CC BY
250
УДК 665.637.5
С. К. Буканова (ст. преп.)1, Ю. А. Кутьин (к.т.н., зав. отд.)2, И. Р. Хайрудинов (д.х.н., проф., гл.н.с.)2
Исследование качества нефтяных остатков — сырья для получения дорожных битумов
1 Атырауский институт нефти и газа 060002, Республика Казахстан, г. Атырау, пр. Азатлык, 1; тел. 8 (7122) 996126,
e-mail [email protected] 2Институт нефтехимпереработки РБ 450065, г. Уфа, ул. Инициативная, 12; тел. 8 (347) 2422438, e-mail: [email protected]
S. K. Bukanova1, Yu. A. Kut'in2, I. R. Khayrudinov2
Study of petroleum residues quality - a feed for road bitumens production
1 Atyrau institute of oil and gas 1, Azatlyk av, 060002, Republic of Kazakhstan, Atyrau; ph. 8 (7122) 996126, e-mail: [email protected] 2 Institute of petroleum refining and petrochemistry of RB 12, Initsiativnaya, 450065, Ufa, Russia; ph. 8 (347) 2422438, e-mail: [email protected]
В статье рассмотрены остатки вакуумной перегонки, получаемые из мазута Павлодарского НХЗ с различной глубиной отбора вакуумных газойлей. Исследование характеристик гудро-нов и их группового химического состава, а также показателей качества битумов дорожных марок, получаемых из гудронов, позволило установить картину влияния качества гудронов на товарные свойства дорожных битумов. Для условий Павлодарского НХЗ рекомендованы оптимальные пределы условной вязкости битумного сырья, обеспечивающие производство качественных дорожных битумов.
Ключевые слова: битумы; групповой химический состав; гудроны; мазут; технические свойства.
Важным направлением в решении задачи создания современной автодорожной сети является повышение качества отечественных дорожных битумов и доведение его до уровня мировых стандартов.
Производителями дорожного битума в Казахстане являются Павлодарский нефтехимический завод и АО «Асфальтобетон», однако собственное производство битумов в республике не в состоянии удовлетворить в полном объеме спрос дорожных строительных организаций 1. Качество ввозимого извне битума не всегда соответствует требованиям современного дорожного строительства республики,
Дата поступления 15.01.13
The article studies the vacuum distillation residues, produced from the atmospheric residue of Pavlodar petrochemical plant with various depth of vacuum gas oils draw off. The investigation of the vacuum residue characteristics, their group chemical composition and the quality parameters of road bitumens, produced from the vacuum residues, made it possible to determine the character of the influence of the vacuum residues quality on the market properties of road bitumens. The optimum limits of the bitumen feed specific viscosity, providing production of high quality road bitumens are recommended for Pavlodar petrochemical plant.
Key words: bitumens; group chemical composition; vacuum residue; technical properties.
характеризующегося разнообразием, наличием пяти дорожно-климатических зон 2, поэтому сегодня перед отраслью остро стоит вопрос строительства битумного завода и выпуска собственного битума из казахстанских нефтей, обладающего улучшенными показателями устойчивости, как к повышенным, так и к низким температурам, характерным для климата республики, а также к старению в процессе эксплуатации
Основные требования к сырью для производства вязких дорожных битумов нормируются ТУ 0258-113-00151807-2002 «Сырье для производства нефтяных вязких дорожных битумов». Данными техническими условиями условную вязкость сырья, применяемого для
производства битумов дорожных марок, определяемую при 80 0С (ВУ80), нормируют в пределах 20—60 с.
С целью оценки влияния данного показателя на качество получаемых окисленных дорожных битумов из мазута Павлодарского НХЗ были получены гудроны с различным значением условной вязкости.
Материалы и методы исследований
Исходный мазут Павлодарского НХЗ был подвергнут вакуумной перегонке с получением образцов гудрона, выкипающих выше 480 0С, 500 0С и 525 0С.
Характеристики мазута и гудронов представлены в табл. 1.
Анализы мазута и гудронов проводили стандартными методами, принятыми в отрасли. Групповой химический состав образцов определяли методом жидкостной хроматографии на силикагеле прибором «Градиент-М», разработанным в ГУП ИНХП РБ.
Окисление гудронов проводили в лабораторном кубике периодического действия. Условия окисления: температура процесса 240— 260 0С; расход воздуха на окисление — 1.5 л на 1 кг сырья в минуту.
Битумы анализировали путем определения группового химического состава и общепринятыми стандартными методами оценки качества, используемыми в нефтепереработке, результаты анализов представлены в табл. 2 и 3.
