Производство и транспортировка битума, особенности технологии и оборудования

Производство строительных материалов близкого предназначения часто основано на использовании одного и того же компонента. В случае кровельных, гидроизоляционных и дорожных покрытий таким компонентом является битум. Причиной универсальности являются его ценные вязкостные, адгезионные и гидрофобные свойства.

Сырье и технологический процесс производства битума

Главными составляющими материала являются высоковязкие смолистые и асфальтеновые вещества. Незначительная часть битумов добывается в практически готовом виде, хотя основной способ получения основан на переработке тяжелых нефтяных остатков. При добыче ископаемого материала применяют комплексное физическое воздействие на битуминозную породу.

Классическим способом является извлечение битума при воздействии перегретого водяного пара – тяжелые компоненты «вымываются» из породы благодаря пониженной вязкости в горячем состоянии. Гораздо большее распространение в отечественных условиях получила не добыча битума, а его промышленное производство. Образующиеся при нефтепереработке битумы делятся на остаточные и окисленные. Из чего же их делают?

Расплавленный и застывший битум

Остаточные

Образуются после вакуумной перегонки нафтеновых и нафтеново-ароматических нефтей. Сам продукт называется гудроном, однако при использовании подходящего сырья обладает достаточными эксплуатационными параметрами, чтобы применяться в качестве битума. При переработке парафиновых нефтей образованный гудрон компаундируется (смешивается) с другими сырьевыми компонентами-модификаторами  и направляется на окисление в химический реактор.

Окисленные

Получают путем воздействия воздуха на гудроны после вакуумной перегонки мазута и асфальтеновые соединения, являющиеся побочным продуктом деасфальтизации нефтяных масел. Изменение параметров переработки сырья и его исходного состава позволяет менять его свойства, чтобы соответствовать требованиям для готового продукта. Хотя в России существуют богатые залежи высокобитуминозных нефтей, выпуск окисленного битума занимает ведущее место.

О производстве битума на новом заводе Новосибирской области в России расскажет видео:

Окисление сырья принципиально заключается в следующих этапах:

1. загрузка подготовленного материала в реактор периодического или непрерывного действия;
2. нагрев в специальных плавильных установках (плавилках) до заданной температуры (250-300 ?С), в зависимости от сырья и требуемых характеристик;
3. поддержание постоянного давления воздуха в реакторе (не более 0,4 МПа). Большее давление приводит к понижению растяжимости битума (уменьшению прочностных свойств). Низкое давление ухудшает эффективность массообмена сырья с воздухом, в результате чего увеличивается время окисления.

Для придания необходимых свойств окисленному битуму могут применять компаундирование – смешивание с компонентами остаточного битума или асфальтенами процесса деасфальтизации.

Способом качественно изменить прочностные и температурные характеристики битума является его модификация, производимая путем введения в состав ряда компонентов. Добавки полипропилена улучшают эксплуатационные качества при повышенных температурах. Модификация синтетическим каучуком позволяет использовать битумные дорожные смеси в холодных регионах страны.

Физико-химические и эксплуатационные параметры

Чтобы оценить применимость битума для конкретных целей, проверяются его физико-химические свойства, отражающие реальные технологические параметры.

К числу важнейших относятся две взаимосвязанные характеристики:

• температура размягчения – характеризует температуру перехода материала из твердого состояния в жидкое. Суть определения заключается в фиксировании температуры, при которой металлический шарик проходит насквозь через слой битума, заключенный в пределах металлического кольца. Полученное значение лишь примерно отражает параметры плавления, однако может применяться для определения граничных температур эксплуатации;
• показатель пенетрации – одно из важнейших свойств, показывающих механическую и температурную стойкость битума. В отличие от температуры размягчения, характеризующей процесс плавления, пенетрация отражает вязкостные свойства и сопротивление механическому воздействию. Стойкость битума при определении пенетрации измеряют с помощью пенетрометра.

Принцип определения заключается в определении глубины проникновения иглы стандартной формы в образец битума. Температура испытания, сила и время воздействия на иглу стандартизированы (ГОСТ 11501—78). Чем выше значение пенетрации при одинаковой температуре размягчения, тем больше оказывается теплостойкость материала.

