СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДОРОЖНОГО БИТУМА
METHOD OF OBTAINING ROAD BITUMEN

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу получения дорожного битума марки БНДУ 60 по СТО АВТОДОР 2.1-2011 «Битумы нефтяные дорожные улучшенные. Технические требования».
Битум для марки БНДУ 60 по СТО АВТОДОР 2.1-2011 является битумом, предназначенным для дорожного строительства с улучшенными показателями свойств: при требованиях по показателям глубины проникновения иглы при 25°С в пределах 51-70⋅0,1 мм, температуре размягчения не менее 51°С и растяжимости при 25°С не менее 70 см, обязательным условием является показатель динамической вязкости при 60°С не менее 300 Па⋅с
И если из отдельных уникальных нефтей (Ярегская Российской Федерации и отдельные локальные нефти Венесуэлы) возможно получение дорожного битума регулируемой вакуумной перегонкой мазута, то для получения нефтебитума из серийных нефтей как правило используется метод окисления гудронов - тяжелых остатков от вакуумной перегонки мазута. При этом используется ряд приемов, позволяющих как улучшить сырье перед окислением, так и добавить в окисленный битум добавки, или комбинировать эти приемы.
Известен способ получения битума, включающий вакуумную перегонку мазута с получением утяжеленного гудрона при остаточном давлении верха колонны 30-50 мм рт.ст., смешение полученного утяжеленного гудрона с сырьевыми органическими добавками, представляющими собой продукты переработки нефти, в соотношении от 80:20 до 98:2, окисление полученной смеси кислородом воздуха при температуре 230-270°С до получения продукта, характеризующегося глубиной проникновения иглы при 25°С 35-45⋅0,1 мм. Затем окисленный продукт компаундируют со смесью утяжеленного гудрона и сырьевой органической добавки, которая именуется подготовленным гудроном, в соотношении от 80:20 до 90:10 до получения продукта с глубиной проникновения иглы при 25°С 50-200⋅0,1 мм (Патент РФ №2276181, 2006).
Недостатком данного способа является сложность и многостадийность процесса получения битума. Данный способ также не позволяет получать дорожный битум БНДУ 60, соответствующий всем показателям качества.
Наиболее близким к предлагаемому является способ получения битума, включающий вакуумную перегонку мазута с получением утяжеленного гудрона при остаточном давлении верха колонны 20-30 мм рт.ст., разделение полученного утяжеленного гудрона на два потока, первый из которых поступает в колонну окисления, а второй смешивается с полученным в этой колонне окисленным гудроном с образованием товарного битума. Массовое соотношение окисленного продукта и утяжеленного гудрона варьируется от 90:10 до 70:30 до получения продукта с глубиной проникновения иглы при 25°С 40-200⋅0,1 мм в зависимости от марки товарного битума. Температура окисления поддерживается на уровне 220-230°С. Окисление производят до получения продукта, характеризующегося глубиной проникновения иглы при 25°С 35-45⋅0,1 мм (Патент РФ №2476580, 2013).
Недостатком данного способа является сложность и многостадийность процесса получения битума.
Однако, как будет показано ниже, и данный способ не позволил получать дорожный битум БНДУ 60, соответствующий всем показателям качества.
Задачей данного изобретения является разработка способа получения дорожного битума БНДУ 60, полностью соответствующего по показателям качества СТО АВТОДОР 2.1-2011, и максимально возможного упрощения способа.
80
Поставленная задача решается способом получения дорожного битума БНДУ 60, включающим окисление утяжеленного гудрона, который отличается тем, что получение битума БНДУ 60 проводят в одну стадию, используя в качестве утяжеленного гудрона - гудрон, полученный из балансовой смеси нефтей «Юролс» с показателями вязкости ВУ в интервале 92-158 с, и окисление проводят кислородом воздуха при температуре 215-230°С
80
80
Следует отметить, что проведенное исследование позволило выявить, что для условий патента РФ №2276181 использовался утяжеленный гудрон с вязкостью ВУ 50-70 с, а для условий патента №2476580 - утяжеленный гудрон с вязкостью ВУ 70-80 с (стр. 5, 20-25, 45-50 патента РФ №2476580). Однако в последнее время в связи с резким снижением стоимости остаточного нефтяного топлива, кроме снижения остаточного давления вверху вакуумной колонны до 20-30 мм рт.ст., на ряде модернизированных блоков вакуумной разгонки мазута был внедрен целый комплекс улучшений, как то:
- современные контактные устройства с низким сопротивлением, позволяющие снизить остаточное давление в зоне ввода парожидкостной смеси в колонну;
- современные узлы горячей промывки паров над вводом парожидкостной смеси;
- оптимальные узлы ввода и сепарации парожидкостной смеси в зоне питания вакуумной колонны;
- подача части холодного гудрона («квенча») в куб вакуумной колонны для поддержания температуры гудрона, находящегося в нем же, не более 340°С, для максимального подавления термического крекинга и реакций уплотнения;
- оптимизация конфигурации и диаметров трансферных линий из вакуумной печи в вакуумную колонну для снижения перепада давления между вакуумной колонной и выходом парожидкостной смеси из вакуумной печи;
- оптимизация потоков и диаметров труб в вакуумной печи для увеличения доли испарившегося продукта в парожидкостной смеси на выходе из печи.
