Об организации производства битумных эмульсий

Собственно изготовление эмульсии, может, осуществляться с помощью специальных установок (о них позже), но не зависимо от типа установки, хотя некоторые технические тонкости необходимо учесть уже на стадии проектирования, я хочу выделить те общие элементы инфраструктуры, без которых невозможно создание производства эмульсий.

Одним из элементов битумных эмульсий является битум, он не является инертным продуктом в эмульсиях, его эксплуатационные характеристики определяют свойства, как самой эмульсии, так и продукта её распада – пленки на поверхности материала из этого следует, что необходимо создать условия хранения битума, при которых исключается смешивание битумов отличающихся физико-химическими свойствами. Следует отметить, что даже битум с одного и того – же завода изготовителя но изготовленный другой партией может отличаться по свойствам и как следствие потребуется корректировка рецепта эмульсии, а такая корректировка возможна (имеет смысл) лишь при однородности битума по хим. составу.

Из выше изложенного следует, что для хранения битума для эмульсий необходимо отдельное битумохранилище, желательно с несколькими независимыми секциями. Размер хранилища и количество секций (обычно две, три) определяются из расчета периодичности поставок битума, количества поставки и скорости выборки. При малых количествах выборки целесообразно содержать небольшие хранилища, что даст возможность оперативно подготовить необходимое количество битума с меньшими энергозатратами. Если заранее не известно количество потребляемого битума, то обычно хранилище разбивают на большие и малые секции, что обеспечивает некоторую производственную гибкость. В целом нет необходимости в создании, какого – то специального или уникального хранилища, битумохранилище может быть выполнено по типовому проекту, конечно с экономической точки зрения предпочтение следует отдать современным хранилищам закрытого типа с хорошей гидро- и теплоизоляцией, с подогревом днища (как правило - масляными змеевиками).

Ввиду увеличения ж/д тарифов, а также с целью уменьшения энергетических потерь при разгрузке ж/д вагонов и при поднятии битума с хранилищ, некоторые производители осуществляют перевозку битума в автогудронаторах и приступают к переработке битума непосредственно после выгрузки - все это рентабельно при расположении производителей битума на расстоянии до 150 км и объемах потребления битума до 30 т/сутки, а график работы предприятия становится скользящим либо посменным, идеальным можно считать вариант, когда эмульсия производится непосредственно на территории предприятия изготовителя битума, тогда потери на подготовку битума минимальны и существует возможность изготовления битума с необходимыми физическими свойствами т.к. скажем: пенетрация, температура размягчения, температура хрупкости. Конечно, химический состав битума зависит от хим. состава нефти.

“Нефть считается пригодной для производства дорожных битумов по ГОСТ 22245-90, если выдерживается эмпирически установленная зависимость: А+С – 2,5 П > 0“,
где А - количество асфальтенов С - количество силикагелевых смол П – парафины.

Для более четкого представления о предприятии по изготовлению эмульсии приведу структурную схему предприятия.

Структурная схема предприятия по изготовлению битумных эмульсий

Нажмите для полноразмерного просмотра картинки…

Подробнее об этапе подготовки битума

Подготовка битума включает в себя процесс вываривания битума в котлах, доведения его до рабочей температуры. А также выравнивание температуры битума, т.к. битум зачастую прогревается слоями. То необходимо в битумном котле произвести циркуляцию битума, т.е. перемешать верхние и нижние слои механически. Для этой цели обычно используют агрегат для перекачки битума, который осуществляет забор битума внизу котла и возвращает его в диаметрально противоположную верхнюю часть.

В режиме такой циркуляции нередко представляется возможность введения в битум через смотровой люк котла специальных добавок для модификации битума, что способствует улучшению эксплуатационных характеристик битумов. Как правило, битумные котлы увязываются в единую сливную и заливную магистрали параллельно, тогда указанный выше насосный агрегат может осуществить несколько функций:

• прием битума;
• выдачу битума;
• рециркуляцию в любом котле.

Следует отметить, что такая схема подключения котлов особенно актуальна при электрическом обогреве, в случае недостаточной электрической мощности для одновременной работы всех агрегатов. Тогда разогрев котла можно проводить всеми его тэнами, в то время как уже разогретый котел может поддерживаться меньшей мощностью.

Сейчас все чаще используют обогрев котлов газовыми горелками, что дешевле экономически и быстрее в 1,5 – 2 раза по времени в сравнении с электрическим обогревом. На таких котлах должна быть установлена система автоматического слежения за температурой битума ибо перегрев битума ведет к выжиганию органических веществ и следовательно к ухудшению его характеристик .

Что касается производств эмульсий, то необходимо отметить, что эмульсионные установки бывают циклического действия и непрерывного. В установках циклического действия, как правило, идет подготовка определенного количества компонентов, после выработки, которых необходимо определенное время на повторную подготовку.

В установках непрерывного действия (технология in-line) компоненты готовятся непосредственно в ходе работы, хотя некоторые приготовления, такие как разогрев битума и воды осуществляются все же заранее. Процесс подготовки в основном касается водной фазы, т.е. приготовление определенного рецептурой компонентного состава из: воды, кислоты, эмульгатора, прочих добавок.

Как я уже говорил ранее, не зависимо от типа эмульсионной установки, есть общие элементы самой инфраструктуры. Применение той или иной установки может вызвать некоторые технические проблемы, которые и решаются техническими методами. А вот вопросы организации производства, наличие в распоряжении лаборатории, подбор и обучение персонала, подготовка рецептур, ведение учетных записей и т.д. это вопросы, изначально требующие тщательного подхода.

Для более глубокого понимания технологии производства эмульсий приведу общую структурную схему самого производства.

Структурная схема производства битумных эмульсий

Нажмите для полноразмерного просмотра картинки…

Поскольку эмульсия является сложной совокупностью жидких фаз (битума и водной фазы), то процентное соотношение компонентов зависит от рецепта и их качества, а также важен и сам факт пригодности компонента. С целью получения заключения о пригодности компонентов, для проверки их соответствия паспортным характеристикам, для     проведения   исследований    взаимодействия изготовленной эмульсии с конкретной породой минерального материала необходимым условием является наличие лаборатории по исследованию вяжущих материалов.

Стоимость полной комплектации лаборатории может достигать нескольких десятков тысяч долларов, плюс выполнение технических требований к размещению оборудования, коммуникации и содержание соответствующего персонала. Все это может оказаться малорентабельным для предприятия изготавливающего несколько тысяч тонн эмульсии в год (сезон), но и без лаборатории дороги вперед тоже нет.

Как компромиссный вариант предлагаю следующую схему работы:

• заключить договор на исследование эмульсий и их компонентов с ближайшей аттестованной лабораторией вяжущих материалов, заручиться их научно-технической поддержкой;
• содержать свою мини лабораторию с комплектом оборудования 3 – 5 тысяч долларов и нескольких химиков-лаборантов включая технолога.

Скажу сразу, что мини-лаборатория непосредственно на производстве является необходимостью т.к. позволяет проводить оперативный экспресс-анализ, что в свою очередь вовремя выявит нарушение технологического процесса, а также проверит эмульсию на соответствие основным показателям, например: индекс распада, тип эмульсии, уровень pH, остаток на сите (однородность), вязкость, время распада на материале и т.д.

Я сознательно не указываю номера ГОСТов, по которым проводятся анализы, т.к. это зависит от ГОСТа или ТУ на эмульсию в стране, где используется эмульсия, такие тонкости необходимо согласовывать непосредственно с заказчиком применительно к нормам действующих документов.

Что касается подбора рецепта, то речь не идет в том, чтобы подобрать рецепт более рентабельный или сделать его вообще, эмульсионные технологии не стоят на месте все шире в дорожном строительстве применяются новые материалы, к тому же материалы с разных месторождений (карьеров) отличаются друг от друга, что обосновывает необходимость как проверки старых рецептов, так и разработки (доработки) новых применительно к конкретному материалу. С целью изготовления небольшого количества эмульсии от 200 гр. до десятков килограмм, каждая эмульсионная установка комплектуется так называемой пилотной или лабораторной установкой точно отображающей принцип работы основной установки. Размер пилотной установки может колебаться от размера кухонного комбайна до размеров огромного письменного стола. Выше перечисленное может являться еще одним плюсом в сторону организации собственной мини лаборатории, тогда процесс изготовления эмульсии ляжет на плечи ваших специалистов, а вот внести корректировки или осуществить консультацию (пригласить специалиста) можно всегда извне.

Теперь несколько подробнее о емкостях для хранения эмульсии. Для хранения эмульсии используют вертикальные стальные резервуары. Вертикальный резервуар необходим т.к. площадь контакта эмульсии с воздухом минимальна, кроме этого резервуар может обогреваться изнутри змеевиком, что обеспечивает более длительное хранение. В резервуаре должна быть предусмотрена возможность механического перемешивания эмульсии периодически в течении длительного хранения начиная с одной недели. И конечно желательным является теплоизоляция. Эмульсия является агрессивной жидкостью по отношению к низколегированным сталям, поэтому желательным условием является наличие антикоррозионного слоя, например - эмали. Исходя     из практики, могу заметить, что на доморощенных предприятиях используются обычные резервуары РГС – 25, РГС – 50 которые усилены, выставлены на опоры вертикально. Срок службы такого резервуара около 4 – 5 лет. Для производства каждого типа эмульсии нужно использовать отдельный резервуар. При объеме производства эмульсий до нескольких тысяч тонн/год достаточно иметь 4 резервуара емкостью 20 тонн. Для удобства пользования резервуаром он снабжается поплавковой системой с градуировкой.

Касательно хранения эмульсии, исходя из практики, могу сказать, что до двух недель проблем, как правило, не возникает, в хороших резервуарах эмульсия может храниться до нескольких месяцев. Как говорится хорошо, когда все хорошо. К сожалению нередки случаи, когда в силу каких-то обстоятельств эмульсия начала распадаться или уже распалась. Что делать?!

1. Если емкость без подогрева, то необходимо снаружи горелками разогреть эмульсию и скачивать битум, или ждать зимы, а потом скалывать его вручную.
2. При наличии обогревателей их включают на полную мощность и скачивают битум, операция может занять сутки.

У наблюдательного читателя должен возникнуть вопрос:

• А куда скачивать эмульсию? Ведь в ней содержание воды до 45%, если её скачать в битумохранилище или обычный котел последствия могут быть непоправимы т.к. в хранилище это приведет к долгому выпариванию и заблокирует работу приямка, а в котле может привести к выбросу битума или разрушению котла. С целью выпаривания воды с эмульсии сооружают “выпариватель“ - специальный котел, где велика площадь испарения и идет медленный нагрев, такой процесс занимает до недели времени. В результате выпаривания воды из эмульсии Вы получаете битум, модифицированный применяемым эмульгатором, и единственным утешением будет то, что при повторной переработке может оказаться меньшим количество эмульгатора или будет выше качество эмульсии.

Назначение

Предназначена установка для растворения жидкостей в непрерывном потоке. В базовом исполнении максимальное число смешиваемых компонентов от 2 до 6. Непременным условием является наличие компонента, количество которого не меньше 55% от суммы всех компонентов. Может быть использована для смешивания воды, спирта, нефтяных продуктов, агрессивных жидкостей. Для создания эмульсий (битумных, масляных и т.п.).

Технологическая схема

Нажмите для полноразмерного просмотра картинки…

П.С.: Технологическая схема может быть адаптирована для именно Ваших условий.

Принцип действия

Базовый компонент (1) под воздействием гидростатического давления попадает к электронасосу Н1, который подает этот компонент под давлением > 6 бар к вакуумному насосу Н2. Это приводит в действие вакуумный насос и создает вакуум на вакуумных входах in2, .... in6, распространение вакуума ограничено регулирующими клапанами (вентилями, кранами).

Каждый вакуумный канал имеет свой ротаметр. К ротаметрам жидкость поступает под действием гидростатического давления. Мгновенный расход компонентов К2, .... К6 устанавливается регулировочными кранами и контролируется ротаметрами, расход базового компонента является постоянным, (он определяется заранее). Постоянство расхода базового компонента обеспечено режимом работы электронасоса Н1. Вакуумный насос Н2 включает в себя ультразвуковой кавитатор, в котором осуществляется смешивание, готовый продукт поступает в отдельный резервуар (емкость).

Технические характеристики

* Характеристика может быть иной с помощью вспомогательной технологии.

• Во взрывозащищенном исполнении  – для горючих жидкостей.
• Количество обслуживающего персонала – 1 человек.
• Есть возможность автоматизации технологического процесса.

Экономическое обоснование

Себестоимость эмульсии включает в себя себестоимость всех компонентов + энергетические затраты на подготовку компонентов и само производство. Для грубых предварительных расчетов можно отметить, что удорожание тонны эмульсии из-за подготовки и производства составляет примерно 20-60 грн/т .

Себестоимость компонентов

Возможно добавление и других присадок улучшающих характеристики эмульсии. Расчет себестоимости проводится для каждой такой эмульсии (от цели применения) и может вызвать только удорожание эмульсии, но в этом случае выше и рыночная цена такой эмульсии либо ее потребление конкретным заказчиком мизерное по сравнению с остальным потребляемым объемом - это уже маркетинговая политика...