Производство битумов. 3

Введение

 
Битум был первым продуктом из нефти, которым пользовался человек: уже за 3800 лет до н.э. его применяли как строительный материал. Битумы и асфальты, добываемые в районах нефтяных месторождений, использовали в качестве связывающих, антисептических, противокоррозионных и водонепроницаемых материалов, для строительства зданий и башен, водопроводных и сточных каналов, туннелей, зерно- и водохранилищ, дорог, в судостроении, медицине и мумификации трупов. С развитием нефтяной промышленности возросла переработка асфальто-смолистых нефтей, увеличилось производство и улучшилось качество битумов, которые вытеснили природный асфальт, но добыча последнего продолжается до сих пор.

В настоящее время битум широко применяют в строительстве, промышленности, сельском хозяйстве и реактивной технике, а также для защиты от радиоактивных излучений. Ведущей областью применения битумов являются строительство и ремонт дорог, жилых домов, промышленных предприятий и аэродромов.

В США и западноевропейских странах более 70% битума используется для строительства и ремонта дорожных покрытий. Такое распределение в потреблении битумов объясняется разветвленностью сети дорог США и большой нагрузкой автотранспорта. В России доля потребления битумов в промышленном в гражданском строительстве и в других областях народного хозяйства наибольшая. Доля дорожных покрытий с применением битума составляет 93—95% от всех усовершенствованных покрытий и лишь 3 - 5% падает на покрытия с применением цементо-бетона. Производство нефтяных битумов достигло значительного развития: по сравнению с началом двадцатого тысячелетия оно увеличилось в 40 раз. Обращает на себя внимание тенденция к увеличению мощности и выхода битумов на перерабатываемую нефть. Столь значительный рост производства и потребления битумов, а также повышение требований к их качеству настоятельно требуют более глубокого и всестороннего изучения состава и свойств битумов, влиянии параметров технологического режима, кинетики и гидродинамики процессов и природы сырья на эти показатели.

Битумы. Классификация битумов.

Битумы (от лат. bitumen — горная смола, нефть) — твёрдые или смолоподобные продукты, представляющие собой смесь углеводородов и их азотистых, кислородистых, сернистых и металлосодержащих производных. Битумы нерастворимы в воде, полностью или частично растворимы в бензоле, хлороформе, сероуглероде и др. органических растворителях; плотностью 0,95—1,50 г/см3.

Классификация:

Природные битумы — полезные ископаемые органического происхождения с первичной углеводородной основой. К ним относятся естественные производные нефти, образующиеся при нарушении консервации её залежей в результате химического и биохимического окисления. По составу, зависящему от состава исходных нефтей и условий их преобразования, условно подразделяются на несколько классов: мальты, асфальты, асфальтиты, кериты и антраксолиты. Добычу проводят главным образом карьерным или шахтным способом (Битуминозные пески).

Искусственные (технические) битумы — это остаточные продукты переработки нефти, каменного угля и сланцев. По составу сходны с природными битумами.

Также рассмотри битумы по их назначению:

Дорожный. Качество дорожного битума в основном определяет долговечность дорожных покрытий. Появление трещин на дорожном покрытии означает, что оно на 85% исчерпало срок службы. Установлено, что показатель «температура хрупкости» битума характеризует время до начала интенсивного трещинообразования дорожного полотна, так как его определение показывает наиболее опасное состояние дорожного покрытия при резких перепадах температур в зимнее время. Соотношение физико-химических показателей битумов БНД обеспечивает дорожному покрытию наибольшую сдвигоустойчивость, трещиностойкость, длительную водо- и морозостойкость.

Долговечность дорожного покрытия во многом зависит от марки применённого битума и его качества.

Строительный. Битумы строительных марок БН, применяемые для гидроизоляции фундаментов зданий, отличаются малой пенетрацией и дуктильностью и высокой температурой размягчения (от 37 до 105), т.е. они тугоплавкие и твёрдые.

Кровельный. Примерно такие же показатели качества установлены и для кровельных битумов БНК, но для них нормируется ещё и температура хрупкости. Их используют как пропиточные (для получения толя и рубероида) и для покрытия крыш.

Изоляционный. Изоляционные битумы БНИ применяются для изоляции трубопроводов с целью предотвращения их от коррозии. При малой пенетрации и малой дуктильности они должны быть достаточно тукоплавкими (особенно для аккумуляторных мастик). Кроме того, для мастик нормируется растворимость в толуоле или в хлороформе (не менее 99,5%, т.е. почти полная растворимость).

Хрупкие. Существуют две марки хрупких битумов, которые размягчаются при100–110°С и 125–135°С, имеют мизерную пенетрацию и более жёсткие нормы по растворимости. Они используются в лакокрасочной, шинной и электротехнической промышленности.

Состав и строение битумов.

Битумы относятся к наиболее распространенным органическим вяжущим веществам.