Система по разогреву битума, транспортируемого в твердом виде:

Особенности хранения битума

Стандартный срок нахождения смесей на складе составляет один год. На нефтеперерабатывающих заводах битум хранится в горизонтальных или вертикальных стальных резервуарах. Обычно используют вертикальные конструкции – затвердевшая корка битума в верхней части не мешает изменению уровня наполнения.

Особенности емкостей заключаются в наличии подогрева, а также применении особых кислотоупорных сплавов. Битум является слабоагрессивной средой, поэтому требует использования химически стойкого материала резервуаров.

Чтобы предотвратить «старение» битума при нагревании и окислении кислородом воздуха, нагрев осуществляют непосредственно перед отгрузкой. Обычно используется метод подогрева электрическими тэнами или отводимыми дымовыми газами.

Транспортировка материала – классические технологии

При перекачке материала используются шестеренные битумные насосы, предназначенные для работы с высоковязкими смесями. Для предотвращения застывания продукта внутри насоса применяется конструкционная паровая рубашка, нагревающая механизм и перекачиваемую смесь.

Для перевозки в железнодорожных цистернах существуют специальные обогреваемые вагоны, оснащенные слоями теплосберегающего материала. Поскольку повышенная температура способствует окислению и старению битума, его не рекомендуется перевозить в разогретом состоянии дольше двух суток.

Для отгрузки битума в ж/д и автоцистерны используются специальные рукава. Особенность их конструкции состоит в способности выдерживать высокую температуру и давление. Такие качества достигаются применением в конструкции металлической оплетки и химически стойкой резины.

Альтернативная перевозка

Одним из относительно новых и перспективных способов транспортировки является фасовка битума в легкоудаляемые формы. Их могут изготавливать из различных материалов, но чаще всего применяют толстый и прочный картон (битум в мешках), пластмассовые коробки или стандартные металлические бочки. Масса упаковки практически не уменьшает общий перевозимый груз и делает возможным транспортировку в обычных грузовых вагонах.

Чтобы приготовить жидкую смесь, упаковка с твердой битумной массы снимается. Полученный кусок битума помещается в плавильную установку, работающую от электрической сети или отапливаемую газом. Существуют установки, в которых топление битума происходит под воздействием СВЧ-излучения, однако они пока не получили широкого распространения.

В небольшой розничной продаже может использоваться битум, фасованный в полимерную упаковку. Для крупнотоннажного производства он не подходит, однако удобен для бытового применения. Такой битум в брикетах обычно используется для смоления крыш и создания первичной гидроизоляции фундамента. Чтобы осуществлять фасовку битума необходимо приобрести специальные для этого установки.

Упаковка для битума — кловертейнер Грайф:

Утилизация и переработка битумных отходов

Битум не относится к высокотоксичным веществам, однако оказывает негативное воздействие на окружающую среду и организм человека. Отрицательные стороны его применения заключается в том, что брак и отходы практически не принимаются для крупнотоннажной утилизации. Путями переработки является длительная деструкция в кислых прудах или использование в качестве вторичного сырья на мелких производствах.

Накапливание залежей нефтепродуктов наносит вред окружающей среде, поэтому все чаще применяют деструктивные методы утилизации. Основной способ переработки битумных отходов заключаются в высокотемпературной обработке без доступа воздуха. При этом образуются кокс, газообразные смеси и жидкие продукты.

Полученные газы применяются как топливо, а кокс охотно покупается по небольшой цене металлообрабатывающими предприятиями. Жидкую смесь можно также использовать как энергетическое топливо или как сырье для предприятий химической промышленности.

При капитальном ремонте зданий или твердых покрытий не стоит выбрасывать отходы, засоряя окружающую среду. Практически в каждом регионе существуют службы или частные компании, которые занимаются переработкой нефтяного строительного мусора. Услуги таких фирм относительно недорогие, а иногда вообще бесплатные – свою прибыль производства получают за счет реализации регенерированной или переработанной нефтяной продукции.

Оборудование для переработки мягкой кровли из битума получения битум-порошка: