Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМА НЕФТЯНОГО ДОРОЖНОГО

Изобретение относится к способу получения битумов нефтяных дорожных с повышенной эластичностью и может быть использовано в дорожной, строительной и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.

Следует отметить, что отличительной особенностью нефтяных дорожных битумов с повышенной долговечностью является их высокий уровень эластичности (выше 30%), т.е. способность к проявлению обратимых деформаций после снятия с них приложенных напряжений, что способствует повышению сроков службы асфальтобетонных дорожных покрытий (статья «О долговечности и эластичности дорожных битумных материалов, «Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний, 2013, №9, с. 35-37»). Вместе с тем эти нефтяные дорожные битумы должны отвечать всем требованиям ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие» и национального предстандарта ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия».

Известен способ получения дорожных битумов, при котором проводят окисление утяжеленного гудрона с условной вязкостью (при 80°C) от 60 до 200 с с получением строительных битумов с температурой размягчения не ниже 90°C и последующее компаундирование полученного окисленного продукта с исходным сырьем - утяжеленным гудроном - с получением дорожных битумов (пат. РФ №2258730, 2005).

Недостатками способа являются:

1. Предложение авторов вводить в строительный битум разбавитель, а именно нефтяную фракцию, выкипающую в пределах 450-480°C в количестве 5-15% мас. на смесь, не позволяет достигнуть поставленной цели: повышение эластичности и морозостойкости конечного продукта. Это связано с тем, что данный разбавитель не повышает растворяющую способность дисперсионной среды целевого продукта, т.е. не изменяет его дисперсность и, следовательно, не влияет на эластичность и морозостойкость материала.

2. Ограничение температуры размягчения компаундируемого строительного битума 90°C также снижает морозостойкость конечного продукта.

3. Использование прямогонных гудронов в заявленных авторами концентрациях более 50% мас. требует использования строительных битумов с температурами размягчения более 110°C, что является технологически, экологически и экономически неэффективным процессом. Кроме того, при содержании гудронов в смесях с битумами строительных марок более 50% мас. полученные компаунды не соответствуют требованиям ГОСТ 22245-90 по значениям изменения температуры размягчения по методу КиШ после прогрева.

Наиболее близким является способ получения битума, согласно которому мазут подвергают вакуумной перегонке с получением утяжеленного гудрона. Утяжеленный гудрон смешивают с модифицирующими добавками и проводят окисление подготовленного гудрона (оптимизированного фракционного и группового химического составов) с получением окисленного продукта. Затем последний смешивают с утяжеленным гудроном и получают целевой продукт. В качестве модифицирующих добавок используют концентраты полициклических ароматических соединений, являющиеся полупродуктами переработки нефти. Окисление подготовленного гудрона проводят при температуре 240÷270°C. (Пат. РФ №2235109, 2004 г.).

Недостатком описанного способа является длительность процесса получения подготовленного гудрона из-за недостаточно высокой температуры компаундирования (120°C), а также использование в качестве модифицирующих добавок только концентратов полициклических ароматических соединений, что не может обеспечить его оптимальный фракционный состав, т.е. высокую концентрацию парафино-нафтеновых компонентов, и, следовательно, необходимые низкотемпературные свойства конечного продукта.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения битумов нефтяных дорожных марок БНД-Э 70/100, БНД-Э 100/130, соответствующих требованиям ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие» и требованиям ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия», одновременно обладающих степенью эластичности не менее 35%, т.е. с повышенной долговечностью.

Поставленная задача решается предлагаемым способом получения битума нефтяного дорожного путем окисления битумного сырья с условной вязкостью 60÷100 с с получением глубокоокисленного гудрона с температурой размягчения в интервале 80÷110°C с последующим компаундированием глубокоокисленного продукта с прямогонным гудроном в диапазоне концентраций 45-60% мас. на смесь с получением целевого битума требуемого качества.

В предлагаемом способе используют следующее сырье.

Гудрон - традиционный остаток вакуумной перегонки мазутов товарных нефтесмесей, выкипает при температурах выше 470°C. Он имеет следующие характеристики: температуру размягчения по КиШ - не менее 35°C, вязкость условную при 80°C - не менее 60 с, содержание серы - в пределах 2,0÷3,0% мас., абсолютную плотность при 20°C - 980÷1020 кг/м³.

Сырье битумное с условной вязкостью 60÷100 с, в качестве которого используют смеси гудрона с мазутом, прямогонными и вторичными газойлями, кубовыми остатками процессов висбрекинга, деасфальтизации, пиролиза и др. В качестве примера использовали сырье битумное ОАО «Газпромнефть-Омский НПЗ» с условной вязкостью 60÷100 с, полученное компаундированием прямогонных гудронов с «затемненной» вакуумной фракцией (5-м вакуумным погоном) установки ВТ.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Сначала методом компаундирования при температурах 160÷180°C получают сырье битумное, которое далее направляют на стадию окисления. Технологически этот процесс проводят в обогреваемых резервуарах при 160÷180°C путем закачки компонентов дозировочными насосами в сырьевой резервуар для смешения и затем постоянной 3÷6-кратной суточной циркуляцией полученного компаунда.

Полученное однородное сырье битумное подвергают окислению в стандартных условиях промышленных технологических установок окисления гудронов в битумы с получением глубокоокисленного продукта с температурой размягчения в интервале 80÷110°C (при температуре в колонне 250÷270°C в течение 5÷10 часов и расходе воздуха до 120 нм³/т сырья).

Глубокоокисленный продукт (I компонент) смешивают с прямогонным гудроном (, II компонент) в соотношениях 45÷60 (I компонент) = 55÷40% мас. (II компонент) с получением целевого продукта требуемого качества. Причем на первом этапе компаундирования путем варьирования концентраций компонентов необходимо добиться удовлетворения всех нормативных требований стандартов, а на втором этапе тем же подбором концентраций - обеспечить необходимую степень эластичности продукта.

Технологически после установления в лабораторных условиях требуемого компонентного состава процесс производства товарного битума ведут смешением глубокоокисленного продукта с прямогонным гудроном в обогреваемых товарных резервуарах при 160÷180°C путем их закачки дозировочными насосами и дальнейшей постоянной 3+6-кратной суточной циркуляцией продукта.

Ниже представлены примеры конкретной реализации способа при получении битумов нефтяных дорожных, позволяющие получить битумы нефтяные дорожные с повышенной долговечностью и уровнем эластичности не менее 35% марок БНД-Э 70/100 и БНД-Э 100/130, соответствующие требованиям ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие» и требованиям ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия».

Пример 1

Полученное при 160°C методом компаундирования гудрона с 5-м вакуумным погоном (газойлем) однородное битумное сырье (с ) подвергают окислению с получением глубокоокисленного продукта с температурой размягчения 80°C. Процесс окисления проводят в соответствии с Технологическим регламентом по эксплуатации битумной установки при температуре 250°C в течение 7 часов и расходе воздуха до 120 нм³/т сырья. Глубокоокисленный продукт битумной установки смешивают с прямогонным гудроном (с ) в соотношении 60:40% мас., соответственно, с получением целевого продукта. Установленное соотношение компонентов указанного качества позволило достичь и необходимой степени эластичности.

В таблице приведены показатели качества полученного битума (вяжущего) нефтяного дорожного (образец №1), из которых следует, что он полностью соответствуют нормам, предъявляемым к битуму нефтяному дорожному марки БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90 и к битуму нефтяному дорожному марки БНД 70/100 по ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия».

По приведенным в таблице данным полученный битум (образец №1) обладает высокой эластичностью (41%), которая сохраняется даже после ускоренного старения как по методикам ПНСТ (26%), так и по методикам ГОСТ (39%), что свидетельствует о его долговечности.

Пример 2

Полученное компаундированием при 160°C гудрона с вакуумным прямогонным газойлем однородное сырье (с ) подвергают окислению с получением глубокоокисленного продукта с температурой размягчения 84°C. Процесс окисления проводят в соответствии с Технологическим регламентом битумной установки при температуре 260°C в течение 8 часов и расходе воздуха - до 120 нм³/т сырья. Глубокоокисленный продукт битумной установки смешивают с прямогонным гудроном (с ) в соотношении 55:45% мас. соответственно с получением целевого продукта. Отметим, что лабораторный подбор качества и количества компонентов смешения (особенно повышение глубины окисления окисленного компонента) потребовал увеличения концентрации прямогонного компонента для обеспечения необходимой эластичности смеси.

В таблице приведены показатели качества полученного битума нефтяного дорожного (образец №2), из которых следует, что он полностью соответствует нормам, предъявляемым к битуму нефтяному дорожному марки БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90 и к битуму нефтяному дорожному марки БНД 70/100 по ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия».

По приведенным в таблице данным, полученный битум (образец №2) обладает высокой эластичностью (43%), которая сохраняется даже после ускоренного старения как по методикам ПНСТ (28%), так и по методикам ГОСТ (36%), что свидетельствует о его долговечности.

Пример 3

Полученное однородное битумное сырье подвергают окислению с получением глубокоокисленного продукта с температурой размягчения 110°C. Процесс окисления проводят в соответствии с Технологическим регламентом по эксплуатации битумной установки при температуре 270°C в течение 10 часов и расходе воздуха до 120 нм³/т сырья. Глубокоокисленный продукт битумной установки смешивают с прямогонным гудроном (с ) в соотношении 45:55% мас. соответственно с получением целевого продукта, также обладающего высокой эластичностью (55%). Проведенный лабораторный подбор компонентов позволил повысить концентрацию прямогонного компонента (за счет значительной температуры размягчения окисленного компонента смешения) и добиться такой существенной эластичности битума.

В таблице приведены показатели качества полученного битума нефтяного дорожного (образец №3), из которых следует, что он полностью соответствует нормам, предъявляемым к битуму нефтяному дорожному марки БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90 и к битуму нефтяному дорожному марки БНД 100/130 по ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия».

Аналогичные результаты были получены при использовании в качестве битумного сырья смесей гудрона с мазутом, с тяжелым газойлем каталитического крекинга и с висбрекинг-остатком с условной вязкостью 60100 с.

Таким образом, разработанный способ получения битумов нефтяных дорожных позволяет получить нефтяные дорожные битумы марок БНД-Э 70/100 и БНД-Э 100/130, соответствующие требованиям ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие» и ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия», обладающие степенью эластичности не менее 35% и высокими низкотемпературными свойствами, т.е. с повышенной долговечностью.