Использование тяжелых нефтяных остатков в качестве сырья вторичных процессов с целью снижения выработки жидкого котельного топлива является одной из главных задач нефтеперерабатывающих предприятий на сегодняшний день. Необходимость производства продукции из тяжелых нефтяных остатков, в частности, нефтяных битумов, обосновывается постоянно возрастающими темпами их применения в различных отраслях строительства. Еще несколько лет назад мировые мощности по производству нефтяных битумов достигли отметки более 110 млн. тонн в год [3], а сейчас, из-за прогрессивного строительства новых городов, освоения новых территорий и необходимости их сообщения между собой путем прокладки дорожного полотна, эта цифра заметно возросла.
По данным на 2013 год, лидером мирового производства нефтяных битумов является США, а Российская Федерация занимает второе место, на которую приходится 12,6 % мировых мощностей. Несмотря на это, за границей задействованы от 90 до 96 % всех возможных производственных мощностей непосредственно на выпуск битумной продукции, а для российских реалий эта цифра составляет около 50 % [2,3].
С позиции применения, битумы принято классифицировать на: дорожные, строительные, кровельные, специальные и изоляционные [3]. В России, подавляющая доля выработки приходится на дорожный битум. Объем его производства составляет около 75 % от всей производимой битумной продукции. Остальные 25 % приходятся, в основном, на битумы кровельного и строительного типа. Самой распространенной битумной продукцией являются различные битумы дорожных марок, битумные эмульсии, разжиженные битумы, битумные кровельные материалы, битумный клей, пластификаторы на основе битумов для резин и многое другое.
Нормы и стандарты на битумную продукцию, на протяжении многих лет, претерпевали значительные изменения. Сейчас известно уже четыре поколения стандартов на битумы. С точки зрения новизны и современных требований наиболее интересны битумы четвертого поколения – это композиционные битумные материалы или полимерно-битумно вяжущие (ПБВ), модифицированные специальными полимерами. Модификаторы способны нивелировать недостатки, характерные для стандартных битумов, и дают возможность регулировать их свойства. Такие материалы, на сегодняшний день, являются наиболее перспективными с точки зрения потребителей из-за своих уникальных эксплуатационных показателей, каких как: температурная трещиностойкость, высокая коррозионная стойкость, теплостойкость, сдвигоустойчивость, долговременная прочность и др. [1]. Наиболее распространенными полимерными модификаторами для битумов являются: стирол-бутадиен-стирольный каучук (СБС), атактический полипропилен (АПП), этиленвинилацетат (EVA), полибутадиен, компаунды на основе сернистых соединений и др. [3]. Соответственно, актуально на сегодня модернизировать действующие битумные установки с возможностью выпуска битумных материалов повышенного качества.
Современные нефтеперерабатывающие предприятия Российской Федерации, в большинстве случаев, работают по топливно-масляному профилю, то есть делают своей основной задачей выпуск высококачественных товарных светлых нефтепродуктов и минеральных масел, что создает некоторые трудности для битумного производства из-за снижения качества основного сырья получения битумов – гудрона. Этот факт обуславливает постоянный поиск новых способов улучшения качества выпускаемой продукции путем искусственного улучшения качества сырья, модернизации аппаратурного оформления действующей технологии производства, модификации свойств уже полученного продукта и многое другое.
Существует несколько способов получения нефтяных битумов. В мировой практике самым распространенным является процесс окисления тяжелых нефтяных остатков кислородом воздуха при повышенных температурах [4]. На данный момент, большинство установок по производству окисленных битумов типа 19/3 на российских нефтеперерабатывающих заводах являются морально устаревшими и приняты в эксплуатацию в 50-60-х годах прошлого столетия. 29 декабря 2015 года Евразийской экономической комиссией был введен новый стандарт битумов ГОСТ 33133-2014. Этот стандарт вступил в действие с 1 сентября 2016 года. Производство битумов по этому ГОСТу является, на сегодняшний день, хотя и необязательным, но в случае выбора потребителем, среди различных поставщиков преимущество получает продукция лучшего качества и соответствующая стандарту. При организации тендеров на поставки битумов таких крупнейших потребителей, как «Росавтодор» и «Автодор», соответствие новейшему ГОСТу может стать основным условием. На сегодняшний день, не весь производимый на отечественных предприятиях битум удовлетворяет ГОСТ 33133-2014. Требуется дополнительная модернизация существующих технологий производства битумов, в соответствии с современными стандартами качества. Чтобы дать оценку возможных направлений модернизации современных производств битума и предложить варианты улучшения технико-технологических показателей этого производства, необходимо оценить опыт работы действующих установок производства битума и провести анализ научно-технической литературы.
Одной из основных проблем, возникающих на установках производства битума, является невысокая производительность от 200 до 500 тыс. т/год. Повышение производительности ограничивается работой, в том числе, радиантно-конвекционной трубчатой печи, служащей для подогрева сырьевой смеси перед подачей в колонну на окисление, а также используемой для утилизации газов окисления. Эксплуатируемые на производстве печи, чаще всего шатрового типа, являются устаревшими и уже выводятся из эксплуатации на многих предприятиях. В большинстве случаев, сырьевые насосы еще имеют запас производительности, однако расход сырья держится на максимально возможном уровне именно из-за ограничения нагрузки на печь. Это объясняется тем, что при повышении расхода сырья будет наблюдаться неполная утилизация газов окисления, что недопустимо согласно экологическим стандартам производства. На производствах данного типа содержание кислорода в газах окисления составляет около 7-8% (об.), что является предельно допустимым показателем согласно действующим технологическим нормам. На некоторых предприятиях предпринимают определенные меры по снижению содержания кислорода в отходящих газах. Например, на АО «Сызранский НПЗ», используют дополнительную циклонную печь для сжигания газов окисления, с целью повышения пожаробезопасности производства и сокращения сброса побочного продукта - черного соляра в промышленную канализацию.
Проблема высокого энергопотребления, по сравнению с действующей производительностью также является одной из самых значимых для данного типа производств. Выше упомянутые шатровые печи потребляют большое количество жидкого топлива на прогрев сырьевой смеси, а при условии их низкого КПД эта проблема особо актуальна, вследствие чего на производствах постоянно ведутся работы, направленные на снижение потребления топлива, одновременно, не допуская вероятности потерь в производительности. Также имеет место высокий расход греющего пара на прогрев продуктово-сырьевых трубопроводов и емкостей из-за особенности застывания в них битумных смесей. Особенно эта проблема актуальна в зимний период эксплуатации.
В большинстве случаев, установки типа 19/3 практически не оснащены современными электронными системами автоматизации, а также, в некоторых случаях, при их эксплуатации, имеет место и наличие ручного труда, из чего следует необходимость в дальнейшей реконструкции и перевода на полностью автоматизированный режим работы.
Одной из самых главных проблем производства битума в России, возникающих сегодня, является неприспособленность таких установок к выпуску композиционных битумных смесей, модифицированных полимерами. Производство битума высокого качества, с применением полимерных модификаторов реализовано лишь на нескольких отечественных предприятиях, таких как ООО «ЛУКОЙЛ – Пермнефтеоргсинтез» или АО «Газпромнефть - Московский НПЗ», что лишь подтверждает необходимость принятия решительных мер по реконструкции существующих битумных производств с целью выхода на новый качественный уровень битумной продукции.
Опираясь на опыт модернизации установок по производству битума, а также учитывая исследовательский опыт, представленный в научно-технической литературе можно предложить несколько путей улучшения технико-технологических показателей процесса окисления нефтяных остатков. Новые конструкции реакционных аппаратов, либо устройств-диспергаторов сжатого воздуха, подаваемого на окисление, позволяют решать проблему интенсификации процесса окисления. В работе [5] представлен пример реконструкции колонны окисления путем установки струйной аппаратуры – инжекционной системы подачи воздуха и сырья, что привело к повышению эффективности работы аппарата.
Не стоит пренебрегать исследованиями, направленными на расширение сырьевой базы производства битума и способы улучшения качества этой базы. Примером этому может служить вовлечение в процесс окисления асфальтов деасфальтизации гудрона или экстрактов селективной очистки, либо получение низкопарафинистого гудрона при глубоковакуумной перегонке, и обогащение его ароматическими соединениями, что, в дальнейшем, благоприятно влияет на постоянство углеводородного состава сырьевой смеси, способствует поддержанию благоприятного технологического режима и, как следствие, получению битумов высокого качества.
Все эти предложения способствуют улучшению технико-технологических показателей процесса окисления, а именно снижению содержание кислорода в отходящих газах, то есть увеличению степени конверсии протекающих химических превращений, снижению температуры процесса или расхода воздуха на окисление. Остается лишь проблема применимости, какого либо, технологического решения, непосредственно, к конкретной технологической установке, а также обоснование его экономической рентабельности.
Таким образом можно сделать вывод о том, что действующие типовые установки 19/3 по производству окисленных битумов обладают потенциалом к модернизации и, как следствие, улучшению технико-технологических показателей. Однако, чтобы соответствовать современным тенденциям на рынке битумных материалов, необходима полная реконструкция всех производственных мощностей, тем более что в нашей стране уже существуют промышленные аналоги таких производств.
Библиографическая ссылка
Максимов М.В., Анищенко О.В. ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА БИТУМА ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА И СПОСОБЫ ИХ РЕШЕНИЯ // Международный студенческий научный вестник. – 2018. – № 2. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=18137 (дата обращения: 19.04.2024).