80
Это позволило получить увеличение выхода ценного вакуумного газойля и дополнительно утяжелить гудрон до вязкости ВУ 90-160 с (до 123 с АВТ-6 Московского НПЗ, до 158 с, Уфимского НПЗ).
80
80
Эти утяжеленные гудроны были исследованы в данном изобретении, как сырье, кардинально отличающееся от использованного в прототипе (ВУ 90-158 с вместо ВУ 70-80 с), для целей получения дорожного битума БНДУ 60 методом окисления кислородом воздуха.
Известно, что окисление более тяжелого сырья идет с равной скоростью при более низких температурах, поэтому опыты проводились при температурах окисления 215-230°С, при этом температуры окисления понижались при росте вязкости исходного сырья.
80
80
Кроме этого были проведены опыты получения битума путем окисления гудрона с вязкостью ВУ 80 с, и композиции по условиям прототипа на гудронах вязкостью ВУ 80 с.
80
Для опытов использовались промышленные образцы утяжеленных гудронов, полученных на промышленных установках АВТ Московского НПЗ и Уфимского НПЗ (с ВУ 158 с) из балансовой смеси нефтей «Юролс», поставляемых на центральную группу нефтеперерабатывающих заводов Российской Федерации и на экспорт.
3
Окисление утяжеленного гудрона осуществляли в лабораторной установке, представляющей собой круглодонную трехгорлую колбу объемом 2 дм, установленную на колбонагреватель. В два горла колбы вставлялись две трубки с оттянутым концом для ввода воздуха. В третье помещался термометр и мешалка.
3
3
Сырье в количестве 1200 г помещали в колбу, и далее колбу нагревали в сушильном шкафу при температуре 180°С в течение 1 часа. После этого колбу перемещали на колбонагреватель, устанавливали термометр и мешалку, и колбонагревателем доводили температуру гудрона до необходимой. Температура в колбе поддерживалась с точностью до ±2°С. Расход воздуха поддерживался в объеме 4 дм/мин (или 0,2 м/ч кг гудрона). При этом периодически проводились анализы окисляемого гудрона на температуру размягчения по КиШ.
При достижении температуры размягчения по КиШ требуемого значения прекращали подачу воздуха и полученный образец окисленного гудрона использовали для дальнейших анализов.
80
80
Проведение исследований по окислению утяжеленного гудрона с ВУ 92 с при 230°С неожиданно позволило получить битум БНДУ 60 по СТО АВТОДОР 2.1-2011, полностью соответствующий СТО по всем показателям качества (пример 3) в одну стадию (см. таблицу 1), в то время как окисление утяжеленного гудрона с ВУ 80 с (пример 1) не позволило получить кондиционный продукт в одну стадию, так же не удалось получить БНДУ 60 и в условиях прототипа (пример 2).
80
В дальнейшем благодаря имевшимся возможностям по утяжелению гудрона были отобраны и исследованы промышленные образцы утяжеленного гудрона с вязкостью ВУ 102, 123 и 158 с (последний Уфимского НПЗ).
80
80
80
Как видно из результатов примеров 4, 5, битум БНДУ 60 получался прямым окислением в одну стадию из гудронов с ВУ 102 с и ВУ 123 с, а из сверх вязкого гудрона с ВУ 158 с (пример 6) битум получился с показателями качества на границе стандарта по пенетрации при 0°С (13⋅0,1 мм при норме 13⋅0,1 мм), температуре хрупкости (-15°С при норме -15°С) и температуре размягчения (51°С при норме 51°С) и пенетрации при 25°С (52⋅0,1 мм при норме 51⋅0,1 мм).