Результаты и их обсуждение
По мере углубления отбора в остатках снижается содержание парафино-нафтеновых, легких и средних (моно- и бициклических) ароматических углеводородов, которые выводятся из вакуумной колонны с боковыми погонами — легким и тяжелым вакуумным газойлями. За счет этого доля тяжелых полициклических ароматических соединений возрастает. Чем тяжелее остаток, тем выше в нем содержание смол и асфальтенов. С увеличением глубины отбора вакуумных дистиллятов растут плотность и условная вязкость гудрона, причем последняя увеличивается довольно резко — с 30 с до 56—76 с.
При оценке пригодности полученных остатков для использования их в качестве сырья для производства битумов дорожных марок по значению показателя «условная вязкость при 80 оС», предпочтение, казалось бы, следовало отдать остатку, выкипающему выше 480 оС, поскольку вязкость такого остатка
Наименование показателей, единицы измерения Исходный мазут Значения показателей для остатков,
выкипающих выше, оС
480 500 525
1. Плотность при 20 оС, кг/м3 971.2 994.2 998.9 1002.3
2. Температура вспышки, оС 162 310 выше 320
3. Условная вязкость при 80 оС, с 5.2 29.8 56.2 76.2
4. Температура размягчения, оС - - 24.3 35.5
4. Групповой химический состав, % мас.: - парафино-нафтеновых 23.0 16.6 14.1 11.0
- легких ароматических 16.3 17.1 16.2 15.3
- средних ароматических - тяжелых ароматических - смол 10.0 34.1 14.5 9.2 36.6 17.3 9.0 39.2 18.0 6.9 41.6 20.9
- асфальтенов 2.1 3.2 3.5 4.3
5. Выход на нефть, % мас. 52.7 34.2 31.6 29.8
6. Выход на мазут, % мас. - 64.9 60.0 56.6
Таблица 2
Групповые химические составы дорожных битумов, полученных при прямом окислении различных остатков перегонки мазута ПНХЗ
Наименование остатка Содержание отдельных групп углеводородов, % мас.
Парафино-нафтеновые Ароматические Смолы суммарные Асфальтены
легкие средние тяжелые
Выше 480 оС 14.6 12.2 11.4 30.5 21.5 9.8
Выше 500 оС 13.3 11.4 10.1 29.2 24.5 11.5
Выше 525 оС 11.5 10.2 9.9 28.8 25.8 13.8
Таблица 1
Характеристика остатков разной глубины отбора, полученных из мазута Павлодарского НХЗ
Оч
Физико-химические характеристики экспериментальных дорожных битумов, полученных из разных остатков перегонки мазута ПНХЗ, и требования действующих стандартов на дорожные битумы
Таблица 3
01
а
Е
*
х "О
о *
X X X X
ф
0 *
X
X *
"О
1 а ь
о
о
о
к
Требования ГОСТ РФ 22245-90 ЕЫ 12591, марка 70/100 Экспериментальные дорожные битумы
Наименование показателей, единицы измерения Требования СТ РК 1373 остаток выше 480 °С остаток выше 500 °С остаток выше 525 °С
БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 60/90 БНД 90/130
1. Глубина проникания иглы,
0.1 мм, при 25 °С 61-90 91-130 61-90 91-130 70-100 87 127 78 111 64 98
0°С не менее 20 не менее 28 не менее 20 не менее 28 не норм. 32 37 29 32 23 29
2. Температура размягчения, °С не ниже 47 не ниже 43 не ниже 47 не ниже 43 43-51 48.1 44.3 48.6 44.2 49.1 43.8
3. Растяжимость, см, при
25 °С не менее 55 не менее 65 не менее 55 не менее 65 не норм. 67 78 96 114 121 143
0°С 3.5 4.0 3.5 4.0 3.5 3.8 4.1 5.2 4.8 6.0
4. Температура хрупкости, °С не выше -15 не выше -17 не выше -18 не выше -20 -10 -21.7 -23.2 -20.1 -21.8 -19.2 -20.4
5. Температура вспышки, °С не ниже 230 261 256 268 259 278 271
6. Индекс пенетрации от - 1.0 до + 1.0 -1.5 + 0.7 -0.1 -0.3 -0.5 -0.8 -1.0 -1.1
После прогрева в тонкой пленке при 163 °С в течение 5 ч
7. Потеря массы, % мае. не норм. не норм. не более 0.8 0.40 0.51 0.35 0.41 0.28 0.32
8. Изменение температуры размягчения, °С не более 5 не более 5 не более 5 не более 5 не ниже 45 4.0 4.2 3.8 4.0 3.3 3.8
9. Глубина проникания иглы при 25 °С, в % от исходной не норм. не норм. не менее 50 не менее 43 не менее 46 68 64 71 69 78 72
находится в пределах, нормируемых ТУ на марку СБ 20/40 (20—40 с), и остатку, выкипающему выше 500 оС, т. к. его вязкость соответствует требованиям ТУ на марку СБ 40/60 (40—60 с). Пригодность остатка, выкипающего выше 525 оС, для производства качественных дорожных битумов следует определять экспериментальным путем, поскольку вязкость остатка заметно превышает максимальные нормативные значения.
В процессе окисления нефтяных остатков одновременно протекает множество последовательно-параллельных реакций, в результате которых происходит рост молекулярной массы окисленного продукта, т. е. уплотнение.
Процесс «уплотнения» остатков вызван возрастающей потерей водорода при окислении, что в сочетании с реакциями циклизации приводит к образованию высокомолекулярных продуктов, характеризующихся высокой степенью ароматичности — асфальтенов и смол. Понятно, что групповые химические составы исходных остатков и полученных из них битумов должны различаться.
Групповые химические составы дорожных битумов, полученных прямым окислением остатков перегонки мазута ПНХЗ, выкипающих выше 480, 500 и 525 оС, представлены в табл. 2.
Полученные битумы в сравнении с исходными остатками характеризуются более высоким содержанием в своем составе смол и ас-фальтенов, меньшим содержанием парафино-нафтеновых и ароматических углеводородов.
В табл. 3 приведены требования стандартов России, Казахстана и Евростандарта на дорожные битумы, и с ними сопоставлены основные физико-химические характеристики лабораторных образцов, полученных прямым окислением остатков разной глубины отбора из мазута Павлодарского нефтехимического завода.
В результате сравнения полученных результатов с действующими стандартами можно сделать следующие выводы:
— образцы битумов, полученные нами из различных остатков, взятых для проведения экспериментов, полностью соответствуют всем требованиям действующих стандартов России, Казахстана и Евростандарта;
Литература
1. Кутербеков Д. // НТЖ «Дороги содружества».- 2007.- №2.- С.32.
2. Теляшев Э. Г., Хайрудинов И. Р., Кутьин Ю. А. и др. Источники сырья для производства дорожных битумов в Казахстане. Экспозиция нефти и газа.- 2008.- С.24.
— наиболее пластичными являются битумы, полученные из остатка, выкипающего выше 480 оС. Пластичность битумов снижается по мере повышения глубины отбора газой-левых фракций из исходных остатков;
— растяжимость битумов, полученных из остатков глубоковакуумной перегонки мазута, повышается при увеличении глубины отбора газойлевых фракций;
— низкотемпературные характеристики битумов несколько ухудшаются с повышением глубины отбора и являются наилучшими для битумов, полученных из остатка, выкипающего выше 480 оС;
— битумы, полученные окислением остатков мазута ПНХЗ, выкипающих в диапазоне (480—525 оС), характеризуются хорошей устойчивостью к процессам термоокислительного старения.
Можно отметить, что в нашем случае, когда речь идет о производстве битумов из сырья, получаемого при переработке мазута Павлодарского НХЗ, условную вязкость сырья следует нормировать в диапазоне 20—80 с.
Если переработке в битум подвергнуть более легкий остаток (сырье), то показатель «растяжимость при 25 оС» будет иметь значение ниже нормируемого действующим стандартом при соответствии других показателей нормативным значениям.
Если переработке подвергаются более тяжелые остатки, то при прямом их окислении будет получаться битум с неудовлетворительными низкотемпературными характеристиками.
Таким образом, обосновано важное технологическое требование к условной вязкости битумного сырья, вырабатываемого из мазута Павлодарского НХЗ: битумное сырье, производимое путем глубоковакуумной перегонки мазута Павлодарского НХЗ, должно иметь условную вязкость при 80 оС (ВУ80) в диапазоне 20-80 с.
Это означает, что при разработке технологии производства высококачественных дорожных битумов из мазута Павлодарского НХЗ по способу прямого окисления сырья, вакуумный блок нужно эксплуатировать, исходя из необходимости получения остатка в найденном диапазоне условной вязкости.
Литература
1. Kuterbekov D.//NTZh «Dorogi sodruzhestva».-
2007.- №2.- S.32.
2. Teljashev E. G., Hajrudinov I. R., Kut'in Ju. A.
Istochniki syr'ja dlja proizvodstva dorozhnyh
bitumov v Kazahstane. Jekspozicija nefti i gaza.-
2008.- S.24.
