Помощь студентам в учебе
ПОВЫШЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИТУМОВ ЗА СЧЁТ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1 СОСТАВ, СВОЙСТВА И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМОВ 5
1.1 Состав и свойства нефтяных остатков и битумов 5
1.2 Способы получения нефтяных битумов 8
1.3 Каталитическое окисление битумов 14
Выводы 16
2 ПОЛУЧЕНИЕ НЕФТЯНЫХ БИТУМОВ ИЗ ПАРАФИНИСТЫХ
НЕФТЕЙ 18
2.1 Технологический процесс получения битумов из парафинистых нефтей 18
2.2. Определение влияния параметров расхода воздуха на
технологический процесс окисления 25
2.3. Определение влияния температурных параметров на процесс
окисления битумов 33
Выводы 39
3 ВЫБОР ДОБАВОК ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ПРОИЗВОДСТВА БИТУМА 40
3.1. Исследование влияния количества серы на процесс окисления
битумов 41
3.2. Исследование влияния количественных параметров
азотсодержащей добавки на процесс окисления битумов 53
3.3. Разработка технологического процесса получения битумов из
парафинистого сырья 61
Выводы 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 67
1 СОСТАВ, СВОЙСТВА И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМОВ 5
1.1 Состав и свойства нефтяных остатков и битумов 5
1.2 Способы получения нефтяных битумов 8
1.3 Каталитическое окисление битумов 14
Выводы 16
2 ПОЛУЧЕНИЕ НЕФТЯНЫХ БИТУМОВ ИЗ ПАРАФИНИСТЫХ
НЕФТЕЙ 18
2.1 Технологический процесс получения битумов из парафинистых нефтей 18
2.2. Определение влияния параметров расхода воздуха на
технологический процесс окисления 25
2.3. Определение влияния температурных параметров на процесс
окисления битумов 33
Выводы 39
3 ВЫБОР ДОБАВОК ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ПРОИЗВОДСТВА БИТУМА 40
3.1. Исследование влияния количества серы на процесс окисления
битумов 41
3.2. Исследование влияния количественных параметров
азотсодержащей добавки на процесс окисления битумов 53
3.3. Разработка технологического процесса получения битумов из
парафинистого сырья 61
Выводы 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 67
Нефтяные битумы - один из многотонажных нефтепродуктов, и в то же
время один из дефицитных. Общая потребность в битумах удовлетворяется на
80%, потребность в дорожных битумах - лишь на 60% [1]. На состояние и развитие битумного производства в России существенное влияние оказывает низкое качество сырья, содержащее парафиновые углеводороды, обуславливающие
снижение пластичности, долговечности и других важнейших эксплуатационных
характеристик товарных битумов [2].
Проблемы, связанные с совершенствованием существующих технологий
переработки тяжелого нефтяного сырья и созданием новых процессов и оптимизацией параметров технологических процессов не теряют своей актуальности.
Все возрастающая потребность в нефтяных дорожных битумах обусловила поиск новых технологий и оптимальных технологических параметров процессов и установок по производству битумов, позволяющих расширить сырьевую базу для производства битумов за счет использования парафинистых и высокопарафинистых нефтяных остатков [3].
Основным способом переработки остаточных дистиллятов нефти с целью
получения битумов в России является окисление кислородом воздуха, сущность
которого состоит в повышении вязкости нефтепродукта за счет протекания при
высоких температурах (220-300°С) реакций декарбоксилирования, дегидрирования, поликонденсации и др.
Совершенствование конструкции окислительных аппаратов [4] и оптимизация процесса окисления [6], использование волновых [7], физикомеханических воздействий [8] - неединственный путь интенсификации прозводства битумов. Улучшение технико-экономических показателей производства товарных битумов возможно за счет модификация свойств уже готовых битумов, получение стабильного низкопарафинистого сырья, а также за счет расширения сырьевой базы битумного производства с использованием новейших
технологий [8].4
Неуклонно повышающиеся требования к качеству и эксплуатационным
характеристикам материалов на основе битума часто не могут удовлетворить
требований рынка. Во многих странах для улучшения таких свойств как пластичность битумов в широком интервале температур, стойкость к агрессивным
средам, реже эластичности, используется прием модификации битумов полимерными синтетическими материалами или отходами их производства [9]. Однако, при этом стоимость модифицированных битумов повышается более чем в
2 раза по сравнению с обычными битумами.
Для улучшения адгезионных свойств битумов, увеличения температурного интервала его работоспособности еще с конца прошлого столетия использовался прием добавления присадок - азот-, серо-содержащих веществ, элементной серы и др. [10].
Целью данной выпускной квалификационной работы является исследование и оптимизация технологических параметров при эксплуатации установок
по производству битумов с учетом факторов, влияющих на эффективность рассматриваемого процесса и характеристик сырья.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Исследовать влияние параметров процесса на качество нефтяных
битумы дорожных марок;
2. Изучить влияния серы и азотсодержащей добавки на ускорение
процесса окисления остаточных компонентов нефти;
3. Оценить влияние азотсодержащей добавки на качество битумов из
высокопарафинистых нефтей;
4. Разработать и исследовать технологический процесс производства
битумов с учетом полученных результат
время один из дефицитных. Общая потребность в битумах удовлетворяется на
80%, потребность в дорожных битумах - лишь на 60% [1]. На состояние и развитие битумного производства в России существенное влияние оказывает низкое качество сырья, содержащее парафиновые углеводороды, обуславливающие
снижение пластичности, долговечности и других важнейших эксплуатационных
характеристик товарных битумов [2].
Проблемы, связанные с совершенствованием существующих технологий
переработки тяжелого нефтяного сырья и созданием новых процессов и оптимизацией параметров технологических процессов не теряют своей актуальности.
Все возрастающая потребность в нефтяных дорожных битумах обусловила поиск новых технологий и оптимальных технологических параметров процессов и установок по производству битумов, позволяющих расширить сырьевую базу для производства битумов за счет использования парафинистых и высокопарафинистых нефтяных остатков [3].
Основным способом переработки остаточных дистиллятов нефти с целью
получения битумов в России является окисление кислородом воздуха, сущность
которого состоит в повышении вязкости нефтепродукта за счет протекания при
высоких температурах (220-300°С) реакций декарбоксилирования, дегидрирования, поликонденсации и др.
Совершенствование конструкции окислительных аппаратов [4] и оптимизация процесса окисления [6], использование волновых [7], физикомеханических воздействий [8] - неединственный путь интенсификации прозводства битумов. Улучшение технико-экономических показателей производства товарных битумов возможно за счет модификация свойств уже готовых битумов, получение стабильного низкопарафинистого сырья, а также за счет расширения сырьевой базы битумного производства с использованием новейших
технологий [8].4
Неуклонно повышающиеся требования к качеству и эксплуатационным
характеристикам материалов на основе битума часто не могут удовлетворить
требований рынка. Во многих странах для улучшения таких свойств как пластичность битумов в широком интервале температур, стойкость к агрессивным
средам, реже эластичности, используется прием модификации битумов полимерными синтетическими материалами или отходами их производства [9]. Однако, при этом стоимость модифицированных битумов повышается более чем в
2 раза по сравнению с обычными битумами.
Для улучшения адгезионных свойств битумов, увеличения температурного интервала его работоспособности еще с конца прошлого столетия использовался прием добавления присадок - азот-, серо-содержащих веществ, элементной серы и др. [10].
Целью данной выпускной квалификационной работы является исследование и оптимизация технологических параметров при эксплуатации установок
по производству битумов с учетом факторов, влияющих на эффективность рассматриваемого процесса и характеристик сырья.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Исследовать влияние параметров процесса на качество нефтяных
битумы дорожных марок;
2. Изучить влияния серы и азотсодержащей добавки на ускорение
процесса окисления остаточных компонентов нефти;
3. Оценить влияние азотсодержащей добавки на качество битумов из
высокопарафинистых нефтей;
4. Разработать и исследовать технологический процесс производства
битумов с учетом полученных результат
В выпускной квалификационной работе рассмотрен ряд вопросов, подводящих к решению задачи оптимального выбора технологических параметров
для установок по производству битумов. Рассмотрен состав, свойства и способы получения битумов в условиях современных предприятий нефтегазопереработки. Описан технологический процесс получения битумов. Проведены исследования, направленные на определение влияния параметров технологического
процесса получения битумов на свойства конечного продукта. Рассмотрены вопросы влияния расхода воздуха, температурных параметров и влияние количества различных добавок, используемых при реализации производства битумов
на технологических установках предприятий нефтегазопереработки.
Определены оптимальные технологические параметры для получения битумов дорожных марок из смеси высокопарафинистых мазутов нефтей. Предложенные параметры технологического процесса определяют соответствующий
способ получения битумов, который заключается в двухстадийном окислении
мазутов при температурах 100 и 250°С и последующей вакуумной перегонки
окисленного продукта.
Интенсификация процесса двухстадийного окисления битумов достигается путем добавки N-метилпирролидона, который ранее для этих целей не применялся. Добавку, с целью предотвращения термического разложения, вводили
на стадии низкотемпературного окисления (90-110°С).
Добавка N-метилпирролидона (N-МП) в количестве 0,01-1,00 мас.% позволила в 1,5-1,9 раз увеличить скорость окисления мазута в условиях низкотемпературного окисления и сократить общую продолжительность окисления в 7-
10 раз.
Предлагаемы набор технологических параметров для процесса производства битумов из высокопарафинистого сырья позволила получать битумы с высокими адгезионными свойствами к минеральному наполнителю различной химической природы.66
Выбранные параметры технологического процесса позволяют реализовать энергосберегающую технололгию получения битумов за счет сокращения
общей продолжительности окисления и осуществления первой стадии окисления при низких температурах (100°С).
Материальный баланс процесса окисления битумов из высокопарафинистого мазута смеси нефтей при двух стадийном окислении с после дующей вакуумной перегонкой окисленного продукта показал, что выход дорожных марок
битума БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90 зависит от глубины отбора фракций и составляет 40-50 % по массе.
Испытания битумов, полученных по двустадийной технологии окисления
высокопарафинистого битумного сырья, показали их высокую термическую
стойкость.
Введение газовой серы в количестве 3,0-10,0 % по массе позволила значительно интенсифицировать процесс окисления битумов и улучшить их качество, при этом продолжительность окисления битумов сокращается более чем в
2,5 раза.
Принципиальная технологическая схема производства битумов, с учетом
предлагаемых технологических параметров технологического процесса для
производственных установок, отличается от известных включением в технологическую цепочку окислительной колонны, работающей при низких температурах.
С учетом выявленных зависимостей предложена схема построения технологического процесса битумов из парафинистого сырья, характерного для восточносибирских месторождений.
В главе приведены результаты исследования влияния технологических параметров на свойства битумов. Определено влияние содержания добавок серы и азотсодержащей добавки на свойства битумов, получаемых из различных в идов нефтей. В реальной произв одственной с итуа ции эт о позволить осуществить рациональный выбор параметров технологического процесса для установок по производству битумов. Рассмотрена динамика свойств во времени, что также может служить базой для выбора оптимальных временных и температурных параметров при эксплуатации таких установок.
С учетом выявленных зависимостей предложена схема построения технологического процесса битумов из парафинистого сырья, характерного для восточносибирских месторождений.
В главе приведены результаты исследования влияния технологических параметров на свойства битумов. Определено влияние содержания добавок серы и азотсодержащей добавки на свойства битумов, получаемых из различных в идов нефтей. В реальной произв одственной с итуации эт о позволить осуществить рациональный выбор параметров технологического процесса для установок по производству битумов. Рассмотрена динамика свойств во времени, что также может служить базой для выбора оптимальных временных и температурных параметров при эксплуатации таких установок.
С учетом выявленных зависимостей предложена схема построения технологического процесса битумов из парафинистого сырья, характерного для восточносиб ирских месторождений.
В главе приведены результаты исследования влияния технологических параметров на свойства битумов. Определено влияние содержания добавок серы и азотсодержащей добавки на свойства битумов, получаемых из различных в идов нефтей. В реально й произв одственной с итуации эт о позволить осуществить рациональный выбор параметров технологического процесса для установок по производству битумов. Рассмотрена динамика свойств во времени, что также может служить базой для выбора оптимальных временных и т емпературных параметров при эксплуатации таких установок.
С учетом выявленных зависимостей предложена схема построения технологического процесса битумов из парафинистого сырья, характерного для восточносибирских месторождений
для установок по производству битумов. Рассмотрен состав, свойства и способы получения битумов в условиях современных предприятий нефтегазопереработки. Описан технологический процесс получения битумов. Проведены исследования, направленные на определение влияния параметров технологического
процесса получения битумов на свойства конечного продукта. Рассмотрены вопросы влияния расхода воздуха, температурных параметров и влияние количества различных добавок, используемых при реализации производства битумов
на технологических установках предприятий нефтегазопереработки.
Определены оптимальные технологические параметры для получения битумов дорожных марок из смеси высокопарафинистых мазутов нефтей. Предложенные параметры технологического процесса определяют соответствующий
способ получения битумов, который заключается в двухстадийном окислении
мазутов при температурах 100 и 250°С и последующей вакуумной перегонки
окисленного продукта.
Интенсификация процесса двухстадийного окисления битумов достигается путем добавки N-метилпирролидона, который ранее для этих целей не применялся. Добавку, с целью предотвращения термического разложения, вводили
на стадии низкотемпературного окисления (90-110°С).
Добавка N-метилпирролидона (N-МП) в количестве 0,01-1,00 мас.% позволила в 1,5-1,9 раз увеличить скорость окисления мазута в условиях низкотемпературного окисления и сократить общую продолжительность окисления в 7-
10 раз.
Предлагаемы набор технологических параметров для процесса производства битумов из высокопарафинистого сырья позволила получать битумы с высокими адгезионными свойствами к минеральному наполнителю различной химической природы.66
Выбранные параметры технологического процесса позволяют реализовать энергосберегающую технололгию получения битумов за счет сокращения
общей продолжительности окисления и осуществления первой стадии окисления при низких температурах (100°С).
Материальный баланс процесса окисления битумов из высокопарафинистого мазута смеси нефтей при двух стадийном окислении с после дующей вакуумной перегонкой окисленного продукта показал, что выход дорожных марок
битума БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90 зависит от глубины отбора фракций и составляет 40-50 % по массе.
Испытания битумов, полученных по двустадийной технологии окисления
высокопарафинистого битумного сырья, показали их высокую термическую
стойкость.
Введение газовой серы в количестве 3,0-10,0 % по массе позволила значительно интенсифицировать процесс окисления битумов и улучшить их качество, при этом продолжительность окисления битумов сокращается более чем в
2,5 раза.
Принципиальная технологическая схема производства битумов, с учетом
предлагаемых технологических параметров технологического процесса для
производственных установок, отличается от известных включением в технологическую цепочку окислительной колонны, работающей при низких температурах.
С учетом выявленных зависимостей предложена схема построения технологического процесса битумов из парафинистого сырья, характерного для восточносибирских месторождений.
В главе приведены результаты исследования влияния технологических параметров на свойства битумов. Определено влияние содержания добавок серы и азотсодержащей добавки на свойства битумов, получаемых из различных в идов нефтей. В реальной произв одственной с итуа ции эт о позволить осуществить рациональный выбор параметров технологического процесса для установок по производству битумов. Рассмотрена динамика свойств во времени, что также может служить базой для выбора оптимальных временных и температурных параметров при эксплуатации таких установок.
С учетом выявленных зависимостей предложена схема построения технологического процесса битумов из парафинистого сырья, характерного для восточносибирских месторождений.
В главе приведены результаты исследования влияния технологических параметров на свойства битумов. Определено влияние содержания добавок серы и азотсодержащей добавки на свойства битумов, получаемых из различных в идов нефтей. В реальной произв одственной с итуации эт о позволить осуществить рациональный выбор параметров технологического процесса для установок по производству битумов. Рассмотрена динамика свойств во времени, что также может служить базой для выбора оптимальных временных и температурных параметров при эксплуатации таких установок.
С учетом выявленных зависимостей предложена схема построения технологического процесса битумов из парафинистого сырья, характерного для восточносиб ирских месторождений.
В главе приведены результаты исследования влияния технологических параметров на свойства битумов. Определено влияние содержания добавок серы и азотсодержащей добавки на свойства битумов, получаемых из различных в идов нефтей. В реально й произв одственной с итуации эт о позволить осуществить рациональный выбор параметров технологического процесса для установок по производству битумов. Рассмотрена динамика свойств во времени, что также может служить базой для выбора оптимальных временных и т емпературных параметров при эксплуатации таких установок.
С учетом выявленных зависимостей предложена схема построения технологического процесса битумов из парафинистого сырья, характерного для восточносибирских месторождений