БИТУМНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
BITUMEN COMPOSITION

Изобретение относится к битумным композициям и может быть использовано для получения битумных композиций, применяемых в дорожном строительстве.
Известна битумная композиция, полученная смешением окисленного продукта на основе смеси асфальтита процесса пропановой деасфальтизации гудрона с добавкой, выбранной из группы: тяжелый газойль каталитического крекинга, тяжелый прямогонный газойль - фракция 470-520°C «слоп», экстракт селективной очистки остаточных масел в количестве 1-10% масс. на сырье процесса окисления, и гудрона в соотношении, соответственно, окисленный продукт: гудрон 30-35% масс. и 65-70% масс. (Патент РФ №2349625, 2009).
Недостатком битумной композиции является то, что не все нефтеперерабатывающие заводы имеют в своем составе установки пропановой деасфальтизации гудрона и, как следствие, не производят асфальтит процесса пропановой деасфальтизации гудрона, что ограничивает применение данной композиции.
Известна также битумная композиция, полученная путем вакуумной перегонки мазута с получением утяжеленного гудрона, содержащего не более 2% масс. парафиновых углеводородов и не менее 20% масс. парафинонафтеновых углеводородов. Утяжеленный гудрон затем смешивается с модифицирующими добавками (концентрат полициклических ароматических углеводородов, являющихся продуктами переработки нефти) с получением подготовленного гудрона. Подготовленный гудрон делят на две части, одна из которых окисляется кислородом воздуха при температуре 240-270°C, после чего в нее вводится оставшаяся неокисленная часть подготовленного гудрона в соотношении, необходимом для получения целевого продукта (Патент РФ №2235109, 2004).
Недостатком битумной композиции является то, что процесс ее получения является достаточно сложным: необходима глубокая вакуумная разгонка, при этом температура 10% выкипаемости гудрона составляет 563°C, что не всегда допустимо для ряда нефтей. Например, нефти, содержащие соединения ванадия и никеля, при вакуумной разгонке отгоняются до температуры 530°C, чтобы не иметь превышения количества соединений ванадия и никеля в вакуумных дистиллатах выше технологических норм гидрокрекинга.
Другим недостатком является сложность приготовления композиции, т.к. необходимо несколько стадий смешения: предварительного приготовления подготовленного гудрона и последующего смешения окисленного битума и подготовленного гудрона.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является композиция компаундированного битума, представляющая собой смесь окисленного битума с нефтяными неокисленными нефтепродуктами, в качестве которых используют: гудрон - фракцию с началом кипения 500°C, дистиллятную фракцию 480-610°C - «слоп» и экстракт селективной очистки остаточной масляной фракции при следующем соотношении компонентов, % масс.: гудрон - 1-5, «слоп» - 4-20, экстракт - 5-25, окисленный битум - остальное до 100. Компоненты смешивают в последовательности гудрон, «слоп», экстракт и к полученной 3-компонентной смеси добавляют окисленный битум (Патент РФ №2302447, 2007).
Недостатком композиции является многокомпонентность смеси, т.к. поддержание состава четырехкомпонентной смеси в оптимальных пределах (особенно при варьировании параметров качества сырьевых компонентов) сопряжено со значительными технологическими трудностями.
Следует отметить, что в 2011 г. Государственная компания «Автодор» выпустила стандарт СТО Автодор 2.1-2011 «Битумы нефтяные дорожные улучшенные. Технические условия» (г. Москва, 2011), в котором, исходя из необходимости улучшения качества и долговечности дорожного покрытия на основе асфальтобетона, резко ужесточила требования к качеству дорожных битумов по сравнению с требованиями ГОСТ 22245-90.
Особенно это коснулось нефтебитумов, применяемых во II и III дорожно-климатических зонах (это основная масса применяемых в Российской Федерации дорожных нефтебитумов) - марки БНД-85 по СТО Автодор 2.1-2011.
Существенное внимание в новом стандарте уделено изменению свойств битумов в ходе прогрева в тонкой пленке, моделирующего старение вяжущего (введено 5 дополнительных характеристик), а также вязкостным свойствам (4 характеристики).
Задачей изобретения является упрощение состава битумной композиции при одновременном улучшении качественных характеристик, позволяющих обеспечить полное соответствие получаемой композиции требованиям СТО Автодор 2.1-2011 марки БНДУ-85 (улучшенный).
Поставленная задача решается разработкой битумной композиции, применяемой в дорожном строительстве, включающей в себя смесь окисленного битума с неокисленным нефтепродуктом, которая отличается тем, что в качестве неокисленного нефтепродукта содержит кубовый остаток ректификации продуктов каталитического крекинга вакуумного дистиллята и дополнительно содержит депрессорно-диспергирующую присадку при соотношении, соответственно, окисленный битум : кубовый остаток ректификации продуктов каталитического крекинга вакуумного дистиллята : депрессорно-диспергирующая присадка 97,2-99,5:0,4-2,5:0,1-0,3% масс.
