ОРВ технология: реальный путь экономии ресурсов, решения экологических проблем

Применение ОРВ технологии для производства высококачественных долговечных дорожных битумов

dorogaПодробно с материалами по производству долговечных высококачественных дорожных битумов на действующих, подчеркиваем, действующих промышленных установках с использованием нашей технологии можно познакомиться в статье Энергосберегающая технология производства долговечного дорожного битума» журнал «Автомобильные дороги» №2 февраль 2009 г. стр. 50-55 ( см. раздел сайта «Публикации»). Здесь же приводятся выдержки из этой статьи. Вкратце, в чем состоит «изюминка» при применении ОРВ технологии для производства дорожного битума. Примерно 90-95 процентов дорожного битума, производимого на отечественных нефтеперерабатывающих заводах, получается путем окисления битумного сырья, при температурах окисления порядка 250-260оС.

 

Выше нельзя, так как качество битума падает, а при более низких температурах резко уменьшается скорость окисления и, как следствие, теряется производительность окислительных установок. Так, понижение температуры окисления до 220-230оС уменьшает производительность окислительной установки в 2-2,5 раза, что экономически не выгодно производителям битума. Хотя качество дорожных битумов улучшается при «мягких, низкотемпературных» режимах окисления, более того, сроки старения – время сохранения эксплуатационных характеристик - также возрастают. Это связано с тем, что при окислении битумного сырья образуются активные радикалы, которые, уже в дорожном полотне, взаимодействуя с кислородом, разрушают вяжущие свойства битума. Чем меньше в битуме таких активных радикалов, а это достигается понижением температуры окисления, тем больше времени битум сохраняет свои эксплуатационные свойства и дольше служит дорожное полотно.

Благодаря тому, что применение ОРВ технологии позволяет значительно интенсифицировать скорость окисления гудрона, снижение температуры окисления до 220-230 оС не уменьшает производительность окислительной установки и позволяет получать высококачественные, более долговечные дорожные битумы на тех же самых работающих установках. Кроме того, понижение температуры окисления битумного сырья уменьшает его «пережёг», который в виде вредных газов, продуктов окисления и разложения, выбрасывается в атмосферу, ухудшая, тем самым, экологию вокруг промышленной установки, одновременно увеличивая до 2 % количество произведённого дорожного битума.

 

Демонстрационные испытания ОРВ технологии в лаборатории отдела битумов института нефтехимической промышленности в г. Уфе (ГУП «ИНХП РБ») показали более чем двух кратное увеличение скорости окисления гудрона. Характеристики нефтяных битумов, окисленных до марки БНД60/90 с использованием ОРВ технологии и без нее, приведены в таблице 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1. Результаты применения ОРВ технологии при окислении гудрона в процессе производства битумов

Показатели

Окисление без применения ОРВ технологии

Окисление с применением ОРВ технологии

 

Режим 1

Режим 2

Режим 1

Режим 2

Температура окисления, °С

Расход воздуха

260

 

1,2 л/мин

280

 

1,8 л/мин

260

 

1,2 л/мин

280

 

1,8 л/мин

Время окисления, час

20,5

8,5

9,5

3,8

Температура КиШ, °С

51

54

47

49

Пенитрация

при 25 °С

при 0 °С

 

66

24

 

51

20

 

103

35

 

75

24

Растяжимость, см

при 25 °С

при 0 °С

 

91

3,6

 

68

3,4

 

>100

4,8

 

75

4,4

Температура хрупкости, °С

 

-24,4

 

-19

 

-24,2

 

-22,9

После прогрева в тонком слое

Потеря масс, %

0,015

0,012

0,079

0,08

Изменения КиШ, °С

7,3

6,8

4,2

7,4

Пенитрация

при 25 °С

 

56

 

41

 

71

 

63

Растяжимость, см

при 25 °С

 

18

 

13

 

84

 

32

 

Интенсификация процесса окисления гудрона позволяет понизить температуру окисления без уменьшения скорости его окисления и тем самым устранить сразу несколько проблем, мешающих производить на существующих окислительных установках высококачественные долговечные дорожные битумы.

zavod2В качестве примера одной из таких проблем приведем опыт получения низкотемпературно-окисленных битумов без использования ОРВ технологии.  В 2003 году на Волгоградском НПЗ было получено 300 тонн опытной партии дорожного битума на стандартном действующем оборудовании при уменьшении на 20-30°С температуры окисления битумного сырья, состоящего из смеси асфальтов деасфальтизации и экстрактов селективной очистки масляных фракций. При этом производительность окислительной установки понизилась более чем в 2 раза.

 Это и явилось основной причиной отказа от производства низкотемпературно-окисленных битумов, хотя долговечность асфальтобетонных покрытий, изготовленных с использованием низкотемпературно-окисленных битумов в 1,3–1,5 раза превышала их долговечность, изготовленных с использованием битумов, полученных по традиционной технологии с температурой окисления в 250°С.

 

 

Проведенные с 1 по 28 сентября 2006 года на той же окислительной установке Волгоградского НПЗ демонстрационные испытания по интенсификации процесса окисления аналогичного битумного сырья, состоящего из смеси асфальтов деасфальтизации и экстрактов селективной очистки масляных фракций с использованием ОРВ технологии, показали возможность стабильно получать дорожные битумы требуемого по ГОСТу качества при температуре окисления 220 °С без потери производительности окислительной установки. Кроме этого, было зафиксировано, что низкотемпературные показатели полученных битумов превосходят аналогичные показатели битумов, производимых на заводе по стандартной технологии. В таблице 2 показаны усредненные значения дорожного битума марки БНД 60/90, обычно получаемые на Волгоградском НПЗ, усредненные показатели битумов той же марки, полученные во время опытных и демонстрационных пробегов при пониженных температурах окисления без применения и с применением ОРВ технологии.

Таблица 2. Усредненные значения дорожного битума марки БНД 60/90, полученные на Волгоградском НПЗ обычным способом и с применением ОРВ технологии

 

ООО«Лукойл-Волгограднефте-

переработка»

Произво-дительность, м3/час

Тем-ра

размягчения

tКИШ, °С

Тем-ра

хрупкости,

°С

Пенитрация

0,1 мм, при:

Дуктильность (см) при:

Изменение,

tКИШ, °С

t=25 °С

t=0 °С

t=25 °С

t=0 °С

 

Обычный режим

окисления 250ОС

(усредненные значения)

 

20-36

 

51

 

-17

 

82

 

21

 

100

 

3,7

 

4,0

Опытная партия в 300 тонн, полученная обычным способом но при 220ОС (08. 2003 г )

 

14-18

 

48

 

-18

 

86

 

22

 

98

 

4,0

 

4,0

Режим окисления при 220ОС с применением

ОРВтехнологи09.2006г.(усредненные значения)

 

20-36

 

50

 

-20

 

85

 

28

 

100

 

4,7

 

3,0

ГОСТ 22245-90

     

47

-15 

61-90

 ≥20

 ≥55

 ≥3,5

 ≤5

 

Результаты запротоколированы в утвержденных руководством завода актах проведения испытаний, мы приводим выводы из них: «Таким образом, демонстрационный пробег показал, что:
– выпуск товарных битумов, обеспечивающих производственную программу, при пониженных температурах с использованием ОРВ технологии возможен с сохранением производительности установки прямым окислением;
– улучшилось качество дорожного битума по низкотемпературным свойствам;
– качественно и количественно изменились выбросы отработанного воздуха из установки, сократилось количество «черного соляра», выбрасываемого в канализацию;
– стабилизировался процесс окисления на установке;
– качество выпускаемого битума с использованием ОРВ технологии стабильно на протяжении длительного (тридцать суток и более) хранения битума при температуре окружающей среды.
По результатам демонстрационных положительных испытаний рекомендовать внедрение ОРВ технологии для производства окисленных нефтяных битумов прямым окислением на установке».

 

zavod3Кроме демонстрационного испытания на Волгоградском НПЗ, ранее, в октябре 2003 г., в течение 18 дней проводился опытно-экспериментальный пробег на Новокуйбышевском НПЗ. В отчете о проведении опытно-промышленных испытаний ОРВ технологии отмечается: «Использование ОРВ технологии позволило производить «мягкое» окисление гудрона для получения дорожных битумов марок БНД 60/90 и БНД 90/130.

Были продемонстрированы следующие возможности ОРВ технологии:

1. Снижение температуры входа гудрона из П-1 в колонну К-3 на 20–30 °С.

2. Снижение температуры окисления гудрона в колонне К-3 на 30 °С.

3. Увеличение производительности установки на гудроне с пониженной вязкостью на 5–7 м3/час.

4. Улучшить качества битумов по сравнению с контрольным периодом, при этом следует отметить значительное понижение температуры хрупкости до -30 °С

5. Стабилизация температурного режима колонны К-3.

Улучшение экологической ситуации и охраны окружающей среды за счет уменьшения выбросов «черного соляра» в атмосферу и промышленные стоки.

Рекомендовать внедрение ОРВ технологии для производства дорожных битумов после реконструкции установки».

 

stellaПоследняя демонстрация ОРВ технологии по интенсификации процесса окисления гудрона на пилотной установке Московского НПЗ проводилась в октябре 2008 года. Выдержки из акта испытаний приведены ниже.

«В период с 20 по 24 октября 2008 г. в лаборатории мониторинга цеха № 11 на стенде получения битума и проведения процесса висбрекинга были проведены два пробега:

1. Контрольный пробег (без применения ОРВ технологии).

2. Пробег с применением ОРВ технологии.

В качестве сырья в обоих пробегах использовался одинаковый гудрон с установки ЭЛОУ-АВТ-6, с тем­пературой размягчения 31°С и содержанием фракций до 500°С – 10%.

Процесс осуществлялся в окислительной колонне К-1 (см. технологическую схему), емкостью 18 дм3. Подача сырья производилась плунжерным насосом Н-1 со скоростью 1,5 л/час.

Текущий контроль при проведении пробегов осуществлялся по температуре размягчения по кольцу и шару (КиШ).

Чтобы получить требуемый по ГОСТу показатель температуры размягчения битума, при проведении контрольного пробега температуру процесса окисления пришлось постепенно поднять до 250°С, а расход воздуха – с 370 до 420 л/мин.

При проведении пробега с применением ОРВ технологии более высокий показатель КиШ был получен при 235°С и постоянном расходе воздуха 380 л/мин.

Обращает внимание более низкая температура хруп­кости битума, полученного в пробеге с применением ОРВ технологии.

Таким образом, применение ОРВ технологии позволило получить окисленный битум, соответствующий требованиям ГОСТ 22245-90 при температуре процесса на 15°С ниже и при более низком расходе воздуха, чем в контрольном пробеге.

По результатам испытаний в акте записано:«В соответствии с полученными результатами в лабораторных условиях, рекомендуем провести опытно-демонстрационный пробег с применением ОРВ технологии на промышленной установке по производству окисленного нефтяного битума».

 

В процессе многолетних исследований и испытаний, к которым относятся и вышеприведенные демонстрационные испытания ОРВ технологии при производстве дорожных битумов, выявлены ее основные преимущества и достоинства:

– энерго-ресурсосбережение;

– высокая рентабельность;

– улучшение экологической ситуации на окислительных установках НПЗ;

– не требуется изменений в существующем технологическом оборудовании;

– увеличение производительности действующего оборудования – потребляемая мощность оборудования не превосходит 1,0 Кват/час;

– значительное улучшение качества выпускаемой продукции;

– увеличение сроков службы асфальтобетонных дорожных покрытий, приготовленных из низкотемпературно окисленных битумов, полученных с применением ОРВ технологии;

– незатруднительный монтаж оборудования, быстрый (не более 7 суток) вывод работы промышленной установки на заданный низкотемпературный режим окисления, стабилизация режима окисления, отсутствие необходимости в дополнительном персонале;

– пожаро- и взрывобезопасность оборудования, легкость его технологического обслуживания действующим персоналом, доступность комплектующих материалов и запасных деталей;

– возможность дальнейшего усовершенствования действующего оборудования и повышение его эффективности без серьезных капиталовложений.

Одно из главных преимуществ ОРВ технологии – возможность быстрого внедрения на всех нефтеперерабатывающих заводах, без каких-либо технологических изменений на действующих окислительных установках.

Это позволит в короткие сроки обеспечить дорожное строительство высококачественным долговечным битумом и существенно снизить финансирование на капитальный ремонт дорог благодаря увеличению сроков эксплуатации дорожного покрытия. В заключение отметим, что перспективность применения ОРВ технологии при производстве нефтяных битумов отмечена ведущими дорожными научно-исследовательскими организациями, такими как ФГУП РосДорНИИ и ГУП НИИМосстрой, а Ассоциация нефтепереработчиков и нефтехимиков России рекомендовала использовать ОРВ технологию при производстве дорожных битумов(см. раздел «Публикации» протокол № 81 заседания Правления Ассоциации нефтепереработчиков и нефтехимиков, г. Москва, 19 апреля 2007г.). Необходимость применения ОРВ технологии в целях получения дорожных битумов улучшенного качества была детально рассмотрена на специальном совещании по данной проблеме, организованной Российской ассоциацией подрядных организаций в дорожном хозяйстве «АСПОР» в 2007г.»

kombain

В настоящее время в развитых странах практически повсеместно верхний слой дорожного покрытия на автострадах изготавливается с использованием полимерно-битумных вяжущих (ПБВ). Применение ПБВ понижает чувствительность дорожного покрытия к изменениям температуры и времени нагрузки и обеспечивает высокую прочность сцепления с минеральными материалами при повышенных температурах и сохраняет высокую упругость при низких температурах. По оценкам специалистов дорожного строительства, использование ПБВ вместо битумов в составе асфальтобетонных покрытий не менее чем в два раза увеличивает срок их службы. Такие высокие эксплуатационные качества достигаются за счёт армирования эластичной полимерной сеткой частиц битума при растворении в нём полимера. Процесс растворения полимера энергоёмкий и требует тщательного однородного его перемешивания в битуме, на что требуется много времени, которое можно было бы сократить с помощью повышения температуры растворения. Однако, чем выше температура растворения, тем больше понижаются эластичные свойства полимерной армирующей сетки в полимерно-битумном вяжущем. Максимальная температура растворения полимеров в битуме, при которой полимер ещё сохраняет свои эластичные свойства, составляет 180⁰С и ПБВ удовлетворяет предъявляемые к нему требования.


Интенсификация процесса растворения полимеров в битуме и других растворителях с Использованием ОРВ технологии позволяет значительно сократить время растворения и добиться не только энергосбережения, но улучшить качества ПБВ при одновременном уменьшении до 25-35 % количество добавляемого в битум дорогостоящего полимера. Более подробно об этом см. в статье в то же журнале «Автомобильные дороги» № 2(297) за февраль 2009 стр.69-70. Кратко, использование ОРВ технологии при интенсификации процесса растворения полимера в битуме на том же самом оборудовании позволяет понизить температуру растворения до 160 гр.С без увеличения времени растворения, а за счёт достижения более гомогенного растворения полимера в битуме достигается возможность уменьшить количество используемого полимера без ухудшения эксплуатационных свойств ПБВ.
Причины, по которым до сих пор не внедряется наша технология для производства высококачественных долговечных битумов и ПБВ носит субъективный и объективный характер. Особо останавливаться на субъективных причинах не будем, многим они ясны, до недавних времён строителям дорог был не выгоден долговечный дорожный битум из-за увеличивающихся промежуточных сроков капитального ремонта дорожного полотна. Конкуренция на рынке дорожного строительства довольно специфична и новые эффективные технологии встречают большое сопротивление в среде поставщиков традиционных технологий. Разрешение существующих проблем появилось после внесение соглашений, по которым строители дорог отвечают за её эксплуатацию, что делает накладным использование некачественного битума при её строительстве. Наиболее же эффективным решением проблемы строительства качественных дорог состоит в ведение налога с продаж, вместо удушающего любые инновации налога на добавленную стоимость. Это не наша идея, но наши мытарства по внедрению ОРВ технологии доказывают, что ничто так не будет способствовать внедрению энерго- и ресурсо- сберегающих технологий, как замена НДС на налог с продаж. В этом случае покупателю любых товаров и энергий, потребляемых для их производства, становится вдвойне выгодным как можно меньше потреблять энергию и не иметь дело с некачественной продукцией.