CC BY
122
УДК 625.7.06; 658.6
О ПЕРСПЕКТИВАХ ПРОИЗВОДСТВА НЕФТЯНЫХ ВЯЖУЩИХ В ОАО «АНГАРСКАЯ НЕФТЕХИМИЧЕСКАЯ КОМПАНИЯ»
© О.И. Дошлов1, И.О. Дошлов2
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты многолетних исследований промышленного производства и внедрения в производственную практику новых нефтяных вяжущих: полимерно-битумных материалов, нефтяного пека и спекающих добавок. Описаны способы получения полимерно-битумных композиций и нефтяных вяжущих с использованием всех возможных сырьевых компонентов АНХК. Показана возможность их применения на основных промышленных предприятиях Восточной Сибири: многотоннажное алюминиевое производство (анодная масса), дорожные службы, модифицированные дорожные битумы, энергетическая и металлургическая промышленности, организация производства спекающих добавок.
Ключевые слова: полимерно-битумные вяжущие (ПБВ); компаундированный нефтяной пек; спекающая добавка; температура хрупкости; гудроны; асфальт деасфальтизации; адгезия; брикетирование; асфальтобетон; нефтяной углерод.
ON PRODUCTION PROSPECTS OF OIL BINDERS IN JSC "ANGARSK PETROCHEMICAL COMPANY" O.I. Doshlov, I.O. Doshlov
Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The paper presents the results of multi-year researches of new oil binders (polymer-bitumen materials, petroleum pitch and sintering aids) industrial production and their introduction into industrial practice. Having described the methods of polymer-bitumen compositions and oil binder synthesis with the use of all possible raw material components of Angarsk refinery, the authors show the possibility of their application at major industrial enterprises of Eastern Siberia such as large tonnage aluminum production (anode paste), road maintenance, modified road bitumen, power engineering and metallurgical industry, organization of sintering aid production.
Keywords: polymer-bitumen binders (PBB); compounded petroleum pitch; sintering aid; brittleness point temperature; tars; deasphalting asphalt; adhesion; briquetting; bituminous concrete; petroleum carbon.
Недостаточное производство отечественных качественных нефтяных вяжущих - следствие целого ряда объективных и субъективных причин. Поэтому решение этой задачи имеет большое значение для целого ряда отечественных отраслей промышленности: дорожного строительства, производства цветных металлов, энергетической промышленности. Вместе с тем
необходимо отметить, что мировой и отечественный опыт подсказывают вполне конкретные пути решения проблемы.
В зависимости от назначения нефтяные вяжущие принято подразделять на три большие группы: пеки, полимерно-битумные вяжущие и спекающие добавки (рис. 1).
Рис. 1. Нефтяные вяжущие, производство которых возможно на АНХК
1Дошлов Олег Иванович, кандидат химических наук, профессор кафедры химической технологии, тел.: 89027659074, e-mail: doshlov125@mail.ru
Doshlov Oleg, Candidate of Chemistry, Professor of the Department of Chemical Engineering, tel.: 89027659074, e-mail: doshlov125@mail.ru
2Дошлов Иван Олегович, магистрант, тел.: 89501194444. Doshlov Ivan, Master's Degree Student, tel.: 89501194444.
Обратимся к одному из наиболее перспективных направлений использования нефтяных вяжущих -полимерно-битумным композициям. С ростом интенсивности движения на автомобильных дорогах возникает необходимость применения более эффективных материалов, позволяющих существенно увеличить срок службы асфальтобетонного покрытия [1].
Полимерно-битумные вяжущие (ПБВ). Асфальтобетонное покрытие должно обеспечивать максимальное сопротивление усталостным деформациям, обладать устойчивостью к воздействию суточных и сезонных температурных циклов. Особенно это важно для автомобильных дорог, расположенных в I, II зонах (Сибирь, Бурятия, Забайкалье, Дальний Восток), где годовые колебания температур составляют от -40 до +40°С. Самым перспективным направлением, позволяющим решить данную задачу, является применение дорожных битумов, модифицированных полимерами.
Практика эксплуатации автомобильных дорог показывает, что одним из основных факторов, влияющих на снижение долговечности асфальтобетонных покрытий, является применение в асфальтобетонных смесях битумов низкого качества [2].
Влияние сезонности потребления дорожных битумов во многих случаях можно демпфировать производством битумных материалов, имеющих определенную всесезонность применения или длительный срок хранения (например, битумные эмульсии или полимерно-битумные материалы). Зависимость же качества дорожных битумов от качества сырья в большинстве стран Европы устранена целевым применением специальных тяжелых, смолистых нефтей. К сожалению, в России это затруднено как из-за существующего централизованного трубопроводного снабжения сырьем большинства крупных НПЗ, так и отсутствием на них технологических возможностей раздельной переработки двух и более типов нефтей.
В основном в дорожном строительстве применяются битумы различных марок по ГОСТ 22245, полученные окислением нефтяных остатков (гудроны, асфальт). Основные недостатки окисленных битумов:
- низкий уровень физико-химических свойств -плохая морозостойкость и пластичность, невысокая теплоемкость;
- нестабильность свойств (изменение показателей в широком интервале);
- неудовлетворительные показатели температурной трещиностойкости, поэтому, как правило, после одного года эксплуатации появляются трещины на покрытии, что ведет к образованию выбоин, выкрашиванию и другим разрушениям;
- низкая эластичность (неспособность к большим обратимым деформациям) [3].
Для решения вышеперечисленных проблем предложено модифицировать окисленные битумы различными полимерными добавками. Модификация битума представляет процесс улучшения всего комплекса свойств битума, а не одного свойства (например, адгезии). Применение полимеров-модификаторов позволяет расширить интервал пластичности (работоспо-
собности) битумов, увеличить их морозостойкость и теплостойкость, придать эластичность. Это позволяет повысить сроки службы асфальтобетонных покрытий в 1,5-2 раза за счет увеличения их трещиностойкости, сдвигоустойчивости и долговременной прочности. Повышение срока службы дорожных покрытий, несомненно, приведет как к экономическому, так и к экологическому эффекту. Для повышения качества асфальтобетонных покрытий в верхних слоях автомобильных дорог Приказом № 9 ФДД от 31.01.1995 г. и Распоряжением № 23 ФАДС от 03.04.1997 г. рекомендовано применять модифицированные битумы с более высоким уровнем физико-химических свойств.
Организация производства современных полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) на НПЗ ОАО «АНХК» является приоритетным направлением и осуществляется благодаря тесному сотрудничеству специалистов компании, представителей вузовской науки с потребителями (Управление дорог «Прибайкалье» и Областная дорожная служба).
Центральным научно-конструкторским бюро (ЦНКБ) оборонной промышленности по конверсионной программе была разработана и изготовлена установка ПС-100 по производству модифицированного битума. Монтаж установки был произведен непосредственно в структуре битумного производства НПЗ ОАО «АНХК».
Структура производства и принципиальная технологическая схема установки представлены на рис. 2, 3.
Основные компоненты для получения ПБВ производятся на НПЗ «АНХК». В качестве компонентов при получении модифицированных битумов используются окисленные дорожные битумы БНД-60/90, 90/130 и пластификатор - маловязкий гудрон. Полимер-модификатор отечественного производства ДСТ-30-01 («Воронежсинтезкаучук») по своим свойствам не уступает зарубежным аналогам, что позволяет получать модифицированные битумы требуемого качества для автомобильных дорог, находящихся в условиях первой жесткой климатической зоны России (Восточная Сибирь, Забайкалье, Якутия). Для набухания и массо-обмена между смешиваемыми компонентами используются механические смесители конструкции ЦНКБ (рис. 3).
Проведены исследования по подбору оптимальных рецептур модифицированных битумов с использованием всех возможных сырьевых компонентов, имеющихся в компании ОАО «АНХК», целью которых является снижение затрат на производство и получение более высоких эксплуатационных свойств ПБВ (рис. 4).
Освоение производства модифицированных битумов в перспективе позволит значительно расширить ассортимент выпускаемой продукции на основе окисленных битумов. Кроме пБв имеется возможность производить на этой установке ряд новых продуктов (изменяя содержание полимера-модификатора и пластификатора, вводя новые компоненты): битумные мастики, герметики, уплотнители для швов взлетно-посадочных полос аэродромов, сырье для битумных эмульсий, гидроизоляционные материалы для промышленного и гражданского строительства и т.д. (рис. 5).
Рис. 2. Структура производства ПБВ
Рис. 3. Принципиальная технологическая схема установки ПС-100
160
140
вТ 120
г S
3 £ 100
сс m S га
га и 80 * >
0 Р
1 л
£ & 60
40
20
-5
-10
-15 £ а х
-20
-25
-30
-35
■ Пенетрация при 25° С
■ Эластичность
Исходный БНД БНД без 90/130 пластификатора
Гудрон
ТГКК
Экстракт
Рис. 4. Влияние различных пластификаторов на показатели качества ПБК
0
Т размягчения
Дуктильность
0
Рис. 5. Направления использования модифицированных битумов
Создание в структуре НПЗ ОАО «АНХК» принципиально новой технологии производства современных конкурентоспособных продуктов на основе ПБВ является отличительной особенностью технической политики НК «Роснефть» в интеграции процессов экономического развития регионов Сибири и Дальнего Востока.
Получена опытная партия ПБВ в количестве 960 тонн, которая использовалась для асфальтирования производственных площадей АНХК НК «Роснефть» и нескольких улиц г. Ангарска. Ведется успешный мониторинг в течение последних 8 лет. Создан технологический комплекс по получению композиционных вяжущих (рис. 6).
Рис. 6. Технологический комплекс по получению композиционных вяжущих: I - гудроны различного происхождения; II - асфальт деасфальтизации жидким пропаном; III - крекинг-остатки; IV - подготовленное сырье; V - окисленные битумы (дорожный и строительный); VI - эмульгатор; VII - вода (подкисленная); VIII - катионная битумная эмульсия; IX - спецкеросин; X - гач; XI - битумный лак; XII - активированный углерод с наноструктурами; XIII - нефтяной пек ПНД; XIV - модифицированный битум; XV - битумно-полимерная мастика
Нефтяной пек (ПНД). В настоящее время резко повысились требования к качеству углеродных материалов и санитарно-гигиеническим условиям, связанных с получением и переработкой пеко-коксовых композиций в виде графитовых электродов, анодной массы, обожженных анодов, конструкционных материалов, электроугольных изделий в цветной и энергетической промышленности [4].
Широко используемые для приготовления этих углеродных материалов каменноугольные пеки отличаются довольно высоким содержанием бенз(а)пирена (1-4%), чем обусловлена их канцерогенная активность. Бенз(а)пирен относится к первому классу опасности и влияет на человека даже при малой концентрации, поскольку обладает свойством биоаккумуляции. Поэтому в мировой практике известны попытки перевода предприятий на использование нефтяных пеков, которые обладают значительно более низким содержанием канцерогенных веществ. Концентрация бенз(а)пирена по результатам исследований составляет в пеках из крекинг-остатков 0,01-0,04%, в пиро-лизных пеках - 0,03-0,08% [5].
Работы по созданию технологических процессов производства нефтяного пека - эффективного заменителя каменноугольного пека - были начаты еще в СССР в 70-х годах. Многолетний опыт исследования различных видов сырья и качественных показателей получаемых нефтяных пеков показывает, что для их производства в небольшой степени пригодны высоко-ароматизированные продукты: смолы пиролиза этиленового производства и крекинг-остатки. Но полученные нефтяные пеки из этого вида сырья, по сравнению с каменноугольными, содержат меньшее количество поликонденсированных ароматических соединений, имеют более низкое соотношение С/Н и следовательно - значительно меньший выход коксового остатка. Пониженная коксообразующая способность затрудняет их использование взамен каменноугольного пека, несмотря на лучшие экологические характеристики вследствие значительно меньшего содержания канцерогенных полициклических ароматических углеводородов [6].
Учитывая эти особенности получаемых нефтяных пеков, нами была изучена возможность получения связующего путем модификации нефтяных вяжущих активированной нефтекоксовой мелочью. Благодаря этому решаются 2 важные проблемы:
• получение нефтяного пека с заданным содержанием а-фракции, которой в недостаточном количестве содержится в пиролизных и вакуумотогнанных крекинговых пеках;
• утилизация нефтекоксовой мелочи, которая в достаточном количестве образуется при производстве нефтяного кокса.
Замена каменноугольного пека нефтяным дает значительные технологические, экономические, социальные и экологические выгоды для промышленности и народного хозяйства [7].
Важнейшим сырьевым компонентом в производстве большинства видов углеродной продукции являются связующие материалы, качество которых в значительной мере определяет уровень физико-механических свойств продукта.
ОАО «АНХК» НК «Роснефть» совместно с ИрГТУ разработали технологию получения нового композиционного вяжущего - нефтяного пека ПНД для алюминиевой промышленности или, изменяя технологический режим и некоторые сырьевые компоненты, на этой же установке ПС-100 можно получать спекающую добавку для брикетирования угольных отсевов с использованием в энергетической промышленности. В 1996 г. была получена опытно-промышленная партия компаундированного нефтяного пека ПНД в количестве 960 т, которая прошла успешные промышленные испытания на ОАО «Братский алюминиевый завод». В настоящее время завершены лабораторные и опытно-конструкторские работы, смонтирована опытно-промышленная установка мощностью 100 т/с.
В настоящее время в России нет аналогов этой продукции, а цена зарубежных образцов значительно превышает рыночную стоимость нашего продукта. Так, стоимость 1 т каменноугольного пека составляет около 14 тыс. руб., в то же время как стоимость 1 т нефтяного пека не будет превышать 11 тыс. руб. Еще одним конкурентным преимуществом нефтяного пека является постоянство химического, группового элементного и фракционного составов. Такое постоянство обеспечивается высокими требованиями к сырью, выпускаемой продукции и высокой технологической дисциплиной, которая поддерживается на крупных нефтеперерабатывающих заводах.
Предложенная схема производства компаундированного нефтяного пека ПНД (рис. 3), может быть реализована на НПЗ ОАО «АНХК» с учетом особенностей организации производственных процессов внутри предприятия. В производстве нефтяного пека будут использованы:
• нефтяные вяжущие, получаемые на битумной установке (цех 17/19);
• модифицированная тяжелая смола пиролиза;
• суммарные гудроны и асфальт деасфальтизации гудрона жидким пропаном;
• активированный нефтяной углерод с наноструктурами.
Для улучшения качества распределения активированного углерода в массе вяжущих и повышения качества нефтяного пека в целом необходимо укомплектовать установку дизинтегратором и частично переоснастить реакторный блок установки ПС-100.
Попытки перевода предприятий алюминиевой промышленности на использование нефтяного пека неоднократно предпринимались различными отечественными научно-исследовательскими институтами, но, к сожалению, предлагаемый ими нефтяной пек не мог конкурировать с каменноугольным по ряду технических причин.
Таким образом, достигнутая глубина научной проработки, выполненная ОАО «АНХК» совместно с ИрГТУ, а также результаты испытаний (1995-1996 гг.) использования компаундированного нефтяного пека ПНД (спекающей добавки) в цветной и черной металлургии, в перспективе - в коксохимии и угольной промышленности, свидетельствуют о технической целесообразности организации их промышленного производства как наукоемких продуктов.
Статья поступила 27.02.2015 г.
Библиографический список
1. Гохман Л.М. Комплексные органические вяжущие материалы на основе блоксополимеров типа СБС: учеб. пособие. М.: Изд-во «ЭКОН-ИНФОРМ», 2004. 510 с.
2. Дошлов О.И., Ёлшин А.Е., Козиенко А.И. Модифицированные нефтяные битумы для дорожного строительства: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2001. 99 с.
3. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М.: Химия, 1973. 429 с.
4. Сюняев З.И. Фазовые превращения и их влияние на процессы производства нефтяного углерода. М.: Изд-во ЦНИИТЭнефтехим, 1977. 88 с.
5. Магарил Р.З., Аксенова Э.И., Корзун Н.В. Исследование термических превращений нефтяных смол // Известия вузов. Серия «Нефть и газ». 1966. № 9. С. 63-68.
6. Сюняев 3.И. Производство, облагораживание и применение нефтяного кокса. М.: Химия, 1973. 296 с.
7. Опыт промышленного производства нефтяного пека / И.Р. Хайрудинов, А.Ф. Махов, М.М. Калимулин, Р.Х. Садыков [и др.] // Нефтепереработка и нефтехимия. 1992. № 5. С. 12-14.
УДК 622.372
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИРОДНЫЕ И СТОЧНЫЕ ВОДЫ
© А.И. Карлина1
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассматриваются современные и перспективные методы подготовки и очистки природных и сточных вод. Рассмотрены и изучены перспективы развития электрохимических методов очистки вод. Методы электрообработки получат развитие как эффективные и прогрессивные направления в технологии очистки воды. Рассмотрен электрофлотационный метод очистки водных систем. Проанализированы и укрупненно классифицированы на три группы методы очистки. Изучены различные способы обезвреживания воды. Методы, входящие в три группы, классифицированы по характеру сил, воздействующих на примеси, и сущности происходящих в системе процессов.
Ключевые слова: методы подготовки и очистки природных и сточных вод; водные системы; перспективные группы методов очистки; теоретические исследования; экспериментальные работы; гипотезы.
ANALYSIS OF CURRENT AND ADVANCED METHODS OF NATURAL AND WASTE WATER TREATMENT A.I. Karlina
Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The paper deals with the current and advanced methods of natural water and wastewater preparation and treatment. It considers and studies the development prospects of electrochemical methods of water purification. The methods of electrical treatment will be developed as effective and progressive trends in the water purification technology. Consideration is given to the electro-flotation method of water system treatment. Treatment methods are analyzed and classified into three large groups. Various methods of water neutralization are examined. The methods included in three distinguished groups are classified by the nature of forces acting on impurities and the essence of the processes occurring in the system processes.
Key words: methods of natural and waste waters preparation and treatment; water systems; advanced groups of treatment methods; theoretical researches; experimental work; hypotheses.
Весьма развитым направлением производственно-хозяйственной деятельности в Сибири является добыча благородных и ценных металлов при переработке коренных и россыпных месторождений.
Наиболее радикальным способом защиты водных объектов на современном этапе развития экономики является создание замкнутых систем водоснабжения как на уровне отдельных производств, так и предприятий в целом. На практике это приводит к тому, что часто не удается снизить содержание примесей в воде до предельно допустимых концентраций (ПДК). Замкнутая система позволяет методами привноса в водные смеси различных видов энергии не только трансформировать примеси, переводить растворимые при-
меси в нерастворимые, осуществлять отделение и выделение примесей от воды, но и активировать воду, изменяя ее свойства и характеристики, делая ее более полезной и необходимой для всего живого на планете Земля.
Целью любых научно-поисковых и исследовательских работ должно оставаться изучение, развитие и совершенствование процесса безреагентной комплексной обработки природных и сточных вод как наиболее перспективного метода.
Гидромеханизированные способы добычи и промывки песков из россыпей, кроме дражного, имеют общую черту технологического процесса - подача песков на промприборы осуществляется за счет энер-
1 Карлина Антонина Игоревна, аспирант, тел.: 89501201950, e-mail: karlinat@mail.ru Karlina Antonina, Postgraduate, tel.: 89501201950, e-mail: karlinat@mail.ru
