
Ағымдағы битумдық қондырғының К - 1,3,6 колонналары толық толтырылған, яғни газға арналған кеңістігі жоқ, газсұйықтық қоспасының деңгейі колоннаның биіктігіне тең және К - 1-де 18,8 м, ал К - 3,6-да 14,6-ны құрайды. Колонналар тотығу секциясының қызметін атқарады.
К- 2,4,5 колонналары әрекеттескен фазалардың бөлек бөліп алу (сепарация) бөлімдерінің қызметін атқарады. К-2, К-4 және К-5 сепараторлар бағандарының өлшемі газсұйықтық қоспаның 8,0 - 9,0 м деңгейіне мүмкіндік береді.
Тотыққан өнімнің рециркулятын пайдалану, тотыққан өнімді шикізатпен араластыруды жақсарту және массаалмасу негізінде, битумдардың қасиетін біршама жақсартады. Рециркуляция коэффициенті 1-ге тең болғанда ғана битумдардың қасиеті жақсарады, ары қарай оның жоғарылауы битумдардың қасиеттерінің өзгеруіне ешқандай әсер етпейді.
Аппараттағы процестің сипатталу үрдісіне сай, гудронды тотықтыру процесін ауаны алдан ала қыздырмай және артық қысымда ( 190 мм.сын.бағ. ) өткізеді. (гуреев)
Қысым.
Реакция аймағында қысымның жоғарылауы тотығу процесін белсендіреді және тотыққан битумдардың сапасын жақсартады.
Реакция аймағындағы қысымның жоғарылауымен қатар оттегінің сұйық фазаға диффузиялануы жақсарады, тотығу ұзақтығы қысқарады, газ фазасынан май буларының бөліктерінің конденсациялануы нәтижесінде жылу және аязға тұрақтылығы жақсарады және тотыққан битумдардың иілгіштік интервалы жоғарылайды.
Жүйедегі қысымды дұрыс таңдау арқылы алынатын битумдардың қасиеті мен құрамын реттеуге болады.
Колонналық типтегі реактордағы жол битумдарын битумдар созылғыштығының бірден төмендеп кетуіне байланысты 4 ат-дан ( 3,92*105 нм2 ) жоғары қысымда алу тиімсіз.
Қысымда тотықтыру арқылы құрамында май аз шикізатты қолдану арқылы жоғары созылғыштыққа, пенетрацияға және иілгіштік интервалына ие битумдар алуға мүмкіндік береді. Осындай шикізатты пайдалану нәтижесінде өңделген мұнайдан май фракцияларының шығу өнімділігі жоғарылайды және тотығу ұзақтығы қысқарады. (гун)
Технологиялық бөлім
Шикізат пен өнім сипаттамасы
Ақтөбе кен орындарының мұнайларының сипаттамасы
Мұнай типтерінің нақты сапалық көрсеткішін, оның қандай құрамды мұнай өнімдерінен құралғанын білдіретін, фракциялық құрамын білу арқылы беруге болады. Бұл мәліметтерге байланысты, нақты өндірісте қандай өнім алынатынына тәуелді мұнай құндылығының экономикалық бағасын беруге мүмкіндік туындайды. Қазақстанның көмірсутекті шикізаттарының ерекшеліктері, мұнайлардың көп бөлігі күкірт құрамды жоғары тұтқыр және жоғары парафинді болуы, бұл пайдалы қазбаның құрамы мен қасиеттерін жиі зерттеп отыруды қажет етеді. Мұнайдың физика - химиялық және реологиялық қасиеттерін айдау және тасымалдау, содан кейін оны өңдеу әдістері бойынша анықтайды.
Ақтөбе облысының аймағындағы кейбір мұнай кен орындарындағы мұнайлардың сипаттамасына тоқтала кетсек. Бұл мұнайлардың қасиеттері лабораториялық жағдайларда зерттеліп, жеке фракцияларына сипаттама берілген.
Кенкияк мұнай кен орнының мұнайлары жеңіл және төмен тұтқыр, аз күкіртті ( жалпы күкірт құрамы 0,46%), парафинді (қатты көмірсутектер құрамы 4,4%), ашық фракциялардың айтарлықтай шығымымен (350°C-қа дейін 54,5%-ы қайнайды). Бірақ құрамында күкіртті қосылыстары бар мұнай фракциялары ГОСТ талаптарына сай келмейді , яғни күкіртті қосылыстардан тазалауды қажет етеді. Мұнайдағы май фракцияларының шығымы 25,2%-ды, ал мазут - 55,4%-ды құрайды. Жанажол кен орнының мұнайлары жеңіл, күкіртті (мұнайдағы күкірт құрамы ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Битумды біздің дәуірімізден 3800 жыл бұрын адамдар құрылыс материалы ретінде қолданған, мұнайдан алынған алғашқы өнімдердің бірі. Мұнай кен орындарында өндірілген битумдар мен асфальттарды ғимараттар мен мұнаралар, су өткізу арналары, туннельдер, астық және су қоймалары құрылысында, жол, кеме жасауда, байланыстырушы, антисептикалық, коррозияға қарсы және су өткізбейтін материал ретінде, медицинада және мәйіттерді мумияциялауға қолданған. Битум мен күкірттің қоспасымен жәндіктердің жемісті өсімдіктерін қорғаған. Мұнай өнеркәсібінің дамуымен қатар асфальтты-шайырлы мұнайларды өңдеу саласы да артып, өндіріс ұлғайып, битум сапасы жақсарды.
Битумның негізгі теxнологиялық құндылығы оның электр- , газ- , гидрооқшаулау, байланыстыру және қорғау қасиеттерінде жатыр. Битумның әртүрлі құрылыс материалдарының коррозиясына xимиялық төзімділігі темірбетон конструкцияларын, металл құбырларын қорғауға, жол асфальттарына арналған асфальтбетонды қоспалар, гидрооқшаулағыш материалдар және т.б өндірісінде кеңінен қолдануға мүмкіндік береді.
Битумды белгілі инженерлік және құрылыс материалдарының бірі ретінде пайдалану оның нақты физика - химиялық қасиеттеріне негізделген. Битумның қолданыс аймағы өте кең. Қазіргі уақытта битум құрылыста, өнеркәсіпте, ауыл шаруашылығында және реактивті технологияларда, сондай-ақ радиоактивті сәулеленуден қорғауда кеңінен қолданылады. Битумды қолданудың басты саласы - жолдарды, тұрғын үйлерді, өндірістік кәсіпорындар мен аэродромдарды салу және жөндеу. Жол қаптамаларына сапасы төмен асфальтбетон қоспаларының пайдаланылуы қазіргі кездің аса маңызды проблемаларының бірі болып табылады.
Әлемдегі битум өндірісіне қысқаша шолу жасап өтсек.
Жалпы өндіріс 107 мың тонна
Еуропа - битум экспорттаушы, сондай-ақ еуро аймағы елдерінің арасындағы битум саудасының дамуы жоғары деңгейде. Еуроаймақта кейбір елдерде битум жетіспеушілігі көрші елдердің экспорттарымен жабылып отырады. Америка Құрама Штаттары әлемдегі ең ірі өндіруші ғана емес, сонымен қатар битумның ірі тұтынушысы болып табылады. АҚШ битумының айтарлықтай көлемін Канададан импорттайды. Аймақтағы басқа елдердің сауда көлемі АҚШ пен Канаданың айналымымен салыстырғанда елеусіз.
