СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДОРОЖНОГО БИТУМА
ROAD BITUMEN PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к области приготовления дорожных битумов путем окисления, может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности и в промышленности строительных материалов при производстве компаундированных битумов путем смешения переокисленного битума, полученного при окислении при повышенной температуре остаточных продуктов переработки нефти кислородом воздуха, и неокисленных нефтепродуктов.
Известен способ получения битумов путем непрерывного окисления различных нефтяных остатков или их смесей при повышенной (200-300°С) температуре. Основным аппаратом установок непрерывного действия является либо трубчатый реактор, либо окислительная колонна. Отдельные установки имеют в своем составе оба аппарата. Комбинированное применение на одной битумной установке реакторов двух типов позволяет одновременно получать разные марки битумов и более полно использовать окислитель, тепло реакции и отходящих потоков (Р.Б. Гун «Нефтяные битумы», Москва, Химия, 1973; И.Б. Грудников «Производство нефтяных битумов», М.: Химия, 1983).
Недостатком известного способа является большая зависимость качества целевого продукта от природы перерабатываемой нефти. При переработке высокопарафинистых нефтей невозможно получить качественные битумы, в частности сорта дорожных битумов марки БНД и БДУ, так как они не соответствуют требованиям по показателю термоокислительной стабильности.
Известен способ получения битума из утяжеленного гудрона, включающий вакуумную перегонку мазута при остаточном давлении верха колонны 30-50 мм рт. ст. с получением утяжеленного гудрона, 70% которого смешивают с органическими добавками до достижения условной вязкости 40-120 с при 80°С и глубины проникновения иглы при 25°С 400-480⋅0,1 мм и последующего окисления подготовленной смеси в окислительной колонне, с получением целевого продукта. При необходимости возможно введение в целевой продукт до 30 масс. % утяжеленного гудрона. В качестве упомянутых выше органических добавок, вводимых в гудрон до окисления, заявлены концентраты полиароматических углеводородов, такие как экстракты селективной очистки масляных фракций, крекинг-остатки, смола пиролиза, затемненный вакуумный газойль, асфальтиты от процесса деасфальтизации и др. Окисление подготовленного утяжеленного гудрона осуществляют кислородом воздуха в окислительной колонне и стандартных условиях: температуре 240-270°С и избыточном давлении 0,005-0,3 МПа (Пат. РФ 2153520, С10С 3/04, опубл. 27.07.2000).
Недостатками данного способа является дополнительная операция получения утяжеленного гудрона и введение органических компонентов различных классов на стадии, предшествующей окислению, что значительно усложняет работу окислительной колонны (на неоднородном сырье) и производство в целом.
Наиболее близким по существенным признакам предлагаемому является способ получения битума путем окисления утяжеленного гудрона с условной вязкостью при 80°С не менее 60 с без предварительного его разбавления с получением в качестве целевого продукта строительного битума с температурой размягчения не ниже 90°С. Для получения дорожного битума окисленный компонент - строительный битум с температурой размягчения не ниже 90°С - компаундируют с разбавителем и пластификатором (в одном смесителе все компоненты - одновременно) с получением дорожного битума. В качестве разбавителя используют асфальт пропановой деасфальтизации, в качестве пластификатора могут быть использованы различные продукты нефтепереработки, например нефтяная фракция, выкипающая в пределах 450-520°С, и экстракт селективной очистки масел. Компаундирование проводят при следующем соотношении компонентов, масс. %: асфальт пропановой деасфальтизации - 25-40, пластификатор - 10-20, строительный битум с температурой размягчения не ниже 90°С - остальное (Пат. РФ №2349626, С10С 3/04, опубл. 20.03.2009 г.).
Известный способ решает проблему получения качественного дорожного битума лишь из утяжеленного сырья. Способ предлагает использовать для получения дорожных битумов утяжеленный гудрон с вязкостью более 60 с, что ограничивает сырьевую базу для получения качественных дорожных битумов. Кроме того, недостатком известного способа является необходимость получения переокисленного битума (на стадии окисления в окислительной колонне) с высокой температурой размягчения, не ниже 90°С, что осложняет работу колонны окисления вследствие повышенного коксообразования.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение сырьевой базы для битумного производства, повышение качества битумов, повышение морозостойкости битума при одновременном сохранении показателей пластичности и устойчивости к процессам термоокислительного старения, повышение надежности работы реакторного оборудования.
Поставленная задача решается тем, что прямогонный гудрон окисляют до переокисленного битума с температурой размягчения 60-90°С. Такой переокисленный битум получают из стандартного сырья по существующей на ОНПЗ технологии прямого окисления прямогонного гудрона в реакторе колонного типа с последующим доокислением в ректорах трубчатого типа.
Переокисленный битум, является как бы структурным каркасом будущего дорожного битума - концентратом смол и асфальтенов. Далее переокисленный битум, с температурой размягчения по КиШ 60-90°С, компаундируют с исходным неокисленным прямогонным гудроном, асфальтом пропановой деасфальтизации и экстрактом селективной очистки масел. Окисление до КиШ более 90°С с использованием заявляемого способа нецелесообразно в связи с ростом закоксовывания трубчатой реакторной системы. Степень разбавления базового битума зависит от глубины окисления сырья, от вязкости исходного сырья и от заданной марки дорожного битума. Благодаря заложенным техническим решениям на установке можно из одной марки базового битума в поточном узле смешения одновременно вырабатывать несколько марок дорожных битумов.
Компаундирование производится в 2 этапа: на первом этапе переокисленный битум смешивается с неокисленным прямогонным гудроном и/или асфальтом пропановой деасфальтизации (создается структурная основа товарного битума), при компаундировании которой, на втором этапе, с остаточным экстрактом селективной очистки масел, получается дорожный битум требуемой марки. Компаундирование проводят при следующем соотношении компонентов, масс. %: асфальт пропановой деасфальтизации 0-25%, неокисленный прямогонный гудрон 0-20%, экстракт селективной очистки масел 0-15%, переокисленный битум с температурой размягчения 60-90°С - остальное.
Отличие заявляемого технического решения от известного состоит, во-первых, в том, что сырьем для процесса окисления является товарные прямогонные гудроны с минимальными требованиями к нормированию качества и не ограниченными требованиями по показателю условной вязкости при 80°С (ВУ80), что позволяет независимо от структурно-группового состава прямогонного гудрона после окисления и компаундирования окисленного продукта получать товарный битум с улучшенной растяжимостью и повышенными показателями качества после старения.
Другое отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, что в заявляемом способе глубина окисления ограничена интервалом температур размягчения перекисленного битума 60-90°С, более глубокое окисление сопровождается процессами деструкции и уплотнения с образованием излишних количеств карбенов и карбоидов, существенно ухудшающих качество битума, особенно его долговечность, при этом значительно снижается также выход битума за счет образования больших количеств черного соляра.
В заявляемом способе также ограничена концентрация асфальта пропановой деасфальтизации в товарном битуме менее 25% (в прототипе 25-40%), а также регламентирован порядок смешения компонентов.
Сущность предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами.
3
Пример 1. Неокисленный прямогонный гудрон (полученный из западно-сибирской нефти) с плотностью 985,2 кг/м, условной вязкостью при 80°С, 58,2 сек, температурой вспышки 312°С, окисляют в колонном и далее в трубчатом реакторе до перекисленного битума, выход битума на сырье 98,2%, с следующими показателями качества:
- температура размягчения - 69,3°С;
- глубина проникания иглы при 25°С - 32 дмм;
- растяжимость при 25°С - 4,7 см.
Затем переокисленный битум компаундировали с асфальтом пропановой деасфальтизации в соотношении: 72% масс. (переокисленный битум): 28% масс. (асфальт пропановой деасфальтизации) в смесителе №1. Полученный состав затем в смесителе №2 пластифицировали экстрактом селективной очистки масел, которого добавили в битум-асфальтовую смесь в количестве 15% масс.
Покомпонентный состав битума, % масс.:
Переокисленный битум
61,20
Неокисленный прямогонный гудрон
0,0
Асфальт пропановой деасфальтизации
23,80
Экстракт селективной очистки масел
15,00
Полученный битум имеет следующие характеристики:
- температура размягчения - 49,2°С;
- глубина проникания иглы при 25°С - 77 дмм;
- глубина проникания иглы при 0°С - 20 дмм;
- растяжимость при 25°С - более 150 см;
- растяжимость при 0°С - 3,7 см;
- температура хрупкости - минус 21,4°С.
После прогрева полученного битума в тонком слое при 163°С в течение 5 час получили следующие показатели:
- потеря массы - 0,017%;
- температура размягчения -52,7°С (ΔТ 3,5°С);
- глубина проникания иглы при 25°С - 54 дмм (70,1%);
- растяжимость при 25°С - 83 см;
- температура хрупкости - минус 20,2°С (+1,2°С).
Полученный битум соответствует требованиям СТО ГК «АВТОДОР» 2.1-2011, на марку дорожного битума БНДУ 85, по всем основным техническим характеристикам.
Пример 2. Неокисленный прямогонный гудрон, по примеру 1, окисляют в колонном и далее в трубчатом реакторе до перекисленного битума, выход битума 96,5% на сырье, с следующими показателями качества:
- температура размягчения - 89,0°С;
- глубина проникания иглы при 25°С - 19 дмм;
- растяжимость при 25°С - 2,2 см.
Затем переокисленный битум компаундировали с асфальтом пропановой деасфальтизации и исходным неокисленным прямогонным гудроном в соотношении: 58,1:21,9:20,0 (% масс.) в смесителе №1.
Покомпонентный состав битума, % масс.:
Переокисленный битум
58,1
Неокисленный прямогонный гудрон
20,0
Асфальт пропановой деасфальтизации
21,9
Экстракт селективной очистки масел
0,0
Полученный битум имеет следующие характеристики:
- температура размягчения - 49,9°С;
- глубина проникания иглы при 25°С - 73 дмм;
- глубина проникания иглы при 0°С - 19 дмм;
- растяжимость при 25°С - более 150 см;
- растяжимость при 0°С - 3,6 см;
- температура хрупкости - минус 23,0°С
После прогрева полученного битума в тонком слое при 163°С в течение 5 час. получили следующие показатели:
- потеря массы - 0,010%;
- температура размягчения - 53,6°С (ΔT 3,7°С);
- глубина проникания иглы при 25°С - 52,7 дмм (72%);
- растяжимость при 25°С - 80,4 см;
- температура хрупкости - минус 21,0°С (+2,0°С).
Полученный битум соответствует требованиям СТО ГК «АВТОДОР» 2.1-2011, на марку дорожного битума БНДУ 85, по всем основным техническим характеристикам.
Пример 3. Способ осуществляют в условиях примера 1. Переокисленный битум (качество представлено в примере №1) компаундируют в смесителе №1 с исходным неокисленным прямогонным гудроном и затем в смесителе №2 с экстрактом селективной очистки масел.
Компонентный состав, % масс.:
Переокисленный битум
68,0
Неокисленный прямогонный гудрон
17,0
Асфальт пропановой деасфальтизации
0,0
Экстракт селективной очистки масел
15,00
Полученный битум имеет следующие характеристики:
- температура размягчения - 45,4°С;
- глубина проникания иглы при 25°С - 111 дмм;
- глубина проникания иглы при 0°С - 32 дмм;
- растяжимость при 25°С - более 139 см;
- растяжимость при 0°С - 4,8 см;
- температура хрупкости - минус 26,0°С.
После прогрева полученного битума в тонком слое при 163°С в течение 5 час получили следующие показатели:
- потеря массы - 0,022%;
- температура размягчения - 49,7°С (AT 4,3°С);
- глубина проникания иглы при 25°С - 77 дмм (69,4%);
- растяжимость при 25°С - 102 см;
- температура хрупкости - минус 23,8°С (+2,2°С).
Битум представленного качества соответствует требованиям ПНСТ 1-2012 на дорожный битум марки БНД 100/130.
Пример 4. По аналогичной схеме (примера 3) получен ряд дорожных битумов, соответствующих требованиям ПНСТ 1-2012, компонентный состав представлен в таблице 1.
Изобретение позволяет расширить сырьевую базу для битумного производства, повысить качество производимого битума за счет снижения температуры хрупкости, повышения морозостойкости, индекса пенетрации и адгезии к каменным материалам и расширить ассортимент получаемых товарных битумов.