CC BY
11
УДК 665.775
Кунаккулова Э.М. студент магистратуры 2 курс, направление подготовки «Химическая технология топлива и газа» Жиленко К.А. студент
3 курс, направление подготовки «Химическая технология»
Евдокимова Н.Г., д.тн.
профессор
кафедра «Химико-технологические процессы» Филиал ФГБОУВО «Уфимский государственный нефтяной
технический университет» в г. Салавате
Россия, г. Салават
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ГРУППОВОГО - ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА КОМПОНЕНТОВ НЕФТЯНЫХ ДОРОЖНЫХ БИТУМОВ НА ИХ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА
Аннотация: В статье рассмотрено влияние отдельных компонентов дорожного битума на его физико-химические показатели. Получены две серии образцов с различным компонентным составом. Представлен групповой химический состав сырья для компаундирования.
Ключевые слова: битум, групповой химический состав, масла, смолы, асфальтены, компаундирование.
Kunakkulova E.M. master's student
2st year, direction of training " Chemical technology offuel and gas"
Zhilenko K. A. student
3 year, direction of training "Chemical technology" Evdokimova N.G., Doctor of technical Sciences
associate professor of Chemical-Technological processes Department Ufa State Petroleum Technical University Branch of the University in the City of Salavat Russian Federation, Salavat
ASSESSMENT OF THE IMPACT OF GROUP-CHEMICAL COMPOSITION OF OIL ROAD BITUMEN COMPONENTS ON
QUALITY INDICATORS
Annotation: The article considers the influence of individual components of road bitumen on its physical and chemical parameters. Two series of samples with
different component compositions were obtained. The group chemical composition of raw materials for compounding is presented.
Key words: bitumen, group chemical composition, oils, resins, asphaltenes, compounding.
Нефтяные битумы - природные или искусственно получаемые тяжелые нефтепродукты. В нефтепереработке битумы получают в основном окислением гудронов (окисленные битумы), глубоковакуумной перегонкой мазута или тяжелых нефтей (остаточные битумы), либо компаундированием (смешением в определенных пропорциях) окисленных и неокисленных компонентов [1].
Битумы отличаются вязкой или твердой консистенцией, и представляют собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов нефтяного происхождения, а также их производных, содержащих кислород, серу, азот и комплексные соединения металлов [1].
В связи с увеличением глубины переработки нефти сырье битумного производства - гудроны кардинально меняют свои свойства, в том числе из-за увеличения вязкостных характеристик, повышения коксуемости, снижения содержания в своем углеводородном составе масляных компонентов, увеличения содержания смол и асфальтенов.
Проблемы, возникающие с повышением глубины переработки нефтяного сырья, могут быть решены во многом за счёт оптимизации используемых технологий производства нефтепродуктов, в том числе за счет модернизации технологии и адаптации производства нефтяных битумов к утяжеленным гудронам. Широкое применение на российских заводах нашел метода компаундирования гудрона и глубокоокисленного битума. Данная технология производства битумов именуется как «окисление -компаундирование» [2] и позволяет расширить ассортимент выпускаемой продукции и улучшить свойства нефтяных битумов за счет большого выбора компонентов для компаундирования. В результате подбора оптимального соотношения компаундов можно достичь наилучшего группового химического состава битума и его дисперсности [3, 4] и получить готовую битумную продукцию соответствующую ГОСТ 33133-2014.
Дорожные нефтяные битумы состоят из масел, смол и асфальтенов. Качество битумов, как нефтяных дисперсных систем, непосредственно связано с их структурой и свойствами, которые определяются количественным соотношением компонентов группового химического состава. Каждый из данных компонентов вносит свою значимую роль в физико-химические свойства. В результате изменения свойств сырья не всегда возможно получение битумов в полной мере соответствующих требованиям потребителей. Поэтому исследования, направленные на изучение и определение химического состава битумов, являются актуальными т.к. позволят сформировать оптимальную структуру битумного вяжущего для устройства долговечных асфальтобетонных дорожных покрытий.
Целью исследований стал подбор наилучшего состава компаундированных дорожных битумов, полученных по технологии «окисление-компаундирование» и определение его группового состава, который обеспечит требования нового стандарта ГОСТ 33133 -2014 «Битумы нефтяные дорожные вязкие».
Помимо основного компонента компаундирования - гудрона, для исследования были выбраны такие компоненты как мазут, тяжелая смола пиролиза (ТСП) и вакуумный газойль (ВГ). Данные нефтепродукты были выбраны с целью обеспечения достаточного количества масляных компонентов в битуме.
Содержание глубокоокисленного битума и мазута в компаундах представлено в таблице 1, а содержание глубокоокисленного битума, вакуумного газойля и тяжелой смолы пиролиза в таблице 2. Физико -химические свойства полученных битумов представлены в таблице 3,4.
Таблица 1 - Состав битума на основе глубокоокисленного битума и
мазута
№ образца 1 2 3 4 5 6
Содержание мазута, % масс. 5 10 12 15 17 20
Содержание глубокоокисленного битума, % масс. 95 90 88 85 83 80
Таблица 2 - Состав битума на основе глубокоокисленного битума,
вакуумного газойля и тяжелой смолы пиролиза
№ образца 7 8 9 10 11 12
Содержание вакуумного газойля, % масс. 10 12 14 16 18 20
Содержание тяжелой смолы пиролиза, % масс. 15 13 11 9 7 15
Содержание глубокоокисленногобитума, % масс. 75 75 75 75 75 65
Таблица 3 - Физико-химические свойства битумов, полученных компаундированием глубокоокисленного битума и мазута_
ГОСТ 33133
№ композиции 1 2 3 4 5 6 БНД 70/100 БНД 100/130
Температура размягчения, °С 54 52 50 48 47 45 47 45
Глубина проникания иглы при 25 оС х 0,1 мм 72 86 104 109 116 140 71-100 101-130
Растяжимость при 25 °С, см 8,9 18,6 26,8 37 44,4 58,9 не менее 62 не менее 70
Таблица 4 - Физико-химические свойства битумов, подученных компаундированием глубокоокисленного битума, вакуумного газойля и тяжелой смолы пиролиза_
№ композиции 7 8 9 10 11 12 ГОСТ 33133
БНД 70/100 БНД 100/130
Температура размягчения, °С 50 51 51 45 37? 49 47 45
Глубина проникания иглы при25 оС х 0,1 мм 100 97 93 108 180 107 71-100 101-130
Растяжимость при 25 °С, см 7,7 7,4 9,4 26,5 61,8 10,4 не менее 62 не менее 70
Таблица 5 - Групповой химический состав компонентов битума
Компоненты Содержание, % масс.
Масла Смолы Асфальтены
Мазут 81,4 10,2 8,4
Вакуумный газойль 95,9 2,6 1,5
Тяжелая смола пиролиза 69,0 18,9 12,1
Глубокоокисленный битум 57,7 24,0 18,3
По полученным данным можно сделать вывод, что введение мазута, тяжелой смолы пиролиза и вакуумного газойля приводит к значительному увеличению пластичных свойств. Высокое содержание масел в битуме увеличивает глубину проникания иглы, но в то же время снижает значения дуктильности. Методом подбора отношения асфальтены/смолы можно достичь требуемых значений дуктильности в соответствие с требованиями ГОСТ.
Таким образом, полученные результаты можно использовать для дальнейших исследований по определению оптимального группового химического состава битумов, полученных компаундированием глубокоокисленного битума с различными по составу нефтепродуктами.
Использованные источники:
1. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. - М.: Химия, 1973. - 432 с.
2. Кунаккулова Э.М., Ишкина Д.П., Евдокимова Н.Г. Подбор компонентов для производства нефтяных битумов по схеме «окисление-компаундирование» на основе их химического состава // Материалы Междунар. науч.-метод. конф. «Интеграция науки и образования в вузах нефтегазового профиля». - 2018- Уфа: УГНТУ. - 2018. - С. 128 - 131.
3. Евдокимова, Н.Г. Формирование золь-гелевой наноструктуры дорожных битумов методом подбора группового химического состава/ Н.Г. Евдокимова, Н.А. Егорова, Д.П. Султанова, Э.М. Кунаккулова, Н.Г. Сережкина // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал», 2019, № 11(5) - С. 512-.
4. Евдокимова Н.Г. Разработка научно-технологических основ производства современных битумных материалов как нефтяных дисперсных систем: дис. док.техн. наук: 05.17.07.- М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2015. - 410 с.