Элементарный состав битумов колеблется в пределах: углерода 70 - 80%, водорода 10 - 15%, серы 2 - 9%, кислорода 1 - 5%, азота 0 - 2%. Эти элементы находятся в битуме в виде углеводородов и их соединений с серой, кислородом и азотом. Химический состав битумов весьма сложен. Так, в них могут находиться предельные углеводороды от С9Н20 до С30Н62. Все многообразные соединения, образующие битум, можно свести в три группы: твердая часть, смолы и масла.Твердая часть битума — это высокомолекулярные углеводороды и их производные с молекулярной массой 1000—5000, плотностью более 1, объединенные общим названием "асфальтены". В асфальтенах содержатся карбены, растворимые только в СCl4, и карбоиды, не растворимые в маслах и летучих растворителях. В состав битумов могут входить также твердые углеводороды — парафины.

Смолы представляют собой аморфные вещества темно-коричневого цвета с молекулярной массой 500—1000, плотностью около 1.

Масляные фракции битумов состоят из различных углеводородов с молекулярной массой 100—500, плотностью менее 1.

По своему строению битум представляет коллоидную систему, в которой диспергированы асфальтены, а дисперсионной средой являются смолы и масла. Асфальтены битума, диспергированные в виде частиц размером 18—20 мкм, являются ядрами, каждое из них окружено оболочкой убывающей плотности — от тяжелых смол к маслам.

Свойства битума, как дисперсной системы, определяются соотношением входящих в него составных частей: масел, смол и асфальтенов. Повышение содержания асфальтенов и смол влечет за собой возрастание твердости, температуры размягчения и хрупкости битума. Наоборот, масла, частично растворяющие смолы, делают битум мягким и легкоплавким. Снижение молекулярной массы масел и смол также повышает пластичность битума.

Парафин, содержащийся в нефтяных битумах, ухудшает их свойства, повышает хрупкость при пониженных температурах. Поэтому стремятся к тому, чтобы содержание парафина в битуме не превышало 5%.

Состав определил практические способы перевода твердых битумов в рабочее состояние:

1. Нагревание до 140—170°С, размягчающее смолы и увеличивающее их растворимость в маслах;
2. Растворение битума в органическом растворителе (зеленое нефтяное масло, лакойль и др.) для придания рабочей консистенции без нагрева (холодные мастики и т. п.);
3. Эмульгирование и получение битумных эмульсий и паст.

Свойства битумов.

Физические свойства битумов

Физические свойства органических и неорганических вяжущих веществ и материалов, изготовляемых на их основе, различны; Для органических веществ в отличие от минеральных характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, способность размягчаться при нагревании вплоть до полного расплавления. Эти свойства обусловили применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве.

Плотность битумов в зависимости от группового состава колеблется в пределах от 0,8 до 1,3 г/см3.

Теплопроводность характерна для аморфных веществ и составляет 0,5—0,6 Вт/(м•°С); теплоемкость — 1,8—1,97 кДж/кг•°С.

Коэффициент объемного теплового расширения при 25°С находится в пределах от 5•10-4 до 8•10-4°С1, причем более вязкие битумы имеют больший коэффициент расширения; при пониженных температурах — около 2•104°С-1.

Устойчивость при нагревании характеризуется:

1. Потерей массы при нагревании пробы битума при 160°С в течение 5 ч (не более 1%).
2. Температурой вспышки (230—240°С — в зависимости от марки).

Водостойкость характеризуется содержанием водорастворимых соединений (в битуме не более 0,2—0,3% по массе).

Электроизоляционные свойства используют при устройстве изоляции электрокабелей.

Поверхностное натяжение битумов при температуре 20—25°С составляет 25—35 эрг/см2. От содержания поверхностно-активных полярных компонентов в органическом вяжущем зависит смачивающая способность вяжущего и его сцепление с каменными материалами (порошкообразными наполнителями, мелким и крупным заполнителем). Прочные хемосорбционные связи битум образует с наполнителем из известняка, доломита с большим количеством адсорбционных центров в виде катионов Са3+ и Ме+2.

Старение — процесс медленного изменения состава и свойств битума, сопровождающийся повышением хрупкости и снижением гидрофобности. Ускоряется под действием солнечного света и кислорода воздуха вследствие возрастания количества твердых хрупких составляющих за счет уменьшения содержания смолистых веществ и масел.

Реологические свойства битума зависят от группового состава и строения. Жидкие битумы, имеющие структуру типа золь, ведут себя как жидкости, течение которых подчиняется закону Ньютона. Твердые битумы, имеющие структуру типа гель, относятся к вязко-упругим материалам, так как при приложении к ним нагрузки одновременно возникает упругая (обратимая) и пластическая (необратимая) составляющие деформации. Для описания процесса деформирования вязко-упругих тел используют реологическую модель Максвелла и др.

Химические свойства битумов

Наиболее важным свойством является химическая стойкость битумов и битумных материалов к действию агрессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов, металлов и других строительных материалов. По данным Н. А. Мощанского, битумные материалы хорошо сопротивляются действию щелочей (с концентрацией до 45%), фосфорной кислоты (до 85%), а также серной (с концентрацией до 50%), соляной (до 25%) и уксусной (до 10%) кислот. Менее стойки битумы в атмосфере, содержащей окислы азота, а также при действии концентрированных растворов кислот (особенно окисляющих). Битум растворяется в органических растворителях. Благодаря своей химической стойкости и экономичности битумные материалы широко применяют для химической защиты железобетонных конструкций, стальных труб и др.

Физико-механические свойства битумов

Марку битума определяют твердостью, температурой размягчения и растяжимостью.

Твердость находят по глубине проникания в битум иглы (в десятых долях миллиметра).

Температуру размягчения определяют на приборе “кольцо и шар”, помещаемом в сосуд с водой; она соответствует той температуре нагреваемой воды, при которой металлический шарик под действием собственной массы проходит через кольцо, заполненное испытуемым битумом.

Растяжимость характеризуется абсолютным удлинением (см) образца битума (“восьмерки”) при температуре 25°С, определяемым на приборе — дуктилометре.

Марку битума выбирают в зависимости от назначения. По назначению различают битумы строительные, кровельные и дорожные.

Строительные битумы применяют для изготовления асфальтовых бетонов и растворов, приклеивающих и изоляционных мастик, покрытия и восстановления рулонных кровель.

Кровельные битумы используют для изготовления кровельных рулонных и гидроизоляционных материалов. Легкоплавким битумом марки БНК 45/180 пропитывают основу (кровельный картон); а тугоплавкие битумы служат для покровного слоя.

Методы производства битумов.

Для производства нефтяных битумов  используют три процесса— отдельно или в сочетаниях: вакуумную перегонку, деасфальтизацию избирательными растворителями и окисление. Сырьем для вакуумной перегонки обычно служит мазут или гудрон, для деасфальтизации и окисления — гудрон. Товарные битумы получают как непосредственный продукт того или иного процесса или компаундированием продуктов разных процессов либо одного и того же процесса.

Вакуумная перегонка.