Ресей Федерациясы мен Беларусь мұнай битумдарын экспорттаушы болып табылады. Қалған елдер негізінен битумды импорттайды.
Ел ( тонн )
Экспорт ( тонн )
Импорт ( тонн )
Ресей Федерациясы
609 357
3 878
Беларусь
137 202
7 643
Литва
74 032
85 250
Украина
41 523
174 798
Әзірбайжан
28 800
0
Қазақстан
0
386 560
Армения
0
39 084
Грузия
0
56 781
Латвия
0
86 167
Барлығы
890 913
840 160
Азиялық аймақта Қытай битумның ең ірі тұтынушысы болып табылады. Әлемдік өндірісте айтарлықтай үлесіне (9,64%) қарамастан, Қытай жылына 3 млн. тоннадан астам битумды импорттайды. Аймақта негізгі экспорттаушылар Корея Республикасы және Сингапур болып табылады. (http:newchemistry.ruletter.php? n_id=6963)
Елімізде микроструктураның дамуына байланысты битум өндірісі мен оларды тұтыну айтарлықтай өскендіктен сапа талаптарын жоғарылату шұғыл түрде битумның құрамы мен қасиеттерін, теxнологиялық режим параметрлерін, процестің кинетикасы мен гидродинамикасын тереңдете және жан - жақты зерделеуді талап етеді. Отандық өндіріс өзін-өзі қамдай алмағандықтан, битумға деген сұраныс импорт арқылы қанағаттандырылып отыр. Сипаттамалары жағынан шетелден әкелінген битумдар еліміздің климаттық жағдайларына сай келе бермейді. Сондықтан, отандық ауыр және дәстүрлі емес мұнайларды тиімді және терең өңдеу, олардан сапасы жоғары битум алу аса өзекті мәселе болып табылады. (Абдуқадырова Қ.А. Мұнай жəне газ химиясы)
Жаңа схемалар мен автоматтандыру құралдарын пайдалану битумды өндіру процестерін жан-жақты автоматтандыруға және жандандыруға мүмкіндік береді. Битум қондырғыларының техникалық - экономикалық көрсеткіштерін талдау арқылы оларды өндірудің ең ұтымды әдісін анықтауға болады. (гун)
Кестеден көрініп тұрғандай бүкіл Қазақстандағыдай Ақтөбе облысында да битум тапшылығы ең негізгі мәселе болып табылады. Ақтөбе облысына негізінен үлкен көлемде битум сырттан, басқа елдерден алынады, көбіне Ресей елінен.
Теориялық бөлім
Әдеби шолу
Мұнай битумдарын дүниежүзінің барлық елдеріндегі пайдалану үздіксіз өсуде. Көптеген мұнай өнімдерінің ішінде битумдар көлемі жөнінен де, ассортименті жағынан да өте маңызды орын алады. Битумдар - қоңыр-қара түсті, созылмалы, сұйық, жартылай қатты жəне қатты болып келетін мұнай өнімдері. Битумның түсі маркасына жəне атқаратын қызметіне байланысты. Мұнай өнімдерінің ішінде битумдардың тұтқырлығы ең жоғары. Физика-химиялық көзқарас бойынша, битумдар - майлар мен төмен молекулалы шайырлар ортасында асфальтендермен ассоциацияланған жоғары молекулалы шайырлардың күрделі коллоидтық жүйесі.(Абдуқадырова Қ.А. Мұнай жəне газ химиясы)
Кесте 1- Битумдардың жіктелуі (гун)
Топ
Топша
Түрлері
Табиғи битумдар
Мұнайлар
Асфальт негізді
Жартылай асфальт негізді
Асфальтиттер
Асфальт негізді емес
Таза түрде
Битуминозды түрлерден алынатын
Табиғи асфальттар
Таза түрде
Битуминозды түрлерден алынатын
Мұнайлық жасанды
битумдар
Қалдық
Мазуттар
Жартылайгудрондар
Гудрондар
Крекингіленген
Дистиляттардың термиялық крекингінің қалдықтары
Мазуттың термиялық крекингінің қалдықтары
Гудронның, жартылайгудронның және басқа да қалдық өнімдердің жеңіл крекингінің қалдықтары
Пиролиз қалдықтары
Таңдаулы еріткіштермен бөлініп алынған
Бензинсіздендірілген мұнайлар, гудрондар және басқа да қалдық өнімдер деасфальтизациясы қалдықтары
Дистилятты және қалдық майлардың селективті тазартылған экстракттары
Тотыққан
Ауа оттегімен
Күкірт, селен және теллурмен
Инициатор ретінде катализатор қолданылған бу-ауа қоспасы
Қалдықпен бірге тотыққан
Дистиллятпен, қалдық майлармен және басқа да фракциялармен тотыққан битумдар
Компаундирленген
Әртүрлі селективті еріткіштермен бөлінген, қалдықтар қоспасы
Қалдық битумдар мен селективті еріткіштермен бөлінген тотыққан қалдықтар
Крекингпен қалған қалдық
Әртүрлі тотығу тереңдігіндегі тотыққан битумдар қоспасы
Пиробитумдар
Табиғи (балқымайтын
және ерімейтін
каустобиолиттер)
Вурцилиттер, альбертиттер, элатериттер және т.б.
Тақтатасты (сланцевые)
Битумделген шайырлар
Шайырлы битумдар
Шайырлар (дегти и пеки)
Таскөмірлі
Газды
Жартылайкоксты
Коксты
Доменды (дегти)
Газ генераторлы
Қоңыр көмірлі
Кубты
Газ генераторлы
Торфты
Қылқанды (хвойные)
Жапырақты (лиственные)
Майлы шайырлар
Стеаринді, пальмитинді, глицеринді
Фенолды, крезолды, канифолды, кумаронды және т.б.
Балауызды (восковые)
Химиялық өңделген (сульфирленген, хлорланған, тотыққан)
Мұнай битумдары өндіру тәсілдеріне байланысты қалдықты, тотықтырылған және компаундирленген (араластырылған) деп аталатын битумдарға жіктеледі.
Қалдықты битумдар ауыр мұнайларды біріншілік арнайы өңдеу процестері барысында кубтық қалдық ( 450-550°С жоғары температурада қайнайтын ) ретінде алынады. Қалдық битумдарды алу үшін тек жеткілікті мөлшерде ауыр жоғарышайырлы мұнайларда кездесетін, құрамында шайырлы - асфальтенді заттары көп шикізат ғана қолданылады.
Тотықтырылған битумдарды өңделген мұнайдың ауыр қалдықтарын (400 - 450 °С жоғары) тотықтыру(ауамен үрлеу) немесе олардың экстракттармен, шайырлармен және басқа да мұнай қалдықтарымен қоспаларын 260 - 280°С тотықтыру арқылы алады.
Өз кезегінде, тотықтырылған битумдар өндірісі қолданылған тотықтырғыш - реакциялық аппараттың типіне қарай да жіктеледі. Тотықтыру процесін, сәйкесінше, кубтарда, компрессорсыз реакторларда, қыздырылмайтын құбырлы реакторларда ( змеевикті ) және тотықтыру колонналарында жүргізуге болады.