80
То есть впервые показано, что использование в качестве сырья вязких гудронов, полученных вакуумной разгонкой нефтей типа «Юролс» с показателями вязкости в интервале ВУ 92-158 с позволяет получать битум БНДУ 60 по СТО АВТОДОР 2.1-2011 в одну стадию окислением данных гудронов кислородом воздуха.
Данное изобретение подтверждается следующими примерами.
Пример 1 (сравнительный)
В качестве сырья окисления использовался промышленный гудрон со следующими показателями:
ВУ<sub>80</sub>
80 с;
КиШ
35°С;
Плотность при 20°С
997 кг/м<sup>3</sup>.
2
2
Динамическая вязкость при 60°С 20 Па⋅с. Температура окисления составляла 230°С. Качество полученного битума приведено в таблице 1. Полученный битум не соответствует требованиям к БНДУ 60 по показателям качества динамической вязкости при 60°С (267 Па⋅с при норме не менее 300 Па⋅с) и кинематической вязкости (197 мм/с при норме не менее 250 мм/с).
Пример 2 (прототип)
В качестве сырья окисления использовался гудрон аналогичный примеру 1. Окисление проводили при температуре 225°С. Окисленный продукт имел следующие показатели:
КиШ
55,5°С;
Глубина проникновения иглы при 25°С
40⋅0,1 мм.
2
2
Окисленный продукт смешивали с неокисленным гудроном в соотношении 90:10 и 85:15. Качество полученного продукта приведено в таблице 1. Оба продукта не соответствовали БНДУ 60, в первом случае по показателю глубины проникновения иглы при 25°С (46⋅0,1 мм при норме не менее 51⋅0,1 мм), во втором - по температуре размягчения (50°С при норме более 51°С) и кинематической вязкости при 135°С (217 мм/с при норме не менее 250 мм/с).
Пример 3
80
В качестве сырья окисления использовался промышленный гудрон из балансовой смеси нефтей «Юролс» со следующими показателями: ВУ 92 с;
КиШ
37°С;
Плотность при 20°С
1003 кг/м<sup>3</sup>.
Окисление проводили при 230°С до размягчения продукта 52°С. Качество полученного битума приведено в таблице 1. Продукт полностью соответствует БНДУ 60 по СТО АВТОДОР 2.1-2011.
Пример 4.
В качестве сырья окисления использовался промышленный гудрон, полученный из балансовой смеси нефтей «Юролс» со следующими показателями:
ВУ<sub>80</sub>
102 с;
КиШ
36°С;
Плотность при 20°С
1003 кг/м<sup>3</sup>.
Окисление проводили при 225°С до размягчения продукта 52°С. Качество полученного битума приведено в таблице 1. Продукт полностью соответствует БНДУ 60 по СТО АВТОДОР 2.1-2011.
Пример 5
В качестве сырья окисления использовался промышленный гудрон, полученный из балансовой смеси нефтей «Юролс» со следующими показателями:
ВУ<sub>80</sub>
123 с;
КиШ
37°С;
Плотность при 20°С
1005 кг/м<sup>3</sup>.
Окисление проводили при 220°С до размягчения продукта 52°С. Качество полученного битума приведено в таблице 1. Продукт полностью соответствует БНДУ 60 по СТО АВТОДОР 2.1-2011.
Пример 6.
В качестве сырья окисления использовался промышленный гудрон нефти Уфимского НПЗ со следующими показателями:
ВУ<sub>80</sub>
158 с;
КиШ
38°С;
Плотность при 20°С
1006 кг/м<sup>3</sup>.
Окисление проводили при 215°С до достижения температуры размягчения продукта 51°С. Качество полученного битума приведено в таблице 1.
В связи с достижением граничных показателей по соответствию нормам на БНДУ 60 по СТО АВТОДОР 2.1-2011 дальнейшее исследование было прекращено.
80
Таким образом, данным исследованием впервые была установлена возможность одностадийного получения битума БНДУ 60 по СТО АВТОДОР 2.1-2011 прямым окислением кислородом воздуха гудрона из серийной нефти (балансовой смеси нефтей «Юролс») при условии получения его в интервале вязкости ВУ 92-158 с на блоке вакуумной разгонки мазута и последующим его окислением в интервале температур 215-230°С.