Основное назначение процесса вакуумной  перегонки мазута — получение дистиллятных фракций для установок каталитического крекинга и производства масел. Остаток достаточно глубокой вакуумной перегонки — битум получается здесь не как целевой, но необходимый продукт. Ввиду значительной суммарной мощности установок вакуумной перегонки наибольшая часть дорожных битумов в ряде стран, в том числе в США, получается именно по этому процессу. В нашей стране использование вакуумной перегонки для получения битумов связывается с углублением переработки нефти: при большем извлечении дистиллятов остаток перегонки будет по консистенции соответствовать некоторым сортам битумов. Если же переработка тяжелых дистиллятов в моторные топлива невозможна, то углубление вакуумной перегонки ради получения остаточных битумов нецелесообразно, так как выделенные дистилляты приходится возвращать в остаточное котельное топливо. 
Вакуумная перегонка применяется  также при подготовке сырья для других процессов производства битумов. 
Основы процесса вакуумной  перегонки. Сырье вакуумной перегонки представляет собой сложную смесь органических и гетероорганических соединений разных гомологических рядов. Такое многообразие составляющих компонентов обуславливает практически непрерывное выкипание сырья при повышении его температуры. Обычным сырьем вакуумной перегонки является остаток атмосферной перегонки нефти — мазут. Его нагревают в печи, подвергают однократному испарению и в виде парожидкостной смеси подают на фракционирование в ректификационную колонну. 
Перегонку в вакууме проводят во избежание разложения сырья из-за воздействия высоких температур. Снижение давления обеспечивает понижение температур кипения всех компонентов мазута. В результате при сравнительно низких температурах процесса перегонки, при которых еще не происходит крекинг, можно отобрать дополнительные количества дистиллятных фракций. Для удобства сопоставления температура кипения этих фракций пересчитывается на атмосферное давление. При вакуумной перегонке сырье целесообразно нагревать до максимально возможной допустимой температуры, чтобы достичь высокой доли отгона. Это уменьшает общий расход тепла и расход тепла в нижнюю часть колонны, где находится термически нестабильный остаток перегонки. 
Для перегонки термически нестабильных веществ применяют также испаряющий агент, в качестве которого обычно используют перегретый водяной пар. С введением в колонну водяного пара снижается парциальное давление углеводородов, а значит, и их температура кипения. Водяной пар подают в низ колонны. При испарении углеводородов здесь, снижается температура жидкой фазы, поэтому эффективность действия водяного пара ограничена. 
Схема и режим процесса вакуумной перегонки. Мазут, нагретый в трубчатой змеевиковой печи, подают в зону испарения вакуумной колонны, а в нижнюю часть колонны и в змеевик печи вводят перегретый водяной пар. Паровое орошение в нижней части колонны создается в результате отпаривающего эффекта водяного пара. Жидкостное орошение в верхней части колонны создается в результате конденсации и рециркуляции части дистиллятов. Выходящая с верха колонны смесь газов и водяных паров поступает в барометрический конденсатор, где за счет конденсации холодной водой водяных паров создается разрежение. Дополнительным оборудованием для создания вакуума являются паровые струйные эжекторы, куда поступают несконденсировавшиеся газы из барометрического конденсатора.   
Важными параметрами работы вакуумной  колонны являются температура и давление. Для повышения эффективности процесса сырье нагревают, как было отмечено, до возможно более высокой температуры. Верхний предел температуры ограничивается опасностью крекинга и зависит от вида перерабатываемой нефти. Обычно температура на выходе из печи не превышает 400°C, а доля отгона составляет 50—70%. За счет тепловых потерь и дополнительного испарения в трансферной линии и зоне питания температура в зоне питания снижается примерно на 25 °С. Давление в зоне питания колонны находится в пределах 4,65—9,30 кПа, а в верхней части — около 2,70 кПа. Вакуум в системе зависит от температуры воды, используемой в конденсаторах (барометрических или поверхностных). В указанных условиях отгоняются дистилляты с температурой кипения до 570 °C. Получающийся при этом битум имеет пенетрацию, зависящую от свойств исходной нефти. 
Для одновременного обеспечения необходимых  показателей качества как дистиллята, так и остатка обычно с тарелок, расположенных над зоной питания колонны, выводят небольшое количество промежуточной фракции. Эту фракцию возвращают в процесс, частично смешивают с остатком или используют в качестве компонента котельного топлива. 
Водяной пар в процессе вакуумной  перегонки не только исполняет роль отпаривающего агента, но и способствует турбулизации потока сырья, нагреваемого в печи. Однако применение водяного пара обусловливает дополнительные затраты на собственно водяной пар, используемый в процессе, и на энергетический водяной пар (для эжекторов), а также на дополнительное количество охлаждающей воды, необходимой для конденсации технологического и энергетического водяного пара, и на топливо, необходимое для перегрева пара. В связи с этим разработан процесс так называемой «сухой» вакуумной перегонки, при которой не используется водяной пар в отличие от традиционной («мокрой») вакуумной перегонки. 
Двухступенчатая вакуумная  перегонка. Для углубления отбора дистиллятов применяется двухступенчатая вакуумная перегонка, причем часто основное назначение второй ступени — получение битумов. В последнем случае вторая ступень может быть запроектирована для переработки только части остатка первой ступени. 
Углубление отбора дистиллятов  при сохранении нужной четкости ректификации достигается при уменьшении числа тарелок между зоной испарения и вакуумсоздающей аппаратурой в каждой колонне. В результате уменьшаются потери давления на тарелках и снижается остаточное давление в зоне испарения. В то же время общее число тарелок в двух колоннах оказывается достаточным для разделения. 
В первой вакуумной колонне вакуум относительно невысокий, в зоне испарения остаточное давление составляет 15—25 кПа. Температура, до которой нагревается мазут в печи первой ступени, также невысока — 385 °С. Остаток перегонки, полученный в первой колонне, — гудрон подвергают дополнительному нагреву до 390—430 °С и направляют на вторую ступень вакуумной перегонки . Во второй вакуумной колонне поддерживается глубокий вакуум. Так, давление в зоне питания (испарения) составляет 7—18 кПа, а наверху — около 8 кПа. В связи с высокими температурами в этой колонне во избежание крекирования остатка осуществляют квенчинг — возврат части охлажденного остатка в низ колонны. Расход водяного пара на первой ступени вакуумной перегонки составляет примерно 2,5 %, а на второй — 3,3% в пересчете на исходный мазут. 
  
На обеих ступенях перегонки  в среднем отбирается одинаковое количество дистиллятов. В целом отбор дистиллятных фракций при использовании двухступенчатой схемы увеличивается по сравнению с одноступенчатой примерно на 2% в пересчете на нефть. Битум при этом получается более твердым.

Деасфальтизация парафинами.

Основное назначение процесса деасфальтизации  гудрона парафинами (чаще пропаном, иногда бутаном или пентаном) —  получение деасфальтизата, являющегося сырьем для производства масел и установок каталитического крекинга и гидрокрекинга. Остаток деасфальтизации в некоторых случаях соответствует требованиям стандарта на битум, а чаще его используют как компонент сырья битумного производства. 
Основы процесса деасфальтизации  парафинами. Деасфальтизацию гудрона сжиженными низкомолекулярными алканами проводят в области температур, близких к критическим температурам алканов (для пропана 97 °С, для н-бутана 152 °С и для н-пентана 197 °С). В этой области повышение температуры приводит к резкому уменьшению плотности и увеличению мольного объема низкомолекулярных алканов, а на плотности мольном объеме высокомолекулярных углеводородов, находящихся в состоянии, далеком от критического, сказывается несущественно. В результате уменьшаются силы притяжения между молекулами легких и тяжелых углеводородов, а те же силы между молекулами тяжелых углеводородов остаются относительно неизменными. Этим объясняется уменьшение растворимости высокомолекулярных органических соединений в низкомолекулярных парафинах при повышении температуры процесса. 
Влияние параметров деасфальтизации  на ее эффективность можно показать на примере широко распространенной деасфальтизации пропаном. 
Растворимость в пропане органических соединений разного строения неодинакова. Наибольшее стремление выделиться из раствора проявляют те компоненты, молекулы которых наиболее сильно взаимодействуют между собой и особенно слабо с молекулами пропана. Практически нерастворимыми являются асфальтены: при достаточном расходе растворителя они выделяются из раствора при любых температурах. Далее растворимость уменьшается в такой последовательности: смолы, полициклические и моноциклические ароматические углеводороды с алкильными боковыми цепями, парафино-нафтеновые углеводороды. Это и используют при проведении процесса деасфальтизации. 
Пропан и гудрон контактируют в  колонне деасфальтизации, в нижней части которой поддерживается температура в пределах 50—65 °С, а в верхней — 75—88 °С. В нижней части колонны   формируется   раствор   асфальта,    содержащий   около 35% (масс.) пропана. С понижением температуры здесь увеличивается выход деасфальтизата за счет улучшения растворимости его в пропане. В верхней части колонны формируется раствор деасфальтизата, содержащий примерно 85% (масс.) пропана. С повышением температуры в этой части колонны улучшается качество деасфальтизата за счет уменьшения растворимости в пропане в первую очередь высокомолекулярных смолообразных компонентов. Температуры верха и низа колонны нельзя регулировать независимо друг от друга: бесконтрольное и одновременное понижение температуры низа и повышение температуры верха приводит к чрезмерно большой циркуляции внутренних потоков и нестабильной работе колонны. 
Выделяющиеся при высоких температурах в верхней части колонны высокомолекулярные соединения (смолы) и полициклические  ароматические углеводороды извлекают из пропанового раствора низкомолекулярные смолы благодаря действию дисперсионных сил. Таким образом, наряду с процессом фракционирования пропаном здесь наблюдается процесс селективной экстракции смолами и полициклическими ароматическими углеводородами. 
В средней части колонны идет процесс коагуляции асфальтенов. В нижней части происходит пептизация асфальтенов смолами с образованием новой коллоидной системы и выделение из дисперсионной среды масляных углеводородов за счет уплотнения коллоидной структуры асфальта. 
На эффективность деасфальтизации  влияет соотношение между количествами пропана и гудрона. При добавлении небольших порций пропана к гудрону происходит их полное смешивание. Дальнейшее добавление пропана приводит к образованию двухфазной системы: раствора углеводородов в пропане и раствора пропана в смолисто-асфальтеновых веществах, С увеличением доли пропана в системе разбавляется пропановый раствор, в результате концентрация растворенных в нем компонентов уменьшается, силы взаимного притяжения углеводородов ослабевают и из раствора выделяются наиболее высокомолекулярные углеводороды. Действие этого фактора проявляется до тех пор, пока оно не перекрывается другим — обычным увеличением количества растворенного вещества при увеличении количества растворителя. Таким образом, существует оптимальное соотношение между пропаном и гудроном, при котором получается и оптимальное качество деасфальтизата. Выход асфальта при этом наибольший, а температура размягчения наименьшая. С повышением температуры деасфальтизации упомянутый оптимум наблюдается при меньших содержаниях пропана. 
Низкомолекулярные растворители —  парафиновые углеводороды, так же как в основном и компоненты гудрона, являются неполярными веществами. Растворимость в этом случае обусловлена действием дисперсионных сил. Поскольку эти силы значительнее у алканов с более длинной цепью, при переходе от пропана к бутану и пентану растворимость компонентов гудрона увеличивается. Получающийся при этом деасфальтизат имеет худшее качество, а асфальт — более концентрированный по смолам и особенно асфальтенам; температура размягчения асфальтов также повышается. 
