Жасанды мұнай битумдары
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ 1
1 ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ 3
1.1 Битум және оның сипаттамасы 3
1.2 Сынау әдістемелері және сәйкес классификация түрлері 7
2 Технологиялық бөлім 13
2.1 Битумның құрамы 13
2.2 Битумды алу әдістері 19
2.3 Тотыққан битум өндірісі 22
2.4 Технологиялық сызбаға сипаттама 26
2.5 Технологиялық режим нормалары 28
3 Технологиялық есептеулер 30
3.1 Тотықтыру колоннасын есептеу 30
3. 2 Қыздыратын пешті есептеу 34
4 Еңбекті қорғау және қауіпсіздік техникасы 39
4.1 Өндірістік қауіпсіздік пен қатерді анализдеу 39
5 Қоршаған ортаны қорғау 42
5.1 Шығарынды түрлері 42
5.2 Атмосфералық ауаны және су ресурсын зиянды заттармен 43
ластанудан қорғау шаралары 43
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 45
КІРІСПЕ
Қазіргі кезде Қазақстан Республикасында мұнайдың қалдықтарын
пайдалану маңызды мәселелердің бірі болып отыр. Өйткені олардан мұнай
битумын алуға болады. Ал битум құрылыста, өнеркәсіпте, ауыл шаруашылығында
және реактивті техникада, радиоактивті сәулелерден қорғануда, тұрғын үйлер,
өнеркәсіп орындары мен аэродромдар құрылысына қажет болып табылады. Қазіргі
кезде Қазақстанда отандық мұнай битумдарын шығаратын өндірістер жоқ.
Қазақстанның Солтүстік региондарын битуммен қамтамасыз ету мақсатында
Павлодар МӨЗ - да мұнай битумдарын өндірудің алғы шарттары жасалуда.
Алайда, шикізаттың жоқтығынан бұл зауытта битум өндірілмейді. Оңтүстік
Қазақстан облысында автокөлік жолдарын жалпы пайдалану 5203 мың км құрайды,
соның ішінде 763 км жолдың республикалық және 440 км жолдың жергілікті
маңызы бар. Осындай жұмысқа облысымызға жыл сайын 44 мың тонна мұнай битумы
қажет. Мұнай битумына деген қажеттілік Қазақстанның басқа региондарында да
сезіледі. Тек қана үш облыста - Оңтүстік Қазақстан, Жамбыл, Қостанай жылдық
мұнай битумына деген қажеттілік 120 мың тонна құрайды. Соңғы кезде
Қазақстан Республикасына жол битумы Ресейден орташа бағамен 1 тонна битумды
сатып алу үшін 165 доллардың және транспорттың шығынын қоса алғанда
әкелінеді. Осыдан жұмыстың актуалдылығы өзі шығып тұр: яғни қазіргі кезде
Қазақстанда отандық мұнай битумдарын шығару өндірістерінің жоқтығы әсерінен
шет елдерден сатып алынған битумның қымбатқа түсуі.
Қазіргі уақытта өзекті мәселелердің бірі – ол мұнай қалдықтарынан
алынған битумның сапасын жоғарылату. Битум сапасына әсер ететін екі негізгі
факторлар: шикізат сапасы және өндіріс технологиясы. Битумдар
көмірсутектерден және олардың туындыларынан тұратын қатты және сұйық
органикалық заттар. Мұнайдың жоғары молекулалық қалдықтарының, гудронның
және крекинг қалдықтарының ауадағы оттегімен тотығуы нәтижесінде тұтқырлығы
жоғары, қатты заттар, яғни мұнай битумдары алынады.
Қаражанбас мұнай кен орны, Маңғыстау облысының Бейнеу ауданында, Ақтау
қаласынан Солтүстік-шығысқа қарай 140 км жерде орналасқан. Кен орны 1974 ж.
ашылған. Ол ендікке жуық бағытта созылған, амплитудасы 100 м, қалпы
өзгерген брахиантиклинальдық қатпардан орын алған. Қанаттардың еңістену
бұрыштары 2 – 4′. Өнімді қабаттар ортаңғы юраның бат ярусының
шөгінділерінде орналасқан. Олардың жатыс тереңдігі 228 – 466 м. Шоғырлар
қабаттық, күмбездік әрі тектониктік қалқаланған, юра шоғырларында –
қабаттық, стратигрлік қалқаланған. Шоғырлардың барлығы мұнайлы, тек бір
блогында ғана газ-мұнайлы шоғыр орналасқан.
Мұнайдың тығыздығы 0,939 – 0,944 гсм3, 1,6 – 2,2% күкірт, 0,7 – 1,4%
парафин бар, шайырлығы жоғары. Блоктардағы бастапқы қабаттық қысымдар 3 –
5,75 МПа аралығында, температура 25°С-тан 37°С-қа дейін өзгереді.
Мұнайлардың шығымы 1,2 – 76,8 м3тәулік. Құрамында ванадий мен никель
кездеседі. Қабат сулары химиялық құрамы жағынан хлоркальций типті,
тығыздығы 1,03 гсм3, минералдары 40 – 76 гл, бром, бор, йод
микроэлементтері мол кездеседі. Кен орны 1980 жылдан игерілуде.
Мұнайдың алғашқы қоры 70 млн. тоннамен бағаланады.
Өндіру орталығы – Ақтау қаласы.
Қазіргі уақытта кен орнын өндірумен "Қаражанбасмұнай" АҚ айналысуда
(кеңсесі Ақтау қаласында орналасқан). "Қаражанбасмұнай" АҚ-тың акционерлері
болып CITIC және қазақстандық "ҚазМұнайГаз. Барлау. Өндіру" мұнай
компаниясы табылады, сәйкесінше әрқайсысында 50% акциядан. Мұнай өндіру
2008 жылы 2 млн. тоннаны құрады.
ҚазМұнайГаз Ұлттық компаниясы 2005 жылдан бері Батыс Қазақстанда жол
битумын өндіру мәселесі қаралып келеді. Осы жобаның аясында Башқұрстан
Республикасының Мұнай-химия өңдеу институты (МХӨИ) Қазақстан
Республикасында жол битумы өндірісін салудың тиімділігі атты техника-
экономикалық есеп әзірленді, онда Ақтау пластмасса массасы зауыты аумағында
жол битумын Қаражанбас кен орны шикі мұнайының базасында өндіру жобасын
іске асырудың тиімділігі расталған.
Жобаны әрі қарай іске асыру мәселесі бойынша Қазақстан Республикасы
Премьер-министрінің орынбасары А.Мусин биыл 16 ақпанда кеңес өткізді, онда
ҚазМұнайГаз ҰК АҚ жобаның техникалық-экономикалық негіздемесін әзірлеу
тапсырылды. Қазіргі кезде Shell Global Solutions компаниясы жобаның ТЭН
әзірлеуге кірісті. Shell Bitumen компаниясының зертханасында Қаражанбас
кен орны мұнайының сапалы битум алу мүмкіндігіне тапсырылған анализдері
қорытындыланды.
Жобаның көрсеткіштері:
Шикізат: Қаражанбас кен орнының мұнайы, жылына 1 млн. тонна көлемінде.
Өнім: жылына 250-300 мың тонна жол битумдары.
Орналасқан жері: Ақтау пластмасса массасы зауыты, Ақтау қаласы.
Инвестициялар: 50 млн. АҚШ доллары.
1 ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ
1.1 Битум және оның сипаттамасы
Битум (Asphalt – латын тілінен аударғанда тау шайыры) дегеніміз –
жоғары молекулалы көмірсутектерінен және олардың гетеротуындыларынан,
сонымен бірге оттегі, күкірт, азот және металдардан (ваннадий, темір,
никель, натрий және т.б) тұратын күрделі қоспа. Битумдар суда ерімейді,
бензолда, хлороформда, күкіртсутектер және басқа да органикалық
еріткіштерде толығымен немесе бөлшектей ериді; тығыздығы 0,95—1,50 гсм³
[1].
Қазіргі кезде өзекті мәселелердің бірі – ол мұнай қалдықтарынан алынған
битумның сапасын жоғарылату. Битум сапасына әсер ететін екі негізгі
факторлар: шикізат сапасы және өндіріс технологиясы.
Битумдар көмірсутектерден және олардың туындыларынан тұратын қатты және
сұйық органикалық заттар. Мұнайдың жоғары молекулалық қалдықтарының,
гудронның және крекинг қалдықтарының ауадағы оттегімен тотығуы нәтижесінде
тұтқырлығы жоғары, қатты заттар, яғни мұнай битумдары алынады. [1]
Маркуссона әдісі бойынша битумның құрамы көмірсутектердің түрлеріне,
циклдену дәрежесіне әртүрлі еріткіштерде еруіне байланысты көмірсутектер,
шайырлар, асфальтендер деп аталатын құрылым түзуші компоненттерге бөлінеді.
Сонымен қатар битум құрамына асфальтоген қышқылдары және оның ангидридтері,
карбен, карбоидтар кіреді. Битумның химиялық құрамына мұнай табиғатыда әсер
етеді.
Битумның құрамы оның құрылымын және қасиеттерін сипаттайды.
А.С. Колбановский классификациясы бойынша битумдар I, II және III
құрылымдық типтер болып бөлінеді. Битумның I типі 25% асфальтен, 24 %
смола және 50% көмірсутектерден құралады. Ал II типі 18% асфальтен, 36 %
смола және 48% көмірсутектерден тұрады. Битумның III типі 21-23% асфальтен,
29-34 % смола және 46-50% көмірсутектерден құралады. [2]
Асфальтоген қышқылдары және оның ангидридтері битумның коллоидтық
құрылымын тұрақтандыратын негізгі компоненттер болып табылады. Жоғары
температуралық жағдайда асфальтоген қышқылдары асфальтендерге айналады.
Шайырлардың құрамындағы ароматты қосылыстардың конденсациялану дәрежесі
битумның физика-механикалық көрсеткіштеріне үлкен әсер етеді. Атап
айтқанда, битум құрамындағы шайыр мөлшері 40 % (масс) болғанда, оның
адгезия, когезия және созылмалыққа қасиеті жоғарылайды. Шайырлар
асфальтендердің флокуляциялануын болдырмайтын тұрақтандырғыштар да болып
табылады.
Мұнай битумының құрамына кіретін әрбір компонент сол битумның
техникалық қасиетіне өз әсерін тигізеді. Жоғары парафиндер битумның
адгезиялық қасиетін төмендетсе, ал смолалар битумның майысқыштық, иілгіштік
қабілетін жоғарылатады. Майлар битумның ерігіштігін жоғарылатып, оның
кебуге қабілетін төмендетеді. Ал асфальтендер битумға мықтылық қасиет
береді.
Битумдардың пайдалану қасиеттерін мынадай көрсеткіштермен сипаттайды:
иненің ену тереңдігі (пенетрация), жұмсару температурасы, созылғыштық
(дуктильность). Жұмсару температурасы сақина және шар әдісі бойынша
анықталады. Жұмсару температура битумның құрамына байланысты. Құрамындағы
смола және асфальтен жоғарылаған сайын, оның жұмсару температурасыда
жоғарылайды. Ал полимерленбейтін және қиын тотығатын майлар, керісінше оның
жұмсару температурасын төмендетеді.
Созылғыштық - битумның белгілі бір күштің әсерінен созылу қасиеті.
Созылғыштық битумның дуктильность және аққыштығын сипаттайды. Созылғыштық,
жұмсару температурасы және пенетрация битумның техникалық көрсеткіштері
және олар битумның жұмсару дәрежесін анықтайды. Созылғыштық дуктилометр
приборында битум жібінің максимальды ұзару дәрежесімен сипатталады.
Неғұрлым битум жібі ұзын, жіңішке болса, онда битум соғұрлым майысқақ,
иілімді және жабысқыш болады. Созылғыштық битум құрамына байланысты болады.
Смола көп мөлшерде болса, битумның созылғыштығы жоғары болады. Ал керісінше
қатты парафиндер, асфальтендер майысқыш қабілетін төмендетіп, дуктильностты
анықтау кезінде жіптің қысқа және тез үзілуіне әкеледі.
Битум пенетрациясы - 250С температурадағы битумға 5 сек ішінде енген
иненің тереңдігі. Бұл көрсеткіш битумның консистенция (қоймалжың заттардың
қоюлық, жұмсақтық дәрежесі) және қаттылық дәрежесін анықтайды. Яғни қатты
битумға қарағанда, жұмсақ битумның пенетрациясы жоғары болады. Битум
құрамында майлар көбейген сайын, оның пенетрациялық қасиеті жоғарылайды. Ал
керісінше битум құрамындағы асфальтендер, карбендер жоғарыласа, онда
битумның пенетрациялық қасиеті төмендейді де, қатты затқа айналады. [3]
Мұнай қалдықтарынан битум алудың үш әдісі белгілі.
- мұнай қалдықтарын су буы, инертті газ қатысында вакуумдық айдау
арқылы алынатын қалдық битумдар. Ауыр мұнайды өңдегенде қалдық битумдарды
атмосфералық айдау арқылы алады.
- 180 – 300 оС температура аралығында мұнай қалдықтарын ауамен
тотықтыру.
- әр-түрлі мұнай қалдықтарын дистиллятпен, тотыққан битумдармен
араластыру.
Соның ішінде битум алу өндірісінде кең қолданылатын қарапайым
әдістердің қатарына мұнай қалдықтарын ауадағы оттегімен тотықтыру процесі
жатады.
Жоғарыда көрсетілген әдістердің көмегімен алынған битумдардың физика –
механикалық көрсеткіштерін жақсарту мақсатында қосындыларды қосу кең
тараған. Жалпы жол құрылыс қоспаларын дайындауда битумның минералдық
материалдармен берік байланысуы маңызды роль атқарады.
Сондықтанда битумның минералдық материалдың беткі қабатымен берік
жанасуын, суға тұрақтылығын және қоспаның ұзақ қызмет көрсетуін қамтамасыз
етуде беттік активті заттардың маңызы жоғары. Беттік активті заттар ретінде
құрамында әртүрлі функционалдық топтары бар заттарды қолданады. Беттік
активті заттар хемосорбциялық қабат құрып, битумның минералды материалдың
беттік қабатында берік байланыс түзуіне жағдай жасап, сұйықтық пен қатты
дене шекарасында берік байланыс түзеді.
Ациламидоаминді октадециламин, төртіншілік аммонилі қосылыстар
–катамин, катапин, май қышқылдарының қатары, аммонилі негіздер беттік
төсеніш дайындауда жақсы қосындылар болып табылады. Беттік активті заттар
қалыпты құрлысты битум алу мақсатында құрылым түзуші процесін басқаруға
ғана мүмкіндік бермейді, сонымен қатар жол құрылыс материалы ретінді
қолдануда қажетті материалды алуға мүмкіндік береді. Сондай ақ олар беттік
төсеніштің суға, суыққа төтеп беру қаблетін арттырады. Мысал ретінде
метилвенилперединнің және метил қышқылының сополимерлерін қарастыруға
болады.
Сондай ақ, сапалы көрсеткіштері жоғары битум алуда мұнай қалдықтарының
құрамына асфальтты – шайырлы қосылыстарға бай компоненттерді енгізуге
болады. Мұндай компоненттерге гудрон, асфальт жатады. [4]
Битум алуда қолданылатын процесс типіне, жағдайына қарай мұнай және
мұнай қалдықтарының құрамындағы молекулалық қосылыстар молекулааралық
әрекеттесуге түседі. Процесс қалыпты температурада жүргізілсе тұрақты
жоғары молекулааралық қосылыс түзіледі. Сондықтан мұнай битумдарының
құрамындағы молекулааралық әрекеттесулерді әртүрлі факторлардың көмегімен
реттеу арқылы битумның қасиетін өзгертуге болады. Битум дисперсті жүйе
болғандықтан оның қасиеті дисперстік ортаның құрамымен дисперсті фазаның
құрылымдық элементтерінің мөлшеріне және табиғатына тәуелді. Сондықтан
құрылымдық бірліктерінің мөлшерін, ядро радиусын және тұздық қабатының
қалыңдығын сыртқы факторлар көмегімен, атап айтқанда, қосымша қосынды қосу
немесе құрамында асфальтенді - шайырлы компоненттерді мол шикізатты енгізу
арқылы реттеуге болады.
Мұнай битумдарының минералды қоспалары асфальтты - шайырлы компоненттер
секілді беттік – активтілік қасиет береді.
Битум алу өндірісінде кеңінен қолданылатын тотықтыру процесін көмірді
гидрогендеуден қалған көмірлі мұнай қалдығына қолдану арқылы оның
құрамындағы органикалық бөліктің мөлшерін арттыруға болады. Нәтижесінде
алынатын битумның сапалық көрсеткіштері жоғарылайды.
Тотықтыру процесі тек битум өндірісінде ғана кеңінен қолданылмайды
сонымен қатар, органикалық синтез үшін құнды карбон қышқылын алуда
практикалық маңызы зор. [5]
Битумның физика – механикалық көрсеткіштеріне әсер ететін негізгі
факторлардың бірі – оның тотықтыру температурасы. IV-ші халықаралық мұнай
конгресінде шикізатты битумға тотықтыру жағдайындағы қалыпты температура
250 0С деп қабылданған. Сол кезден бері төмен температурада химиялық
жағынан неғұрлым инертті материал алуда тотықтырудың интенсивті жаңа
технологиялары ашылуда. Мұнай қалдықтарынан сапасы жоғары битум алу үшін
битумның құрылым түзуші элементтерінің асфальтен, шайыр, көмірсутектер
мөлшерін қажетті әдістердің көмегімен арттыру қажет.
Битумдардың қасиеттері шикізаттың сапасы (өндіретін қара алтынның
табиғатына) мен өндіру тәсілдеріне байланысты, сондай-ақ термолиз
процесінің параметрлеріне – температура, қысым, ұзақтығына. Түрлі
табиғаттағы мұнайлардан жоғарысапалы битумдарды алу өндірудің жалпы
технологиялық жүйесіне сол немесе басқа процестерді дұрыс анықтап енгізу,
және оларды жүргізу жолдарына байланысты мүмкін.
Битум - бұл қара түсті тауар, тығыздығы бірлікке жуық, төмен жылу-
және электрөткізгішті. Ол түрлі химиялық реагенттердің әсеріне жақсы қарсы
тұрады, су- және газөткізбейді, түрлі радиациялық әсерлерге және ұзақ уақыт
жылудың әсеріне тұрақты. Битумның осындай бағалы сапалары мен төмен бағасы
және массалық өндірісі, оларды шаруашылықтың түрлі саласында құнды
шикізатқа айналдырды.
Аморфты зат болғандықтан, битумның еру температурасы болмайды. Оның
қатты жағдайдан сұйыққа айналуы жұмсару температурасымен сипатталады,
әдетте ол сақина мен шар әдісімен анықталады. Битумның қаттылығы
пенетрацияны өлшеу жолымен бағаланады, ал икемділігі – созылмалдылығымен
(дуктильность).
Мұнайлы битумдар өндіру тәсіліне қарай қалдық, қышқылданған және
компаундирленген болып бөлінеді. Қалдық битумдар – жұмсақ тезеритін
өнімдер, қышқылданған – созылмалды және термотұрақты. Крекинг-қалдықтарды
қышқылдаудан алынған битумдар, көп мөлшерде карбендер мен карбоидтардан
құралған, олар битумның біртектілігін бұзады және цементтелетін қасиеттерін
нашарлатады[2] .
1.2 Сынау әдістемелері және сәйкес классификация түрлері
“Битум” термині көміртегімен сутегі байланысының сұйық, жартылай сұйық
немесе қатты қосындысының мағынасын береді. Оның құрамында оттегі, күкірт,
азот қосылыстары және металдар сондай-ақ аз мөлшерде күкіртті
көмірсутектер, хлороформдар және басқа органикалық еріткіштерде жақсы
еритін асфальтті-шайырлы қосылыстар да бар.
Битум табиғи түрде немесе мұнайды, торфты, көмірді және сланцты өңдеп
алады.
Кесте 1.1
Битум тектес заттардың классификациясы
Топ Топша Түрлері
Табиғи битумдар Мұнайлар Асфальтті негізді
Жартылай асфальтті
негізді
Асфальтиттер Бейасфальтті негізді
Таза күйінде
Экстрацияланған
Жасанды мұнай битумдарыҚалдықты битумоздық түрлері
Мазуттар
Жартылай гудрондар
Крекингті Гудрондар
Дистиляттың термиялық
крекинг қалдықтары
Мазуттың термиялық
крекинг қалдықтары
Гудрон, жартылай гудрон
ж.т.б. қалдық өнімдердің
жеңіл крекинг қалдықтары.
Селективті еріткіштерменПиролиз қалдықтары
бөлінген Бензинсізденген мұнайдың,
гудрон-ның ж.т.б. қалдық
өнімдердің деасфальттеу
қалдықтары.
Дистилятты және май
қалдықтарын селективті
Қышқылданған тазалағандағы экстракті
Ауаны оттегімен
Күкіртпен, селенмен
немесе теллурмен
Катализатор және
инициатор қатысуымен булы
ауа қос-пасымен
Қалдықтар мен
қышқылданғандар
Қышқылданған битуммен
дистилятты және басқа
Компаундирленген фракциялар
Түрлі селективті
еріткіштерден бөлін-ген
қалдықтар қоспасы
1.1 кестенің жалғасы
Қышқылданған битуммен
селективті еріткіштерден
бөлінген қышқылданған
қалдықтар
Табиғи (ерімейтін және Крекингтелінгендер мен
балқымайтын қалдықтар
каустобиолеттер) Вурцелиттер, альберттер,
элетиреттер ж.т.б.
Сланцты Битумдалынған сланцтер
Сланцты битумдар
Газды
Жартылай коксты
Пиробитумдар Тас көмірлі Коксты
Доменді
Газогенераторлы
Бурокөмірлі Кубты
Газогенераторлы
Шыршалы
Жапырақты
Стеринді, палметинді
Дегтер және пектер Торфы Глицеринді
Фенолды, крезолды,
канифольді
Майлы пектер Кумаронды ж.т.б.
Воскті химиялық өңдеуден
өткендер(сульфирленген,
хлорланған, қышқылданған)
Тауарлы битумдарды сапасына қарай сорттау классификациясы түрлі
әдістер анықталынған және қолданылады. Бұл әдістемелер түрлі елдердің
стандарттары бойынша қабылданған. Битумның сапасын сынайтын жалпыға бірдей
қабылданған әдістердің мақсаты болып олардың консистенсиясын, тазалығын
және жылутұрақтылығын анықтау табылады. Консистенциясын анықтау үшін оның
тұтқырлыққа тәуелділігін тағайындайтын түрлі әдістемелер қарастырылған.
Битумдарды кейбір қасиеттерін анықтау температурасы немесе анықталған ағу
дәрежесінің температурасы бойынша салыстырады және сипаттайды.
Қатты битумдардың қасиеттерін сипаттайтын көрсеткіштерге мыналар
жатады: стандартты иненің кіру тереңдігі (пенетрация), майысу
температурасы, жіптің созылмалдылығы (дуктильность), сынғыштық
температурасы. Бұл сынақтар, тұтқырлықты анықтауда тура эквивалентті емес,
бірақ практикалық қолданыста кең орын алады, өйткені ол битумның
консистенциясын тез сипаттауға мүмкіндік береді. Битумдардың қасиеттерін
сипаттайтын негізгі көрсеткіштерге сондай-ақ, адгезияны, фазаны бөлу
шекарасындағы беттік тарту, когезияға, жылулық, оптималды және диэлектрлі
қасиеттерін жатқызуға болады. Келтірілген көрсеткіштердің қатарына,
сонымен қоса, қыздыру кезіндегі массаның жоғалуы мен соның салдарынан
пенетрацияның өзгерісін, органикалық еріткіштерде еруін, жарқ ету
температурасын, тығыздығын, реологиялық қасиеттерін енгізуге болады.
Табиғи битумдар - олар жанғыш қазбалардың құрамды бөлігі. Оларға қара
алтынның табиғи туындысы, яғни тыңайған жер қыртыстарын химиялық және
биохимиялық тотықтандырудың нәтижесінде, оның консервациясының бұзылуы
кезінде туындайды, мысалы: асфальттар, кериттер, мальттар, озекериттер және
басқалары. Бұларды негізінен қазу немесе шахталық жолымен алады
(битуминозды құмдар).
Жасанды (техникалық) битумдар – бұлар мұнайөңдеу өнімдерінің, таскөмір
және сланцтың қалдықтары. Құрамы бойынша табиғи битумдарға ұқсас.
Битум ерте кезден бері белгілі инженерлі-құрылыс материалдарының бірі
болып табылады. Оның адгезионды және гидрофобты қасиеттері бұрыннан пайдаға
асып келеді.
Пенетрация – анықталған режимде, жартылай сұйық және қатты өнімге
стандартты пішіндегі дененің ену тереңдігін сипаттайтын көрсеткіш.
Пенетрацияны пенетрометрмен анықтайды, оның өлшем бірлігі ретінде 0,1 мм-ге
иненің ену тереңдігі алынған. Түрлі маркалы жолдық мұнайлы битумдардың
пенетрациясы 25оС температурада, қысым 100Г, 5 с. Ішінде 40-300*0,1 мм-ді
құрайды, ал 0оС-та, қысым 200 Г, 60 сек ішінде ол 13-тен 50*0,1 мм-ге дейін
жетеді. Осындай себептен, температура, қысым және иненің кіру ұзақтығына
байланысты пенетрация мәні де өзгереді. Сондықтан да оны анықтау шарттары
алдын-ала келісіледі. Пенетрация қосымша битумдардың қаттылық дәрежесін де
сипаттайды. Берілген жұмсару температурасында битумның пенетрациясы
неғұрлым жоғары болса және берілген пенетрацияда – битумның жұмсару
температурасы жоғары болса, соғұрлым оның жылутұрақтылығы жоғары болады.
Жоғары жылутұрақтылы битумдарды сәйкесінше шикізаттар, технологиялық әдісі
мен өндіру режимін таңдау арқылы алуға мүмкіндік бар.
Битумның жұмсару температурасы – бұл битумдардың салыстырмалы қатты
жағдайдан сұйыққа ауысу температурасы. Жұмсару температурасын анықтау
методикасы шартты және ғылыми түрде негізделмеген, бірақ тәжірибеде кеңінен
қолданыс тапқан. Сынақ сақина мен шар (КиШ), сондай-ақ кейде Кремер-
Сарнов әдісімен жүргізіледі.
Пенетрация индексі – битумның коллоидты дәрежесін сипаттайтын немесе
оның таза тұтқырлықтан ауытқу жағдайын сипаттайтын көрсеткіш. Пенетрация
индексі бойынша битумдарды үш топқа бөледі.
1) Пенетрация индексі -2-ден төмен битумдар, дисперсті фазасы жоқ немесе
құрамында қатты пептизирленген асфальтендер бар (тастышайырдың пекиі
және крекинг-қалдықты битумдар). Мұндай битумдардың созылмалдылығы өте
аз немесе мүлдем 0-ге тең.
2) Пенетрация индексі -2-ден +2-ге дейінгі битумдар (қалған және
азқышқылданған).
3) Пенетрация индексі +2-ден жоғары битумдар нақты созылмалдылыққа ие
және гелдердің коллоидты қасиеттерімен ерекшелінеді. Бұл жоғары
созылмалы қышқылданған битумдар.
Морттық температурасы – қысқауақытта қысымның әсерінен материалдың
бұзылу температурасы. Фраас бойынша бұл температура – 11 сек ұзақ
күштүскенде битумның майысқақтық модулі барлық битумдар үшін бірдей және
1100 кГсм2 (1,0787-108 нм2) тең. Морттық температурасы жол жабындысында
битумдардың тәртібін сипаттайды: олар неғұрлым төмен болса, жол битумының
сапасы жоғары болады. Қышқылданған битумдар, бірдей пенетрациядағы басқа
битумдарға қарағанда, ең төмен морттық температураға ие.