Компаундирленген битумдар әртүрлі тотыққан және қалдық битумдарды, сонымен қатар өндірістің жартылайөнімдерін басқа да мұнай қалдықтарымен, ауыр дистилляттарды бір - бірімен араластыру арқылы алынады.
Битумды алудың қайсы әдісін таңдар болсақ та, ол өндірістің қолда бар шикізатпен тұтынушыны стандартты сападағы өніммен қамтамасыз ете алу мүмкіншілігімен анықталады. (гуреев)
Битумдардың құрамы
Битумдар мұнайдың жоғары молекулалы көмірсутектерінің және олардың гетеротуындыларының, құрамында оттегі, күкірт, азот және металлдар (ванадий, никель, натрий және т.б. ) бар күрделі қоспасы. Битумдардың элементтік құрамы шамамен келесідей ( үлес.% ): көміртек 80 - 85; сутек 8 - 11,5; оттегі 0,2 - 4; күкірт 0,5 - 7; азот 0,2 - 0,5.
Битумдарды және еріткіштерді бөлудің әртүрлі әдістерін пайдалана отырып, құрамы мен құрылысы әртүрлі нәтижелер алынады. Мысалы, н-гептанды қолданғандағыға қарағанда асфальтендердің үлесі , петролейн эфирін қолданғанда төменірек. Маркуссон әдісі бойынша битумдарды майларға, шайырларға, асфальтендер, асфальтенді қышқылдар және олардың ангидридтеріне жіктейді.
Майлар битумдардың қаттылығы мен жұмсару температурасын төмендетіп, олардың аққыштығы мен булануын жоғарылатады. Майлардың элементтік құрамы: көміртек 85-88%, сутегі 10-14%, күкірт 4,5% дейін және де аз мөлшерде оттегі мен азот. Майлардың молекулалық массасы 240 - 800 ( әдетте 360 - 500 ), ароматталу дәрежесін көрсететін С:Н ( атомлық ) қатынасы әдетте 0,55 - 0,66-ға тең. Майлардың тығыздығы 1гсм3 төмен ( 103кгм3 ).
Битумды құрайтын май қосылыстарының сипаттамасы келесідей.
Құрамында 26 немесе одан да көп көміртегі атомдары бар қалыпты және изоструктуралы парафинді қосылыстардың тығыздығы 0,79 - 0,82 гсм3 ( 790 - 820 кгм3 ), сыну көрсеткіші 1,44 - 1,47 және молекулалық массасы 240 - 600, қайнау температурасы 350 - 520°С, балқу температурасы 56 - 90°С.
Нафтенді қосылыстардың құрылымында 20-дан 35-ке дейін көміртегі атомдары бар, тығыздығы 0,82 - 0,87 гсм3, сыну көрсеткіші 1,47 - 1,49 және молекулалық массасы 450 - 650.
Битумның май бөлігінде болатын парафин - нафтенді және ароматты көмірсутектердің құрамында оттегі, күкірт және тіпті азот бар болғандықтан оларды көмірсутектер деп атамаған жөн. Сондықтан оларды қосылыстар деп, ал битумның майлы бөлігін көмірсутекті деп атамағанымыз жөн болар.
Ароматты қосылыстар үшін моно- дан полициклдіге өту кезінде олардың алифаттық тізбектері қысқарады. Битумнан бөлінген моноциклді ароматты қосылыстардың сыну көрсеткіштері 1,51 - 1,525, молекулалық массасы 450 - 620; бициклділердің сыну көрсеткіші 1,535 - 1,59, молекулалық массасы 430 - 600; полициклділерде сәйкесінше сыну көрсеткіші 1,59-дан жоғары, ал молекулалық массасы әдетте 420 - 670.
Шайырлар - қалыпты температурада қызыл - қоңыр түсті қатты заттар болып табылады. Олардың тығыздығы 0,99 - 1,08 гсм3. Битумдардың қаттылығы, созылғыштығы және иілгіштігі шайырларға тығыз байланысты. Олар жоғары дәрежелі конденсациялы, циклді және гетероциклді құрылымды, өзара алифатикалық тізбектермен байланысқан жоғары молекулалы органикалық қосылыстарға жатады. Олардың құрамына көміртегі ( 79 - 87% ) және сутегі ( 8,5 - 9,5 % ), оттегі ( 1 - 10% ), күкірт ( 1 - 10% ), азот ( 2% дейін ) және басқа да элементтер ( Fe, Ni, V, Cr, Mg, Co және т.б. ) кіреді. Шайырлардың молекулалық массасы 300 - 2500 құрайды.
Шайыр молекулаларының көміртекті қаңқасы - бүйірлік алифатты тізбектері бар конденсирленген ароматты сақиналардан құралған полициклді жүйе. Шайырды құраушы, қосылыстардағы көміртегі атомының саны 80 - 100 дейін жетеді. Асфальтендермен салыстырғанда, шайырлар алифаттық бүйір тізбектерінің көп саны мен ұзындығына ие. C: H (атомдық) қатынасы әдетте 0,6-0,8 болып табылады. Шайырдың ( КиШ бойынша ) жұмсару температурасы 35-90°C.
Асфальтендер шайырлы тығыздау өнімі ретінде қарастырылады. Таза күйінде олар қара немесе қоңыр түсті балқымайтын қатты заттар болып табылады. Битумның басқа компоненттеріне қарағанда олар қалыпты құрылысты қаныққан көмірсутектерде ( С5 - С7 ) және де аралас полярлы еріткіштерде - спирт-эфирлі қоспалар және төменқайнаушы спирттерде, мұнай газдарында ( метан, этан, пропан және т.б. ) ерімейді, бірақ бензол және оның гомологтары, күкіртті көміртегі, xлороформ және көміртегі тетраxлориді сияқты сұйықтықтарда оңай ериді.
Асфальтендерді мұнайдан және ауыр мұнай қалдықтарынан петролейн эфирі, н - пентан, изопентан сияқты еріткіштерді қолданып тұндыру арқылы бөліп алады. Асфальтендерді асфальттардан және шайырлы - асфальтенді заттардан бөліп алу үшін төмен парафинді көмірсутектер С5 - С6, петролейн эфирі және жеңіл бензин қолданылады. Бөлініп алынған асфальтендердің үлесі мен құрамы қолданылатын еріткішке және тұндыру жағдайына байланысты. Асфальтендердің тығыздығы 1гсм3-тен жоғары.
Элементтік құрамы: көміртегі 80 - 84%; сутегі 7,5 - 8,5%; күкірт 4,6 - 8,3%; оттегі 6%-ға дейін; азот 0,4 - 1%. Гетероатомдар құрамы, сол битумнан бөлінген майлар мен шайырларға қарағанда асфальтендерде жоғары. Асфальтендердің молекулалық массасы 1200 - 200000.
Жоғары температурадағы терең тотықтыру кезінде асфальтендердің молекулалары кішірейіп, олар өздерінің иілгіштігі мен қозғалғыштығын жоғалтады, ерігіштігі нашарлайды; олар үш өлшемді құрылымдардың қаттылығына ие болады. Бұл xимиялық айналулармен шикізаттағы асфальтендерге қарағанда, тотықтырылған битумдардан бөлінген екіншілік асфальтендер төмен молекулярлық салмағы мен ерігіштігімен және С:Н қатынасының аса қатты нәзіктігімен сипатталады. (гун)
Асфальтогенді қышқылдар және олардың ангидридтері - қоңыр-сұр түсті, қою шайырлы консистенциялы заттар. Асфальтогенді қышқылдар спирт пен хлороформда жеңіл ал бензинде қиын ериді; олардың тығыздығы 1г см3 артық. Асфальтогенді қышқылдар және олардың ангидридтері битумның коллоидтық құрылымын тұрақтандырады. (гуреев)
Карбендер және карбоидтар - жоғары температуралы мұнай және оның қалдықтарын өңдеудің жоғары көміртекті өнімдері болып табылады. Карбендер көміртегі тетраxлоридінде, ал карбоидтар күкіртті көміртегінде ерімейді. Битумның құрамы мұнайдың табиғатына, шикізаттың құрамына - мұнай қалдықтарына және оны өндіру технологиясына байланысты. Жұмсару температурасы бірдей, бірақ әртүрлі мұнайдан алынған битумдардың құрамы бірдей болмайды. Мысалы, жұмсару температурасы 49°С Лиспе кен орнынан алынған битумның құрамында көмірсутек 48%, шайырлар 51% және асфальтендер 1% болса, ал нагиленгель мұнайының қалдықтарынан сәйкесінше 53, 32 және 15% алынған, яғни асфальтендер айтарлықтай көп ал шайырлар аз. (гун)
Битумның қасиеттері
Мұнай өнімдерінің қасиеттерін зерттей келе оларды жіктейміз. Мұндай көзқарас бізге, физикалық-химиялық (олар кейбір құжаттарда техникалық деп аталады) және эксплуатациялық ( тасымалдау барысындағы олардың жағдайынан хабар береді ) қасиеттер туралы айтуға мүмкіндік береді.
Тауар битумдарды олардың сапасына байланысты әртүрлі зерттеу әдістері қолданылады. Бұл әдістер түрлі елдердің стандарттарымен бекітілген. Салыстыруға оңай болу үшін тәжірибеде әдетте бірдей негізгі әдістер қолданылады. Мысалы, парафиннің құрамын көрсету үшін қолданылған әдіс, ал асфальтеннің құрамын көрсету үшін - тұндыруға қолданылған еріткіш көрсетіледі және т.б. Битумның сапасын анықтаудың жалпы қабылданған әдістерінің мақсаты олардың консистенциясын, тазалығын және жылуға төзімділігін анықтау болып табылады. Консистенцияның ( қоюлығы ) тұтқырлыққа тәуелділігін анықтаудың көптеген әдістері ұсынылған. Битумдарды белгілі бір температурада аққыштығына немесе қасиеттеріне қарай салыстырады.
Сондай көрсеткіштерге, қатты битумның қасиеттерін сипаттайтын, стандартты ине ену тереңдігі ( пенетрация ), жұмсару температурасы, созылымдылық ( дуктильділік ) және морт сынғыштық температурасы жатады. Тұтастай алғанда, бұл зерттеулер арқылы тұтқырлықты тікелей анықтауға болмайды, бірақ олар практикада кеңінен қолданылады, себебі олар битумның дәйектілігін жылдам сипаттауға мүмкіндік береді. Және де битумның қасиеттерін сипаттайтын негізгі көрсеткіштерге адгезия, фазалардың бөліну шекарасындағы беттік керіліс, когезия, жылулық, оптикалық, диэлектрлік қасиеттерін жатқызуға болады.
Тығыздық. Тығыздық битумның ең негізгі қасиеттерінің бірі . Ол битумның xимиялық құрамына тәуелді: құрамында ароматты құрылымдар көп болған сайын тығыздық жоғарылайды, ал қаныққан қосылыстардың құрамы көбейген сайын тығыздық төмендейді. Битумдардың 20°С температурадағы тығыздығы 1,00 - 1,04 гсм3 құрайды.
Тұтану температурасы. Битумдар мен гудрондардың тұтану температурасы әдетте 230°С жоғары. Осы көрсеткішке қарап шикізатта немесе дайын битумда төмен қайнайтын фракциялардың бар немесе жоқтығын және сәйкесінше битумды алу, өңдеу процестері барысында олардың жарылыс және өрт қауіптілігі туралы айта аламыз.
Тұтқырлық арқылы әртүрлі температурада қолданылатын битумдардың консистенциясын ,пенетрация мен жұмсару температурасына қарағанда, жақсы сипаттауға болады. Басқа да тең көрсеткіштер бойынша битум қолданудың максималды температурасында ең үлкен тұтқырлыққа ие және мүмкіндігінше түзу тұтқыр - температуралық қисыққа ие болғаны дұрыс.Температура өзгерісі әртүрлі битумдардың тұтқырлығына бірдей әсер етпейді, ол битумдардың шығу тегіне және өндіру технологиясына байланысты.
Меншікті жылу сыйымдылық барлық битумдар үшін бірдей десек те болады. Температураның жоғарылауымен ол артады: әртүрлі консистенциядағы битумдар жылусыйымдылығының 1°С-қа өзгерісі 0,00032 - 0,00078кал (г·град) тең.
Жылуөткізгіштік коэффициенті барлық битумдар үшін шамамен бірдей, бірақ температураның жоғарылауымен аздап төмендейді. Солай, 0°C-та ол 0,13 - 0,145 ккал (м·сағ·град), 20°C-та 0,125 - 0,135 ккал (м::сағ::град), 40°C-та 0,12 - 0,13 ккал м::сағ::°C тең.
Жылуалмасу аппараттарын есептеу үшін оның мәнін 0,10 ккал (м::сағ::град) асырмай алуға кеңес беріледі.
Беттік керілу. 25°С температурадағы битумдардың беттік керілуі 24 - 34 динсм. Битум - ауа шекарасындағы беттік керілу үлкен болған сайын, реакторда соғұрлым үлкен ауа көпіршіктері бар дегенді білдіреді, олардың қалқып шығу жылдамдығы соғұрлым жоғары және, сәйкесінше, ауаның шикізатпен араласу беті төмен, масса берілуі нашар және тотықтыру процесінің ұзақтығы жоғары.
Ерігіштік. Битумдар төмен молекулалы спирттерден басқа көптеген органикалық еріткіштерде ериді.
Еріткіштердің селективтілігі алынып жатқан асфальтендердің құрамына әсер етеді, бұл оларды тар фракцияларға бөлген кезде маңызды. Битумның хлороформ, бензол, күкіртті көміртегі және көміртек тетрахлориді секілді органикалық еріткіштерде еруі, оның құрамында минералды немесе басқа қатты заттар ( мысалы, карбендер мен карбоидтар ) бар екенін сипаттайды. Бұл еріткіштерде тотыққан битумдар шамамен 99%-ға дейін ериді.
Жол битумдарының қаттылығын сипаттайтын көрсеткіштерге, ГОСТ 22245-90- ға сәйкес келесілерді жатқызуға болады:
- 0,1мм-ге ине ену тереңдігі ( пенетрация );
- сақина және шар ( КиШ ) әдісі бойынша жұмсару температурасы;
- пенетрация индексі. (гуреев)
Пенетрация көрсеткіші ( ГОСТ 11501-78 ) белгілі бір режимде иненің битумға ену тереңдігін көрсетеді.
