КОМПАУНДИРОВАНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ БИТУМОВ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Н.А. Мамадиев

КОМПАУНДИРОВАНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ БИТУМОВ

В данной статье рассматриваются вопросы современного производства битумов, удовлетворяющих требованиям современных стандартов, дается информация по методам получения товарных битумов, а также сопоставление некоторых качественных и эксплуатационных показателей битумов.

Ключевые слова: битумы, компаундирование, асфальтены, смолы, парафино-нафтеновые углеводороды, окисление, переокисление

Высокое качество дорожных битумных материалов определяется их оптимальным групповым химическим составом, структурой и дисперсностью НДС.

Существует ряд уникальных по составу нефтей (например, арланская, ярегская и др.), из которых непосредственно можно получать высококачественные битумные материалы оптимальной дисперсности как окисленные, так и остаточные. Однако ресурсы такого сырья как в России, так и за рубежом чрезвычайно малы и не могут удовлетворить современные потребности в вяжущих материалах. Поэтому настоящее и перспективы развития битумного производства связано с получением компаундированных битумов с оптимальными дисперсностью и структурой. С позиций теории НДС процесс компаундирования должен представлять собой целенаправленное регулирование соотношения объемов и природы дисперсной фазы и дисперсионной среды, которое позволяет изменять размер дисперсных частиц и тип самой структуры вяжущих [1].

Только окислением, а также глубокой вакуумной перегонкой нефтяных остатков не всегда удается получать битумы, удовлетворяющие всем требованиям существующих стандартов. В таких случаях прибегают к компаундированию на битумной смесительной установке или на месте использования битума. Снижение интереса к процессам окисления за рубежом связано с широким использованием компаундирования, в результате которого достигается требуемое качество битума.

В современной нефтепереработке получила широкое применение технология производства битумов, основанная на компаундировании нефтяных остатков различной вязкости. Технология заключается в получении битума с высокой температурой размягчения окислением гудрона, а затем разбавление переокисленного продукта маловязким нефтепродуктом, например, малоокисленным битумом, гудроном или специально подобранными нефтяными добавками. В качестве неокисленных компонентов компаундированных битумов можно использовать гудрон, затемненный вакуумный газойль (слоп), асфальт деасфаль-тизации, экстракт селективной очистки масел, тяжелый газойль термического и каталитического крекинга, остатки висбрекинга и высококипящие продукты других процессов переработки нефти. Используя способ компаундирования, можно получить битумы, отвечающие требованиям различных стандартов. Изменение свойств битума в необходимом направлении достигается рациональным подбором компонентов [1,2].

Производство битумов по методу переокисление - разбавления

Суть технологии «переокисление - разбавление» заключается в том, что исходное сырье вначале окисляют до температуры размягчения 80-100 °С и далее битумную основу, представляющую собой концентрат смол и асфальтенов, разбавляют (компаундируют) исходным сырьем. При этом, битумы, полученные таким способом, отличаются повышенной температурой размягчения, улучшенными адгезионными свойствами и большей стабильностью в процессе старения за счет введения неокисленных сырьевых компонентов.

Для повышения пластичности битумов, получаемых из сырья с большим содержанием отходов масляного производства, на Новокуйбышевском НПЗ используется один из вариантов метода переокисления - разбавления. Получение так называемой переокисленной основы - фактически строительного битума БН -осуществляют в нетеплоизолированной колонне, в которую подают гудрон с температурой 240°С и воздух. Температура окисления составляет 260°С. Для уменьшения взрывоопасности в верхнюю часть колонны подают водяной пар. Битум из колонны откачивают через теплообменник, в котором температура

© Мамадиев Н.А., 2021.

Научный руководитель: Абдулмежидова Зулай Абдуловна - кандидат технических наук, доцент, Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщи-кова, Россия.

продукта снижается до 200°С, частично в емкости готовой продукции, частично - в кубы. В кубы закачивают также асфальт и экстракт. После перемешивания воздухом компаунд отгружают в качестве дорожного битума. Определенное неудобство при работе по такой схеме представляет периодичность процесса смешения компонентов дорожного битума.

В 2011-2012 гг. проводились работы по разработке технологии получения улучшенных битумов применительно к ООО "ЛУКОЙЛ - Нижегороднефтеоргсинтез" и ООО "ЛУКОЙЛ - Волгограднефтепе-реработка", результатом которых стала технология " переокисление - разбавление". Технологией предусматривается окисление нефтяного сырья любой вязкости, разбавление оксидатанеокисленными остаточным компонентами в определенных соотношениях.

По разработанной технологии были получены опытные партии битумов, которые соответствовали требованием ГОСТ 22245-90 на марку БНД 60/90. По сравнению с качеством битумов, полученных прямым окислением, качество компаундированных битумов выше. Они обладают лучшими показателями растяжимости и устойчивости к процессам термоокислительного старения, улучшенными низкотемпературными свойствами и высокой остаточной пенетрацией после прогрева (табл. 1) [1].

Таблица 1

Сравнение качества компаундированных и окисленных дорожных битумов_

Битумы ком- Битумы окис-

Показатели качества паунди-рован-ные ленные

БНДУ 60 БНД 60/90

Глубина проникания иглы, 0,1 мм при 25 0С 66 72

Глубина проникания иглы, 0,1 мм при 0 0С 24 22

Температура размягчения, 0С 52 49

Температура хрупкости, 0С -19 -15

Растяжимость при 25 0С, см 129 100

Растяжимость при 0 0С, см 3,6 3,5

Вязкость динамическая при 600С, Па*с 576 -

Вязкость кинематическая при 1350С мм2/с 745 -

Изменение температуры размягчения, 0С 5,0 5,0

Температура вспышки, 0С 260 260

Индекс пенетрации - -0,3

Показатели после прогрева при 163 0С в течение 5 часов

Изменение массы, % 0,06 0,12

Глубина проникания иглы, при 250С от первоначальной вели- 78 -

чины

Температура размягчения, 0С 57 -

Температура хрупкости, 0С -16 -

Растяжимость при 250С, см 140 -

Вязкость динамическая при 600С, Па*с 1443 -

Коэффициент возрастания динамической вязкости 2,5 -

Производство битумов переокислением - разбавлением - перегонкой

В настоящее время высокопарафинистые нефти не используют для получения дорожных битумов на НПЗ топливного профиля. Потенциальным сырьем битумного производства на таких заводах могут быть только гудроны, из которых при окислении получаются битумы с неудовлетворительной дуктильно-стью. Основной причиной неудовлетворительной дуктильности битумов является относительно низкое содержание ароматических углеводородов в конечном продукте. Невысокое содержание ароматических углеводородов в битумах, получаемых из высокопарафинистыхнефтей, объясняется, прежде всего, недостаточным содержанием этих углеводородов в исходном сырье. Кроме того, при переработке сырья происходит дальнейшее снижение содержания соединений с ароматической структурой. В связи с этим, предложено проводить предварительное окисление части легкого высокопарафинистого сырья с тем, чтобы в какой-то степени перевести ароматические углеводороды в более высококипящие соединения, которые при последующей перегонке не выкипали бы, а оставались в остатке, что позволило бы увеличить дуктиль-ность битумов.

Схема производства битумов по этому методу заключается в следующем. Часть сырья, легкий гудрон или мазут, переокисляется до температуры размягчения 70 - 100°С по КиШ и смешивается с неокис-ленной частью. Эта смесь подвергается вакуумной перегонке с получением в остатке перегонки битума с дуктильностью, соответствующей требованиям стандарта [1, 3-6].

Для расширения сырьевой базы получения битумов предлагается использование дешевых нецелевых продуктов, например, асфальтита, который является побочным продуктом при производстве базовых масел [5, 7].

Однако вовлечение асфальтита в битумное производство связано с ухудшением низкотемпературных свойств дорожных битумов, что ограничивает объемы их применения. Возможны три способа вовлечение асфальтита в производство дорожных битумов:

- прямое смешение с окисленным битумом;

- предварительное окисление и последующее смешение окисленного битума с гудроном;

- использование асфальтита как компонента гудрона с последующим окислением смеси.

При использовании для окисления сырья, содержащего 75-83% гудрона, 15-23% асфальтита и 2% прямогонной фракции 470-5100С можно получить дорожные битумы марки БНД 60/90 с более высокой пластичностью (дуктильность при 25 0С) и низкотемпературными свойствами по сравнению с требованиями ГОСТ 22245-90. Это достигается в результате изменения объемов и природы дисперсной фазы и дисперсионной среды путем увеличения в составе сырья концентрации смол и асфальтенов в результате введения в сырье асфальтита, а также изопарафиновых и парафино - нафтеновых углеводородов прямогонной фракции. Для получения дорожных битумов улучшенного качества переокисленный асфальтит смешивают с остатками селективной очистки масел [8].

При этом достигается экономия гудрона, который может быть использован для производства ди-стиллятных моторных топлив, а также помогает вывести из процесса окисление до 70% гудрона, так как его в неокисленнном виде компаундируют с асфальтитсодержащим продуктом. Для получения дорожных, строительных и кровельных битумов рекомендуется технология, реализованная на ОАО "Салаватнеф-теоргсинтез", предусматривающая получение битума с высокой температурой размягчения с последующим его компаундированием с исходным сырьем [1, 8]. В связи с этим представляет интерес сопоставление некоторых качественных и эксплуатационных показателей тех и других видов дорожных битумов (табл. 2 и 3). Для выбора наиболее предпочтительного способа получения компаундированных дорожных битумов с улучшенными свойствами необходимы специальные исследования по разработке рецептур и технологии их производства с учетом природы перерабатываемого сырья и специфических условий конкретного нефтеперерабатывающего завода.

Таблица 2

Физико-химические свойства различных битумов_

Битум Средняя М.М. Соотношение С/Н Углеводородный состав

Пара-фино-нафте-но-вые Легкая Ar Средняя Ar Тяжелая Ar Смолы Ас-фаль-тены

Окисленные 800 8,17 16,2 7,1 4,5 27,8 27,9 16,5

Остаточные 766 8,40 8,40 8,7 7,2 37,8 27,3 10,6

Компаунди-ро-ванные 737 8,65 8,65 4,5 2,1 33,1 34,0 19,4

Таблица 3

Технические свойства различных битумов_

Битумы Температура, оС Пенетрация 0,1 мм, при Растяжимость при 25 оС, см

размягчения хрупкости 25 оС 0 оС

Окисленные 43 -17 119 34 80

Остаточные 44 -9 118 24 >100

Компаунди-рован-ные 43 -12 110 28 >100

Для выбора наиболее предпочтительного способа получения компаундированных дорожных битумов с улучшенными свойствами необходимы специальные исследования по разработке рецептур и технологии их производства с учетом природы перерабатываемого сырья и специфических условий конкретного нефтеперерабатывающего завода.

Библиографический список

1. Джумаева О., Солодова Н. Л., Емельянычева Е. А. Компаундирование в технологиях получения битумов. Вестник технологического университета. 2016. Т.19, №5, С.43-48.

2. Пименов А.А., Васильев А.В. Особенности использования нецелевых продуктов нефтепереработки для повышения качества дорожных битумов //Журнал экологии и промышленной безопасности. - 2016. - № 2. - С. 59-62.

3. Евдокимова Н.Г., Грызина Е.В., Ялиева Э.А. Подготовка сырья битумного производства с использованием вакуумного остатка установки висбрекинга. Нефтегазовое дело. 2011. №5. http://www.ogbus.ru

4. Евдокимова Н.Г., Кортянович К.В., Жирнов Б.С., Ханнанов Н.Р., Гуреев А.А. Получение дорожных битумов компаундированием переокисленных битумов с гудроном. Нефтегазовое дело. 2004. http://www.ogbus.ru

5. В.В. Самсонов. Асфальтиты - в производстве дорожных битумов. ХТТМ, 2008, № 6, с. 19-22.

6. А.А. Гуреев, А.А. Коновалов, В.В. Самсонов, С.В. Марков, А.Г. Олтырев. Вяжущее (полимерно-гудроно-асфальтитовое вяжущее) для дорожных покрытий. Патент РФ №2009104015/04 от 09.02.2009.

7. Самсонов В.В. Производство асфальтит содержащих дорожных битумов. // Химия и технология топлив и масел. 2008. -№6. -С.19-27.

8.Сайфуллина А.А. и др. Исследование процесса компаундирования при получении дорожных битумов на битумной установке. // Нефтепереработка и нефтехимия. 2008. -№4. -С.4-5.

МАМАДИЕВ НУРДИН АЛИКОВИЧ - магистрант, Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова, Россия.