Жол битумдарының морттық температурасы әдетте 2-ден 30оС-ға дейінгі
шектерде кездеседі.
Битумның созылғыштығы (дуктильность), оны жіптей керіп үзілгенге
дейінгі арақашықты сипаттайды. Бұл көрсеткіш сондай-ақ қосымша битумның
жабысқақтығын да сипаттайды және бұл оның компоненттерінің табиғатына
байланысты. Жолдық мұнайлы битумдар жоғары созылмалдылыққа ие – 40 см-ден
аса. Битумдардың созылмалдылығының жоғарлауы оның сапасының жақсаруына
сәйкес келе бермейді. Созылмалдылық көрсеткіші бойынша жол битумдарының
сапасын тексеруге болмайды, өйткені сынау шарты (5 сммин жылдамдықтағы
созылмалдылығы) жол жабындысында битумдардың жұмыс шартынан ерекшеленеді.
Битумдардың созылмалдылығы 25оС-де максималды мәнге ие, бұл кезде
ньютондық сұйықтық қалпынан құрылымдыққа өтеді. Ньютондық ағымнан битум
неғұрлым ауытқыса, соғұрлым оның 25оС-де созылмалдылығы аз болады, бірақ
0оС-де жеткілікті жоғарлайды. Битум төмен температураларда (0 және 15оС)
жоғары созылмалдылыққа ие болуы қажет.
Битумдардың тұтқырлығы түрлі температураларда оның консистенциясын,
эмпирикалық көрсеткіштеріне қарағанда, яғни пенетрация және жұмсару
температурасымен салыстырғанда толығымен сипаттайды. Оны жеңіл және өте
қысқа мерзімде битумның қолданысы мен өндірісінде түрлі температурада
өлшеуге болады. Битум басқа да бірдей көрсеткіштерде қолданудың максималды
температурасында неғұрлым жоғары тұтқырлыққа ие болғаны абзал және неғұрлым
еңкіш тұтқырлы-температуралы қисыққа ие болуы қажет. 40оС-тан төмен
температурада битум қаттыкүйдегі жүйелерге ұқсас, ал 40-тан 140оС-ге
дейінгі кезде – құрылымды сұйықтыққа, 140оС-ден жоғары температурада –
нақты сұйықтыққа айналады.
Битумдардың тұтқырлығын Энглер, Сейболт және Фурол вискозиметрлерде
шардың құлауы әдісімен анықтайды, Фенск капиллярында, ротационды
вискозиметрде, реовискозиметрде, консистометрде анықталады.
Жол битумдары тұтқыр және сұйыққа бөлінеді.
Тұтқыр битумдарды құрылыста байлауыш материал ретінде және жол
жабындыларын жөндеуде қолданылады.
Сұйық битумдар жол құрылысының маусымын ұзартуға арналған. Оларды
жолдық-мұнайлы битумның тұтқырлығын дистиллятты фракциямен –
сұйылтқыштармен араластырғанда алады. Жабындыны қалағаннан кейін сұйылтулар
біртіндеп буланады.
Реология (ағын, тасқын) заттардың аққыштығы мен деформациясы жайлы
ғылым. Реология қайтымсыз қалдық деформация мен түрлікүйдегі тұтқыр және
пластикалық материалдардың (ньютондық емес сұйықтар, дисперсті жүйе және
т.б.) аққыштығына байланысты процесстерді қарастырады. Битумдардың
реологиясы толық зерттелмеген. Битумдардың реологиялық қасиеттерін зерттеу
барысында анықталған негізгі көрсеткіштеріне тұтқырлық және битумның
деформативті қасиеттері (майысқақтық модулі, деформация модулі) жатады.
Сыртқы деформациялық күштердің әсерінен битумның тәртібі механикалық
қасиеттерінің комплексімен анықталады, оларға тұтқырлық, майысқақтық,
морттық, мықтылық жатады. Реологиялық қасиеттері битумды қыздырған кезде,
қоспаларды дайындағанда және қалағанда ұзақ уақыт қызмет ету кезінде
маңызды өзгеріске ұшырамауы тиіс.
Ерігіштік. Битумдарды анализдеу әдістерінің көпшілігінің негізінде
оның компоненттерінің органикалық еріткіштерде еру ерекшеліктерінде жатыр.
Бұл принцип негізінде алғашқы бөлуді Ричардсон енгізген, битумдардың
бензинде еритіндерін мальтендер және бұл еріткіште ерімейтіндерді
асфальтендер деп бөлген. Әрі қарай Маркусон адсорбция көмегімен
мальтендерді май мен смолаға бөлді. Негізінен бұл әдіс қазіргі уақытқа
дейін сақталған, бірақ оның түрлерінің көп мөлшері пайда болған.
2 Технологиялық бөлім
2.1 Битумның құрамы
Битум дегеніміз – жоғары молекулалы көмірсутектерінен және олардың
гетеротуындыларынан, сонымен бірге оттегі, күкірт, азот және металдардан
(ваннадий, темір, никель, натрий және т.б) тұратын күрделі қоспа. Битумның
Элементтік құрамы шамамен былай болып келеді (салмағы бойынша): көміртегі
80-85; сутегі 8-11.5; оттегі 0,2-4; күкірт 0,5-7; азот 0,2-0,5.
Маркуссон әдісі бойынша битумдардың құрамын майларға, шайырларға,
асфальттерге, асфальтогенді қышқылдарға және олардың ангидридтеріне
бөлеміз. Көбінесе битумдарды асфальттендермен мальтендерге бөледі. Олар
майлар менев шайырлардың мөлшерін көрсетеді.
Майлар битумдардың қаттылығы мен жұмсару температурасын төмендетеді,
олардың ақиқаттығы мен булануын ұлғайтады. Майлардың қарапайым құрамы:
көміртегі 85-88 %; сутегі 8-11.5; күкірт 4,5%-дейін, сондай ақ оттегі мен
азоттың шамалы мөлшері. Майлардың молекулалық салмағы 240-800 (әдетте- 360,
ароматтық дәрежесінің сипаттайтын С:Н (атомдық)) қатынасы әдісте 0,55-0,66
тең. Тығыздығы 1гсм3 кем(103 кг м3).
Битумдар құрамына кіретін май қосылыстарының сипаттамасы мынадай.
Қалыпты және изоқұрылымды 26 және одан да көп көміртегі атомдары бар
пропинді қосылыстардың тығыздығы 0,79-0,82 г см3 (790-820 кгм3),
рефракция коэфициенті 1,44-1,47, молекулалық салмағы 240-600, қайнау
температурасы 350-5200 С, балқу температурасы 53-900С. Нафтенді
құрылыстағылардың құрамы 20 дан 35дейін көміртегі атомдарынан тұрады,
тығыздығы 0,82-087 гсм3(820-870 кгм3), рефракция коэфициенті 1,47-1,49,
молекулалық салмағы 450-650. Ароматты қосылыстар-дың монодан полициклдікке
өткенде алифатты тізбектері қысқарады. Моно тізбекті ароматты қосылыстардың
– битумдардан бөлігін алғандардың рефракция коэффициенті 1,5350-1,059,
молекулалық салмағы 450 –620 : би- тізбектердің рефракция коэффициенті
1,535 - 1,59, молекулалық салмағы 430 – 600, политізбектері сәйкесінше
рефракция коэфициенті 1,59 жоғары, молекулалық салмағы әдетте 420- 670.
Шайырлар әдеттегі температурасындағы қызғылт – күрең түсті қатты
заттар. Олардың тығыздығы 0,99 – 1608 г см3 ( 990 – 1080 кг м3).
Шайырлар битумдардың қаттылығын, майысқыштылығы және созылғыштығын
тасушылар болып табылады. Олар өзара алифатты тізбектері мен біріккен
конденсация дәрежесі жоғары тізбекті және гетеротізбекті құрылымдағы
молекулалы органикалық қосылыстарға жатады. Олардың құрамына көміртегі (79-
87%) мен сутегіден (8,5-9,5%) басқа оттегі (1-10%), күкірт (1-10%), азот (2
% дейін) және металдарды қосқанда (Fe, Ni, V,Cr, Mg, Co жататын болады )
көптеген басқа элементтер кіреді.
Шайырлар молекулаларының көміртегі қаңқасы – алифатты бүйір.
Тізбектері бар бір ыңғай конденсацияланған ароматты сақиналардан тұратын
политізбекті (көп тізбекті) жүйе. Шайырлардан асфальттерге өту әрі қарай
ароматты құрылымдарда олардың конденсациялануының үлесін жоғарылату мен
жүреді, бұл сутегі құрамының төмендеуі мен С: Н қатынасының өсуімен
дәлелденеді. Шайырларды құрайтын қосылыстардағы көміртек атомдарының саны
80-100 дейін жетеді. Асфальттендермен салыстырғанда шайырлардың бүйірлік
алифаттық тізбектерінің саны көп және ұзын С:Н қатынасы (атомдық) әдетте
0,60-0,8. Шайырларды жұмсарту температурасы (КИШ бойынша) 35-900С құрайды.
Асфальттендерден шайырларды бөлу үшін жеңіл қаныққан көмірсутектер С5-
С6 пайдаланылады, оларда шайырлар жақсы ериді, асфальттендер ерімейді.
Майлардан шайырлардан бөлу үшін хромотография әдісін қолданады.
Адсорбентті таңдау, десорбциялаушы сұйықтарды жинақтау мен қолдану
реттілігі қойылған мақсатқа байланысты.
Асфальттендер шайырларды тығыздау өнімі ретінде қарастырылады. Бос
күйінде олар қара немесе күрең түсті қатты балқымайтын сарғыш заттар.
Битумдардың басқа компоненттерінен айырмашылығы олар қалыпты құрылыстағы
қаныққан көмірсутектерді С5-С7, сондай- ақ аралас полярлы еріткіштер-
спирт- эфир қоспаларында және төменгі температурада қайнайтын спирттерде,
мұнай газдарына (мэтан, этан, пропан және басқа) ерімейді, бірақ беттік
керілуі жоғары сұйықтарда 24дин СН (24мнм)-бензол және оның
гомологтарында, күкіртті сутегінде, хлорофорлде және төрт хлорофорлы
көміртегіде жеңіл ериді.
Асфальттендерді мұнайлармен ауыр мұнай қалдықтарынан нетролей
эфирінің 40 еселік көлеміндегі, Н-пентандағы, изопентандағы немесе он
еселік көлемдегі Н-гептандағы мұнай өнімдері ерітінділерінен тұндырып бөліп
алады. Асфальттендерді асфальттар мен шайырлы - асфальтты заттардан бөліп
алу үшін төменгі парафинді көмірсутегілерді С5-С6, нейтролей эфирін немесе
жеңіл бензинді қолданады.
Бөліп алынған асфальттендердің үлесімен құрамы қолданылатын
еріткіш пен тұндыру шарттарына байланысты. Асфальттендердің тығыздығы 1
гсм3 (103 кгм3) жоғарғы қарапайым құрамы (С%): көміртегі 80-84; сутегі
7,5-8,5; күкірт 4,6-8,3; оттегі 6 дейін; азот 0,4-1 .Асфальттендердегі
гетероатомдардың құрамы сол битумнан бөлінген майлар мен шайырлардан
жоғары. Асфальттендердің молекулалық салмағы 1200-2000.
Асфальттендер тіпті кеңістіктік құрылыстар жасауға дейін тізбекті
қосылыстарды тығыздаушы өнім болып табылады. Асфальттендердің тізбектелу
дәрежесі және олардағы ароматты, нафтенді және көп тізбекті сақиналардың
қатынасы, сондай-ақ осы сақиналардың конденсациялану дәрежесі шығу тегі
әртүрлі асфальттендер үшін кең көлемде шектеледі.
Асфальттендердің химиялық құрамы оның күрделілігіне байланысты толық
зерттелмеген. Шайыр және асфальтен молекулаларының негізгі бөліктері
ретінде көп тізбекті құрылымдардың бірнеше түрі ұсынылады.
Асфальтогенді қышқылдар және олардың ангидридтері – қоңырқай сұр
түсті қою шайырлы консистенциялы заттар. Асфальтогенді қышқылдар спиртте
немесе хлороформда оңай бензинде, бензинде қиын ериді; олардың тығыздығы 1
гсм3 жоғары. Асфальтогенді қышқылдар мен олардың ангидридтері битумның
колломдты құрылысын тұрақтандырады.
Карбендер мен карбомидтер мұнай мен оның қалдықтарының жоғары
температурада өңдеген жоғарғы көміртекті өнімдері болып табылады. Карбендер
төрт хлорлы көміртегінде, карбомидтар күкіртті көміртегіде ерімейді.
Битумның құрамы мұнайдың табиғатына, бастапқы шикізат құрамына –
мұнай қалдықтарымен оны өндіру технологиясына байланысты. Ол әртүрлі
мұнайлардан алынған жұмсару температурасы бірдей битумдар үшін әртүрлі.
Айталық, жұмсарту температурасы 490С (Киш бойынша) Лисие кен орынының мұнай
қалдықтарынан алынған битумдардың құрамы 48%, көмірсутегілер 51% майлар мен
1% асфальтендер, ал нагиленгиель мұнай қалдықтарының сәйкесінше 53,32 және
15% яғни асфалтендерден едәуір көп және шайырлардан аз.
Битумдарды алу технологиясы олардың құрамына едәуір әсер етеді.
Мысалы, жұмсару температурасы бір және бірдей, шикізатты колонналық
аппаратта және иректі реакторда үздіксіз тотықтырған битумдардағы шайырмен
құрамы төмен, ал асфальтендермен майлар құрамы сол шикізаттан периодты
кубте тотықтырып алынғандағыдан біршама жоғары, түрлі тәсілдермен алынған
дайын битумдардың компоненттер құрылысы мен қасиеттерінде айырмашылығы бар.
Жол битумының құрамына БНД 5 маркасы – 200300 – ден БНД-4060-ға дейін
және БН 4 маркасы БН-200300-ден БН4060-қа дейін, бөлшектегі алымы мен
бөліміндегі мәндер – берілген марканың пенетрация көрсеткіштерінің өзгеру
шектері.
Кесте 2.1
Тұтқырлы жол битумы
Көрсеткіштердің Битум маркалары Сынау
аталуы әдісі
БНД БНД БНД БНД БНД
200300 130200 90130 6090 4060
1.Иненің кіру ГОСТ
тереңдігі, 11501
0,1мм: 201-300 131-200 91-130 61-90 40-60
250С-да 45 35 28 20 13
00С-да
2.Жұмсарту ГОСТ
температурасы, 11506
0С, төмен емес 35 40 43 47 51
3.Созылғыштық, ГОСТ
см, 11505
250С-да - 70 65 55 45
00С-дан кем емес20 6,0 4,0 3,5 -
Кестенің жалғасы
4.Сынғыштық ГОСТ
температурасы, 11507
00С-дан жоғары -20 -18 -17 -15 -12
емес
5.Тұтану ГОСТ
температурасы, 18180
0С-дан кем емес 220 220 230 320 230
6.Жұмсару ГОСТ
температурасының 11506
қыздырғаннан
кейінгі өзгеруі,7 6 5 5 5
0С-дан жоғары
емес
7.Пенетрация -1,0ден +1,0-ге дейін ГОСТ
индексі 22245-90
8.Суда еритін ГОСТ
қосылыстардың 11510
массалық үлесі, 0,20 0,20 0,30 0,30 0,30
%, жоғары емес
Құрылыс битумының құрамы:
- 3 маркадан: Битум БН-5050; Битум БН-7030 және Битум БН-9010,
мұнда алымы – жұмсару температурасының көрсеткіштері, ал бөлімі –
жалпықұрылыс жұмысы үшін пенетрация көрсеткішінің өзгеру шегінің
орташа мәні.
Кесте 2.2
БН маркалы құрылыс битумдарының сапалық көрсеткіштері
Көрсеткіштердің аталуы
БН 7030 БН 9010
Иненің кіру тереңдігі, 0,1мм:
250С-да 21-40 5-20
00С-да
Жұмсарту температурасы, 0С, төмен емес 70-80 90-105
Созылғыштық, см, 3,0 1,0
250С-да
00С-дан кем емес
Сынғыштық температурасы, 99,50 99,50
00С-дан жоғары емес
Тұтану температурасы, 0,50 0,50
0С-дан кем емес
Жұмсару температурасының қыздырғаннан 240 240
кейінгі өзгеруі, 0С-дан жоғары емес
Суда еритін қосылыстардың массалық үлесі,следы следы
%, жоғары емес
- БНК (битум нефтяной кровельный) маркасы – 45180; БНК-9040 және
БНК 9030, сондай-ақ БНК-45190, мұнда алымы – жұмсару
температурасының көрсеткіші, ал бөлімі – шатыр жұмысы үшін
пенетрация көрсеткішінің өзгеру шегінің орташа мәні.
Кесте 2.3
БНК маркалы құрылыс битумдарының сапалық көрсеткіштер
Көрсеткіштердің аталуы БНК 40180 БНК 45190
Иненің кіру тереңдігі, 0,1мм:
250С-да 160-210 160-220
00С-да
Жұмсарту температурасы, 0С, төмен емес 37-44 40-50
Созылғыштық, см, 99,50 99,50
250С-да
00С-дан кем емес
Жұмсару температурасының қыздырғаннан 0,80 0,80
кейінгі өзгеруі, 0С-дан жоғары емес
Тұтану температурасы, 240 240
0С-дан кем емес
Судың массалық үлесі, көп емес следы следы
Парафиннің массалық үлесі, %, көп емес - 5,0
Пенетрация индексі - 1,0-ден
2,5-ге дейін
Иненің кіру тереңдігі 25 °С, 60 60
қыздырғаннан кейінгі, % алғашқы
ұзындықта,аз емес
- БНИ (битум нефтяной изоляционный) битумдар БНИ-IV-3, БНИ-IV және
БНИ-V маркалы – коррозиядан қорғау мақсатында жерасты
трубажелілерді изоляциялау жұмысы үшін.
Кесте 2.4
БНИ маркалы құрылыс битумдарының сапалық көрсеткіштер
Көрсеткіштердің аталуы
БНИ - IV БНИ -V
Жұмсарту температурасы, 0С, төмен емес 75-85 90-100
Иненің кіру тереңдігі, 0,1мм:
250С-да 25-40 20-40
00С-да 12 9
Тұтану температурасы,
0С-дан кем емес 250 240
Созылғыштық, см,
250С-да, кем емес 3 2
Массаның қыздырғаннан кейінгі өзгеруі,
0С-дан жоғары емес 0,5 0,5
2.2 Битумды алу әдістері
Мұнай зауыттарда ашық түсті өнімдерді (бензин, лигроин, керосин),
майлағыш майларын және мұнай өнімдерінің басқа да түрлерін алу мақсатында,
фракционды айдауға ұшырайды. Мұнай қалдықтарын массасы бойынша неғұрлым
жеңіл фракцияларға сұрыптағанда – гудрон, крекинг – осы қасиеттерімен мұнай
битумдарын алуда шикізат есебінде пайдаланылады. Қазіргі уақытта мұнай
битумдарын мұнайды атмосфера-вакуумды айдау кезінде (қалдық битумдар);
мұнай қалдықтарын тотықтандыру (тотыққан битумдар) және мұнайды айдағанда
(компаундирленген битумдар) түзілетін қалдықтың қойыртпақтануынан алынады.
Өнеркәсіпте битумдарды былайша алады: гудроннан майлы фракцияларды
терең айдаумен (қалдық битумдар); гудрондарды ауа оттегісімен, крекинг-
қалдықтарды немесе майларды селективті тазалағандағы экстрактілермен
тотықтыру арқылы (тотыққан битумдар). Қалдық битумдар – жұмсақ жеңіл еритін
өнімдер, тотыққан – созымтал және термотұрақты. Битумдар, крекинг-
қалдықтарды тотықтырп алынған, көп мөлшерде карбендер мен карбоидтардан
құралған, олар битумдардың біртектілігін бұзады және цементтелу
қасиеттерін нашарлатады.
Битумды бірнеше әдістермен алады, сол себепті битум өндірісінің түрлі
сызбалары қолданылады. Ең көп тараған әдіс – гудронды ауамен үрлеу,
нәтижесінде тотыққан битум алынады. Мұндай битумның кеңінен таралуына,
өндіріс процессіне қатысатын үздіксіз жұмыс жасайтын аппараттардың
үнемділігімен анықталынады. Сондай-ақ битумды (қалдық және сүзілген)
мазутты вакуумды айдау нәтижесінде және гудронды пропанмен деасфальтизация
кезінде алынады. Бұған қоса, әр түрлі процестердің көмегімен алынатын,
битумдарды компаундирлеуді пайдаланады.
Мұнай битумдарын өндіруде вакуумды айдау процессі, тотықтыру және
деасфальтизация қолданады. Вакууммен айдаудың шикізаты болып әдетте мазут
табылады; тотықтыру және деасфальтизация үшін гудрон пайдаланылады. Дайын
битумдардың сапасы бірінші кезекте шикізаттың сапасына байланысты, ал
тотыққан битумдар үшін бұған қоса температураға, тотықтандыру ұзақтығына
және ауаның шығынына да тәуелді болады.
Гудрон (фр. goudron) - қалдық, атмосфералық қысым мен вакуумды
фракцияда, 450-600 оС-де қайнайтын, мұнайдан айдаған кезде пайда болады.
Гудронның шығуы – мұнай массасынан 10-нан 45 %-ға дейін. Гудрон –
тұтқырлы сұйықтық немесе қатты асфальтқа ұқсас қара түсті өнім. Құрамында
парафинді, нафтенді және ароматты көмірсутектер (45-95 %), асфальтендер (3-
17 %), сондай-ақ мұнай шайырлары (2-38 %) бар.
Гудронның элементті құрамы (масса бойынша %-пен ): 85-87 С, 9,3-11,8
Н, 0,2-6,3 S, 0,2-0,7 N, 0,08-1,25 О.
Сонымен бірге, гудронда мұнайда кездесетін барлық металдар
концентрленген; яғни ванадий мөлшері 0,046 %, никель - 0,014 %-ға жетеді.
Мұнайдың табиғатына байланысты гудронның тығыздығы 0,95-тен 1,03
гсм³-ге дейін, еру температурасы 12—55 °C, лап ету температурасы 290—350
°C. Гудронды жол, жамылтқы және құрылыс битумдарын, кокс, майлағыш
майларын, мазут, жанғыш газдар мен мотор жанармайларын өндіруде
пайдаланылады.
Қышқыл гудрон – бұл қалдықтар, яғни күкірт қышқылында концентрленген
кейбір мұнайөнімдерін тазалауда пайда болады; тұтқырлы сұйықтық қара түсті,
15-70 % күкірт қышқылының органикалық заттарынан құралған.
Мұнай битумдарын алудың үш негізгі әдістері белгілі:
- мұнай қалдықтарын су буы, инертті газ қатысында вакуумдық айдау
арқылы алынатын қалдық битумдар. Ауыр мұнайды өңдегенде қалдық битумдарды
атмосфералық айдау арқылы алады.
- 180 – 300 оС температура аралығында мұнай қалдықтарын ауамен
тотықтыру.
- әр-түрлі мұнай қалдықтарын дистиллятпен, тотыққан битумдармен
араластыру.
Соның ішінде битум алу өндірісінде кең қолданылатын қарапайым
әдістердің қатарына мұнай қалдықтарын ауадағы оттегімен тотықтыру процесі
жатады.
Жоғарыда көрсетілген әдістердің көмегімен алынған битумдардың физика –
механикалық көрсеткіштерін жақсарту мақсатында қосындыларды қосу кең
тараған. Жалпы жол құрылыс қоспаларын дайындауда битумның минералдық
материалдармен берік байланысуы маңызды роль атқарады.
Сондықтан да битумның минералдық материалдың беткі қабатымен берік
жанасуын, суға тұрақтылығын және қоспаның ұзақ қызмет көрсетуін қамтамасыз
етуде беттік активті заттардың маңызы жоғары.
Беттік активті заттар ретінде құрамында әртүрлі функционалдық топтары
бар заттарды қолданады. Беттік активті заттар хемосорбциялық қабат құрып,
битумның минералды материалдың беттік қабатында берік байланыс түзуіне
жағдай жасап, сұйықтық пен қатты дене шекарасында берік байланыс түзеді.
Ациламидоаминді октадециламин, төртіншілік аммонилі қосылыстар –
катамин, катапин, май қышқылдарының қатары, аммонилі негіздер беттік
төсеніш дайындауда жақсы қосындылар болып табылады. Беттік активті заттар
қалыпты құрлысты битум алу мақсатында құрылым түзуші процесін басқаруға
ғана мүмкіндік бермейді, сонымен қатар жол құрылыс материалы ретінді
қолдануда қажетті материалды алуға мүмкіндік береді. Сондай ақ олар беттік
төсеніштің суға, суыққа төтеп беру қаблетін арттырады. Мысал ретінде
метилвенилперединнің және метил қышқылының сополимерлерін қарастыруға
болады.
Сондай ақ сапалы көрсеткіштері жоғары битум алуда мұнай қалдықтарының
құрамына асфальтты – шайырлы қосылыстарға бай компоненттерді енгізуге
болады. Мұндай компоненттерге гудрон, асфальт жатады. [4]
Битум алуда қолданылатын процесс типіне, жағдайына қарай мұнай және
мұнай қалдықтарының құрамындағы молекулалық қосылыстар молекулааралық
әрекеттесуге түседі. Процесс қалыпты температурада жүргізілсе тұрақты
жоғары молекулааралық қосылыс түзіледі. Сондықтан мұнай битумдарының
құрамындағы молекулааралық әрекеттесулерді әртүрлі факторлардың көмегімен
реттеу арқылы битумның қасиетін өзгертуге болады. Битум дисперсті жүйе
болғандықтан оның қасиеті дисперстік ортаның құрамымен дисперсті фазаның
құрылымдық элементтерінің мөлшеріне және табиғатына тәуелді. Сондықтан
құрылымдық бірліктерінің мөлшерін, ядро радиусын және тұздық қабатының
қалыңдығын сыртқы факторлар көмегімен, атап айтқанда, қосымша қосынды қосу
немесе құрамында асфальтенді - шайырлы компоненттерді мол шикізатты енгізу
арқылы реттеуге болады.
Мұнай битумдарының минералды қоспалары асфальтты - шайырлы компоненттер
секілді беттік – активтілік қасиет береді.
Битум алу өндірісінде кеңінен қолданылатын тотықтыру процесін көмірді
гидрогендеуден қалған көмірлі мұнай қалдығына қолдану арқылы оның
құрамындағы органикалық бөліктің мөлшерін арттыруға болады. Нәтижесінде
алынатын битумның сапалық көрсеткіштері жоғарылайды.
Тотықтыру процесі тек битум өндірісінде ғана кеңінен қолданылмайды
сонымен қатар, органикалық синтез үшін құнды карбон қышқылын алуда
практикалық маңызы зор. [5]
Битумның физика – механикалық көрсеткіштеріне әсер ететін негізгі
факторлардың бірі – оның тотықтыру температурасы. IV-ші халықаралық мұнай
конгресінде шикізатты битумға тотықтыру жағдайындағы қалыпты температура
250 0С деп қабылданған. Сол кезден бері төмен температурада химиялық
жағынан неғұрлым инертті материал алуда тотықтырудың интенсивті жаңа
технологиялары ашылуда. Мұнай қалдықтарынан сапасы жоғары битум алу үшін
битумның құрылым түзуші элементтерінің асфальтен, шайыр, көмірсутектер
мөлшерін қажетті әдістердің көмегімен арттыру қажет.
2.3 Тотыққан битум өндірісі
Тотыққан битум бөлме температурасында түрлі консистенциялы бола алады.
Яғни жарым сұйықты және қатты ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
КІРІСПЕ 1
1 ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ 3
1.1 Битум және оның сипаттамасы 3
1.2 Сынау әдістемелері және сәйкес классификация түрлері 7
2 Технологиялық бөлім 13
2.1 Битумның құрамы 13
2.2 Битумды алу әдістері 19
2.3 Тотыққан битум өндірісі 22
2.4 Технологиялық сызбаға сипаттама 26
2.5 Технологиялық режим нормалары 28
3 Технологиялық есептеулер 30
3.1 Тотықтыру колоннасын есептеу 30
3. 2 Қыздыратын пешті есептеу 34
4 Еңбекті қорғау және қауіпсіздік техникасы 39
4.1 Өндірістік қауіпсіздік пен қатерді анализдеу 39
5 Қоршаған ортаны қорғау 42
5.1 Шығарынды түрлері 42
5.2 Атмосфералық ауаны және су ресурсын зиянды заттармен 43
ластанудан қорғау шаралары 43
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 45
КІРІСПЕ
Қазіргі кезде Қазақстан Республикасында мұнайдың қалдықтарын
пайдалану маңызды мәселелердің бірі болып отыр. Өйткені олардан мұнай
битумын алуға болады. Ал битум құрылыста, өнеркәсіпте, ауыл шаруашылығында
және реактивті техникада, радиоактивті сәулелерден қорғануда, тұрғын үйлер,
өнеркәсіп орындары мен аэродромдар құрылысына қажет болып табылады. Қазіргі
кезде Қазақстанда отандық мұнай битумдарын шығаратын өндірістер жоқ.
Қазақстанның Солтүстік региондарын битуммен қамтамасыз ету мақсатында
Павлодар МӨЗ - да мұнай битумдарын өндірудің алғы шарттары жасалуда.
Алайда, шикізаттың жоқтығынан бұл зауытта битум өндірілмейді. Оңтүстік
Қазақстан облысында автокөлік жолдарын жалпы пайдалану 5203 мың км құрайды,
соның ішінде 763 км жолдың республикалық және 440 км жолдың жергілікті
маңызы бар. Осындай жұмысқа облысымызға жыл сайын 44 мың тонна мұнай битумы
қажет. Мұнай битумына деген қажеттілік Қазақстанның басқа региондарында да
сезіледі. Тек қана үш облыста - Оңтүстік Қазақстан, Жамбыл, Қостанай жылдық
мұнай битумына деген қажеттілік 120 мың тонна құрайды. Соңғы кезде
Қазақстан Республикасына жол битумы Ресейден орташа бағамен 1 тонна битумды
сатып алу үшін 165 доллардың және транспорттың шығынын қоса алғанда
әкелінеді. Осыдан жұмыстың актуалдылығы өзі шығып тұр: яғни қазіргі кезде
Қазақстанда отандық мұнай битумдарын шығару өндірістерінің жоқтығы әсерінен
шет елдерден сатып алынған битумның қымбатқа түсуі.
Қазіргі уақытта өзекті мәселелердің бірі – ол мұнай қалдықтарынан
алынған битумның сапасын жоғарылату. Битум сапасына әсер ететін екі негізгі
факторлар: шикізат сапасы және өндіріс технологиясы. Битумдар
көмірсутектерден және олардың туындыларынан тұратын қатты және сұйық
органикалық заттар. Мұнайдың жоғары молекулалық қалдықтарының, гудронның
және крекинг қалдықтарының ауадағы оттегімен тотығуы нәтижесінде тұтқырлығы
жоғары, қатты заттар, яғни мұнай битумдары алынады.
Қаражанбас мұнай кен орны, Маңғыстау облысының Бейнеу ауданында, Ақтау
қаласынан Солтүстік-шығысқа қарай 140 км жерде орналасқан. Кен орны 1974 ж.
ашылған. Ол ендікке жуық бағытта созылған, амплитудасы 100 м, қалпы
өзгерген брахиантиклинальдық қатпардан орын алған. Қанаттардың еңістену
бұрыштары 2 – 4′. Өнімді қабаттар ортаңғы юраның бат ярусының
шөгінділерінде орналасқан. Олардың жатыс тереңдігі 228 – 466 м. Шоғырлар
қабаттық, күмбездік әрі тектониктік қалқаланған, юра шоғырларында –
қабаттық, стратигрлік қалқаланған. Шоғырлардың барлығы мұнайлы, тек бір
блогында ғана газ-мұнайлы шоғыр орналасқан.
Мұнайдың тығыздығы 0,939 – 0,944 гсм3, 1,6 – 2,2% күкірт, 0,7 – 1,4%
парафин бар, шайырлығы жоғары. Блоктардағы бастапқы қабаттық қысымдар 3 –
5,75 МПа аралығында, температура 25°С-тан 37°С-қа дейін өзгереді.
Мұнайлардың шығымы 1,2 – 76,8 м3тәулік. Құрамында ванадий мен никель
кездеседі. Қабат сулары химиялық құрамы жағынан хлоркальций типті,
тығыздығы 1,03 гсм3, минералдары 40 – 76 гл, бром, бор, йод
микроэлементтері мол кездеседі. Кен орны 1980 жылдан игерілуде.
Мұнайдың алғашқы қоры 70 млн. тоннамен бағаланады.
Өндіру орталығы – Ақтау қаласы.
Қазіргі уақытта кен орнын өндірумен "Қаражанбасмұнай" АҚ айналысуда
(кеңсесі Ақтау қаласында орналасқан). "Қаражанбасмұнай" АҚ-тың акционерлері
болып CITIC және қазақстандық "ҚазМұнайГаз. Барлау. Өндіру" мұнай
компаниясы табылады, сәйкесінше әрқайсысында 50% акциядан. Мұнай өндіру
2008 жылы 2 млн. тоннаны құрады.
ҚазМұнайГаз Ұлттық компаниясы 2005 жылдан бері Батыс Қазақстанда жол
битумын өндіру мәселесі қаралып келеді. Осы жобаның аясында Башқұрстан
Республикасының Мұнай-химия өңдеу институты (МХӨИ) Қазақстан
Республикасында жол битумы өндірісін салудың тиімділігі атты техника-
экономикалық есеп әзірленді, онда Ақтау пластмасса массасы зауыты аумағында
жол битумын Қаражанбас кен орны шикі мұнайының базасында өндіру жобасын
іске асырудың тиімділігі расталған.
Жобаны әрі қарай іске асыру мәселесі бойынша Қазақстан Республикасы
Премьер-министрінің орынбасары А.Мусин биыл 16 ақпанда кеңес өткізді, онда
ҚазМұнайГаз ҰК АҚ жобаның техникалық-экономикалық негіздемесін әзірлеу
тапсырылды. Қазіргі кезде Shell Global Solutions компаниясы жобаның ТЭН
әзірлеуге кірісті. Shell Bitumen компаниясының зертханасында Қаражанбас
кен орны мұнайының сапалы битум алу мүмкіндігіне тапсырылған анализдері
қорытындыланды.
Жобаның көрсеткіштері:
Шикізат: Қаражанбас кен орнының мұнайы, жылына 1 млн. тонна көлемінде.
Өнім: жылына 250-300 мың тонна жол битумдары.
Орналасқан жері: Ақтау пластмасса массасы зауыты, Ақтау қаласы.
Инвестициялар: 50 млн. АҚШ доллары.
1 ӘДЕБИЕТТІК ШОЛУ
1.1 Битум және оның сипаттамасы
Битум (Asphalt – латын тілінен аударғанда тау шайыры) дегеніміз –
жоғары молекулалы көмірсутектерінен және олардың гетеротуындыларынан,
сонымен бірге оттегі, күкірт, азот және металдардан (ваннадий, темір,
никель, натрий және т.б) тұратын күрделі қоспа. Битумдар суда ерімейді,
бензолда, хлороформда, күкіртсутектер және басқа да органикалық
еріткіштерде толығымен немесе бөлшектей ериді; тығыздығы 0,95—1,50 гсм³
[1].
Қазіргі кезде өзекті мәселелердің бірі – ол мұнай қалдықтарынан алынған
битумның сапасын жоғарылату. Битум сапасына әсер ететін екі негізгі
факторлар: шикізат сапасы және өндіріс технологиясы.
Битумдар көмірсутектерден және олардың туындыларынан тұратын қатты және
сұйық органикалық заттар. Мұнайдың жоғары молекулалық қалдықтарының,
гудронның және крекинг қалдықтарының ауадағы оттегімен тотығуы нәтижесінде
тұтқырлығы жоғары, қатты заттар, яғни мұнай битумдары алынады. [1]
Маркуссона әдісі бойынша битумның құрамы көмірсутектердің түрлеріне,
циклдену дәрежесіне әртүрлі еріткіштерде еруіне байланысты көмірсутектер,
шайырлар, асфальтендер деп аталатын құрылым түзуші компоненттерге бөлінеді.
Сонымен қатар битум құрамына асфальтоген қышқылдары және оның ангидридтері,
карбен, карбоидтар кіреді. Битумның химиялық құрамына мұнай табиғатыда әсер
етеді.
Битумның құрамы оның құрылымын және қасиеттерін сипаттайды.
А.С. Колбановский классификациясы бойынша битумдар I, II және III
құрылымдық типтер болып бөлінеді. Битумның I типі 25% асфальтен, 24 %
смола және 50% көмірсутектерден құралады. Ал II типі 18% асфальтен, 36 %
смола және 48% көмірсутектерден тұрады. Битумның III типі 21-23% асфальтен,
29-34 % смола және 46-50% көмірсутектерден құралады. [2]
Асфальтоген қышқылдары және оның ангидридтері битумның коллоидтық
құрылымын тұрақтандыратын негізгі компоненттер болып табылады. Жоғары
температуралық жағдайда асфальтоген қышқылдары асфальтендерге айналады.
Шайырлардың құрамындағы ароматты қосылыстардың конденсациялану дәрежесі
битумның физика-механикалық көрсеткіштеріне үлкен әсер етеді. Атап
айтқанда, битум құрамындағы шайыр мөлшері 40 % (масс) болғанда, оның
адгезия, когезия және созылмалыққа қасиеті жоғарылайды. Шайырлар
асфальтендердің флокуляциялануын болдырмайтын тұрақтандырғыштар да болып
табылады.
Мұнай битумының құрамына кіретін әрбір компонент сол битумның
техникалық қасиетіне өз әсерін тигізеді. Жоғары парафиндер битумның
адгезиялық қасиетін төмендетсе, ал смолалар битумның майысқыштық, иілгіштік
қабілетін жоғарылатады. Майлар битумның ерігіштігін жоғарылатып, оның
кебуге қабілетін төмендетеді. Ал асфальтендер битумға мықтылық қасиет
береді.
Битумдардың пайдалану қасиеттерін мынадай көрсеткіштермен сипаттайды:
иненің ену тереңдігі (пенетрация), жұмсару температурасы, созылғыштық
(дуктильность). Жұмсару температурасы сақина және шар әдісі бойынша
анықталады. Жұмсару температура битумның құрамына байланысты. Құрамындағы
смола және асфальтен жоғарылаған сайын, оның жұмсару температурасыда
жоғарылайды. Ал полимерленбейтін және қиын тотығатын майлар, керісінше оның
жұмсару температурасын төмендетеді.
Созылғыштық - битумның белгілі бір күштің әсерінен созылу қасиеті.
Созылғыштық битумның дуктильность және аққыштығын сипаттайды. Созылғыштық,
жұмсару температурасы және пенетрация битумның техникалық көрсеткіштері
және олар битумның жұмсару дәрежесін анықтайды. Созылғыштық дуктилометр
приборында битум жібінің максимальды ұзару дәрежесімен сипатталады.
Неғұрлым битум жібі ұзын, жіңішке болса, онда битум соғұрлым майысқақ,
иілімді және жабысқыш болады. Созылғыштық битум құрамына байланысты болады.
Смола көп мөлшерде болса, битумның созылғыштығы жоғары болады. Ал керісінше
қатты парафиндер, асфальтендер майысқыш қабілетін төмендетіп, дуктильностты
анықтау кезінде жіптің қысқа және тез үзілуіне әкеледі.
Битум пенетрациясы - 250С температурадағы битумға 5 сек ішінде енген
иненің тереңдігі. Бұл көрсеткіш битумның консистенция (қоймалжың заттардың
қоюлық, жұмсақтық дәрежесі) және қаттылық дәрежесін анықтайды. Яғни қатты
битумға қарағанда, жұмсақ битумның пенетрациясы жоғары болады. Битум
құрамында майлар көбейген сайын, оның пенетрациялық қасиеті жоғарылайды. Ал
керісінше битум құрамындағы асфальтендер, карбендер жоғарыласа, онда
битумның пенетрациялық қасиеті төмендейді де, қатты затқа айналады. [3]
Мұнай қалдықтарынан битум алудың үш әдісі белгілі.
- мұнай қалдықтарын су буы, инертті газ қатысында вакуумдық айдау
арқылы алынатын қалдық битумдар. Ауыр мұнайды өңдегенде қалдық битумдарды
атмосфералық айдау арқылы алады.
- 180 – 300 оС температура аралығында мұнай қалдықтарын ауамен
тотықтыру.
- әр-түрлі мұнай қалдықтарын дистиллятпен, тотыққан битумдармен
араластыру.
Соның ішінде битум алу өндірісінде кең қолданылатын қарапайым
әдістердің қатарына мұнай қалдықтарын ауадағы оттегімен тотықтыру процесі
жатады.
Жоғарыда көрсетілген әдістердің көмегімен алынған битумдардың физика –
механикалық көрсеткіштерін жақсарту мақсатында қосындыларды қосу кең
тараған. Жалпы жол құрылыс қоспаларын дайындауда битумның минералдық
материалдармен берік байланысуы маңызды роль атқарады.
Сондықтанда битумның минералдық материалдың беткі қабатымен берік
жанасуын, суға тұрақтылығын және қоспаның ұзақ қызмет көрсетуін қамтамасыз
етуде беттік активті заттардың маңызы жоғары. Беттік активті заттар ретінде
құрамында әртүрлі функционалдық топтары бар заттарды қолданады. Беттік
активті заттар хемосорбциялық қабат құрып, битумның минералды материалдың
беттік қабатында берік байланыс түзуіне жағдай жасап, сұйықтық пен қатты
дене шекарасында берік байланыс түзеді.
Ациламидоаминді октадециламин, төртіншілік аммонилі қосылыстар
–катамин, катапин, май қышқылдарының қатары, аммонилі негіздер беттік
төсеніш дайындауда жақсы қосындылар болып табылады. Беттік активті заттар
қалыпты құрлысты битум алу мақсатында құрылым түзуші процесін басқаруға
ғана мүмкіндік бермейді, сонымен қатар жол құрылыс материалы ретінді
қолдануда қажетті материалды алуға мүмкіндік береді. Сондай ақ олар беттік
төсеніштің суға, суыққа төтеп беру қаблетін арттырады. Мысал ретінде
метилвенилперединнің және метил қышқылының сополимерлерін қарастыруға
болады.
Сондай ақ, сапалы көрсеткіштері жоғары битум алуда мұнай қалдықтарының
құрамына асфальтты – шайырлы қосылыстарға бай компоненттерді енгізуге
болады. Мұндай компоненттерге гудрон, асфальт жатады. [4]
Битум алуда қолданылатын процесс типіне, жағдайына қарай мұнай және
мұнай қалдықтарының құрамындағы молекулалық қосылыстар молекулааралық
әрекеттесуге түседі. Процесс қалыпты температурада жүргізілсе тұрақты
жоғары молекулааралық қосылыс түзіледі. Сондықтан мұнай битумдарының
құрамындағы молекулааралық әрекеттесулерді әртүрлі факторлардың көмегімен
реттеу арқылы битумның қасиетін өзгертуге болады. Битум дисперсті жүйе
болғандықтан оның қасиеті дисперстік ортаның құрамымен дисперсті фазаның
құрылымдық элементтерінің мөлшеріне және табиғатына тәуелді. Сондықтан
құрылымдық бірліктерінің мөлшерін, ядро радиусын және тұздық қабатының
қалыңдығын сыртқы факторлар көмегімен, атап айтқанда, қосымша қосынды қосу
немесе құрамында асфальтенді - шайырлы компоненттерді мол шикізатты енгізу
арқылы реттеуге болады.
Мұнай битумдарының минералды қоспалары асфальтты - шайырлы компоненттер
секілді беттік – активтілік қасиет береді.
Битум алу өндірісінде кеңінен қолданылатын тотықтыру процесін көмірді
гидрогендеуден қалған көмірлі мұнай қалдығына қолдану арқылы оның
құрамындағы органикалық бөліктің мөлшерін арттыруға болады. Нәтижесінде
алынатын битумның сапалық көрсеткіштері жоғарылайды.
Тотықтыру процесі тек битум өндірісінде ғана кеңінен қолданылмайды
сонымен қатар, органикалық синтез үшін құнды карбон қышқылын алуда
практикалық маңызы зор. [5]
Битумның физика – механикалық көрсеткіштеріне әсер ететін негізгі
факторлардың бірі – оның тотықтыру температурасы. IV-ші халықаралық мұнай
конгресінде шикізатты битумға тотықтыру жағдайындағы қалыпты температура
250 0С деп қабылданған. Сол кезден бері төмен температурада химиялық
жағынан неғұрлым инертті материал алуда тотықтырудың интенсивті жаңа
технологиялары ашылуда. Мұнай қалдықтарынан сапасы жоғары битум алу үшін
битумның құрылым түзуші элементтерінің асфальтен, шайыр, көмірсутектер
мөлшерін қажетті әдістердің көмегімен арттыру қажет.
Битумдардың қасиеттері шикізаттың сапасы (өндіретін қара алтынның
табиғатына) мен өндіру тәсілдеріне байланысты, сондай-ақ термолиз
процесінің параметрлеріне – температура, қысым, ұзақтығына. Түрлі
табиғаттағы мұнайлардан жоғарысапалы битумдарды алу өндірудің жалпы
технологиялық жүйесіне сол немесе басқа процестерді дұрыс анықтап енгізу,
және оларды жүргізу жолдарына байланысты мүмкін.
Битум - бұл қара түсті тауар, тығыздығы бірлікке жуық, төмен жылу-
және электрөткізгішті. Ол түрлі химиялық реагенттердің әсеріне жақсы қарсы
тұрады, су- және газөткізбейді, түрлі радиациялық әсерлерге және ұзақ уақыт
жылудың әсеріне тұрақты. Битумның осындай бағалы сапалары мен төмен бағасы
және массалық өндірісі, оларды шаруашылықтың түрлі саласында құнды
шикізатқа айналдырды.
Аморфты зат болғандықтан, битумның еру температурасы болмайды. Оның
қатты жағдайдан сұйыққа айналуы жұмсару температурасымен сипатталады,
әдетте ол сақина мен шар әдісімен анықталады. Битумның қаттылығы
пенетрацияны өлшеу жолымен бағаланады, ал икемділігі – созылмалдылығымен
(дуктильность).
Мұнайлы битумдар өндіру тәсіліне қарай қалдық, қышқылданған және
компаундирленген болып бөлінеді. Қалдық битумдар – жұмсақ тезеритін
өнімдер, қышқылданған – созылмалды және термотұрақты. Крекинг-қалдықтарды
қышқылдаудан алынған битумдар, көп мөлшерде карбендер мен карбоидтардан
құралған, олар битумның біртектілігін бұзады және цементтелетін қасиеттерін
нашарлатады[2] .
1.2 Сынау әдістемелері және сәйкес классификация түрлері
“Битум” термині көміртегімен сутегі байланысының сұйық, жартылай сұйық
немесе қатты қосындысының мағынасын береді. Оның құрамында оттегі, күкірт,
азот қосылыстары және металдар сондай-ақ аз мөлшерде күкіртті
көмірсутектер, хлороформдар және басқа органикалық еріткіштерде жақсы
еритін асфальтті-шайырлы қосылыстар да бар.
Битум табиғи түрде немесе мұнайды, торфты, көмірді және сланцты өңдеп
алады.
Кесте 1.1
Битум тектес заттардың классификациясы
Топ Топша Түрлері
Табиғи битумдар Мұнайлар Асфальтті негізді
Жартылай асфальтті
негізді
Асфальтиттер Бейасфальтті негізді
Таза күйінде
Экстрацияланған
Жасанды мұнай битумдарыҚалдықты битумоздық түрлері
Мазуттар
Жартылай гудрондар
Крекингті Гудрондар
Дистиляттың термиялық
крекинг қалдықтары
Мазуттың термиялық
крекинг қалдықтары
Гудрон, жартылай гудрон
ж.т.б. қалдық өнімдердің
жеңіл крекинг қалдықтары.
Селективті еріткіштерменПиролиз қалдықтары
бөлінген Бензинсізденген мұнайдың,
гудрон-ның ж.т.б. қалдық
өнімдердің деасфальттеу
қалдықтары.
Дистилятты және май
қалдықтарын селективті
Қышқылданған тазалағандағы экстракті
Ауаны оттегімен
Күкіртпен, селенмен
немесе теллурмен
Катализатор және
инициатор қатысуымен булы
ауа қос-пасымен
Қалдықтар мен
қышқылданғандар
Қышқылданған битуммен
дистилятты және басқа
Компаундирленген фракциялар
Түрлі селективті
еріткіштерден бөлін-ген
қалдықтар қоспасы
1.1 кестенің жалғасы
Қышқылданған битуммен
селективті еріткіштерден
бөлінген қышқылданған
қалдықтар
Табиғи (ерімейтін және Крекингтелінгендер мен
балқымайтын қалдықтар
каустобиолеттер) Вурцелиттер, альберттер,
элетиреттер ж.т.б.
Сланцты Битумдалынған сланцтер
Сланцты битумдар
Газды
Жартылай коксты
Пиробитумдар Тас көмірлі Коксты
Доменді
Газогенераторлы
Бурокөмірлі Кубты
Газогенераторлы
Шыршалы
Жапырақты
Стеринді, палметинді
Дегтер және пектер Торфы Глицеринді
Фенолды, крезолды,
канифольді
Майлы пектер Кумаронды ж.т.б.
Воскті химиялық өңдеуден
өткендер(сульфирленген,
хлорланған, қышқылданған)
Тауарлы битумдарды сапасына қарай сорттау классификациясы түрлі
әдістер анықталынған және қолданылады. Бұл әдістемелер түрлі елдердің
стандарттары бойынша қабылданған. Битумның сапасын сынайтын жалпыға бірдей
қабылданған әдістердің мақсаты болып олардың консистенсиясын, тазалығын
және жылутұрақтылығын анықтау табылады. Консистенциясын анықтау үшін оның
тұтқырлыққа тәуелділігін тағайындайтын түрлі әдістемелер қарастырылған.
Битумдарды кейбір қасиеттерін анықтау температурасы немесе анықталған ағу
дәрежесінің температурасы бойынша салыстырады және сипаттайды.
Қатты битумдардың қасиеттерін сипаттайтын көрсеткіштерге мыналар
жатады: стандартты иненің кіру тереңдігі (пенетрация), майысу
температурасы, жіптің созылмалдылығы (дуктильность), сынғыштық
температурасы. Бұл сынақтар, тұтқырлықты анықтауда тура эквивалентті емес,
бірақ практикалық қолданыста кең орын алады, өйткені ол битумның
консистенциясын тез сипаттауға мүмкіндік береді. Битумдардың қасиеттерін
сипаттайтын негізгі көрсеткіштерге сондай-ақ, адгезияны, фазаны бөлу
шекарасындағы беттік тарту, когезияға, жылулық, оптималды және диэлектрлі
қасиеттерін жатқызуға болады. Келтірілген көрсеткіштердің қатарына,
сонымен қоса, қыздыру кезіндегі массаның жоғалуы мен соның салдарынан
пенетрацияның өзгерісін, органикалық еріткіштерде еруін, жарқ ету
температурасын, тығыздығын, реологиялық қасиеттерін енгізуге болады.
Табиғи битумдар - олар жанғыш қазбалардың құрамды бөлігі. Оларға қара
алтынның табиғи туындысы, яғни тыңайған жер қыртыстарын химиялық және
биохимиялық тотықтандырудың нәтижесінде, оның консервациясының бұзылуы
кезінде туындайды, мысалы: асфальттар, кериттер, мальттар, озекериттер және
басқалары. Бұларды негізінен қазу немесе шахталық жолымен алады
(битуминозды құмдар).
Жасанды (техникалық) битумдар – бұлар мұнайөңдеу өнімдерінің, таскөмір
және сланцтың қалдықтары. Құрамы бойынша табиғи битумдарға ұқсас.
Битум ерте кезден бері белгілі инженерлі-құрылыс материалдарының бірі
болып табылады. Оның адгезионды және гидрофобты қасиеттері бұрыннан пайдаға
асып келеді.
Пенетрация – анықталған режимде, жартылай сұйық және қатты өнімге
стандартты пішіндегі дененің ену тереңдігін сипаттайтын көрсеткіш.
Пенетрацияны пенетрометрмен анықтайды, оның өлшем бірлігі ретінде 0,1 мм-ге
иненің ену тереңдігі алынған. Түрлі маркалы жолдық мұнайлы битумдардың
пенетрациясы 25оС температурада, қысым 100Г, 5 с. Ішінде 40-300*0,1 мм-ді
құрайды, ал 0оС-та, қысым 200 Г, 60 сек ішінде ол 13-тен 50*0,1 мм-ге дейін
жетеді. Осындай себептен, температура, қысым және иненің кіру ұзақтығына
байланысты пенетрация мәні де өзгереді. Сондықтан да оны анықтау шарттары
алдын-ала келісіледі. Пенетрация қосымша битумдардың қаттылық дәрежесін де
сипаттайды. Берілген жұмсару температурасында битумның пенетрациясы
неғұрлым жоғары болса және берілген пенетрацияда – битумның жұмсару
температурасы жоғары болса, соғұрлым оның жылутұрақтылығы жоғары болады.
Жоғары жылутұрақтылы битумдарды сәйкесінше шикізаттар, технологиялық әдісі
мен өндіру режимін таңдау арқылы алуға мүмкіндік бар.
Битумның жұмсару температурасы – бұл битумдардың салыстырмалы қатты
жағдайдан сұйыққа ауысу температурасы. Жұмсару температурасын анықтау
методикасы шартты және ғылыми түрде негізделмеген, бірақ тәжірибеде кеңінен
қолданыс тапқан. Сынақ сақина мен шар (КиШ), сондай-ақ кейде Кремер-
Сарнов әдісімен жүргізіледі.
Пенетрация индексі – битумның коллоидты дәрежесін сипаттайтын немесе
оның таза тұтқырлықтан ауытқу жағдайын сипаттайтын көрсеткіш. Пенетрация
индексі бойынша битумдарды үш топқа бөледі.
1) Пенетрация индексі -2-ден төмен битумдар, дисперсті фазасы жоқ немесе
құрамында қатты пептизирленген асфальтендер бар (тастышайырдың пекиі
және крекинг-қалдықты битумдар). Мұндай битумдардың созылмалдылығы өте
аз немесе мүлдем 0-ге тең.
2) Пенетрация индексі -2-ден +2-ге дейінгі битумдар (қалған және
азқышқылданған).
3) Пенетрация индексі +2-ден жоғары битумдар нақты созылмалдылыққа ие
және гелдердің коллоидты қасиеттерімен ерекшелінеді. Бұл жоғары
созылмалы қышқылданған битумдар.
Морттық температурасы – қысқауақытта қысымның әсерінен материалдың
бұзылу температурасы. Фраас бойынша бұл температура – 11 сек ұзақ
күштүскенде битумның майысқақтық модулі барлық битумдар үшін бірдей және
1100 кГсм2 (1,0787-108 нм2) тең. Морттық температурасы жол жабындысында
битумдардың тәртібін сипаттайды: олар неғұрлым төмен болса, жол битумының
сапасы жоғары болады. Қышқылданған битумдар, бірдей пенетрациядағы басқа
битумдарға қарағанда, ең төмен морттық температураға ие.
Жол битумдарының морттық температурасы әдетте 2-ден 30оС-ға дейінгі
шектерде кездеседі.
Битумның созылғыштығы (дуктильность), оны жіптей керіп үзілгенге
дейінгі арақашықты сипаттайды. Бұл көрсеткіш сондай-ақ қосымша битумның
жабысқақтығын да сипаттайды және бұл оның компоненттерінің табиғатына
байланысты. Жолдық мұнайлы битумдар жоғары созылмалдылыққа ие – 40 см-ден
аса. Битумдардың созылмалдылығының жоғарлауы оның сапасының жақсаруына
сәйкес келе бермейді. Созылмалдылық көрсеткіші бойынша жол битумдарының
сапасын тексеруге болмайды, өйткені сынау шарты (5 сммин жылдамдықтағы
созылмалдылығы) жол жабындысында битумдардың жұмыс шартынан ерекшеленеді.
Битумдардың созылмалдылығы 25оС-де максималды мәнге ие, бұл кезде
ньютондық сұйықтық қалпынан құрылымдыққа өтеді. Ньютондық ағымнан битум
неғұрлым ауытқыса, соғұрлым оның 25оС-де созылмалдылығы аз болады, бірақ
0оС-де жеткілікті жоғарлайды. Битум төмен температураларда (0 және 15оС)
жоғары созылмалдылыққа ие болуы қажет.
Битумдардың тұтқырлығы түрлі температураларда оның консистенциясын,
эмпирикалық көрсеткіштеріне қарағанда, яғни пенетрация және жұмсару
температурасымен салыстырғанда толығымен сипаттайды. Оны жеңіл және өте
қысқа мерзімде битумның қолданысы мен өндірісінде түрлі температурада
өлшеуге болады. Битум басқа да бірдей көрсеткіштерде қолданудың максималды
температурасында неғұрлым жоғары тұтқырлыққа ие болғаны абзал және неғұрлым
еңкіш тұтқырлы-температуралы қисыққа ие болуы қажет. 40оС-тан төмен
температурада битум қаттыкүйдегі жүйелерге ұқсас, ал 40-тан 140оС-ге
дейінгі кезде – құрылымды сұйықтыққа, 140оС-ден жоғары температурада –
нақты сұйықтыққа айналады.
Битумдардың тұтқырлығын Энглер, Сейболт және Фурол вискозиметрлерде
шардың құлауы әдісімен анықтайды, Фенск капиллярында, ротационды
вискозиметрде, реовискозиметрде, консистометрде анықталады.
Жол битумдары тұтқыр және сұйыққа бөлінеді.
Тұтқыр битумдарды құрылыста байлауыш материал ретінде және жол
жабындыларын жөндеуде қолданылады.
Сұйық битумдар жол құрылысының маусымын ұзартуға арналған. Оларды
жолдық-мұнайлы битумның тұтқырлығын дистиллятты фракциямен –
сұйылтқыштармен араластырғанда алады. Жабындыны қалағаннан кейін сұйылтулар
біртіндеп буланады.
Реология (ағын, тасқын) заттардың аққыштығы мен деформациясы жайлы
ғылым. Реология қайтымсыз қалдық деформация мен түрлікүйдегі тұтқыр және
пластикалық материалдардың (ньютондық емес сұйықтар, дисперсті жүйе және
т.б.) аққыштығына байланысты процесстерді қарастырады. Битумдардың
реологиясы толық зерттелмеген. Битумдардың реологиялық қасиеттерін зерттеу
барысында анықталған негізгі көрсеткіштеріне тұтқырлық және битумның
деформативті қасиеттері (майысқақтық модулі, деформация модулі) жатады.
Сыртқы деформациялық күштердің әсерінен битумның тәртібі механикалық
қасиеттерінің комплексімен анықталады, оларға тұтқырлық, майысқақтық,
морттық, мықтылық жатады. Реологиялық қасиеттері битумды қыздырған кезде,
қоспаларды дайындағанда және қалағанда ұзақ уақыт қызмет ету кезінде
маңызды өзгеріске ұшырамауы тиіс.
Ерігіштік. Битумдарды анализдеу әдістерінің көпшілігінің негізінде
оның компоненттерінің органикалық еріткіштерде еру ерекшеліктерінде жатыр.
Бұл принцип негізінде алғашқы бөлуді Ричардсон енгізген, битумдардың
бензинде еритіндерін мальтендер және бұл еріткіште ерімейтіндерді
асфальтендер деп бөлген. Әрі қарай Маркусон адсорбция көмегімен
мальтендерді май мен смолаға бөлді. Негізінен бұл әдіс қазіргі уақытқа
дейін сақталған, бірақ оның түрлерінің көп мөлшері пайда болған.
2 Технологиялық бөлім
2.1 Битумның құрамы
Битум дегеніміз – жоғары молекулалы көмірсутектерінен және олардың
гетеротуындыларынан, сонымен бірге оттегі, күкірт, азот және металдардан
(ваннадий, темір, никель, натрий және т.б) тұратын күрделі қоспа. Битумның
Элементтік құрамы шамамен былай болып келеді (салмағы бойынша): көміртегі
80-85; сутегі 8-11.5; оттегі 0,2-4; күкірт 0,5-7; азот 0,2-0,5.
Маркуссон әдісі бойынша битумдардың құрамын майларға, шайырларға,
асфальттерге, асфальтогенді қышқылдарға және олардың ангидридтеріне
бөлеміз. Көбінесе битумдарды асфальттендермен мальтендерге бөледі. Олар
майлар менев шайырлардың мөлшерін көрсетеді.
Майлар битумдардың қаттылығы мен жұмсару температурасын төмендетеді,
олардың ақиқаттығы мен булануын ұлғайтады. Майлардың қарапайым құрамы:
көміртегі 85-88 %; сутегі 8-11.5; күкірт 4,5%-дейін, сондай ақ оттегі мен
азоттың шамалы мөлшері. Майлардың молекулалық салмағы 240-800 (әдетте- 360,
ароматтық дәрежесінің сипаттайтын С:Н (атомдық)) қатынасы әдісте 0,55-0,66
тең. Тығыздығы 1гсм3 кем(103 кг м3).
Битумдар құрамына кіретін май қосылыстарының сипаттамасы мынадай.
Қалыпты және изоқұрылымды 26 және одан да көп көміртегі атомдары бар
пропинді қосылыстардың тығыздығы 0,79-0,82 г см3 (790-820 кгм3),
рефракция коэфициенті 1,44-1,47, молекулалық салмағы 240-600, қайнау
температурасы 350-5200 С, балқу температурасы 53-900С. Нафтенді
құрылыстағылардың құрамы 20 дан 35дейін көміртегі атомдарынан тұрады,
тығыздығы 0,82-087 гсм3(820-870 кгм3), рефракция коэфициенті 1,47-1,49,
молекулалық салмағы 450-650. Ароматты қосылыстар-дың монодан полициклдікке
өткенде алифатты тізбектері қысқарады. Моно тізбекті ароматты қосылыстардың
– битумдардан бөлігін алғандардың рефракция коэффициенті 1,5350-1,059,
молекулалық салмағы 450 –620 : би- тізбектердің рефракция коэффициенті
1,535 - 1,59, молекулалық салмағы 430 – 600, политізбектері сәйкесінше
рефракция коэфициенті 1,59 жоғары, молекулалық салмағы әдетте 420- 670.
Шайырлар әдеттегі температурасындағы қызғылт – күрең түсті қатты
заттар. Олардың тығыздығы 0,99 – 1608 г см3 ( 990 – 1080 кг м3).
Шайырлар битумдардың қаттылығын, майысқыштылығы және созылғыштығын
тасушылар болып табылады. Олар өзара алифатты тізбектері мен біріккен
конденсация дәрежесі жоғары тізбекті және гетеротізбекті құрылымдағы
молекулалы органикалық қосылыстарға жатады. Олардың құрамына көміртегі (79-
87%) мен сутегіден (8,5-9,5%) басқа оттегі (1-10%), күкірт (1-10%), азот (2
% дейін) және металдарды қосқанда (Fe, Ni, V,Cr, Mg, Co жататын болады )
көптеген басқа элементтер кіреді.
Шайырлар молекулаларының көміртегі қаңқасы – алифатты бүйір.
Тізбектері бар бір ыңғай конденсацияланған ароматты сақиналардан тұратын
политізбекті (көп тізбекті) жүйе. Шайырлардан асфальттерге өту әрі қарай
ароматты құрылымдарда олардың конденсациялануының үлесін жоғарылату мен
жүреді, бұл сутегі құрамының төмендеуі мен С: Н қатынасының өсуімен
дәлелденеді. Шайырларды құрайтын қосылыстардағы көміртек атомдарының саны
80-100 дейін жетеді. Асфальттендермен салыстырғанда шайырлардың бүйірлік
алифаттық тізбектерінің саны көп және ұзын С:Н қатынасы (атомдық) әдетте
0,60-0,8. Шайырларды жұмсарту температурасы (КИШ бойынша) 35-900С құрайды.
Асфальттендерден шайырларды бөлу үшін жеңіл қаныққан көмірсутектер С5-
С6 пайдаланылады, оларда шайырлар жақсы ериді, асфальттендер ерімейді.
Майлардан шайырлардан бөлу үшін хромотография әдісін қолданады.
Адсорбентті таңдау, десорбциялаушы сұйықтарды жинақтау мен қолдану
реттілігі қойылған мақсатқа байланысты.
Асфальттендер шайырларды тығыздау өнімі ретінде қарастырылады. Бос
күйінде олар қара немесе күрең түсті қатты балқымайтын сарғыш заттар.
Битумдардың басқа компоненттерінен айырмашылығы олар қалыпты құрылыстағы
қаныққан көмірсутектерді С5-С7, сондай- ақ аралас полярлы еріткіштер-
спирт- эфир қоспаларында және төменгі температурада қайнайтын спирттерде,
мұнай газдарына (мэтан, этан, пропан және басқа) ерімейді, бірақ беттік
керілуі жоғары сұйықтарда 24дин СН (24мнм)-бензол және оның
гомологтарында, күкіртті сутегінде, хлорофорлде және төрт хлорофорлы
көміртегіде жеңіл ериді.
Асфальттендерді мұнайлармен ауыр мұнай қалдықтарынан нетролей
эфирінің 40 еселік көлеміндегі, Н-пентандағы, изопентандағы немесе он
еселік көлемдегі Н-гептандағы мұнай өнімдері ерітінділерінен тұндырып бөліп
алады. Асфальттендерді асфальттар мен шайырлы - асфальтты заттардан бөліп
алу үшін төменгі парафинді көмірсутегілерді С5-С6, нейтролей эфирін немесе
жеңіл бензинді қолданады.
Бөліп алынған асфальттендердің үлесімен құрамы қолданылатын
еріткіш пен тұндыру шарттарына байланысты. Асфальттендердің тығыздығы 1
гсм3 (103 кгм3) жоғарғы қарапайым құрамы (С%): көміртегі 80-84; сутегі
7,5-8,5; күкірт 4,6-8,3; оттегі 6 дейін; азот 0,4-1 .Асфальттендердегі
гетероатомдардың құрамы сол битумнан бөлінген майлар мен шайырлардан
жоғары. Асфальттендердің молекулалық салмағы 1200-2000.
Асфальттендер тіпті кеңістіктік құрылыстар жасауға дейін тізбекті
қосылыстарды тығыздаушы өнім болып табылады. Асфальттендердің тізбектелу
дәрежесі және олардағы ароматты, нафтенді және көп тізбекті сақиналардың
қатынасы, сондай-ақ осы сақиналардың конденсациялану дәрежесі шығу тегі
әртүрлі асфальттендер үшін кең көлемде шектеледі.
Асфальттендердің химиялық құрамы оның күрделілігіне байланысты толық
зерттелмеген. Шайыр және асфальтен молекулаларының негізгі бөліктері
ретінде көп тізбекті құрылымдардың бірнеше түрі ұсынылады.
Асфальтогенді қышқылдар және олардың ангидридтері – қоңырқай сұр
түсті қою шайырлы консистенциялы заттар. Асфальтогенді қышқылдар спиртте
немесе хлороформда оңай бензинде, бензинде қиын ериді; олардың тығыздығы 1
гсм3 жоғары. Асфальтогенді қышқылдар мен олардың ангидридтері битумның
колломдты құрылысын тұрақтандырады.
Карбендер мен карбомидтер мұнай мен оның қалдықтарының жоғары
температурада өңдеген жоғарғы көміртекті өнімдері болып табылады. Карбендер
төрт хлорлы көміртегінде, карбомидтар күкіртті көміртегіде ерімейді.
Битумның құрамы мұнайдың табиғатына, бастапқы шикізат құрамына –
мұнай қалдықтарымен оны өндіру технологиясына байланысты. Ол әртүрлі
мұнайлардан алынған жұмсару температурасы бірдей битумдар үшін әртүрлі.
Айталық, жұмсарту температурасы 490С (Киш бойынша) Лисие кен орынының мұнай
қалдықтарынан алынған битумдардың құрамы 48%, көмірсутегілер 51% майлар мен
1% асфальтендер, ал нагиленгиель мұнай қалдықтарының сәйкесінше 53,32 және
15% яғни асфалтендерден едәуір көп және шайырлардан аз.
Битумдарды алу технологиясы олардың құрамына едәуір әсер етеді.
Мысалы, жұмсару температурасы бір және бірдей, шикізатты колонналық
аппаратта және иректі реакторда үздіксіз тотықтырған битумдардағы шайырмен
құрамы төмен, ал асфальтендермен майлар құрамы сол шикізаттан периодты
кубте тотықтырып алынғандағыдан біршама жоғары, түрлі тәсілдермен алынған
дайын битумдардың компоненттер құрылысы мен қасиеттерінде айырмашылығы бар.
Жол битумының құрамына БНД 5 маркасы – 200300 – ден БНД-4060-ға дейін
және БН 4 маркасы БН-200300-ден БН4060-қа дейін, бөлшектегі алымы мен
бөліміндегі мәндер – берілген марканың пенетрация көрсеткіштерінің өзгеру
шектері.
Кесте 2.1
Тұтқырлы жол битумы
Көрсеткіштердің Битум маркалары Сынау
аталуы әдісі
БНД БНД БНД БНД БНД
200300 130200 90130 6090 4060
1.Иненің кіру ГОСТ
тереңдігі, 11501
0,1мм: 201-300 131-200 91-130 61-90 40-60
250С-да 45 35 28 20 13
00С-да
2.Жұмсарту ГОСТ
температурасы, 11506
0С, төмен емес 35 40 43 47 51
3.Созылғыштық, ГОСТ
см, 11505
250С-да - 70 65 55 45
00С-дан кем емес20 6,0 4,0 3,5 -
Кестенің жалғасы
4.Сынғыштық ГОСТ
температурасы, 11507
00С-дан жоғары -20 -18 -17 -15 -12
емес
5.Тұтану ГОСТ
температурасы, 18180
0С-дан кем емес 220 220 230 320 230
6.Жұмсару ГОСТ
температурасының 11506
қыздырғаннан
кейінгі өзгеруі,7 6 5 5 5
0С-дан жоғары
емес
7.Пенетрация -1,0ден +1,0-ге дейін ГОСТ
индексі 22245-90
8.Суда еритін ГОСТ
қосылыстардың 11510
массалық үлесі, 0,20 0,20 0,30 0,30 0,30
%, жоғары емес
Құрылыс битумының құрамы:
- 3 маркадан: Битум БН-5050; Битум БН-7030 және Битум БН-9010,
мұнда алымы – жұмсару температурасының көрсеткіштері, ал бөлімі –
жалпықұрылыс жұмысы үшін пенетрация көрсеткішінің өзгеру шегінің
орташа мәні.
Кесте 2.2
БН маркалы құрылыс битумдарының сапалық көрсеткіштері
Көрсеткіштердің аталуы
БН 7030 БН 9010
Иненің кіру тереңдігі, 0,1мм:
250С-да 21-40 5-20
00С-да
Жұмсарту температурасы, 0С, төмен емес 70-80 90-105
Созылғыштық, см, 3,0 1,0
250С-да
00С-дан кем емес
Сынғыштық температурасы, 99,50 99,50
00С-дан жоғары емес
Тұтану температурасы, 0,50 0,50
0С-дан кем емес
Жұмсару температурасының қыздырғаннан 240 240
кейінгі өзгеруі, 0С-дан жоғары емес
Суда еритін қосылыстардың массалық үлесі,следы следы
%, жоғары емес
- БНК (битум нефтяной кровельный) маркасы – 45180; БНК-9040 және
БНК 9030, сондай-ақ БНК-45190, мұнда алымы – жұмсару
температурасының көрсеткіші, ал бөлімі – шатыр жұмысы үшін
пенетрация көрсеткішінің өзгеру шегінің орташа мәні.
Кесте 2.3
БНК маркалы құрылыс битумдарының сапалық көрсеткіштер
Көрсеткіштердің аталуы БНК 40180 БНК 45190
Иненің кіру тереңдігі, 0,1мм:
250С-да 160-210 160-220
00С-да
Жұмсарту температурасы, 0С, төмен емес 37-44 40-50
Созылғыштық, см, 99,50 99,50
250С-да
00С-дан кем емес
Жұмсару температурасының қыздырғаннан 0,80 0,80
кейінгі өзгеруі, 0С-дан жоғары емес
Тұтану температурасы, 240 240
0С-дан кем емес
Судың массалық үлесі, көп емес следы следы
Парафиннің массалық үлесі, %, көп емес - 5,0
Пенетрация индексі - 1,0-ден
2,5-ге дейін
Иненің кіру тереңдігі 25 °С, 60 60
қыздырғаннан кейінгі, % алғашқы
ұзындықта,аз емес
- БНИ (битум нефтяной изоляционный) битумдар БНИ-IV-3, БНИ-IV және
БНИ-V маркалы – коррозиядан қорғау мақсатында жерасты
трубажелілерді изоляциялау жұмысы үшін.
Кесте 2.4
БНИ маркалы құрылыс битумдарының сапалық көрсеткіштер
Көрсеткіштердің аталуы
БНИ - IV БНИ -V
Жұмсарту температурасы, 0С, төмен емес 75-85 90-100
Иненің кіру тереңдігі, 0,1мм:
250С-да 25-40 20-40
00С-да 12 9
Тұтану температурасы,
0С-дан кем емес 250 240
Созылғыштық, см,
250С-да, кем емес 3 2
Массаның қыздырғаннан кейінгі өзгеруі,
0С-дан жоғары емес 0,5 0,5
2.2 Битумды алу әдістері
Мұнай зауыттарда ашық түсті өнімдерді (бензин, лигроин, керосин),
майлағыш майларын және мұнай өнімдерінің басқа да түрлерін алу мақсатында,
фракционды айдауға ұшырайды. Мұнай қалдықтарын массасы бойынша неғұрлым
жеңіл фракцияларға сұрыптағанда – гудрон, крекинг – осы қасиеттерімен мұнай
битумдарын алуда шикізат есебінде пайдаланылады. Қазіргі уақытта мұнай
битумдарын мұнайды атмосфера-вакуумды айдау кезінде (қалдық битумдар);
мұнай қалдықтарын тотықтандыру (тотыққан битумдар) және мұнайды айдағанда
(компаундирленген битумдар) түзілетін қалдықтың қойыртпақтануынан алынады.
Өнеркәсіпте битумдарды былайша алады: гудроннан майлы фракцияларды
терең айдаумен (қалдық битумдар); гудрондарды ауа оттегісімен, крекинг-
қалдықтарды немесе майларды селективті тазалағандағы экстрактілермен
тотықтыру арқылы (тотыққан битумдар). Қалдық битумдар – жұмсақ жеңіл еритін
өнімдер, тотыққан – созымтал және термотұрақты. Битумдар, крекинг-
қалдықтарды тотықтырп алынған, көп мөлшерде карбендер мен карбоидтардан
құралған, олар битумдардың біртектілігін бұзады және цементтелу
қасиеттерін нашарлатады.
Битумды бірнеше әдістермен алады, сол себепті битум өндірісінің түрлі
сызбалары қолданылады. Ең көп тараған әдіс – гудронды ауамен үрлеу,
нәтижесінде тотыққан битум алынады. Мұндай битумның кеңінен таралуына,
өндіріс процессіне қатысатын үздіксіз жұмыс жасайтын аппараттардың
үнемділігімен анықталынады. Сондай-ақ битумды (қалдық және сүзілген)
мазутты вакуумды айдау нәтижесінде және гудронды пропанмен деасфальтизация
кезінде алынады. Бұған қоса, әр түрлі процестердің көмегімен алынатын,
битумдарды компаундирлеуді пайдаланады.
Мұнай битумдарын өндіруде вакуумды айдау процессі, тотықтыру және
деасфальтизация қолданады. Вакууммен айдаудың шикізаты болып әдетте мазут
табылады; тотықтыру және деасфальтизация үшін гудрон пайдаланылады. Дайын
битумдардың сапасы бірінші кезекте шикізаттың сапасына байланысты, ал
тотыққан битумдар үшін бұған қоса температураға, тотықтандыру ұзақтығына
және ауаның шығынына да тәуелді болады.
Гудрон (фр. goudron) - қалдық, атмосфералық қысым мен вакуумды
фракцияда, 450-600 оС-де қайнайтын, мұнайдан айдаған кезде пайда болады.
Гудронның шығуы – мұнай массасынан 10-нан 45 %-ға дейін. Гудрон –
тұтқырлы сұйықтық немесе қатты асфальтқа ұқсас қара түсті өнім. Құрамында
парафинді, нафтенді және ароматты көмірсутектер (45-95 %), асфальтендер (3-
17 %), сондай-ақ мұнай шайырлары (2-38 %) бар.
Гудронның элементті құрамы (масса бойынша %-пен ): 85-87 С, 9,3-11,8
Н, 0,2-6,3 S, 0,2-0,7 N, 0,08-1,25 О.
Сонымен бірге, гудронда мұнайда кездесетін барлық металдар
концентрленген; яғни ванадий мөлшері 0,046 %, никель - 0,014 %-ға жетеді.
Мұнайдың табиғатына байланысты гудронның тығыздығы 0,95-тен 1,03
гсм³-ге дейін, еру температурасы 12—55 °C, лап ету температурасы 290—350
°C. Гудронды жол, жамылтқы және құрылыс битумдарын, кокс, майлағыш
майларын, мазут, жанғыш газдар мен мотор жанармайларын өндіруде
пайдаланылады.
Қышқыл гудрон – бұл қалдықтар, яғни күкірт қышқылында концентрленген
кейбір мұнайөнімдерін тазалауда пайда болады; тұтқырлы сұйықтық қара түсті,
15-70 % күкірт қышқылының органикалық заттарынан құралған.
Мұнай битумдарын алудың үш негізгі әдістері белгілі:
- мұнай қалдықтарын су буы, инертті газ қатысында вакуумдық айдау
арқылы алынатын қалдық битумдар. Ауыр мұнайды өңдегенде қалдық битумдарды
атмосфералық айдау арқылы алады.
- 180 – 300 оС температура аралығында мұнай қалдықтарын ауамен
тотықтыру.
- әр-түрлі мұнай қалдықтарын дистиллятпен, тотыққан битумдармен
араластыру.
Соның ішінде битум алу өндірісінде кең қолданылатын қарапайым
әдістердің қатарына мұнай қалдықтарын ауадағы оттегімен тотықтыру процесі
жатады.
Жоғарыда көрсетілген әдістердің көмегімен алынған битумдардың физика –
механикалық көрсеткіштерін жақсарту мақсатында қосындыларды қосу кең
тараған. Жалпы жол құрылыс қоспаларын дайындауда битумның минералдық
материалдармен берік байланысуы маңызды роль атқарады.
Сондықтан да битумның минералдық материалдың беткі қабатымен берік
жанасуын, суға тұрақтылығын және қоспаның ұзақ қызмет көрсетуін қамтамасыз
етуде беттік активті заттардың маңызы жоғары.
Беттік активті заттар ретінде құрамында әртүрлі функционалдық топтары
бар заттарды қолданады. Беттік активті заттар хемосорбциялық қабат құрып,
битумның минералды материалдың беттік қабатында берік байланыс түзуіне
жағдай жасап, сұйықтық пен қатты дене шекарасында берік байланыс түзеді.
Ациламидоаминді октадециламин, төртіншілік аммонилі қосылыстар –
катамин, катапин, май қышқылдарының қатары, аммонилі негіздер беттік
төсеніш дайындауда жақсы қосындылар болып табылады. Беттік активті заттар
қалыпты құрлысты битум алу мақсатында құрылым түзуші процесін басқаруға
ғана мүмкіндік бермейді, сонымен қатар жол құрылыс материалы ретінді
қолдануда қажетті материалды алуға мүмкіндік береді. Сондай ақ олар беттік
төсеніштің суға, суыққа төтеп беру қаблетін арттырады. Мысал ретінде
метилвенилперединнің және метил қышқылының сополимерлерін қарастыруға
болады.
Сондай ақ сапалы көрсеткіштері жоғары битум алуда мұнай қалдықтарының
құрамына асфальтты – шайырлы қосылыстарға бай компоненттерді енгізуге
болады. Мұндай компоненттерге гудрон, асфальт жатады. [4]
Битум алуда қолданылатын процесс типіне, жағдайына қарай мұнай және
мұнай қалдықтарының құрамындағы молекулалық қосылыстар молекулааралық
әрекеттесуге түседі. Процесс қалыпты температурада жүргізілсе тұрақты
жоғары молекулааралық қосылыс түзіледі. Сондықтан мұнай битумдарының
құрамындағы молекулааралық әрекеттесулерді әртүрлі факторлардың көмегімен
реттеу арқылы битумның қасиетін өзгертуге болады. Битум дисперсті жүйе
болғандықтан оның қасиеті дисперстік ортаның құрамымен дисперсті фазаның
құрылымдық элементтерінің мөлшеріне және табиғатына тәуелді. Сондықтан
құрылымдық бірліктерінің мөлшерін, ядро радиусын және тұздық қабатының
қалыңдығын сыртқы факторлар көмегімен, атап айтқанда, қосымша қосынды қосу
немесе құрамында асфальтенді - шайырлы компоненттерді мол шикізатты енгізу
арқылы реттеуге болады.
Мұнай битумдарының минералды қоспалары асфальтты - шайырлы компоненттер
секілді беттік – активтілік қасиет береді.
Битум алу өндірісінде кеңінен қолданылатын тотықтыру процесін көмірді
гидрогендеуден қалған көмірлі мұнай қалдығына қолдану арқылы оның
құрамындағы органикалық бөліктің мөлшерін арттыруға болады. Нәтижесінде
алынатын битумның сапалық көрсеткіштері жоғарылайды.
Тотықтыру процесі тек битум өндірісінде ғана кеңінен қолданылмайды
сонымен қатар, органикалық синтез үшін құнды карбон қышқылын алуда
практикалық маңызы зор. [5]
Битумның физика – механикалық көрсеткіштеріне әсер ететін негізгі
факторлардың бірі – оның тотықтыру температурасы. IV-ші халықаралық мұнай
конгресінде шикізатты битумға тотықтыру жағдайындағы қалыпты температура
250 0С деп қабылданған. Сол кезден бері төмен температурада химиялық
жағынан неғұрлым инертті материал алуда тотықтырудың интенсивті жаңа
технологиялары ашылуда. Мұнай қалдықтарынан сапасы жоғары битум алу үшін
битумның құрылым түзуші элементтерінің асфальтен, шайыр, көмірсутектер
мөлшерін қажетті әдістердің көмегімен арттыру қажет.
2.3 Тотыққан битум өндірісі
Тотыққан битум бөлме температурасында түрлі консистенциялы бола алады.
Яғни жарым сұйықты және қатты ... 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