Пенетрация битумның қаттылық деңгейін сипаттайды. Оны анықтау алғаш рет 1889 жылы ұсынылды, одан кейін анықтау әдісі 1900 жылы Доу, Ричардсон және Форрестпен жақсартылып, стандартталды. ГОСТ 11-501-65 -ке сәйкес пенетрация пенетрометр құрылғысымен анықталады; пенетрация бірлігіне 0,1 мм-ге ине ену тереңдігі қабылданған.
Битумның жұмсару температурасы көрсеткіші ( ГОСТ 11501-65 ) - бұл битум қатыстық қатты күйден сұйық күйге ауысатын температура. Жұмсару температурасын анықтау әдісі шартты және ғылыми түрде негізделмеген, дегенмен тәжірибеде кеңінен қолданылады. Зерттеуді ГОСТ - 11506-65-ке сәйкес "сақина және шар" әдісі бойынша өткізеді. (гун)
Пенетрация индексі ( бағалау көрсеткіші ) зерттеліп жатқан битумның құрылымдық түрін нақты дәл сипаттайды. Бұл көрсеткішті қазіргі ғылыми және өндірістік тәжірибеде, осы қатынас арқылы анықтайды:
0,02 20-ИП10+ИП=lg800- lgПtр-25
бұл жердегі ИП - пенетрация индексі; П - Ричардсон бойынша 25°C-ғы пенетрация; tр - жұмсару температурасы,°C.
Пенетрация индексін анықтауға арналған
номограмма
Пенетрация индексіне байланысты битумдар 3 топқа бөлінеді.
1. Пенетрация индексі -2 -ден төмен битумдар, дисперсті фазасы жоқ ( крекинг - қалдықтың битумдары және таскөмірлі шайырлардың қалдықтары ). Ондай битумдардың иілгіштігі өте азтіпті нольге тең деуге болады.
2. Пенетрация индексі -2 -ден +2 -ге дейін ( қалдық және азтотыққан ).
3. Пенетрация индексі +2 -ден жоғары, белгілі бір иілгіштікке ие және гельдердің коллоидтық қасиеттері анық көрінеді. Бұл жоғары созылғыштыққа ие тотықтырылған битумдар. (гуреев )
Морт сынғыштық температурасы - бұл материалдың қысқа уақытты мерзімде әсер еткен жүктемеден бүліну температурасы. Фраас бойынща - бұл температура, битумның икемділік модулі 11 сек ену ұзақтығында, барлық битумдар үшін 1100 кгсм2 тең.
Морт сынғыштық температурасы битумның жол қаптамасындағы қасиетін сипаттайды: ол неғұрлым төмен болған сайын, жол битумдарының сапасы соғұрлым жоғары болады. Сол пенетрациядағы басқа битумдармен салыстырғанда тотықтырылған битумдардың морт сынғыштық температурасы төменірек. Жол битумдарының морт сынғыштық температурасы әдетте - 2 мен 30°C аралығында ауытқиды. Оны анықтау үшін ГОСТ 11507-65 көрсетілген әдіс қолданылады.
Битумның созылғыштығы ( дуктильділігі ) жіптің үзілуге дейінгі тартылу қашықтығымен сипатталады. Бұл көрсеткіш жанама түрде битумның адгезиясын ( жабысқақтығын ) да сипаттайды және оның компоненттерінің табиғатымен тығыз байланысты.
Битумның созылғыштығының жоғарылауы оның қасиеттерінің жақсаруымен сәйкес келе бермейді. Созылғыштық көрсеткіші бойынша жол битумдарының сапасын бағалау мүмкін емес, себебі сынау шарттары ( созылу жылдамдығы 5сммин ) битумның жол қаптамасындағы жұмыс жасау шарттарынан ерекшеленеді, онда деформация 1 - 1,5 мм- ден аспайды және динамикалық әсер етуші жүктеме 0,1 - 0,01 сек. Кездейсоқ емес, кейбір төменгі созылғыштыққа ие компаундирленген битумдар эксплуатациялық жағдайларда өздерін жақсы ұстайды.
Адгезия ( жабысу ) битум пленкасы мен тас материалдың бөліну бетінде екі электр өрісінің пайда болуымен түсіндіріледі. Битумның адгезиясы компоненттердің полярлығына (асфальтендер мен мальтендерден) байланысты және бұл заттардың полярлы емес еріткіштерде электр өткізгіштігімен сипатталады. Оны полярлы емес еріткіштердегі битум ерітіндісінің электрөткізгіштігіне немесе фазааралық беттік керілудің мәнімен қарап анықтайды.
Когезия, адгезия секілді, заттың табиғаты мен температураға байланысты. Төмен температураларда битумның бірігуі төмендейді. Табиғи және синтетикалық каучукты аздаған мөлшерде қосу битумның адгезиясы мен когезиясын жақсартады. Битум когезиясы көрсеткішіне беріктікке, иілуге, сынуға және бөлшектеуге бағалау сынамалары жақын. Когезияны битумның жұқа қабатының қозғалу деформациясының түскен жүктеме ұзақтығына тәуелділігімен есептейді. Оны даттанбайтын болаттан жасалған пластинкалары бар, 120 - 130°С- тағы термостаттан және су беру құрылғысынан тұратын когезиометрде анықтайды.
Жол қаптамаларында жарықтар, ойықтар, шұңқырлардың пайда болуының бірден - бір себебі битумның ескіруі болып табылады. Битум ескіруі дегеніміз оны сақтау, теxнологиялық өңдеу және тасымалдау барысында оның xимиялық құрамының және меxаникалық - құрылымдық қасиеттерінің өзгеріске ұшырауы.
Осындай ескіруді болдыратын факторлардың негізгілеріне келесілер жатады:
- битум компоненттерінің ауа оттегімен және сумен әрекеттесуі;
- температуралық ауытқулар;
- инфрақызыл және ультракүлгін сәулелердің әсері;
- битумның металлорганикалық және минералдық материалдарының беттік каталитикалық әсері;
- меxаникалық жүктелімдер.
Битум ескіруіндегі, әсіресе, xимиялық процестер битумның қасиеттерінің өзгеруінің негізі болып табылады.
Асфальтбетонды жабындар құрамындағы битумның ескіруі оның эксплуатациялық қасиеттерінің қалпына келу мүмкіндігі туралы, яғни регенерациясы жайлы сауал тудырады. Қазіргі кезде битумдардың қасиеттерін регенерациялаудың экономикалық тиімді және эффективті әдістерінің біріне асфальтбетонды қосылыстардың құрамына арнайы қалпына келтіруші қоспаларды енгізу жатады. Олардың жұмыс жасау принципі дисперсті фаза мен дисперсті ортаның құрамы мен көлемінің қатынасын қалпына келтіруге негізделген. (гун)
Еліміздегі битум өндірісінің жағдайы
Отандық зауыттар 2014 жылдан бастап ішінара импортталған битумға ішкі нарықтың қажеттілігін толығымен қанағаттандырады. Ішкі нарықта 2014 жылдан 2017 жылға дейін жол битумдарына сұраныс 400 мыңнан 500 мың тоннаға дейін, ал 2018 жылдан бастап сұраныс жылына 700 мың тоннаға дейін артқан.
Бүгінгі таңда Қазақстанда негізгі жол битумдарын өндіретін 4 зауыт - КаспийБитум ЖШС, Павлодар мұнай-химия зауыты ЖШС, Газпромнефть-Битум Казахстан ЖШС және Aсфальтбетон 1 ЖШС болып табылады. Олардың жалпы өнімділігі жылына 1,2 млн. тоннаны құрайды. Битум өндіруде жұмыспен қамтылғандардың жалпы саны - 373 адам.
Қазақстандық өндірушілердің жол битумдарының сапасы ҚазДорНИИ тәуелсіз сынақтар зертханасы арқылы расталады. 2017 жылға қарай 97 мың тонна битум, 2016 жылы - 13,5 мың тонна, 2015 жылы - 300 тонна битум экспортталған. Сонымен қатар, битумды біркелкі үлгілеу үшін, сұйық түрдегі битумды өндірумен қатар, отандық өндірушілер қаптама битумын өндіру бойынша жұмыстарды ұйымдастырды, оның артықшылығы тасымалдау және сақтауда болып табылады. 2017 жылдың қараша айында КаспийБитум ЖШС Қытайға қапталған битумның бірінші сынақтық пакетін экспорттаған. (https:express-k.kznewsekonomik a_lentado_700_tys_tonn_ezhegodno_p rognoziruyut_rost_potrebnosti_kazak hstana_v_bitume_s_2018_g-114056)
Мұнай битумдарын өндірудің негізгі үш әдісі бар:
1. Мұнай қалдықтарын вакуумда су буы және инертті газдар қатысында айдау арқылы концентрлеу ( ауыр шайырлы - асфальтты мұнайларды өңдеу барысында қалдық битумдарды атмосфералық айдау арқылы алады ).
2. Әртүрлі мұнай қалдықтарын ( мазуттар, гудрондар, жартылай гудрондар, деасфальтизация асфальттары, майларды селективті тазартудың экстракттары, крекинг - қалдықтар немесе олардың қоспалары ) 180 - 300°C температурада ауа оттегімен тотықтыру.
3. Әртүрлі мұнай қалдықтарын дистилляттармен және қалдық немесе тотыққан битумдармен компаундирлеу ( араластыру ).
Мұнай қалдықтарын тотықтыру процесінің нақты практикалық маңызы зор, өйткені ол қазіргі уақытта жоғары сапалы жол, құрылыс және арнайы битумдар алу үшін қолданылады. (гун)
Шет елдерде арнайы ауыр мұнай сорттарын пайдаланғанмен, терең вакуумдық айдау әдетте битумға қажетті сапалық көрсеткіштерді қанағаттандырмайды. Вакуум қалдықтарының тұтқырлығын немесе температуралық сезімталдығын арттыру үшін, шикізаттың кең ауқымынан қажетті сапалы өнімді алуға мүмкіндік беретін тотығу үдерісі қолданылады. Қалдық битумдармен салыстырғанда, тотыққан битумдар бірдей пенетрацияда жоғары жұмсару температурасы мен тұтқырлыққа ие. (Абдуллин, И.А. Битумные вяжущие. Учебное пособие И.А. Абдуллин, Е.А. Емельянычева, Т.Ф. Ганиева, М.Р.Идрисов; М-во образ. и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. - Казань: Изд-во КНИТУ, 2012.)
Өндірістік практикада мұнайдың қалдық фракцияларының ауамен тотығу процесі әртүрлі типтегі аппараттарда жүзеге асады: периодты жұмыс жасайтын кубтарда, құбырлы змеевикті реакторларда және үздіксіз жұмыс жасайтын бос колонналарда. (Выдержка из книги Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов)
Кубта тотығу - жұмыс аймағының биіктігінің диаметрге қатынасының (әдетте шамамен 1,5) мөлшері аз бос цилиндрлік аппарат - ескі қондырғыларда және азтоннажды битум сорттарын алуда қолданылады. Бұл әдіс шет елдерде де қолданылады. Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов
Құбырлы реактордағы тотығу - құбырлары вертикаль орналасқан реактор - турбулентті ауа ағынында жүзеге асады. Тотығып жатқан шикізат және ауа қозғалысы - тура ағынды. Реакцияға түскен газ-сұйық қоспа реактордан, газдарға және сұйыққа бөлетін буландырғышқа келіп түседі. Буландырғыштың жоғарғы жағынан газдар бейтараптандыруға, ал сұйық фаза - төменгі жағынан шығарылады. грудников
Колонналық аппараттардағы тотығу. Соңғы кездері бос тотықтыру колонналары үздіксіз жұмыс жасайтын битумдық қондырғылардың реакторы ретінде кеңінен қолданылады. (Гун Р.Б. Нефтяные битумы ) Үздіксіз жұмыс жасау колонналары жоғары өнімділігімен, қарапайым конструкциясымен және эксплуатация процесінде жеңіл басқарылуымен сипатталады. Қондырғыда бірнеше бірдей колонналардың болуы, өндірілген битумның кең ауқымында және оның маусымдық ауытқуларында өте маңызды, жұмыс икемділігін қамтамасыз етеді. Колонналық типтегі аппараттардағы тотығу процесінің артықшылықтарына: колоннаға келіп түсетін шикізат температурасының өзгеруіне байланысты тотығудың жылулық режимін өзгерту мүмкіндігі, төмен қысымды компрессорларды қолдану және автоматтандырудың кең дәрежелі мүмкіндігі жатады. (Выдержка из книги Сидорин В.П. Установка производства нефтяных битумов)
Процестің физика - химиялық қасиеттері
Шикізаттың битумға тотығу процесі газ ( ауа ) бен сұйық ( мұнайлық қалдық - гудрон немесе оның компаундтары ) фазалардың арасындағы гетерогенді реакция болып табылады.
Химиялық тұрғыдан тотығу процесі - тек оттегін қосып алу реакциясы ғана емес, сонымен қатар сутегі бөліне жүретін реакция екені де белгілі. Шикізаттың ( гудрон ) битумға дейін тотығуы газ ( ауа ) және сұйық ( мұнай қалдығы ) фазалар арасындағы, тотықтыру аппараттарында сұйықтықтың қабаттарына ауа үрлеу арқылы жүзеге асатын гетерогенді реакция. Сонымен қатар, молекулалық оттегі шикізатты құраушы компоненттермен әрекеттеседі. Процесс, радикалды - тізбекті механизм бойынша жүретін, параллельді - ретті реакциялардың көп санын біріктіреді. Шикізаттың күрделі химиялық құрамы және бір мезгілде жүретін реакциялардың кең ауқымына байланысты процестің химизмі толық зерттелмеген.
Тотығу процесі келесідей типтік реакцияларға бөлінеді:
молекулалардың мөлшерінің айтарлықтай ұлғаюы жүретін реакциялар;
молекулалардың мөлшері аздап өзгеретін немесе өзгермейтін реакциялар;
молекулалардың мөлшері кішірейетін реакциялар;
айдалған жеңіл көмірсутектік фракциясы бар концентрация.
