Тяжелые нефтяные остатки
Значительная доля всей массы отходов нефтеперегонки приходится на так называемые тяжелые нефтяные остатки.
Увеличение глубины переработки нефти с целью получения дополнительного количества светлых фракций по сравнению с потенциалом достигается введением в схему НПЗ вторичных процессов переработки тяжелых нефтяных фракций (термокрекинг, каталитический крекинг, гидрокрекинг и др.).
Основные направления и особенности переработки тяжелых нефтяных остатков
Современный НПЗ представляет собой сложную химико-технологическую систему, замкнутую по потокам массы и энергии.
Помимо установок первичной переработки нефти (атмосферная, вакуумная, атмосферно-вакуумная ) в состав НПЗ входят установки, реализующие процессы вторичной переработки прямогонных нефтепродуктов.
Среди вторичных процессов выделяют:
- 1 группа. Процессы, углубляющие переработку нефти,
- 2 группа. Процессы, обеспечивающие или повышающие качество нефтепродуктов.
К 1 й группе относятся:
- гидрокрекинг, каталитический крекинг, термокрекинг и др, позволяющие за счет деструктивного преобразования тяжелого сырья получать более легкие углеводородные фракции,
- техпроцессы производства нефтебитумов, масел, парафинов и тп, сокращающие выработку топочных мазутов.
2 ю группу составляют:
- процессы изомеризации и каталитического риформинга бензиновых фракций, гидроочистки моторных топлив, процессы алкилирования, производства оксигенатов, гидрооблагораживания термогазойля и котельного топлива и др, определяющие качество товарных продуктов,
- некоторые процессы, например каталитический крекинг или гидрокрекинг, которые наряду с углублением переработки сырья обеспечивают и высокое качество продукции, в данном случае бензина или дизтоплива.
Тяжелые нефтяные остатки
Процессы коксования
Висбрекинг
Процессы гидрогенизационной переработки ТНО
В настоящее время в мировой практике нефтедобычи все более проявляется тенденция утяжеления добываемой нефти и увеличения содержания в них сернистых соединений при снижении потребности в котельном топливе.
Поскольку выбор технологий переработки нефти и вторичного сырья определяется преимущественно требованиями к качеству нефтепродуктов и законодательными актами по охране окружающей среды, все более важную роль в развитии НПЗ играют процессы гидрогенизационной переработки нефтяных остатков и тяжелых газойлей.
Поставленные перед необходимостью облагораживать нефтяные остатки и тяжелые газойли нефтяные мейджоры переходят от технологии термодеструкции на технологию гидропереработки остатков, в особенности на вновь строящихся НПЗ и в регионах, где затруднен сбыт нефтяного кокса.
Наибольшее распространение в мировой практике нашли следующие процессы гидрореформулирования нефтяных остаточных продуктов:
1. Гидроочистки RCD Unionfining (UOP LLC), RDS/VRDS/OCR (Chevron Lummus Global LLC), Hyvahl (Axens). Процессы предназначены для уменьшения содержания серы, азота, асфальтенов, соединений металлов и снижения коксуемости остаточного сырья с целью получения качественного котельного топлива или для дальнейшей переработки на гидрокрекинге, коксовании, каталитическом крекинге.
2. Гидровисбрекинг-акваконверсия (Intevep SA и UOP) Технология позволяет получать водород из воды в условиях висбрекинга за счет ввода в сырье вместе с водой (паром) композиции из 2 х катализаторов на основе неблагородных металлов. В процессе акваконверсии обеспечивается значительно большее снижение вязкости наиболее тяжелых компонентов котельных топлив при более высокой конверсии сырья.
3. Гидрокрекинги (НС)3 (Hydrocarbon Technologies), LC-Fining (Chevron Lummus Global LLC), H-Oil (IFP). Предназначены для каталитического гидрокрекинга и обессеривания остаточного сырья в реакторах со взвешенным катализатором с получением высококачественных дистиллятов и облагороженного малосернистого котельного топлива. Несмотря на очевидные достоинства гидрогенизационной переработки нефтяных остатков, широкое ее внедрение сдерживается сложностью и громоздкостью реакторных устройств, а также сложностью управления технологическим процессом, так как это не способствует его надежности. Кроме того, чрезвычайно велико потребление молекулярного водорода, что обусловливает необходимость параллельного ввода в эксплуатацию дополнительных мощностей по его производству. Это негативно сказывается на экономике процессов и ставит проблему утилизации оксидов углерода.
Газификация нефтяных остатков
Упомянутые проблемы гидрогенизационных процессов сохраняют актуальность термодеструктивных процессов и выводят на передний план такой способ утилизации тяжелого нефтяного сырья, как газификация. Газификация нефтяных остатков — это способ получения синтез-газа, применяемого для производства аммиака, метанола и оксоспиртов. Типичными представителями газификационных технологий являются SGP (Shell Gasification Process), GE (Texaco Gasification Process).
Самые тяжелые остаточные углеводородные фракции с высоким содержанием серы и металлов могут быть превращены в чистый синтез-газ и ценные оксиды металлов. Образующиеся при этом соединения серы могут быть легко выделены обычными способами и превращены в элементарную серу или серную кислоту.
В последнее время газификацию используют также для восполнения дефицита водорода в других процессах нефтепереработки. Кроме того, возможно применение газификации для утилизации остатков деасфальтизации, висбрекинга и тп
Рисунок 1 — Альтернативные схемы переработки тяжелых нефтяных остатков
Проводя анализ существующих способов утилизации остаточных нефтепродуктов, нельзя не упомянуть разработки по использованию гудронов, асфальтитов в качестве связующих, пластификаторов, сырья для получения углеродных адсорбентов, ионитов и каталитических систем на их основе.
Экономически более выгодной на сегодняшний день считается переработка тяжелых нефтяных остатков с максимальным возвратом получаемых продуктов в производство моторных топлив и масел.
В настоящее время в мировой нефтепереработке нет недостатка в технических решениях по переработке тяжелых высокосернистых нефтяных остатков, однако большинство из этих решений требует значительных капитальных вложений.
Поэтому усилия многих исследователей сегодня направлены на поиск методов, позволяющих повысить эффективность процессов, уже находящихся в широкой эксплуатации, таких как коксование и висбрекинг.
Для интенсификации процессов термодеструкции нефтяное сырье подвергают активации, используя арсенал физических и химических методов.
Так, использование различных химических добавок позволяет учитывать особенности сырья с точки зрения межмолекулярных взаимодействий и тем самым влиять на скорость и направленность химических превращений в системе.
Наряду с развитием гидрогенизационных способов переработки тяжелых нефтяных остатков в современной нефтепереработке сохраняют актуальность и термодеструктивные процессы: термокрекинг, висбрекинг, коксование.
Использование в таких процессах добавок химических соединений, выполняющих функции окислителей/восстановителей, инициаторов/ингибиторов свободно-радикальных процессов, компенсаторов парамагнитных центров, регуляторов фазовых переходов в дисперсной системе и тп, позволяет оказывать существенное влияние на режим и результаты термодеструктивной переработки нефтяного сырья, приводя к увеличению выхода светлых дистиллятов и вакуумных газойлей и снижению коксообразования.
При этом для внедрения удачных промотирующих композиций в промышленность не требуется существенного изменения технологической схемы и конструкции оборудования. Поэтому исследования, направленные на разработку эффективных способов химической активации процессов переработки тяжелых нефтяных остатков, являются весьма перспективными.
Источник
Все о дорожном битуме
В строительстве, кроме цемента, песка и щебня, широкое применение нашёл и битум. Он имеет хорошие значения водонепроницаемости и проникновения в сыпучие стройматериалы, включая просачивание в стройсмеси. Его применение – дорожное и частное строительство.
Что это такое?
Под битумом подразумевают плотное и вязкое вещество, напоминающее по своей консистенции смолу. Его транспортируют в виде кусков разных размеров – перед применением эти фрагменты растапливают, пока он не перейдёт в жидкое состояние. Данный материал, помимо асфальтовой и асфальтобетонной смеси, нашёл применение в качестве гидроизолирующей прослойки, например, между бетонным полом (фундаментом) и первым рядом кирпича стены.
Несмотря на однородность и кажущуюся простоту, битумный стройматериал обладает сложным составом. В норме это углеводородные соединения, в которых могут быть растворены азот, металлоприсадки и кислород. Но этим состав вещества не заканчивается: в нём наличествуют гетероорганика. Состав битума достаточно разнообразен, чтобы не сразу назвать все включения, присутствующие в нём.
Из чего делают?
Искусственный битум производится на основе гудрона – остаточного материала после крекинга (расщепления) нефти. Гудрон, который представляет собой нефтяной остаток после выделения газов, жидкостей разной степени густоты, являющихся таковыми при комнатной температуре, подвергают одной из трёх процедур.
- Осаждение тяжёлых фракций нефтяных остатков с использованием пониженного давления (вакуума). Полученный состав обладает достаточной легкоплавкостью и мягкостью. Сырьём для производства «вакуумного» битума является нефть с повышенным содержанием серы и смолы.
- Гудрон окисляют, разогрев его до температуры порядка 200 градусов и продувая воздухом. При продувании разогретого гудрона чистым кислородом выходит относительно термостабильный стройматериал.
- Применение дистиллятов при смешанном составе гудрона. Последний может содержать в разных пропорциях окисленный и остаточный гудрон.
Полученный битум классифицируется по определённым признакам. Он поставляется в виде брикетов, которые допустимо укладывать в штабели – при невысоких температурах хранения.
Характеристика разновидностей
При уточнении вида или разновидности битума учитывают следующие характеристики.
- Плотность, или удельный вес битума, – 950-1500 кг/м3. Куб битума не должен весить больше максимальной отметки – в противном случае стоит заподозрить наличие в нём камней и иного мусора. Не всякий битум легче воды. Объёмный вес – масса одного кубометра – определяется конкретной маркой данного стройматериала.
- Температура плавления битума зависит от марки. Данный параметр позволяет оценить, при какой температуре битум становится жидким настолько, что он льётся, подобно сиропу. Но, охладив расплавленный битум любой марки до температуры ниже 80 градусов, вы гарантированно получите среду с густотой деревенской сметаны, которую вылить уже невозможно.
Каждая разновидность и марка битума определяет его конкретную область применения. Например, битум, применяемый для изготовления толя (рубероида), использовать для дорожного строительства затруднительно – асфальт на морозе может быстро растрескаться, а на жаре – размягчиться и сместиться, искривив дорожное покрытие, сбив на его поверхности волны.
Такая дорога подлежит срочному ремонту.
Природный
Натуральный битумный состав – горючие полезные ископаемые. Конкретно – природные реагенты, входящие в них. Природный битум – продукт переработки нефти силами природы. Он формируется, когда месторождение подверглось конкретным изменениям, к примеру, в процессе окисления при вступлении в реакции с окружающими их минералами либо в естественный резервуар, где находилась нефть, проникли бактерии-экстремофилы, способные изменить состав нефтефракций.
Для доступа к натуральному битуму сооружают шахты или карьеры.
Натуральный битум – асфальт естественного происхождения, озокерит, мальт – производные, источником которых являются горючие полезные ископаемые.
Асфальтовый порошок
Он образуется среди горных пород, похож на известняк. При переработке асфальтопорошка нужные реагенты извлекаются при температуре, отличной от комнатной.
Искусственный
Нефтяной, или искусственный битум, образуется лишь при перегонке нефти. Используются процессы крекинга, отложения (осаждения) и окисления тяжёлых фракций нефти, по сути, образующих мазут (гудрон).
Гудронный
Фракции битума – по процентной составляющей – вычисляются при химическом анализе мазута, оставшегося после испарения газов и жидкостей, входящих в состав нефти. Гудронный битумный состав – важная составляющая тёплого и горячего асфальтов, без которых не осуществить прокладку (или ремонт) дорог. Из гудронного битума получают прочие разновидности битумного стройматериала.
Другие
Например, холодный состав, содержащий дополнительные полимерные включения, в своём составе имеет резиновую крошку, пластмассы, улучшающие его свойства, углеродно-органические растворители. Подплавленный, размягчённый кусок битума, используемого для асфальта или при производстве толя, разводят уайт-спиритом. Образуется битумная краска, создающая лучший, чем, к примеру, масляная, эффект гидроизоляции стен. Но одним уайт-спиритом присадки в холодный битум не ограничиваются.
Битум, отслуживший свой срок, осыпается, и его перерабатывают, получая из него летучие углеводородные соединения, либо загружают вместе с дровами в пиролизную печь.
В последнем случае удаётся получить много жара, находящего своё применение, к примеру, в ТЭЦах и котельных.
Марки
БНД 40/60
Один из самых легкоплавких. Размягчается при 40-градусной температуре. Применение его ограничено тем, что в южных регионах России, даже при облачной, но жаркой погоде, он близок к размягчению. Используется преимущественно в северных широтах, где лето почти никогда не бывает жарким.
Морозоустойчив, может сохранять свои свойства зимой, почти не подвержен разбитию на куски и осколки.
БНД 50/50
Состав, который размягчается лишь при температуре 50 градусов. Это не является завышением требований ГОСТ. Фактически он способен нагреться – в составе асфальта – в летний зной. Великолепно прилипает – это свойство идёт в пользу ямочного ремонта дорог, на полную перепрокладку которых средства из местного или федбюджета ещё не выделены в полном объёме.
При установке куска на ровной поверхности данное вещество растекается в ровную лужу. Это даёт возможность получить ровный, без нежелательных изменений слой.
БНД 70/100
Для размягчения эта марка битума должна нагреться до 72 градусов. Отличается высоким прилипанием. Применяется для выпуска рубероида. Возможно применение состава в качестве нижнего или верхнего слоя асфальта – им, к примеру, поливают старый асфальт перед укладкой нового, если дорогу требуется поднять на 10 и более сантиметров. Разбитие асфальта даёт фрагменты, не поднимающие пыль с дороги при их извлечении.
Данная марка благодаря повышенной температуре размягчения имеет предрасположенность к формированию трещин в асфальте, и на морозе такое твёрдое покрытие растрескивается быстрее.
БНД-90/130
Нагревается до 90 градусов, что относит его к реагентам для горячего асфальта. Разбитие асфальта с таким битумом усложнено, но при действии кувалды или отбойника покрытие дороги рассыпается на осколки.
В чистом виде разбитый состав данной марки обладает блестящими, глянцевыми сколами.
Сферы применения
Пластичность, хорошая прилипаемость, нечувствительность к замерзанию – здесь битум незаменим для гидроизоляции дорог (и в дорожном строительстве в целом), зданий, строений и сооружений. Битумные стройматериалы трудно повредить.
БНД – битум нефтяной дорожный – самый дешёвый материал. Битумная кровля и гидроизоляция стен и фундамента – отличный способ защитить постройку от сырости (мокрого грунта и осадков). Вышеупомянутый толь, а также гидростеклоизол – тому примеры. Мастики, содержащие битум, выпускаются на базе битумно-каучуковой смеси, латекса, уретана, акрила – они применяются в качестве гидроизолирующего кровельного слоя. С ними протечка в крыше и перекрытиях полностью исключена.
Если обратиться к памятникам истории и строениям, найденным при раскопках, то уже в древние времена битум применяли при постройке зданий и строений различного назначения.
Правила использования
Работа с битумом требует соблюдения определённой стадийности работ – прогревание, добавка присадок и тщательное перемешивание. После исчерпывающей подготовки полученный состав наносят на поверхность, нуждающуюся в таком покрытии.
Нагревание осуществляется в битумоплавильных установках. Простейший вариант – растапливание битума в бочках на огне. Рекомендуется после размягчения начать перемешивать битум, чтобы он не выгорал и не разлагался. Шипение и вспенивание состава при его нагреве – естественное проявление свойств битума. Полностью расплавленный битум обладает гладкой и блестящей поверхностью, зеркально отражающей падающий на него свет.
Появление едкого задымления воздуха – признак начавшегося разложения битумного состава, при этом дым становится едким, с жёлто-зеленой палитрой. Для гидроизолирующих слоёв битум перегревать недопустимо – после остывания, ввиду начавшегося разложения, он потрескается. При нагревании необходимо держать в шаговой доступности лист фанеры – если битум загорится, накрывание горловины бака приведёт к перекрытию доступа кислорода, и пламя тут же погаснет.
Добавляя растворитель, выберите бензин или уайт-спирит. Если битум перегрели до температуры выше 160 градусов, можно применить керосин. Чем тяжелее и гуще фракция, тем в более перегретый битум можно её добавлять, не опасаясь, что она выпарится раньше времени, не успев разжижить состав.
Битума должно быть больше, чем растворителя: 30 или 50 процентов растворяющей добавки. Разогревают битум с растворителем по отдельности – это исключит самовоспламенение.
При большом объёме битумной смеси растворитель вливается в битум. При малом – по-другому.
Процесс розлива вяжущих составов – битумосодержащих смесей – учитывает скорость затвердевания стройматериала. Перенося битум на покрываемую поверхность, мастер столкнётся с тем, что его слой загустевает и сохнет через 2 минуты, и дальнейшее выравнивание стены или перекрытия станет невозможным. Предварительно поверхность обрабатывается при помощи битумного праймера. Последний застывает существенно дольше, чем основной битумный состав, а значит, допустимо использование кисти или валика. При нанесении толстого слоя битума применяют, например, швабру, крепко обмотанную тканью.
Норма расхода битума варьируется исходя из характера работ. Для гидроизоляции – максимум 2 кг на 1м2. Толщина покрытия – не более 2 мм. Тонкий слой пропускает воду, толстый – быстрее трескается. Для дорог и тротуаров – до 3 кг/м2. Если перелить – битум застывает дольше, а на жаре станет вязким. Меньший слой не даст хорошей прочности. Пропитывание асфальта (или асфальтобетона) может потребовать до 1 кг на 1 м2.
О том, как происходит укладка асфальта, вы можете посмотреть в видео ниже.
Источник