CC BY
46
УДК 665.775
О. И. Мирасов, А. И. Абдуллин, Е. А. Емельянычева
СОСТОЯНИЕ И СДЕРЖИВАЮЩИЕ ФАКТОРЫ РАЗВИТИЯ БИТУМНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. ВАРИАНТЫ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
Ключевые слова: битум, производство, качество, модернизация, модификаторы.
Проведен обзор по состоянию отечественной битумной промышленности, рассмотрены основные сдерживающие факторы ее развития. Кратко описаны пути решения проблем, связанных с выпуском отечественной нефтеперерабатывающей промышленностью качественных битумов. Рассмотрены варианты модернизации существующей битумной промышленности, которые могут позволить вывести ее на качественный уровень.
Keywords: bitumen, production, quality, modernization, modifiers.
The review on the state of the domestic bitumen industry has been conducted, the main constraining factors of its development have been considered. The ways of solving the problems connected with the production of high quality bitumen by domestic oil refining industry briefly have been described. The options for upgrading the existing bitumen industry up to high quality level have been considered.
Введение
Не секрет, что на сегодняшний день состояние производства битума в Российской федерации и за рубежом значительно отличается по качеству. Нормативные требования к товарному битуму, действующие в нашей стране и заграницей, также отличаются. Состояние дорог и даже трасс федерального значения часто не соответствует требованиям, а качество дорожных вяжущих - требованиям к дорожным битумам, представленным в ГОСТ 22245-90 и ГОСТ 33133-2014 [1].
Низкое качество эксплуатационных материалов, используемых в дорожном строительстве, является причиной необходимости частого ремонта дорожных покрытий, порой уже через 3-4 года использования. За рубежом время от ввода в эксплуатацию дорожного полотна до ремонта составляет 10-12 лет. Основная причина низкого срока службы покрытий у нас в стране кроется в качестве битума, используемого в строительстве дорог [2].
В настоящее время за границей для ремонта дорог практикуют использование композиционных материалов, состоящих из битума и различных модификаторов. Из известных модификаторов стоит указать серу, каучуки (полибутадиеновый, натуральный, бутилкаучук, хлоропрен и др.), органомарганцевые смеси, различные пластичные полимеры, такие как полиэтилен, полипропилен, полистирол, а так же блоксополимеры стирол-будатиен-стирола (СБС) [3].
Возможность и рентабельность использования в строительстве модифицированного тем или иным образом битума зависит от технической и экономической оценки, которая рассчитывается в каждом индивидуальном случае.
В недавнем прошлом были разработаны и успешно внедрены новые, нетрадиционные способы получения битума, с помощью которых становится возможным получения битума без стадии окисления. Такие битумы получили название неокисленных, или БНН. Сырьем служат мазуты высокосернистых высокосмолистых нефтей. Путем глубоковакуумной перегонки этого сырья получают остаточные и компаундированные дорожные битумы. Технология
производства компаундированных дорожных битумов из асфальтов пропан-бутановой деасфальтизации внедрена в 1997 г. на ОАО «Уфанефтехим». Технология получения дорожных остаточных битумов и узких масляных фракций глубоковакуумной перегонкой мазута без применения водяного пара внедрена в 2002 г. в Нижнекамске [4].
Уже достаточно долго за границей при строительстве дорог используют неокисленные битумы, так как они имеют ряд преимуществ перед окисленными. Например, на западе около восьмидесяти процентов дорожных покрытий строится именно из них. Неокисленные битумы, в отличие от обычных, способны продлить срок эксплуатации дорог, так как они обладают лучшими усталостными характеристиками и превосходят окисленные в водостойкости. Так же они обладают трещиностойкостью и менее чувствительны к температурным перепадам. Значимым фактором является то, что на основе неокислен-ных битумов производят водно-битумные эмульсии, позволяющие при должной подготовке строить и ремонтировать дорожное полотно даже при отрицательных температурах. Это превращает потребление битума из сезонного в условно постоянный, следовательно, появляется возможность производить битум практически круглый год [5].
Проблемы, связанные с производством битумов
Согласно центру дорожного контроля РДА, примерно половина выпускаемых дорожных битумов не отвечает требованиям нормативных документов, в первую очередь ГОСТ 22245-90 и ГОСТ 33133-2014.
Нефтеперерабатывающим компаниям нерентабельно дополнительно оснащать битумное производство особыми охлаждающими устройствами с целью уменьшения температуры готового битума до + 150°С взамен + 250°С для достижения лучших эксплуатационных свойств, перемешивающими приспособлениями с целью внедрения катионных поверхностно-активных веществ, особыми дополнительными емкостями с целью отдельного хранения битумов разных марок, современной аппаратурой с целью наиболее жесткого регулирования свойств битумов и
т.п. Ведь битум по сравнению с остальными нефтепродуктами выделяется невысокой ценой, не сильно отличающейся от цены самой нефти, и вследствие этого не представляет из себя доходный продукт.
Кроме того, значительную часть стоимости готового битума составляют транспортные расходы. Это связанно с тем, что нефтеперерабатывающие заводы расположены неравномерно по стране, которая и так имеет огромную территорию [6].
Не каждая нефть подходит для получения битумов. Западносибирские нефти подходят под это определение, а большинство отечественных нефтеперерабатывающих заводов их и перерабатывают. Так же российские НПЗ не уделяют внимание получению высококачественных битумов по следующей причине: в западносибирских нефтях содержится большое количество светлых нефтепродуктов, которые в несколько раз дороже битумов, и весь акцент направлен на увеличение выхода именно светлых нефтепродуктов. При модернизации битумных производств появляются дополнительные затраты, которые с трудом окупаются, имеет место низкий экономический эффект [8].
В современном быстро развивающемся мире организации, занимающиеся дорожным строительством, должны стремиться к повышению срока службы дорог, что ставит их перед выбором: больше тратить на транспортные расходы, заказывая битум из-за границы, или содействовать строительству специализированных нефтеперерабатывающих заводов для производства битума с использованием тяжелых нефтей в качестве сырья. Если рассуждать с перспективой на будущее, то второй вариант является более приемлемым [7].
Модернизация производства битума
Низкое качество дорожных битумов по ГОСТ 22245-90 и ГОСТ 33133-2014 - неудовлетворительная, недостаточная для условий России трещино-стойкость, эластичность, адгезия - является одной из главных причин преждевременного разрушения дорожных, мостовых и аэродромных асфальтобетонных покрытий. Это приводит к неоправданно высоким затратам на ремонты, а следовательно, сдерживает развитие сети автомобильных дорог в России с твердым покрытием. Кроме того, плохим качеством дорог обусловлены 25% ДТП, 25% дополнительных расходов по моторесурсу и 30% дополнительного расхода топлива.
В связи с тем, что битум длительное время не являлся в нашей стране целевым продуктом нефтепереработки, совершенствованию технологических процессов его получения не уделялось достаточно внимания. Недостаточное финансирование битумного производства привело к тому, что оборудование на большинстве российских нефтеперерабатывающих заводах морально и физически устарело. Следствием этого стало то, что качество вырабатываемых битумов и объемы их производства не отвечают требованиям современного рынка. По этой причине перед отечественными нефтеперерабатывающими кампаниями остро стоит проблема модернизации битумных производств [8].
Только комплексный подход к разрешению существующей ситуации позволит вывести битумную промышленность на качественный уровень. Такой подход включает несколько пунктов, а именно:
- предварительная подготовка сырья для получения битума за счет рекомбинации его химического состава путем добавления различных активирующих добавок. Так же возможно использование энергии различных полей ( ультразвук или вибрация ) с целью активирующего воздействия;
- модернизация, изменение конструкции маточника подачи воздуха с целью обеспечения большей поверхности контакта фаз и, возможно, увеличения времени контакта фаз;
- смешение окисленного продукта и сырья, переокисленного битума с недоокисленным и т.п., с целью расширения ассортимента выпускаемой продукции и нейтрализации негативных последствий "плохой" нефти;
- создание возможности введения модифицирующих полимерных добавок в окисленный продукт с целью организации производства битумных вяжущих для строительства высококачественных дорог первой категории;
- замена или модернизация устаревшего оборудования с параллельным введением полной автоматизации как стадии окисления, так и стадии смешения;
- так же стоит испытать такие материалы, как битумные эмульсии, в теории эмульсии являются перспективными материалами.
Реализация указанных мероприятий позволит не только повысить качество производимой продукции, но и придаст производству необходимую гибкость по ассортименту выпускаемой продукции [8].
Так же необходимо уделить внимание существующим нормативно-правовым документам, переработать или ввести новые документы, регламентирующие требования к продукции битумных производств с учетом конкретных изменений как загруженности дорог, так и изменения климата.
Кроме того следует пересмотреть требования к хранению битумов, около восьмидесяти их процентов от общего объема содержатся в подземных стационарных хранилищах, где битум обводняется.
Однако "Росавтодор" считает, что резко ужесточать действующие в России битумные стандарты на данном этапе преждевременно. Далеко не все нефтеперерабатывающие компании имеют для этого свободные финансовые ресурсы - гораздо более выгодным направлением для них является улучшение качества моторных топлив. Вместе с тем, прекращение выпуска даже плохих битумов осложнит работу региональных дорожных служб и негативно скажется на финансовой устойчивости самих заводов. Исходя из всего этого, власти решили действовать методом рекомендаций вместо командных методов. В последние годы было рекомендовано использование улучшенных битумов для строительства дорог федерального значения.
С целью улучшения качества битумов Государственная служба дорожного хозяйства Министерства транспорта РФ ("Росавтодор") решила централизовать закупки битума у нефтяных компаний. При этом
отечественные производители будут уверены в будущей реализации своей продукции, а качество битумов улучшится.
Одним из способов улучшение качества битумов является введение поверхностно-активных веществ (ПАВ).
В условиях малого финансирования битумных производств оптимальным решением будет применение недорогих и легко доступных модификаторов [9,10]. Для создания комплексных материалов с применением битума для получения определенными свойств будет подходить те модификаторы, которые:
- не разрушаются при температуре приготовления асфальтобетонной смеси;
- совместимы с битумом при проведении процесса смешения на обычном оборудовании при температурах, традиционных для приготовления асфальтобетонных смесей;
- в летнее время повышают сопротивление битумов в составе дорожного покрытия к воздействию сдвиговых напряжений без увеличения их вязкости при температурах смешения и укладки, а также не придают битуму жесткость или ломкость при низких температурах в покрытии;
- химически и физически стабильны и сохраняют присущие им свойства при хранении, переработке, а также в реальных условиях работы в составе дорожного покрытия.
Целесообразность применения в составе дорожного асфальтобетона битума, модифицированного тем или иным видом модификатора, в каждом конкретном случае обосновывается с технической и экономической точки зрения [11-13].
Если в процессе получения нефтяного битума используются в модификаторы, то необходимы следующие условия:
-для первых слоев покрытия и для дорог III, IV и V категорий будут использоваться битумы с содержанием катионных поверхностно-активных веществ, соответствующий проекту ГОСТа «Битумы нефтяные дорожные вязкие улучшенные. Технические условия». Так же необходимо организовать его производство, транспортировку и хранение. Минеральные наполнители должны хорошо сцепляться с этим битумами, так же битум не должен критически изменять свои свойства, качество должно сохраняться в пределах одной марки.
- организовать производство, транспортировку и хранение полимерно-битумных вяжущих на основе
блоксополимеров стирол-бутадиен-стирола в соответствии с техническими условиями ГОСТа Р 520562003. Эти вяжущие обладают требуемой для любых условий России трещиностойкостью, теплостойкостью, эластичностью и адгезией и будут применяться для верхних слоев покрытий дорог I и II категорий движения.
Таким образом, состояние отечественной битумной промышленности оставляет желать лучшего, но есть предпосылки для улучшения ситуации. Есть пути решения проблем, и при должном финансировании и концентрировании внимания существует возможность в ближайшие годы достигнуть высокого уровня этой отрасли промышленности.
Литература
1. Большая советская энциклопедия. т. 3. Изд-во: "Советская энциклопедия", 1969 - 1978.
2. Юсупов А.И., Абдуллин А.И., Емельянычева Е.А. Дорожный битумный композиционный материал с улучшенными характеристиками Вестник Казан. технол. унта.- №12. - 2012. - с.205-207.
3. Состояние и перспективы развития производства дорожных вяжущих материалов в России / А. А. Гуреев, А. А. Коновалов, В. В. Самсонов // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний .- 2008 .- N1 .- С. 12-16.
4. Зельманович, Я. И. Рынок битумных и битумно-полимерных материалов : итоги и перспективы / Я. И. Зельманович // Строительные материалы .- 2006 .- N1 .С. 64-66.
5. Битумы. Получение и способы модификации : учеб. пособие / Д. А. Розенталь, А. В. Березников, И. Н. Кудрявцева и др.; под ред. Д. А. Розенталя
6. Электронный ресурс: http://bitum-npk.ru.
7. Грудников И. Б. Производство нефтяных битумов. - М.: Химия, 1983.
8. Электронный ресурс: http://www.mirpress.ru/index. php/mir-dorog.
9. Прокопий А.М., Абдуллин А.И., Емельянычева Е.А. Улучшенное битумно - полимерное вяжущее / Вестник Казан. технол. ун-та. - №12. - 2012. - с.182-184.
10. Абдуллин А.И., Емельянычева Е.А., Прокопий А.М. Изучение влияния полимерной добавки на свойства битумно - полимерного вяжущего / Вестник Казан. технол. ун-та. - №9, 2011. - С.205-207.
11. Даммаж, Г.А. Интенсификация процессов получения окисленных битумов активацией сырья : автореф. дис. ... канд. хим. наук / Г.А. Даммаж. - Новополоцк., 1997
12. Гун Р. Б. Нефтяные битумы / Р. Б. Гун . - М.: Б.и., 1973. - 432 с.
13. Пажитова, Н.П. Исследование свойств битумов, применяемых в дорожном строительств; / Н.П. Пажитова, Т.В. Потапова. - М.: Труды СоюзДорНИИ,1970.
© О. И. Мирасов - магистрант каф. ХТПНГ КНИТУ; А. И. Абдуллин - канд. техн. наук, доцент кафедры ХТПНГ КНИТУ, ayaz_abdullin@kstu.ru; Е. А. Емельянычева - канд. техн. наук, доцент кафедры ХТПНГ КНИТУ.
© O. 1 Mirasov - master student of KNRTU; A. 1 Abdullin - Ph.D., Associate Professor of Chemical Technology of processing of Petroleum and Gas Processing Department KNRTU, ayaz_abdullin@kstu.ru; E. A. Emelyanycheva - Ph.D., Associate Professor of Chemical Technology of processing of Petroleum and Gas Processing Department KNRTU.