Көмірсутектердің ауа оттегімен тотығуы бір мезетте екі бағытта жүреді:
Көмірсутектер--
қышқылдар--
оксиқышқылдар--
асфальтогенді қышқылдар
шайырлар--
асфальтендер--
карбеидтер--
карбоидтар
Гудронның компоненттерімен өзара әрекеттесетін оттегінің көп бөлігі дегидрогенизация реакцияларын тудырады және қоспа ретінде пайдаланылған газдармен (көбіне, су булары және көміртек диоксиді) бірге шығарылып әкетіледі. Оттегінің қалған бөлігі тотыққан қосылыстар түрінде химиялық бірігеді. Тотыққан битумда байланысқан оттегінің негізгі мөлшері күрделі эфирлік топ түрінде болады.
Орташа алғанда, олардың 60% -ын оттегі құрайды, ал 40%-ы гидроксил, карбонил және карбоксил топтары арасында шамамен тең бөлінеді. Тотыққан битумдағы химиялық байланысқан оттегінің көлемі мұнай қалдығының ароматтылығының көбеюімен және тотығу температурасының төмендеуімен қатар жоғарылайды. Тотыққан битуммен химиялық байланысқан оттегінің негізгі мөлшері күрделі эфирлік топ (-СОО) және аздаған мөлшерде гидроксилды (-ОН), карбоксилды (-СООН) және карбонилды (=СО) топтар түрінде кездеседі. Топтардың қатынасы шикізат табиғатына, тотығу процесінің жағдайына (тотығу процесінің ұзақтығы және температурасы) және ауа жіберуге байланысты. Тотығу процесі барысында түзілген төмен молекулярлы органикалық өнімдер (дистиллят) - қара соляр деп аталады. Түзілген солярдың мөлшері шикізаттағы "ұшқыштардың" құрамына және тотығу тереңдігіне байланысты. (гуреев )
Битумды қаншалықты аз оттегі химиялық байланыстыратын болса, битумның жұмсару температурасы соншалықты жоғары болады. Тотығуға ауа арқылы берілетін оттегінің негізгі мөлшері 10 - 20%-ы су түзілуіне, көмірқышқыл газының түзілуіне және аздаған мөлшері құрамында оттегі бар органикалық заттардың түзілуіне жұмсалады. Жіберілген оттегінің бір бөлігі реакцияға түспей, шығарылынатын газдармен кетеді.
Әдеби деректерді талдау және өз зерттеулерінің негізінде И.Н.Кудрявцева шикізаттың битумға тотығуы кезіндегі келесі өзгерістер схемасын келтіреді. Тотығу процесінің басында:
RH+O2=R+НОО.
Радикалдардың жаңа көмірсутек молекуласымен өзара әрекеттесуі тұрақты өнімдердің алынуына алып келеді:
R+R`H =RR`H
RR`H + R``H = RR`HR``H = Диспропорционирлеу
Көмірсутекті радикалдардың салыстырмалы түрде төмен концентрациясына байланысты олардың рекомбинациясы екіталай және радикалдардың оттегімен өзара әрекеттесуі, бастапқы заттың молекулаларымен салыстырғандағыға қарағанда, төмен деңгейде өтеді:
R· + O2 -- ROO·
ROO· + R'H -- ROOH + R'·
ROOH -- RO· + ·OH
R''H + ·OH -- R'· + H2O
Тізбектің жалғасы:
RH + HOO· -- R· + H2O2
H2O2 -- 2OH·
R'H + ·OH -- R'· + H2O
Бірақ, бұл схеманы толық деп есептеуге болмайды. Бұл тек шикізаттың битумға тотығу процесі барысындағы күрделі айналымдардың бір ғана нұсқасы болып табылады.
Гудронның тотығу процесі жылу бөліну арқылы жүреді. Тотығудың экзотермиялық реакциясы реакция зонасындағы температураны жоғарылатады. Реакцияның жылулық эффекті шикізаттың xимиялық табиғатына, тотығудың жағдайына және тереңдігіне тәуелді. Ең аз эффект тотығудың бастапқы сатысында байқалады. Тотығудың температурасын жоғарылатқан сайын жылулық эффект төмендейді. Жол битумдарын алу реакциясының жылулық эффекті 45 пен 150 ккалкг аралығында ауытқиды, ал құрылыс битумдары үшін 250 ккалкг-ға дейін. Реакциядан жылу шығару үшін, тотықтыру аппаратына, тотығу температурасынан төмен температурада шикізат беріледі және тотықтырғыш аппараттарды жылуоқшаулағышсыз эксплуатациялау (пайдалану). (гун)
Процестің негізгі параметрлері
Тауарлық битумның құрамына және физика - xимиялық қасиеттеріне тотығу процесінің теxнологиялық параметрлері әсер етеді.
Гудронның тотығу процесіне әсер ететін негізгі факторларға: шикізат - мұнай табиғаты, гудронның бастапқы шартты тұтқырлығы, тотығу температурасы, ауа шығыны және тотығу ұзақтығы жатады. Бұл факторлардың қатарына реакция аймағындағы қысымды, тотығуға берілетін сығылған ауаның қыздырылуы, тотықтыру колоннасындағы сұйық фаза деңгейін де қосуға болады. Тиісті шикізаттарды таңдау арқылы әртүрлі маркадағы тотыққан битумдарды алуға болады. Бастапқы гудрондағы майлардың құрамының төмендеуі битумның созылғыштығын және тұтану температурасын жоғарылатады, олардың иілгіштігін (пластичность), жылуға және аязға төзімділігін төмендетеді.
Асфальтендер секілді, қатты парафинді қосылыстар дисперсті фазаның түзілуіне әсер етеді, сәйкесінше, битумның дисперсті құрылымына да. Шикізаттағы парафинді қосылыстар құрамының жоғарылауы битум созылғыштығын төмендетіп, ауа шығыны мен тотығу ұзақтығын жоғарылатады.
Шикізат құрамындағы парафин - нафтенді қосылыстар битумның қасиетін жақсартатын еріткіш және пластификатор болып табылады, олар шикізаттың 10 - 20%-ын құрауы қажет.
Шикізатта күкірт және күкіртті қосылыстардың болуы тотыққан битумдардың пластикалық қасиетін жоғарылатады. Шикізаттағы әртүрлі қосылыстардың құрамы мұнайдың химиялық табиғаты арқылы алдын-ала анықталған. (гуреев)
Тотығу процесінің температурасы
Процесс температурасының жоғарылауымен гудронның тотығу жылдамдығы артады, тотыққан битумдағы оттегі құрамы төмендейді, тотығу процесінің ұзақтығы және жалпы қажетті ауа шығыны азаяды, ауа оттегін қолдану деңгейі өседі.
Температураның 250°С- тан жоғарылауымен қатар битумдардың кейбір тауарлы - теxникалық қасиеттері өзгереді: битумның морт сынғыштық температурасы артады, ал пенетрациясы, созылғыштығы, жылу тұрақтылығы және тотыққан битумдардың иілгіштік интервалы төмендейді.
Шикізаттың табиғатына және битумға қажетті қасиеттерге байланысты сәйкес тотығу температурасы таңдалуы керек. Битумның жол маркалары үшін 250 - 290°С тотығу температурасы, ал битумның құрылыс маркалары үшін 320°С - тан жоғары емес температура ұсынылады.
Тотығу температурасының 190-220°С-қа дейін төмендеуі реакция жылдамдығының азаюына алып келеді, ал бұл экономикалық тұрғыда тиімді емес.
Ауа шығыны
Сығылған ауа шығыны, оның диспергирлену деңгейі және тотықтыру колоннасының қимасы бойынша таралуы процесс интенсивтілігіне және битумның қасиетіне әсер етеді. Ауа шығынының белгілі бір деңгейге дейін көтерілуі тотығу жылдамдығының пропорционалды жоғарылауына әкеледі.
Бірдей жұмсару температурадағы, төмен ауа берілу жылдамдығында және ұзақ уақыт тотыққан битумдарға қарағанда аз уақыт аралығында тотыққан битумдардың пенетрациясы жоғары екені белгілі. Сондықтан да жоғары мәнді пенетрациялы және жылуға төзімді битум алу үшін сығылған ауаның берілу жылдамдығын жоғарылатуымыз қажет. Және де, ауа шығынын 1,4 м куб.мин көрсеткішке дейін көбейтсек процесс эффективтілігі жоғарылайды, одан да жоғарылатсақ ауа оттегін қолдану деңгейі нашарлап, эффективтілік төмендейді және тотыққан битумдардың жылутөзімділігі артады.
Көптеген қондырғыларда ауа шығыны 1000 - 1500 нм3 мин.м2 аралығында ұсталады.
Тотығу аппаратындағы сұйықтық деңгейі
Тотықтырғышта сұйықтық бағанының биіктігін арттыру, жұмсару температурасы мен пенетрация арасындағы қатынасты өзгертпей,битумның жұмсару температурасын жоғарылатады, бұл әрине тік колонналардың артықшылығын растайды. Сұйық фаза деңгейінің көбеюі процесс эффективтілігінің жоғарылауына алып келеді, себебі газды көбіршіктердің жүру жолының ұзақтығы артады.
Тотығудың шығарылып жатқан газдарындағы оттегінің құрамының тотығудың жұмыс аймағының биіктігіне тәуелділігі келесі эмпирикалық теңдеуден анықталады:
С = С0е-kh
Бұл жерде С - h(м) биіктікте жұмыс аймағындағы газдардағы оттегі концентрациясы, %(көл.); С0 - h = 0 кезіндегі газдардағы оттегі концентрациясы, яғни С0 = 21% (көл.); k - сандық мәні тотығу жағдайына байланысты анықталатын коэффициент.
Бірақ белгілі бір типтегі қондырғылар үшін сұйық фазамен толтыру шегі болады, одан артық толтырғанмен процесс эффективтілігі ешқалай өзгермейді. Үздіксіз жұмыс жасайтын тотықтыру колонналары үшін деңгей 10 метрден кем болмауы керек. Көптеген қондырғылардың колонналарында 15 метрлік деңгей қолданылады.
Ағымдағы битумдық қондырғының К - 1,3,6 колонналары толық толтырылған, яғни газға арналған кеңістігі жоқ, газсұйықтық қоспасының деңгейі колоннаның биіктігіне тең және К - 1-де 18,8 м, ал К - 3,6-да 14,6-ны құрайды. Колонналар тотығу секциясының қызметін атқарады.
К- 2,4,5 колонналары әрекеттескен фазалардың бөлек бөліп алу (сепарация) бөлімдерінің қызметін атқарады. К-2, К-4 және К-5 сепараторлар бағандарының өлшемі газсұйықтық қоспаның 8,0 - 9,0 м деңгейіне мүмкіндік береді.
Тотыққан өнімнің рециркулятын пайдалану, тотыққан өнімді шикізатпен араластыруды жақсарту және массаалмасу негізінде, битумдардың қасиетін біршама жақсартады. Рециркуляция коэффициенті 1-ге тең болғанда ғана битумдардың қасиеті жақсарады, ары қарай оның жоғарылауы битумдардың қасиеттерінің өзгеруіне ешқандай әсер етпейді.
Аппараттағы процестің сипатталу үрдісіне сай, гудронды тотықтыру процесін ауаны алдан ала қыздырмай және артық қысымда ( 190 мм.сын.бағ. ) өткізеді. (гуреев)
Қысым.
Реакция аймағында қысымның жоғарылауы тотығу процесін белсендіреді және тотыққан битумдардың сапасын жақсартады.
Реакция аймағындағы қысымның жоғарылауымен қатар оттегінің сұйық фазаға диффузиялануы жақсарады, тотығу ұзақтығы қысқарады, газ фазасынан май буларының бөліктерінің конденсациялануы нәтижесінде жылу және аязға тұрақтылығы жақсарады және тотыққан битумдардың иілгіштік интервалы жоғарылайды.
Жүйедегі қысымды дұрыс таңдау арқылы алынатын битумдардың қасиеті мен құрамын реттеуге болады.
Колонналық типтегі реактордағы жол битумдарын битумдар созылғыштығының бірден төмендеп кетуіне байланысты 4 ат-дан ( 3,92*105 нм2 ) жоғары қысымда алу тиімсіз.
Қысымда тотықтыру арқылы құрамында май аз шикізатты қолдану арқылы жоғары созылғыштыққа, пенетрацияға және иілгіштік интервалына ие битумдар алуға мүмкіндік береді. Осындай шикізатты пайдалану нәтижесінде өңделген мұнайдан май фракцияларының шығу өнімділігі жоғарылайды және тотығу ұзақтығы қысқарады. (гун)
Технологиялық бөлім
Шикізат пен өнім сипаттамасы
Ақтөбе кен орындарының мұнайларының сипаттамасы
Мұнай типтерінің нақты сапалық көрсеткішін, оның қандай құрамды мұнай өнімдерінен құралғанын білдіретін, фракциялық құрамын білу арқылы беруге болады. Бұл мәліметтерге байланысты, нақты өндірісте қандай өнім алынатынына тәуелді мұнай құндылығының экономикалық бағасын беруге мүмкіндік туындайды. Қазақстанның көмірсутекті шикізаттарының ерекшеліктері, мұнайлардың көп бөлігі күкірт құрамды жоғары тұтқыр және жоғары парафинді болуы, бұл пайдалы қазбаның құрамы мен қасиеттерін жиі зерттеп отыруды қажет етеді. Мұнайдың физика - химиялық және реологиялық қасиеттерін айдау және тасымалдау, содан кейін оны өңдеу әдістері бойынша анықтайды.
Ақтөбе облысының аймағындағы кейбір мұнай кен орындарындағы мұнайлардың сипаттамасына тоқтала кетсек. Бұл мұнайлардың қасиеттері лабораториялық жағдайларда зерттеліп, жеке фракцияларына сипаттама берілген.
Кенкияк мұнай кен орнының мұнайлары жеңіл және төмен тұтқыр, аз күкіртті ( жалпы күкірт құрамы 0,46%), парафинді (қатты көмірсутектер құрамы 4,4%), ашық фракциялардың айтарлықтай шығымымен (350°C-қа дейін 54,5%-ы қайнайды). Бірақ құрамында күкіртті қосылыстары бар мұнай фракциялары ГОСТ талаптарына сай келмейді , яғни күкіртті қосылыстардан тазалауды қажет етеді. Мұнайдағы май фракцияларының шығымы 25,2%-ды, ал мазут - 55,4%-ды құрайды. Жанажол кен орнының мұнайлары жеңіл, күкіртті (мұнайдағы күкірт құрамы ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz