Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМОВ НЕФТЯНЫХ ДОРОЖНЫХ АСФАЛЬТИТСОДЕРЖАЩИХ

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

Эти продукты должны отвечать всем требованиям ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие» и, желательно, требованиям временно введенного национального предстандарта ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия».

Известен способ получения битума, при котором асфальтит процесса пропан-бутановой деасфальтизации гудрона перед окислением предварительно смешивают с экстрактом селективной очистки масел, взятым в количестве 10-20% мас. от смеси. Окисление проводят при температуре 260°C (пат. РФ №2105786, 1998).

Недостатком способа является получение битумов низкого качества, пригодных к использованию только в качестве строительных битумов, и невозможность применения продуктов окисления в качестве дорожных битумов, что ограничивает область их применения.

Известен также способ получения дорожных битумов путем окисления кислородом воздуха смеси асфальтита процесса пропановой деасфальтизации гудрона с кубовым остатком ректификации синтетических жирных кислот, взятом в количестве 5-20% мас. на сырье окисления при температуре 220-260°C (пат. РФ №2083634, 1997).

К недостаткам способа следует отнести недостаточно высокое качество получаемых дорожных битумов за счет отсутствия в составе прямогонных гудронов, что не позволяет достигать необходимый для дорожных марок битумов уровень пластичности, характеризуемый показателем дуктильности при 25°C, а также ограниченные возможности использования и ресурсы кубовых остатков ректификации синтетических жирных кислот.

Известен также способ получения битумов из асфальтита процесса пропановой деасфальтизации гудрона путем окисления кислородом воздуха смеси асфальтита процесса пропановой деасфальтизации гудрона с добавкой, в качестве которой используют: тяжелый газойль каталитического крекинга, «слоп» (тяжелый прямогонный газойль, фракция 470-520°C), остаточный экстракт селективной очистки масел, в количестве 1-10% мас. на сырье окисления, окисление смеси проводят до температуры размягчения 70-80°C, затем продукт окисления компаундируют с гудроном в соотношении соответственно, % мас. 30÷35 : 65÷70 с получением конечного продукта (пат. РФ №2349625, 2009).

Недостатком описанного способа является достаточно высокая пожароопасность процесса окисления «облегченного» сырья и низкая концентрация парафинонафтеновых компонентов в рекомендуемых модификаторах, необходимых для обеспечения требуемого уровня низкотемпературных свойств продукта - компаундированных нефтяных дорожных битумов.

Другим аналогом заявляемого способа является способ получения компаундированного битума, при котором смешивают окисленный битум с нефтяными остаточными неокисленными нефтепродуктами, в качестве которых используют: гудрон - фракцию с концом кипения 500°C, дистиллятную фракцию 480-610°C - слоп и экстракт селективной очистки остаточной масляной фракции при следующем соотношении компонентов, % мас.: гудрон - 1-5, слоп - 4-20, экстракт - 5-25, окисленный битум - остальное до 100. Компоненты смешивают в последовательности гудрон, слоп, экстракт и к полученной 3-компонентной смеси добавляют окисленный битум (пат. РФ №2302447, 2007).

Недостатком описанного способа является недостаточно высокое использование прямогонного гудрона (до 5% мас.) в составе компаундированного битума, что не позволяет обеспечить уровень его эластичности, необходимый для придания долговечности асфальтобетонных смесей на его основе, более 15-20%.

Наиболее близким к предлагаемому является 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).

Недостатком способа является вовлечение в процесс окисления и последующего компаундирования только специальных продуктов первичной переработки нефти (утяжеленного гудрона и смеси полученного окисленного продукта с исходным сырьем - утяжеленным гудроном), что отрицательно влияет на экономические показатели процесса. Кроме того, этот способ не позволяет расширить сырьевую базу битумного производства за счет вовлечения крупнотоннажного полупродукта нефтепереработки - асфальтита процесса пропановой деасфальтизации гудронов, снизить себестоимость и улучшить эксплуатационные показатели качества конечной продукции.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения битумов нефтяных дорожных, позволяющего производить высококачественные модифицированные дорожные битумы марок БНД-А 60/90 и БНД-А 90/130, соответствующие требованиям ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие», а также БНД-А 50/70, БНД-А 70/100 и БНД-А 100/130, соответствующие требованиям ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия» с максимальным вовлечением в производство асфальтита - побочного продукта процесса пропановой деасфальтизации гудронов.

Поставленная задача решается предлагаемым способом получения битумов нефтяных дорожных асфальтитсодержащих путем окисления кислородом воздуха смеси гудрона или продукта смешения гудрона с 5-м вакуумным погоном установки вакуумной перегонки мазута (ВТ) с асфальтитом процесса пропановой деасфальтизации гудрона при соотношении гудрон или продукт смешения гудрона с 5-м вакуумным погоном установки вакуумной перегонки мазута: асфальтит от 30:70% мас. до 50:50% мас., с последующим компаундированием окисленной асфальтитсодержащей смеси с гудроном (с ВУ₅ ⁸⁰≥70 с) при соотношении окисленная смесь : гудрон от 55:45% мас. до 40:60% мас. с получением целевого продукта требуемого качества.

Окисление смеси гудрона или продукта смешения гудрона с 5-м вакуумным погоном установки вакуумной перегонки мазута с асфальтитом процесса пропановой деасфальтизации гудрона проводят до температуры размягчения окисленного продукта 75-85°C.

В предлагаемом способе используют следующее сырье:

Гудрон - традиционный остаток вакуумной перегонки мазутов, выкипает при температурах выше 470°C. Он имеет следующие характеристики: температуру размягчения по КиШ - до 35-37°C, вязкость условную при 80°C - не менее 70 с, содержание серы - около 2,6% мас., плотность при 20°C - примерно 988 кг/м³.

Продукт смешения гудрона с 5-м вакуумным погоном установки вакуумной перегонки мазута - на Омском НПЗ этот продукт называют СТБ - сырье товарное битумное по ТУ 38.301-19-143-2004, иногда называют «затемненной» или «металлизированной» фракцией.

Асфальтит - побочный продукт процесса пропановой деасфальтизации гудрона (смесевой после 1-й и 2-й ступеней экстракции) и имеет следующие характеристики: температуру размягчения по КиШ - до 49°C, пенетрацию (глубину проникания стандартной иглы) при 25°C, × 0,1 мм - 45, пенетрацию при 0°C, × 0,1 мм - 2, дуктильность (растяжимость) при 25°C >150 см, дуктильность при 0°C - 0,4 см, температуру хрупкости - минус 10°C.

Предлагаемый способ осуществляют в три стадии следующим образом: сначала (1-я стадия способа) готовят смеси гудрона или продукта смешения гудрона с 5-м вакуумным погоном установки вакуумной перегонки мазута (СТБ) с асфальтитом процесса пропановой деасфальтизации гудрона при соотношении, % мас., гудрон или СТБ : асфальтит = 30:70÷50:50, и проводят компаундирование каждой из смесей в течение не менее 40 минут при температуре 140÷150°C.

Технологически эту стадию проводят в промышленных обогреваемых резервуарах при 140-150°C путем закачки компонентов в сырьевой резервуар смешения дозировочными насосами и затем постоянной 3-6-кратной суточной циркуляцией закачанных компонентов.

Полученные смеси гудрона или СТБ с асфальтитом подвергают окислению в стандартных условиях промышленных технологических установок окисления гудронов в битумы (при температуре в колонне 250-270°C в течение 5-9 часов и расходе воздуха - до 120 нм³/т сырья) до температуры размягчения получаемого окисленного продукта 75÷85°C (2-я стадия способа).

Окисленные смеси смешивают с прямогонным гудроном (с ВУ₅ ⁸⁰≥70 с) при соотношении, % мас., окисленная асфальтитсодержащая смесь : гудрон = 55:45÷40:60, с последующим их непрерывным компаундированием в течение не менее 40 минут при температурах 140-150°C (3-я стадия способа).

Технологически процесс смешения окисленного асфальтитсодержащего продукта с гудроном также осуществляют в промышленных резервуарах при 140-150°C путем их закачки в продуктовый резервуар смешения дозировочными насосами и затем постоянной 3-6-кратной суточной циркуляцией закачанных компонентов.

В таблице 1 представлены данные по составу сырья и условиям окисления смесей гудрона или СТБ с асфальтитом.

Ниже представлены примеры конкретной реализации способа при получении битумов нефтяных дорожных асфальтитсодержащих марки БНД-А 60/90, БНД-А 90/130, удовлетворяющих соответствующим требованиям ГОСТ 22245-90 для битумов марок БНД 60/90 и БНД 90/130, а также нормам ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия» для битумов марок БНД 50/70, БНД 70/100 и БНД 100/130.

Пример 1

Готовят смесь гудрона с асфальтитом процесса пропановой деасфальтизации гудрона при соотношении компонентов, % мас.: гудрон : асфальтит = 50:50 (смесь 1), затем проводят компаундирование компонентов в течение 40 минут при температуре 140°C (1-я стадия способа), после чего полученную смесь гудрона с асфальтитом (смесь 1) подвергают окислению до температуры размягчения 75°C (2-я стадия способа). Процесс окисления проводят в колонне при температуре 250-270°C в течение 7,0 часов и расходе воздуха - до 120 нм³/т сырья (таблица 1).

Затем продукт окисления смеси 1 компаундируют с гудроном при соотношении, % мас.: окисленная смесь : гудрон соответственно 50:50 (3-я стадия способа) при 140°C в течение 40 минут.

В таблице 2 приведены показатели качества полученного битума нефтяного дорожного асфальтитсодержащего (образец 1), из которых следует, что он полностью соответствует 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».

Пример 2

Получение битума нефтяного дорожного асфальтитсодержащего проводят аналогично примеру 1, получая смесь состава 1, после чего проводят процесс ее окисления до температуры размягчения продукта 75°C (таблица 1). Продукт окисления (смесь 1) компаундируют с гудроном при соотношении, % мас.: окисленная смесь : гудрон соответственно 55:45.

В таблице 2 приведены показатели качества полученного образца битума нефтяного дорожного асфальтитсодержащего (образец 2), из которых следует, что по своим показателям качества он соответствует битуму нефтяному дорожному марки БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90 и марки БНД 50/70 по ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия».

Пример 3

Получение битума нефтяного дорожного асфальтитсодержащего проводят аналогично примеру 1, за исключением того, что готовят смесь СТБ с асфальтитом процесса пропановой деасфальтизации гудрона при соотношении компонентов, % мас.: СТБ : асфальтит = 30:70 (смесь 2).

Окисление смеси 2 проводят в течение 7,5 часов до температуры размягчения продукта 80°C (таблица 1), на 3-й стадии приготовления продукт окисления смеси 2 компаундируют с гудроном при соотношении, % мас.: окисленная смесь : гудрон соответственно 50:50 при 140°C в течение 40 минут.

В таблице 2 приведены показатели качества полученного битума нефтяного дорожного асфальтитсодержащего (образец 3), 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 50/70 по ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия».

Пример 4

Получение битума нефтяного дорожного асфальтитсодержащего проводят аналогично примеру 1, за исключением того, что готовят смесь СТБ с асфальтитом процесса пропановой деасфальтизации гудрона при соотношении компонентов, % мас.: СТБ : асфальтит = 50:50 (смесь 3).

Окисление проводят в течение 8,0 часов до температуры размягчения продукта 83°C (таблица 1). Процесс окисления проводят в колонне при температуре 250-270°C и расходе воздуха - до 120 нм³/т сырья.

Продукт окисления (смесь 3) компаундируют с гудроном при соотношении, % мас.: окисленная смес : гудрон соответственно 48:52.

В таблице 2 приведены показатели качества полученного битума нефтяного дорожного асфальтитсодержащего (образец 4), из которых следует, что по показателям качества он соответствует требованиям к битуму нефтяному дорожному марки БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90 и битуму нефтяному дорожному марки БНД 70/100, а также соответствующим требованиям ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия».

Пример 5

Получение битума нефтяного дорожного асфальтитсодержащего проводят аналогично примеру 1, за исключением того, что готовят смесь гудона с асфальтитом процесса пропановой деасфальтизации гудрона при соотношении компонентов, % мас.: гудрон : асфальтит = 40:60 (смесь 4). Окисление проводят в течение 8,5 часов до температуры размягчения продукта 85°C (таблица 1). Процесс окисления проводят в колонне при температуре 250-270°C и расходе воздуха - до 120 нм³/т сырья.

Продукт окисления (смесь 4) компаундируют с гудроном при соотношении, % мас.: окисленная смесь : гудрон соответственно 40:60.

В таблице 2 приведены показатели качества полученного битума нефтяного дорожного асфальтитсодержащего (образец №5), из которых следует, что по своим показателям качества он соответствует требованиям к битуму нефтяному дорожному марки БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90 и марки БНД 100/130 по ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия».

Из результатов, представленных в таблице 2, следует, что предлагаемый способ позволяет получить высококачественные модифицированные битумы нефтяные дорожные асфальтитсодержащие марок БНД-А 60/90 и БНД-А 90/130, соответствующие требованиям ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие», а также марок БНД-А 50/70, БНД-А 70/100 и БНД-А 100/130, соответствующие нормам ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия», с вовлечением в производство до 38,5% мас. асфальтита - побочного продукта процесса пропановой деасфальтизации гудрона (на первой стадии процесса). Это позволяет экономить высокорентабельный гудрон, который является потенциальным источником получения дистиллятных моторных топлив, а также утилизировать побочный продукт процесса пропановой деасфальтизации гудрона.