Результат интеллектуальной деятельности: БИТУМНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

Изобретение относится к битумным композициям и может быть использовано для получения битумных композиций, применяемых в дорожном строительстве.

Известен способ получения компаундированного битума путем смешения окисленного битума с нефтяными неокисленными нефтепродуктами, в качестве которых используют гудрон - фракцию с началом кипения 500°C, дистиллятную фракцию 480-610°C - «слоп» и экстракт селективной очистки остаточной масляной фракции при следующих соотношениях 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-х компонентной смеси добавляют окисленный битум (Патент РФ №2302447, 2007 г.).

Недостатком композиции является многокомпонентность смеси, т.к. поддержание состава четырехкомпонентной смеси в оптимальных пределах (особенно при варьировании параметров качества сырьевых компонентов) сопряжено со значительными технологическими трудностями.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является битумная композиция, включающая в себя смесь окисленного битума с неокисленным нефтепродуктом, отличающаяся тем, что в качестве неокисленного нефтепродукта используют тяжелый газойль каталитического крекинга при соотношении соответственно - окисленный битум : тяжелый газойль каталитического крекинга 95-99 : 5-1% мас., причем окисленный битум имеет температуру размягчения, равную или большую, чем температура размягчения конечного продукта (Патент РФ №2556925, 2015 г.).

Однако в последнее время в связи с модернизацией блоков вакуумной перегонки мазута произошло утяжеление гудрона (сырья для окисленного битума) с показателей условной вязкости ВУ80 70-80 сек (Патент РФ №2476580, 2013, стр. 5, 20-25, 45-50) до ВУ₈₀ 120-160 сек.

На ряде установок атмосферно-вакуумной перегонки нефти (ABT) были выполнены работы по модернизации блоков вакуумной перегонки мазута, включая не только понижение остаточного давления наверху вакуумной колонны до 20-30 мм рт.ст., но и совершенствование вакуумной насадки, введение горячей промывки паров, оптимизацию узла ввода парожидкостной смеси, трансферной линии, потоков и диаметров труб вакуумной печи, а также поддержание пониженной до 340°C температуры куба вакуумной колонны, что и привело к увеличению выхода ценного вакуумного газойля и, как следствие, утяжелению гудрона с показателей условной вязкости ВУ₈₀ 70-80 сек до ВУ₈₀ 120-160 сек.

В то же время введенная по Межгосударственному стандарту ГОСТ 33133-2014 «Дороги автомобильного общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические требования» (Москва. Стандарт информ. 2015 г.), марка дорожного битума БНД 70/100 в замен марки БНД 60/90 по предыдущему ГОСТ 22245-90 имеет значительно более высокие требования по качеству по минимальной пенетрации 71⋅0,1 мм против 60⋅0,1 мм и температуре хрупкости -18°C вместо -15°C при сохранении температуры размягчении по КиШ на прежнем уровне не ниже 47°C.

Задачей изобретения является разработка битумной композиции, применяемой в дорожном строительстве, с использованием утяжеленного гудрона, полученного из нефтей типа «Юролс» с ВУ₈₀ 123-158 сек с возможностью получения дорожного битума БНД 70/100 по Межгосударственному стандарту ГОСТ 33133-2014 «Дороги автомобильного общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические требования» и одновременно дорожного битума БНД 100/130 для более холодных районов.

Поставленная задача решается разработкой битумной композиции, применяемой в дорожном строительстве, включающей в себя смесь окисленного битума с неокисленным нефтепродуктом, которая отличается тем, что в качестве окисленного битума используют битум с температурой размягчения по КиШ 51-53°C, полученный окислением утяжеленного гудрона с ВУ₈₀ 123-158 сек, а в качестве неокисленного нефтепродукта используют остаточный экстракт селективной очистки масел растворителями или смесь остаточного и вязкого экстрактов селективной очистки масел, содержащую не более 40% мас. вязкого экстракта селективной очистки масел, при соотношении окисленный битум : неокисленный нефтепродукт 95-89:5-11% мас.

Для подтверждения поставленной задачи было проведено исследование по возможности получения дорожных битумов из появившегося более утяжеленного гудрона как сырья для его производства.

Для исследования использовались промышленно полученные утяжеленные гудроны из балансовой смеси нефтей «Юролс» со следующими показателями (Таблица 1).

При этом упор в исследовании был сделан на возможность получения дорожного битума БНД 70/100 по Межгосударственному стандарту ГОСТ 33133-2014 «Дороги автомобильного общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические требования» (Москва. Стандарт информ. 2015 г.) как одному из наиболее рекомендуемых к применению (Приложение A данного ГОСТ) и одновременно дорожного битума БНД 100/130 для более холодных районов.

Исследования проводили путем получения окисленного промышленного гудрона в лабораторных условиях с последующим получением композиции с неокисленным нефтепродуктом и анализом полученного таким путем дорожного битума.

Окисленный битум получали в лабораторной установке, представляющей собой круглодонную трехгорлую колбу объемом 2 дм³, установленную на колбонагреватель. В два горла колбы вставляли две трубки с оттянутым концом для ввода воздуха. В третье помещался термометр и мешалка.

Сырье в количестве 1200 г помещали в колбу и далее колбу нагревали в сушильном шкафу при температуре 180°C в течение 1 часа. После этого колбу перемещали на колбонагреватель, устанавливали термометр и мешалку. Включали мешалку с колбонагревателем и доводили температуру гудрона до необходимой. Температура в колбе поддерживалась с точностью ±2°C. Расход воздуха поддерживался в объеме 4 дм³/мин (или 0,2 м³/ч⋅кг гудрона).

При этом периодически проводились анализы окисляемого гудрона на температуру размягчения по КиШ.

При достижении температуры размягчения по КиШ требуемого значения прекращали подачу воздуха и полученный образец окисленного битума использовался для смешения.

Битумную композицию готовили путем нагрева до 150°C исходного окисленного битума, введения в него неокисленного нефтепродукта и последующего перемешивания в емкости с мешалкой в течение 30 минут.

В таблице 2 представлены показатели качества полученных битумных композиций.

При исследовании утяжеленного гудрона с вязкостью ВУ₈₀ 123 сек в условиях прототипа (Патент РФ №2556925, 2015 г.) была получена композиция дорожного битума, полностью соответствующая БНД 70/100 (Пример 1). Однако использование более вязкого гудрона с ВУ₈₀ 139 сек в условиях прототипа (Пример 2) не позволило получить БНД 70/100 по показателю растяжимости при 0°C (2,5 см при норме не менее 3,7 см).

Опыт с наиболее вязким из гудронов (ВУ₈₀ 158) в условиях прототипа (Пример 3) показал дальнейшее ухудшение растяжимости при 0°C с ростом вязкости исходного гудрона (0 см при норме не менее 3,7 см).

Учитывая реальность массового появления высоковязких гудронов (с ВУ₈₀ 130-160 сек.), были предприняты дальнейшие исследования возможности получения на их базе дорожных битумов.

В качестве неокисленного продукта в композиции был использован маловязкий экстракт селективной очистки масел Уфимского НПЗ (Пример 4) с показателями:

Полученная композиция дорожного битума также не соответствовала БНД 70/100 по показателю растяжимости при 0°C (2,7 см при норме не менее 3,7 см).

В дальнейшем проводились исследования (Примеры 5, 6, 7, 8), где в качестве окисленного битума использовался битум, полученный окислением утяжеленного гудрона с ВУ₈₀ 123-158 сек, а в качестве неокисленного нефтепродукта использовался остаточный экстракт селективной очистки масел растворителями при соотношении окисленный битум: остаточный экстракт селективной очистки масел 95-89÷5-11% мас.

Остаточный экстракт имел следующие показатели:

При этом при использовании гудрона с ВУ₈₀ 139 158 сек (Примеры 5, 6) были получены композиции дорожного битума, полностью соответствующие БНД 70/100 по всем показателям качества.

В примере 7 была исследована возможность получения композиции дорожного битума из гудрона с ВУ₈₀ 123 сек, которая показала, что полученный продукт полностью соответствует БНД 70/100 и находится на уровне прототипа по качеству.

В Примере 8, 9 показана возможность по данному изобретению получения битума БНД 100/130.

Полученная композиция полностью соответствует по показателям качества БНД 100/130.

В целях расширения сырьевой базы неокисленного нефтепродукта были выполнены исследования применения смеси остаточного и вязкого дистиллятного экстрактов (Примеры 10, 11), что позволило установить, что содержание в смеси до 40% вязкого дистиллятного экстракта также позволяет получить дорожный битум БНД 70/100 (Пример 10).

Вязкий дистиллятный экстракт селективной очистки масел имел следующие показатели:

Повышение содержания вязкого дистиллятного экстракта в смеси неокисленного нефтепродукта до 60% приводит к несоответствию конечного продукта БНД 70/100 по показателям пенетрации при 25°C при граничном показателе по температуре размягчения по КиШ (Пример 11).

Пример 1

Гудрон с показателем вязкости ВУ₈₀ 123 сек окисляли при 230°C до показателей качества:

Затем полученный окисленный битум смешивали с тяжелым газойлем каталитического крекинга в соотношении 96:4.

Качество полученного дорожного битума приведено в таблице 2. Битум полностью соответствует дорожному битуму БНД 70/100.

Пример 2

Гудрон с показателем вязкости ВУ₈₀ 139 сек окисляли при 230°C до показателей качества:

Затем полученный окисленный битум смешивали с тяжелым газойлем каталитического крекинга в соотношении 95:5.

Качество конечного продукта приведено в таблице 2.

Битум не соответствует БНД 70/100 по показателю растяжимости при 0° (2,5 см при норме не менее 3,7 см).

Пример 3

Гудрон с показателем вязкости ВУ₈₀ 158 сек окисляли при 225°C до показателей качества:

Затем полученный окисленный битум смешивали с тяжелым газойлем каталитического крекинга в соотношении 95:5.

Качество конечного продукта приведено в таблице 2. Битум не соответствует дорожному битуму БНД 70/100 по показателю растяжимости при 0° (0 см при норме не менее 3,7 см).

Пример 4

Гудрон с показателем вязкости ВУ₈₀ 139 сек окисляли при температуре 230°C до показателей качества:

Затем полученный окисленный битум смешивали с маловязким экстрактом селективной очистки масел в соотношении 96:4.

Качество полученного продукта приведено в таблице 2. Продукт не соответствует БНД 70/100 по показателю растяжимости при 0° (2,7 см при норме не менее 3,7 см).

Пример 5

Гудрон с показателем вязкости ВУ₈₀ 139 сек окисляли при температуре 225°C до показателей качества:

Затем окисленный битум смешивали с остаточным экстрактом селективной очистки масел в соотношении 95:5.

Качество полученного продукта приведено в таблице 2.

Битум полностью соответствует БНД 70/100.

Пример 6

Гудрон с показателем вязкости ВУ₈₀ 158 сек окисляли при 225°C до показателей:

Полученный окисленный битум смешивали с остаточным экстрактом селективной очистки масел в соотношении 93,5:6,5.

Качество полученного продукта приведено в таблице 2.

Битум полностью соответствует БНД 70/100.

Пример 7

Использовался окисленный битум из Примера 1 с показателями:

Данный окисленный битум смешивали с остаточным экстрактом селективной очистки масел в соотношении 95:5.

Качество полученного продукта приведено в таблице 2.

Битум полностью соответствует БНД 70/100.

Пример 8

Гудрон с показателями вязкости ВУ₈₀ 158 сек окисляли при 220°C с получением окисленного битума с показателями:

Полученный окисленный битум смешивали с остаточным экстрактом селективной очистки масел в соотношении 90:10.

Качество полученного продукта приведено в таблице 2. Битум полностью соответствует БНД 100/130.

Пример 9

Гудрон с показателями вязкости ВУ80 158 сек окисляли при 220°C с получением окисленного битума с показателями:

Полученный окисленный битум смешивали с остаточным экстрактом селективной очистки масел в соотношении 89:11.

Показатели качества полученного продукта приведены в таблице 2.

Продукт соответствует БНД 100/130, но показатели качества по температуре размягчения и пенетрации при 25°C (102 при норме не менее 101) находятся у граничных показателей, что показывает границы применения данного изобретения.

Пример 10

Использовался окисленный битум по Примеру 6:

Данный окисленный битум смешивали с заранее приготовленной смесью остаточного и вязкого дистиллятного экстрактов селективной очистки масел (60:40) в соотношении 94:6.

Качество полученного продукта приведено в таблице 2.

Полученный битум полностью соответствует БНД 70/100.

Пример 11

Использовался окисленный битум по примеру 6:

Данный окисленный битум смешивали с заранее подготовленной смесью остаточного и вязкого дистиллятного экстрактов селективной очистки масел (40:60) в соотношении 95:5.

Качество полученного продукта приведено в таблице 2.

Полученный продукт не соответствует БНД 70/100 по показателю глубины проникновения иглы при 25°C 0,1 мм (68 при норме не менее 71) при граничных показателях размягчения по КиШ.

Таким образом разработана битумная композиция, применяемая в дорожном строительстве, с использованием утяжеленного гудрона, полученного из нефтей типа «Юролс» с ВУ₈₀ 123-158 сек, с возможностью получения дорожного битума БНД 70/100 по Межгосударственному стандарту ГОСТ 33133-2014 «Дороги автомобильного общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические требования» и одновременно дорожного битума БНД 100/130 для более холодных районов.