Эффективность деасфальтизации зависит  от фракционного состава используемого сырья. Так, мазут в отличие от гудрона содержит низкомолекулярные компоненты, хорошо растворимые в пропане. Находясь в пропановом растворе, эти низкомолекулярные компоненты с более длинной цепью и большими силами дисперсионного характера в сравнении с пропаном действуют как промежуточный растворитель. Это повышает растворимость в пропановом растворе более высокомолекулярных, в том числе и нежелательных, компонентов. В результате качество деасфальтизата ухудшается. 
Таким образом, учитывая изложенные выше факторы, можно регулировать процесс деасфальтизации с целью получения нужных результатов.  
Схемы и режимы процессов  деасфальтизации. Наибольшее применение в промышленной практике находят процессы деасфальтизации техническим пропаном и легким бензином, состоящим в основном из н-пентана. 
Пропан и гудрон (при температуре 120—150 °С) подают в колонну деасфальтизации раздельными потоками через горизонтальные трубки — распределители с отверстиями: пропан в нижнюю часть, гудрон в верхнюю. 
 Соотношение объемов пропана и  гудрона составляет (4—8) : 1. Деасфальтизацию проводят при давлении 3,6—4,2 МПа. Собирающийся в верхней части колонны раствор деасфальтизата в пропане нагревается до 75—85 °С в зоне парового подогревателя, отстаивается и выводится из колонны. После снижения давления примерно до 2,4 МПа, осуществляемого посредством редуктора, этот раствор поступает в испаритель. Здесь за счет тепла обогрева (например, паром высокого давления) при температуре около 160 °С испаряется основная часть пропана. Отпаривание оставшегося пропана проводится в следующем аппарате — отпарной колонне. 
Собирающийся при температуре 50—65 °С в нижней части колонны деасфальтизации  раствор пропана в асфальте обрабатывается аналогично раствору деасфальтизата в  пропане, но для обеспечения отпаривания и необходимой вязкости потоков его нагревают в трубчатой печи до более высоких температур — 210—250 °С. Выходящие из отпарных колонн смеси паров воды и пропана промываются водой в скруббере. Работа скруббера в какой-то мере похожа на работу барометрического конденсатора смешения. При нарушениях режима отпаривания и промывки' здесь возможно возникновение вакуума, что связано с опасностью подсоса воздуха и образования взрывоопасной среды. Во избежание падения давления ниже атмосферного предусмотрена подача в скруббер пропана. Потоки пропана из испарителей и скруббера отделяются от увлеченных капелек жидкости в отбойнике, компримируются до давления 2 МПа, охлаждаются и в жидком состоянии возвращаются в процесс. Потери пропана компенсируют подачей свежего. 
Деасфальтизация бензином (начало кипения 22—24 °С, конец кипения 62—65 ?С) принципиально не отличается от деасфальтизации пропаном. Процесс включает те же стадии экстракционного разделения сырья и регенерации растворителя. Отличия в режиме обусловлены различиями свойств растворителей. 
Деасфальтизация бензином    осуществляется     при     давлении 2,0—2,2 МПа и объемном соотношении   бензина к гудрону, равном примерно 3 : 1. Температура верха деас-фальтизационной колонны — 125—150 °С, низа—115—125 °С. Фазы деасфальтизата и асфальта подают в испарители пере-давливанием. Давление в испарителях составляет 0,3—0,5 МПа, температуры низа — около 200 °С. С низа испарителей выводятся потоки деасфальтизата и асфальта, с верха — бензина (узел регенерации бензина на схеме не показан). Для облегчения дальнейшей работы с асфальтом, который в этом варианте деасфальтизации имеет высокую температуру размягчения, его в случае использования в битумном производстве смешивают с гудроном. 
Качество асфальтов, полученных деасфальтизацией гудрона пропаном и н-пентаном, различно. Так, пропановые асфальты менее вязки, чем это требуется для большинства сортов битумов (или их вязкость примерно соответствует требованиям на дорожные битумы), а бензиновые асфальты — более вязки. Поэтому при использовании в качестве компонентов сырья битумного производства асфальты деасфальтизации пропаном рекомендуется окислять воздухом, а асфальты деасфальтизации бензином смешивать с гудроном. 
Двухступенчатая деасфальтизация пропаном. Деасфальтизация гудрона пропаном проводится иногда в две ступени с целью увеличения общего выхода деасфальтизата. Выход асфальта при этом уменьшается, а его температура размягчения повышается. 
Сырьем  колонны первой ступени деасфальтизации является гудрон, второй — асфальтовая фаза из первой колонны. Пропан подается в каждую колонну. Деасфальтизаты выводятся из колонн раздельно и подаются в независимые друг от друга линии регенерации растворителя. 
Температура во второй ступени деасфальтизации поддерживается примерно на 10 °С ниже температуры первой ступени. Это позволяет извлечь из асфальтовой фазы первой ступени дополнительное количество масляных углеводородов. Выход деасфальтизата второй ступени составляет 20—50 % выхода деасфальтизата первой ступени. Температура размягчения асфальта второй ступени на 20—30 °С выше температуры размягчения асфальта первой ступени. 
Меньшей температуре во второй ступени деасфальтизации соответствует и меньшее давление. Поэтому асфальтовая фаза из первой ступени не перекачивается, а передавливается. 
В остальном работа по двухступенчатой схеме деасфальтизации не отличается от работы по одноступенчатой.

Применение нефтяных битумов

Значение битума в производстве дорожных покрытий первостепенно. Такие покрытия обеспечивают прочность, безопасность и в 2-2,5 раза дешевле, чем бетонные. Дорожные одежды состоят из основания (которое придает покрытию прочность, делает его ровным, а также передает давление транспорта на грунт) и дорожного покрытия. Общим для большей части дорожных покрытий является сочетание в них минеральных заполнителей и битума, в которых последний используют в качестве прочной водонепроницаемой связующей среды.

Выбор типа покрытия и способа его строительства определяется местными условиями, характером автотранспорта и интенсивностью движения по данной дороге. Применяют следующие способы строительства дорожных покрытий: поверхностную обработку битумом дороги, грунта, основания; пропитку битумом дороги; покрытие дороги битумом, предварительно смешанным с каменным материалом в асфальтосмесителе; смешение битума с каменным материалом на дороге. В зависимости от температуры обрабатываемой и укладываемой смеси различают горячий и холодный способы строительства дорожных покрытий.

До настоящего времени применяют методы испытаний и оценки свойств битумов, существующие с конца прошлого столетия и уже не удовлетворяющие современным требованиям: они не отражают действительных условий работы битума в дорожных покрытиях, а характеризуют только некоторые его свойства в момент производства. Так, растяжимость является показателем весьма условным; все еще не установлена какая-либо взаимосвязь между растяжимостью битумов и свойствами полученных из них асфальтовых смесей.

Это объясняется тем, что при приготовлении таких смесей битум распределяется тонкой пленкой по поверхности каменного материала, нагретого до 200°C, и свойства его в этих условиях изменяются. Весьма трудно правильно оценить изменение структуры, состав и свойства битума в результате его службы в покрытии.

Результаты зависят от растворителя, применяемого для извлечения битума из смеси. С течением времени пенетрация битума в покрытии снижается с 40-70 до 10-20*0,1 мм и в нем появляются трещины. Предполагают, что одна из основных причин образования трещин в дорожных покрытиях — применение вязкого битума с незначительной первоначальной пенетрацией (30—40). Поэтому даже в южных районах рекомендуется использовать битумы с пенетрацией 90-120*0,1 мм.

Общая тенденция в настоящее время — применение возможно более мягкого битума, чтобы только была обеспечена необходимая температурная стойкость его в жаркую погоду. Битумы с повышенной температурой размягчения при одинаковой пенетрации более теплостойки.

Битумы как водозащитные средства применяют очень давно. Они водонепроницаемы и устойчивы к разрушению при низких температурах, нетоксичны и могут безопасно применяться для покрытия хранилищ питьевой воды и облицовки труб водоснабжения.

Битумы широко применяют в гидротехнических сооружениях, в частности, чтобы предотвратить просачивание воды в водопроницаемые породы и предохранить от оползней берега и каналы. Гидроизоляционный материал получают смешением битума с минеральным наполнителем. Покрытия из такого материала гарантируют долговременную защиту от протекания воды в бассейнах, водохранилищах, плотинах, дамбах, склонах побережий рек, морей, каналов, гаваней, портов. Смесь обладает также достаточной прочностью при действии нагрузок и имеет низкую стоимость по сравнению с другими материалами.

Затраты на гидросооружения с применением битумных материалов быстро окупаются. Битумные смеси используют и при строительстве молов и волноломов. При оседании мола покрытие деформируется, но не растрескивается. Впрыскивание в почву специальных битумных эмульсий.

Битумы широко применяют при производстве кровельного (рубероидного) и водоизоляционного картонов — гидроизоляционных материалов для покрытия крыш, промышленных, гражданских и других сооружений.

Технология производства названных строительных материалов примерно одинакова и может быть проиллюстрирована примером получения рубероида: на тряпичный картон, пропитанный мягким битумом, накладывают слой из окисленного битума с минеральным наполнителем. Картон выпускают рулонами стандартной ширины и листами различных конфигураций. Сборные кровельные покрытия производят в виде кровельного картона из нескольких слоев. На месте потребления такой картон пропитывают и проклеивают расплавленным битумом. Если кровельный картон используют в качестве основы для укладки шифера, его часто упрочняют, подклеивая к нему слой ткани.

Ткани, пропитанные битумом, применяют в системах шахтной вентиляции и для водонепроницаемых покрытий. Бумагу с одно- и двусторонним битумным покрытием и многослойную бумагу, склеенную битумом, и иногда — с тканевой прокладкой, используют для упаковки и в строительстве. Бумагу, пропитанную мягкими битумами, применяют в производстве электрокабелей, для водозащитных покрытий и тепловой изоляции промышленных трубопроводов.

Битумом пропитывают также асбестовые ткани и стеклянный войлок. Битум в виде эмульсии можно вводить в волокно при формовании бумаги. Этот способ успешно используют при производстве тяжелых сортов картона, чтобы придать ему полную водонепроницаемость.

Битумы водо- и газонепроницаемы, хорошо противостоят атмосферной и химической коррозии, поэтому их применяют в качестве противокоррозионных покрытий. На основе битумных вяжущих веществ изготовляют материалы и изделия для защиты металлов от действия кислот и щелочей, кислорода воздуха при температурах 20 - 60°С. Противокоррозионным материалом покрывают металлические конструкции, находящиеся в атмосфере, в воде и в земле, бетонные подземные каналы, в которых смонтированы кислотопроводы, полы в цехе, где возможен разлив серной кислоты, вентиляционные трубы и трубопроводы. Материалы для гидроизоляционных покрытий изготовляют в виде мастик (замазок), растворов и бетонов, гидроизоляционных рулонных и листовых материалов, порошков и лаков.

Мастики по способу применения делятся на горячие и холодные. Их применяют как для основного изоляционного слоя, так и в качестве приклеивающего состава при нанесении рулонных (бриола, гидроизола), стекловолокнистых и других материалов, а также в качестве изоляционного или противокоррозионного материала при строительстве магистральных газопроводов, нефтепроводов и трубопроводов для нефтепродуктов. Для производства мастик пользуются такими сортами окисленных битумов, которые дают прочный защитный покров (не плавящийся при температурах окружающего воздуха, не разрушающийся под действием слоя земли), достаточно эластичных, т. е . не растрескивающихся при ударах во время транспортирования и укладки труб.

К другим областям применения битумов можно отнести: строительство промышленных н гражданских зданий и сооружений; получение заливочных аккумуляторных мастик, электроизоляционных лент и труб, покрытий для изделий радиопромышленности, термопластических формовочных материалов, пластификаторов, кокса, смазок для прокатных станов, специальных покрытий и изделий, коллоидных растворов, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин; брикетирование; защиту от радиоактивных излучений; повышение урожайности; защиту от действия микроорганизмов и др.

В будущем битумы благодаря своим специфическим свойствам — прочности, термопластичности, водонепроницаемости, стойкости к воздействию атмосферных явлений, плохой проводимости тепла, электричества и звука и другим — найдут еще более широкое и разнообразное применение в народном хозяйстве.

Основные марки битума.

Самым популярным материалом при строительстве и ремонте дорог является жидкий битум. Такой вид битума при нормальной температуре находятся в жидко-текучем состоянии. Такое состояние дает возможность использовать его как в подогретом, так и в холодном состоянии.  
 
Жидкие нефтяные дорожные битумы получают путем разжижения вязких битумов жидкими нефтяными продуктами определенного состава с добавлением поверхностно-активных веществ.  
 
Отличительной чертой данного вида битумов является его способность к загустению и приобретению вязкости, которая равна вязкости вязких дорожных битумов. По мере загустения жидкого битума возрастает его прочность.  
 
Очень важными свойствами жидких битумов являются: технологическая вязкость, скорость загустения, а также адгезия, когезия, температура вспышки, погодоустойчивость и др.  
 
В зависимости от скорости формирования структуры различают три класса жидких битумов:  
 
быстрогустеющие (БГ)  
 
среднегустеющие (СГ)  
 
медленногустеющие (МГ)  
 
Каждый класс битумов включает несколько марок, которые отличаются друг от друга вязкостью:  
 
класс БГ – это марки БГ 25/40, БГ 40/70, БГ 70/130  
 
класс СГ – это марки СГ 15/25, СГ 25/40, СГ 40/70, СГ 70/130, СГ 130/200  
 
класс МГ – это марки МГ 25/40, МГ 40/70, МГ 70/130, МГ 130/200  
 
Скорость загустения битума определяется по количеству испарившегося разжижителя. Образец битума выдерживают в термостате при соответствующей температуре или в вакуум-термостате.  
 
Скорость загустения зависит от вида и свойств разжижителя, который был использован при изготовлении жидкого битума, а также от вида и плотности минеральной смеси, климатических условий, а так же расположения слоя в конструкции дорожной одежды.  
 
Следует отметить, что процесс загустения битума проходит более интенсивно в пористых смесях.  
 
Жидкие быстрогустеющие и среднегустеющие битумы применяют при строительстве усовершенствованных дорожных покрытий и оснований.  
 
Медленногустеющие битумы применеются при строительстве дорожных облегченных покрытий и оснований.  
 
Жидкие битумы изготовляются на битумных базах производственных организаций. Жидкие нефтяные дорожные битумы очень чувствительны к высоким температурам. Существуют определенные стандарты температуры нагревания битума ( ГОСТ 119955-74):  
 
- для марок БГ 25/40, БГ 40/70, СГ 25/40, МГ 25/40 – 60-70оС  
 
- для марок БГ 70/130, СГ 40/70, МГ 40/70 – 70-80оС  
 
- для марок СГ 70/130, МГ 70/130 – 80-90оС  
 
- для марок СГ 130/200, МГ 130/200 – 90-100оС

Список использованной литературы

1. Химическая энциклопедия НИ «Большая российская энциклопедия», М., 1988 г.

2. Лившиц М. Л., Пшиялковский Б. И. Лакокрасочные материалы: Справочное пособие.

3.