Для исследования использовались:
- битумы дорожные окисленные с КИШ 50°C (примеры 1.1-1.9), 51°C (примеры 2.1 и 2.2) и 53°C (примеры 3.2-3.4) (полные показатели приведены в таблице 1);
- кубовый остаток ректификации продуктов каталитического крекинга вакуумного дистиллята (английское название - «сларри») (Мейерс Р.А. «Основные процессы нефтепереработки», Санкт-Петербург, «Профессия», 2011, с. 199). Данный продукт остается в кубе ректификационной колонны после выделения бензина, легкого и тяжелого газойлей каталитического крекинга и в основном направляется на повторное смешение с катализатором в реакционную зону. Оптимизация процесса каталитического крекинга позволила выделить часть этого продукта для самостоятельного применения (в частности, как сырья для производства технического углерода - сажи), поэтому появилась возможность использовать данный продукт и в заявленной композиции.
Продукт имеет следующие показатели:
3
Плотность при 20°C - 1069 кг/м;
Фракционный состав (% об.):
Н.К. - 321°C
10% - 368°C
20% - 377°C
30% - 387°C
40% - 398°C
50% - 412°C
60% - 426°C
70% - 446°C
80% - 475°C
90% - 503°C
К.К. - 529°C
- депрессорно-диспергирующая присадка фирмы БАСФ (Германия) Basoflux RD 4119 (или Basoflux RD 5119), которая является ингибитором парафиноотложений и депрессором температуры застывания в нефтях и тяжелых нефтяных фракциях.
Присадки Basoflux RD 4119 или Basoflux RD 5119 являются раличными товарными формами одного и того же активного вещества, различаясь только составом растворителя, поэтому результаты, получаемые с их применением, идентичны.
Кроме этого в сравнительных опытах использовались:
- модификатор битума ДСТ-30-01 (стирол-бутадиен-стирольный) производства ВФ ФГУП «НИИСК»;
- тяжелый газойль каталитического крекинга, имеющий следующие показатели:
3
Плотность при 20°C - 1000,2 кг/м;
Фракционный состав (% об.):
Н.К. - 236°C
10% - 327°C
20% - 341°C
30% - 350°C
40% - 356°C
50% - 360°C
60% - 367°C
70% - 374°C
80% - 382°C
90% - 396°C
К.К. - 450°C
Также был выполнен сопоставительный опыт по композиции с применением гудрона, слопа, экстракта селективной очистки остаточной масляной фракции и окисленного битума (Патент РФ №2302447, 2007).
Битумную композицию готовят путем предварительного нагрева до 150°C исходного окисленного битума, введения в него добавок и перемешивания в течение 30 мин. Данные по составу и качеству полученных композиций дорожного битума представлены в табл. 1.
Следующие примеры из серии использования окисленных дорожных битумов являются сравнительными: с КИШ 50°C - 1.1, 1.2, и 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, с КИШ 51°C - 2.1, а также с КИШ 53°C - 3.1.
Анализ полученных результатов показывает:
Предположение о том, что кубовый остаток ректификации продуктов каталитического крекинга, будучи концентратом тяжелых ароматических углеводородов, должен улучшить показатели качества базового окисленного битума, в примере 1.2 подтвердились: улучшились показатели качества по пенетрации при 25°C и 0°C, дуктильность при 25°C и 0°C. Однако не удалось достичь нормированной дуктильности при 25°C после окисления в тонкой пленке (73 при норме ≥80).
Было выдвинуто еще одно предположение о том, что вещества, диспергирующие парафины в нефтях и тяжелых нефтяных фракциях, должны также улучшать качество базового битума. Пример 1.6 подтвердил это предположение - улучшились показатели дуктильности при 25°C и 0°C, температура хрупкости, и частично пенетрации при 0°C. Однако показателей СТО Автодор 2.1-2011 по пенетрации при 25°C и дуктильности при 25°C после окисления в тонкой пленке достичь не удалось.
Примеры 1.7 и 1.8 с добавкой модификатора битума ДСТ-30-1 также не дали положительных результатов.
Пример 1.9 с применением 1% масс. добавки тяжелого газойля каталитического крекинга показывает, что динамическая вязкость составляет при 60°C - 231 Па·с, что ниже нормы СТО Автодор 2.1-2011 (≥250 Па·с), при этом не достигается показатель дуктильности после окисления в тонкой пленке (76 при норме ≥80).
Пример 4 с применением гудрона, слопа, экстракта селективной очистки остаточной масляной фракции и окисленного битума (Патент РФ №2302447, 2007) показал невозможность получения битума БНДУ-85 СТО Автодор 2.1-2011 по показателям динамической вязкости (204 Па·с вместо ≥250 Па·с), пенетрации при 25°C (67 вместо ≥70) и дуктильности после окисления в тонкой пленке при 25°C (72 при норме ≥80).
Добавление кубового остатка ректификации продуктов каталитического крекинга вакуумного дистиллята и депрессорно-диспергирующей присадки к базовому окисленному битуму в примерах 1.4, 1.5, 2.2, 3.2, 3.3, 3.4 обеспечили получение дорожного битума, полностью соответствующего требованиям на битум дорожный улучшенный БНДУ-85 по СТО Автодор 2.1-2011 «Битумы нефтяные дорожные улучшенные. Технические условия».
Примеры 1.3 и 3.4 показали граничное содержание депрессорно-диспергирующей присадки в композиции.
Таким образом, получена битумная композиция, применяемая в дорожном строительстве, позволяющая обеспечить полное соответствие требованиям СТО Автодор 2.1-2011 БНДУ-85 (улучшенный).