Основы производства битумов. Битумы природные и сланцевые

Строительные материалы

Лекция №9

Основы производства битумов. Битумы природные и сланцевые.

Битумы подразделяют на природные и искусственные.

БИТУМЫ ПРИРОДНЫЕ — полезные ископаемые органического происхождения с первичной углеводородной основой, залегающие в недрах в твёрдом, вязком и вязко-пластичном состояниях. С генетической точки зрения к битумам природным относят нефть, газы природные горючие, конденсат газовый, а также естественные производные нефти (мальты, асфальты, асфальтиты, кериты, гумино-кериты, озокериты, антраксолиты и др.) и их аналоги (нафтоиды). В природе чистые битумы встречаются редко. Обычно битум добывают из горных осадочных пористых пород, пропитанных им в результате поднятия нефти из нижележащих слоёв. Природный битум — твёрдое вещество или вязкие жидкости, состоящие из смеси углеводородов.

 

Битумы природные применялись на Ближнем Востоке в 3-м тысячелетии до н. э. в качестве связующего строительного материала и для бальзамирования (Древний Египет). В дальнейшем битумы природные эпизодически использовались во многих странах для строительства, в медицине, военном деле, в качестве лаков и др. В 15 веке в Перу инками строились дороги с покрытием из битумов природных. В конце 18 века была предпринята попытка коммерческой разработки битумов природных. Атабаски (Канада). В середине 19 века построены первые асфальтовые тротуары в Париже и Лондоне из битумов природных месторождения в Сеселе (Франция), в 1870-80 — в ряде городов США из асфальтов Тринидадского и Бермудского месторождений. В начале 20 века месторождения битумов природных интенсивно разрабатывают в США, Италии, Тринидаде, Германии, Франции, Венесуэле. В СССР асфальтовые битумы добывались в 30-50-х годов в Поволжье (Первомайское, Шугуровское, Садкинское и другие месторождения), Западном Казахстане (Мунайлы-Мола, Ак-Чий и др.), Грузии (Натанебское), Коми АССР (Ижемское) и других районах, озокериты — в Прикарпатье (Бориславское, Дзвинячское и др.) и Средней Азии (Шор-Су и др.). К началу 80-х годов эксплуатируются только Садкинское и Бориславское месторождения. Перспективы значительного расширения объёмов добычи битумов природных связаны с освоением и совершенствованием процесса промышленного получения из них нефти.

На Сахалине имеется Охинское озеро с природным вязким битумом – асфальтом, содержащим лишь 2% минеральных примесей.

 

Асфальтовые породы — горные породы, пропитанные битумом (известняки, доломиты, песчаники, пески и глины). Битум извлекают из них нагревом, или же применяют эти породы в молотом виде (асфальтовый порошок).

 

Асфальтиты — породы, состоящие из твёрдого природного битума и др. органических веществ, нерастворимых в сероуглероде.

 

Органические вяжущие материалы, применяемые при устроительстве гидроизоляции, при изготовлении гидроизоляционных материалов и изделий, а также гидроизоляционных и асфальтовых растворов, асфальтобетонов, подразделяют на битумные, дёгтёвые, битумно-дёгтёвые. Они хорошо растворяются в органических растворителях (бензине, керосине), обладают водонепроницаемостью, способны при нагревании переходить из твёрдого состояния в пластичное, а затем жидкое, имеют высокую прилипаемость и хорошее сцепление со строительными материалами (бетоном, кирпичом, деревом).

 

ПРОИЗВОДСТВО НЕФТЯНЫХ БИТУМОВ

Исходным сырьем для производства битумов служат различные остатки о переработки нефти. Нефть залегает в толще земной коры на различной глубине в основном в порах и пустотах осадочных пород – песков, известняков, песчаников.

После добычи нефть поступает на нефтеперерабатывающие заводы, где производят ее перегонку. Сущность перегонки заключается в разделении нефти на различные фракции, из которых потом получают топливо, масло, битум и др.

Принцип разделения нефти на различные фракции основан на том, что различные компоненты нефти кипят при разной т-ре.

Схема перегонки нефти. После обессоливания и обезвоживания нефть поступает в теплообменник 1, а затем в змеевик, находящийся в печи 2, где нагревается до 300-350°С и где большая ее часть превращается в пар. Пары нефти с неиспарившимся остатком поступают в ректификационную колонну 3, где их разделяют на дистилляты.

Ректификационная колонна представляет стальной цилиндр высотой до 30м и Д 3-4м. Внутри колонны имеется несколько десятков горизонтальных тарелок. При разделении смеси соединений на фракции их отбирают с отдельных тарелок. С верха отбирают бензиновую фракцию, ниже – фракцию реактивного топлива, ниже (примерно посередине) - керосиновую, еще ниже – дизельную. В самом низу колонны собирается мазут.

Чтобы добиться высокой перегонки нефти мазут направляют в вакуумную колонн 4, где получают смазочные масла и остается вязкий остаток - гудрон.

В гудроне еще содержится большое количество масел, которые выделяют в установках деасфальтизации 5 с помощью пропана. Он растворяет масляные фракции, а в остатке остаются смолисто-асфальтеновые вещества, которые называются асфальтами деасфальтизации. Их количество составляет 30-70% от массы гудрона.

В установке секлетивной очистки масел 6 получают рафинаты и побочные продукты – экстракты.

Основным сырьём для производства битума в нашей стране являются остаточные продукты нефтепереработки: гудроны, асфальты деасфальтизации, экстракты селективной очистки масляных фракций и др.

БИТУМЫ СЛАНЦЕВЫЕ.

Представляют собой органический вяжущий материал, получаемый из остатков от перегонки горючих сланцев. Горючие сланцы –это осадочная горная порода, содержащая кероген – органическое веществ, схожее с нефтью.

На территории России находятся много месторождений горючих сланцев: на Урале, в Сибири и Поволжье.

 

При переработке горючих сланцев в газогенераторах получают газ и сланцевую смолу. Газогенератор представляет собой вертикальную печь, в верхней части которой при 500-550°Спроисходит сушка и полукоксование горючего сланца. При полукоксовании выделяется парогазовая смесь, которая поступает конденсацинную систему, ГД ее охлаждают и разделяют на смолу, газ и воду.

 

В нижней части газогенератора при 1000°С происходит сгорание полукокса, образуется газ, зола и шлак. Сланцевую воду и шлак удаляют через разгрузочное устройство.

Жидкие сланцевые битумы близки к жидким нефтяным битумам. Так как сланцевые битумы имеют резкий запах, их используют при строительстве дорог вне населенных пунктов.