Библиографическое описание:

Хужакулов А. Ф., Мадаминов О. Э., Джумаев М. А. Возможности получения дорожных битумов улучшенного качества // Молодой ученый. — 2014. — №1. — С. 138-140.

Максимальное вовлечение тяжелых нефтяных остатков в переработку с целью ее углубления весьма актуально в условиях усиливающейся конкуренции на рынке нефтепродуктов, с одной стороны, и на фоне возрастающих требований к их эксплуатационным качествам — с другой. Перерабатывая нефти различного состава и с большим разбросом по показателям качества, технологи столкнулись с проблемой получения высококачественных битумов. Известно, что даже небольшое изменение состава сырья (содержание парафиновых и ароматических углеводородов, асфальтенов и других компонентов) оказывает огромное влияние на качество получаемых битумов. Отрицательный «вклад» в нестабильность сырья вносят и технологические особенности эксплуатации вакуумных колонн: изменение температурного режима и глубины вакуума, колебания количества «проваливаемого» циркуляционного орошения и загрузки сырья, недостаточная эффективность контактных устройств и т. д. Все битумы на Ферганской НПЗ получают окислением гудрона. Основу технологического процесса составляет вакуумная перегонка мазута и последующее непрерывное окисление продуктов вакуумной перегонки кислородом воздуха в аппаратах колонного типа. Гудрон, полученный в вакуумном блоке комбинированной установки производства нефтяных битумов, окисляется в шести колоннах К-3 и К-8. Сырье подают под уровень раздела фаз, битум откачивают снизу колонн (твердые осадки в колоннах не накапливаются). Воздух на окисление подается в нижнюю часть через маточник. Содержание кислорода в отходящих газах окисления не превышает 6 % об. Окисленные битумы можно получать из остатков практически всех нефтей. Наилучшими считаются нефти высокосмолистые (20–35 % масс. смол) и малопарафинистые (до 5 % масс. парафинов). Содержание парафинов в нефти, перерабатываемой на Ферганской НПЗ, составляет 3,0–5,3 % масс.,смол 8–11 % масс., асфальтенов 0,8–1,2 % масс.

С увеличением глубины вакуумной перегонки содержание парафино-нафтеновых углеводородов уменьшается, но содержание аренов, в том числе бициклических, хорошо диспергирующих асфальтены, — увеличивается. Получаемый при этом битум характеризуется пониженными пенетрацией, индексом пенетрации, температурой размягчения и повышенной дуктильностью [1].

На Ферганской НПЗ вырабатывается битум следующих марок:

-       дорожный БНД 90/130, БНД 60/90;

-       строительный — БН 70/30, БН 90/10;

-       кровельный — БНК 40/180, БНК 45/190.

Для успешного продвижения их на внешний рынок необходима ориентация на зарубежные стандарты. С целью изучения возможности выпуска битума марки 70/100, соответствующего стандарту ЕN 12591–00 «Продукты из нефти. Битумы и связующие материалы, содержащие битум. Битумы для дорожного строительства», на битумной установке был проведен фиксированный пробег. Вакуумный блок битумной установки находился на реконструкции, поэтому в качестве сырья использовали гудрон другой установки — вакуумной дистилляции мазута (УВДМ). Качество гудрона с этой установки соответствовало нормам СТП: вязкость условная при 80°С — 26–30 с, температура размягчения по методу КиШ — 26–30°С. Типичный групповой состав гудрона с этой установки: парафины — 2,24–3,90 % масс., масла — 61–62,5 % масс., асфальтены — 4,5–6,0 % масс., смолы — 31,6–33,8 % масс.

Окислительная колонна работала в режиме получения дорожного битума БНД 60/90. Расход гудрона в период пробега составлял 14–15 м3/ч, соотношение воздух: гудрон — 118–130 м33, температура жидкой фазы в колонне — 263–275°С. Каждые четыре часа отбирали пробы битума и анализировали на соответствие качества ГОСТ 22245–90. Для определения показателей качества использовали стандартные методы по ГОСТ, соответствующие также методам ЕN, и дополнительные по показателям, необходимым по стандарту ЕN 12591–00. Сравнивая требования стандарта ЕN 12591–00 и ГОСТ 2224590, следует учитывать, что ГОСТ регламентирует в основном свойства исходных битумов: пенетрация при 25 и 0°С, температура размягчения и хрупкости, и лишь один показатель изменение температуры размягчения после прогрева при 15 ч. Данный показатель характеризует термоокислительную стабильность битумов. Зарубежный стандарт уделяет примерно равное внимание как свойствам исходного битума, так и свойствам битума после прогрева (табл. 1).

Сравнительные нормы и характеристика окисленного битума (по результатам фиксированного пробега)

Показатель

70/100 (EN 1259100)

БНД 90/130 (ГОСТ2224500 с изм.№ 1)

Полученный битум

Пенетрация при 25°С,

х 0,1 мм

70–100

91–130

82–90

Температура, °С:

размягчения по КиШ

хрупкости

вспышки

43–51

Не выше –10

Не ниже 230

Не ниже 43

Не выше –17

Не ниже 230

46–48

—18…–22

296–300

Дуктильность при 25°С, см

Не менее 100

Не менее 65

90

Содержание парафинов, % масс.

Не более 2,2

Не норм.

2,04–3,1

Растворимость, % масс.,

Не менее 99

Не норм.

99,97–99,99

Изменение свойств после прогрева при 163°С в течение 5 ч

Потеря массы, %

Не более 0,8

0,1–0,6

Изменение температуры размягчения, °С

Не более 9

Не более 5

2–7

Изменение пенетрации при 25°С, % от первоначальной величины

Не менее 46

Не менее 40

70–88

Из таблицы следует, что на данной установке можно получать битум марки 70/100, по всем показателям качества соответствующий стандарту ЕN 12591–00, кроме содержания парафинов. Присутствие парафиновых углеводородов обусловливает снижение пластичности, долговечности и других важнейших эксплуатационных характеристик товарных битумов.

В настоящее время существует несколько способов получения низкопарафинистого сырья для производства битумов. Один из них — активирование сырья при вакуумной перегонке введением оптимальных количеств специальных добавок. Например, при введении в мазут смеси Жаркакских нефтей 3 % масс. экстракта селективной очистки масляных фракций наблюдается повышение выхода вакуумного дистиллята и снижение содержания в гудроне парафино_нафтеновых углеводородов с 9,5 до 3,4 % [2]. Другой технологический способ — компаундирование «сухого» гудрона с концентратами полиароматических углеводородов, асфальтами деасфальтизации, тяжелыми прямогонными и каталитическими вакуумными газойлями, асфальтитами и др. Для получения «сухого» гудрона необходимо использование эффективных контактных устройств, систем тепло- и массообмена и обеспечение остаточного давления наверху колонны 20–30 мм рт.ст. [2]. Эффективнейшим способом повышения качества товарных нефтепродуктов является компаундирование. Его используют для получения практически всех смешиваемых продуктов автомобильных бензинов, дизельных и котельных топлив, смазочных материалов и др. Теоретически возможно и целесообразно использование компаундирования как для подготовки сырья, так и для модификации свойств уже готовых битумов. Для производства неокисленных остаточных битумов необходим особый вид сырья — тяжелые высокосмолистые нефти типа венесуэльской и тяжелой арабской [3]. В мировой практике применяются как остаточные, так и компаундированные битумы. Последние представляют особый интерес: это стабильные мелкодисперсные системы, характеризующиеся хорошими адгезионными свойствами [4, 5].

Однако для получения остаточных и компаундированных битумов требуется коренное изменение технологии. Для изучения возможности получения компаундированного битума на НПЗ были проанализированы смеси из четырех образцов окисленного битума (с различной температурой размягчения) с гудроном вакуумного блока установки производства битума (УПБ). Качество гудрона с УПБ соответствовало нормам СТП: вязкость условная при 80°С — 33 с, температура размягчения по КиШ 28°С.

Качество полученных компаундированием образцов битума

Показатель

Битум исходный

Смесь битум: гудрон, % масс.

95:5

90:10

80:20

70:30

60:40

50:50

60:40

Партия № 1

Номер образца

1

2

3

4

5

-

-

Температура размягчения по КиШ, °С

45

41

38,5

37,5

35

32

-

-

Пенетрация

при 25°С, х 0,1 мм

107

128

134

164

199

-

-

-

Дуктильность

при 25°С, см

Выше 100

Партия № 2

Номер образца

-

6

7

8

9

10

-

-

Температура размягчения по КиШ, °С

57

55

53

47

43

41

-

-

Пенетрация

при 25°С, х 0,1 мм

67

64

72

88

136

165

-

-

Дуктильность

при 25°С, см

Выше 100

Партия № 3

Номер образца

-

-

11

12

13

14

15

16

Температура размягчения по КиШ, °С

75

-

74

74

58

49

46

35

Пенетрация

при 25°С, х 0,1 мм

33

-

34

35

62

103

137

225

Дуктильность

при 25°С, см

6

-

6

60

62

Выше 100

Партия № 4

Номер образца

-

-

17

18

19

20

21

22

Температура размягчения по КиШ, °С

101

-

93,5

77

56

43,5

35

30

Пенетрация

при 25°С, х 0,1 мм

20

-

46

60

68

111

150

-

Дуктильность

при 25°С, см

10

-

25

28

50

110

Выше 100

                               

В табл. 2 представлены результаты компаундирования — качество полученных образцов битума. С увеличением количества битума в смеси растет температура размягчения при одновременном снижении растяжимости и пенетрации, причем изменение этих показателей довольно значительно. Ориентируясь на показатели качества товарных окисленных битумов (см. табл.1), можно выделить образцы: партия № 2–8, 9, партия № 3–14, 15, партия № 4–20, 21,каждый из которых может соответствовать определенной марке. Например, образцы 8, 14 не только укладываются в нормы наиболее распространенных дорожных битумов БНД 90/130, но и значительно их превосходят. Если температура размягчения товарного битума, изготовленного по окислительной технологии, редко превышает 45°С, то рассматриваемые компаунды характеризуются таковой 47–49°С. Но к основным их достоинствам относится высокая растяжимость (> 100 см), что говорит о хороших пластичных свойствах. В целом полученные композиции представляют собой аналоги окисленных дорожных БНД 60/90 (образцы 6, 7 и 13, 18, 19), БНД 90/130 (образцы 8, 9) и БНД 130/200 (образцы 9, 10), производство которых иными способами затрудненно. Компаундированные битумы характеризуются большей растяжимостью и интервалом пластичности, чем битумы, получаемые в промышленных условиях методом окисления нефтяного сырья. Таким образом, для получения компаундированных битумов можно рекомендовать утяжеленный гудрон и переокисленный компонент (битум БН 90/10) в соотношениях от 40: 60 до 60: 40.

Литература:

1.                  Белоконь Н. Ю., Компанеец В. Г. и др. Исследование влияния группового состава гудронов на качество промышленных окисленных битумов // Нефтепереработка и нефтехимия. 2001. № 1. С. 21.

2.                  Кутьин Ю. А., Хайрудинов И. Р., Мингаев С. С. и др. Производство и применение неокисленных дорожных битумов // Химия и технология топлив и масел. 2000. № 4. С. 20.

3.                  Грудников И. Б., Пранович А. А., Ипполитов Е. В. и др. Компаундированные дорожные битумы улучшенного качества // Нефтепереработка и нефтехимия. 2001. № 4. С. 34.

4.                  Гуреев А. А., Сомов В. Е., Луговской И. А., Иванов А. В. Новое в технологии производства битумных материалов // Химия и технология топлив и масел. 2000. № 2. С. 49.

Основные термины (генерируются автоматически): дорожных битумов, температура размягчения, строительных битумов, производства битумов, окисленных битумов, получения дорожных битумов, получения высококачественных битумов, производства нефтяных битумов, дорожных битумов БНД, окисленного битума, термоокислительную стабильность битумов, неокисленных остаточных битумов, характеристик товарных битумов, товарных окисленных битумов, остаточных и компаундированных битумов, свойства исходных битумов, неокисленных дорожных битумов, процесса получения антикоррозионных, основе госсиполовой смолы, получения антикоррозионных материалов.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle