Патент на изобретение №2349626

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области нефтепереработки, конкретно к способу получения нефтяного битума путем окисления. Способ получения битума включает окисление утяжеленного прямогонного 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 и последующее его компаундирование с разбавителем и пластификатором с получением дорожного битума. Для повышения морозостойкости, а также расширения базы ненормативного сырья для получения высококачественных дорожных битумов в качестве разбавителя используют асфальт пропановой деасфальтизации, а компаундирование проводят при следующем соотношении компонентов, мас.%: асфальт пропановой деасфальтизации – 25-40, пластификатор – 10-20, строительный битум с температурой размягчения не ниже 90°С – остальное. Предпочтительно в качестве пластификатора использовать экстракт селективной очистки масел. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области нефтепереработки, конкретно к способу получения нефтяного битума путем окисления.

Известен способ получения битумов путем непрерывного окисления различных нефтяных остатков или их смесей кислородом воздуха при повышенной (200-300°С) температуре. [Р.Б.Гун «Нефтяные битумы», Москва, Химия, 1973; И.Б.Грудников «Производство нефтяных битумов», М.: Химия, 1983].

Недостатком известного способа является прямая зависимость качества получаемого дорожного битума от качества исходного сырья, в частности от его состава и вязкости. Пластичность битумов уменьшается с ростом вязкости исходного сырья, снижается при этом и устойчивость битумов к действию низких температур.

В настоящее время стремление нефтеперерабатывающих предприятий к повышению глубины переработки нефти приводит к тому, что при глубоковакуумной перегонке мазутов с целью увеличения выхода компонентов, используемых для производства топлив, производят повышенный отбор газойлевых фракций. При этом вязкость остатка – гудрона – значительно превышает (в 3-5 раз) нормативные требования, предъявляемые к сырью для получения дорожного битума прямым окислением, поэтому из такого тяжелого сырья получить качественный битум не представляется возможным. Разбавление же утяжеленного сырья дорогими топливными компонентами до нормативной вязкости приводит к резкому удорожанию битумной продукции. Сложившаяся ситуация привела к заметному снижению выработки качественных дорожных битумов и к существенному росту цен на битум.

Наиболее близким по существенным признакам предлагаемому является способ получения битума путем окисления утяжеленного гудрона с условной вязкостью при 80°С от 60 до 200 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 исходным сырьем и пластификатором, в качестве которого используют нефтяную фракцию, выкипающую в пределах 450-480°С (Патент РФ №2258730, МПК 7 С10С 3/04, опубл. 2005.08.20).

Известный способ решает проблему получения высококачественного дорожного битума из ненормативного сырья с высокой вязкостью. Однако этот способ предлагает использовать для получения дорожных битумов только утяжеленный гудрон с вязкостью до 200 с, что ограничивает сырьевую базу для получения качественных дорожных битумов с использованием ненормативного сырья. Кроме того, недостатком известного способа является получение битума с недостаточно высокой морозостойкостью, что ограничивает область его применения.

На предприятиях нефтепереработки масляного профиля существует проблема квалифицированного использования асфальта пропановой деасфальтизации (АПД). Объемы выработки этого продукта лишь на одном предприятии составляют сотни тысяч тонн в год. Ввиду высокого содержания в АПД металлов и серы он не может использоваться как компонент сырья для вторичных процессов или для процессов коксования.

Действующей нормативно-технической документацией на битумное сырье (Сырье для производства нефтяных вязких дорожных битумов ТУ 0258-113-00151807-2002) допускается вводить в состав битумного сырья перед его окислением АПД в количестве до 30% по массе. Однако если в качестве битумного сырья использовать утяжеленный гудрон, то введение АПД в состав такого сырья весьма проблематично, поскольку из такой смеси получить даже строительный битум среднего уровня качества не представляется возможным.

Поэтому сегодня АПД в битумном производстве практически не используют, и основное количество его разбавляют дизельными фракциями и сжигают как компонент котельного топлива, значительно ухудшая при этом технико-экономические показатели производства в целом.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества битума, в частности повышение его морозостойкости, а также расширение базы ненормативного сырья для получения высококачественных дорожных битумов.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения битума путем окисления утяжеленного прямогонного 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 и последующим его компаундированием с разбавителем и пластификатором с получением дорожного битума, в качестве разбавителя используют асфальт пропановой деасфальтизации, а 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.

Целесообразно в качестве пластификатора использовать экстракт селективной очистки масел.

Асфальт пропановой деасфальтизации содержит наибольшее количество асфальто-смолистых компонентов, способствующих образованию структурного каркаса битума, и при использовании его в заявленном соотношении в качестве разбавителя строительного битума позволяет получить сбалансированное количество различных групп углеводородов, сочетание которых обеспечивает получение морозостойкого битума при одновременном сохранении высоких показателей пластичности, а также использовать для окисления более вязкий утяжеленный прямогонный гудрон (с ВУ₈₀ более 200 с), что позволяет расширить базу ненормативного сырья для получения битума. Кроме того, использование АПД как компонента битума также позволяет расширить базу ненормативного сырья для получения качественных битумов.

В качестве пластификатора могут быть использованы различные продукты нефтепереработки, например нефтяная фракция, выкипающая в пределах 450-520°С, но использование в качестве пластификатора экстракта селективной очистки масел наиболее оптимально за счет наличия в его составе почти 90% парафино-нафтеновых и ароматических углеводородов, которые в сочетании с компонентами АПД и строительного битума позволяют получить наиболее оптимальный групповой химический состав битума, который обеспечивает повышение морозостойкости битума при сохранении высоких показателей других его качественных характеристик.

Сущность предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

1. Утяжеленный прямогонный гудрон, полученный из товарной смеси западно-сибирской нефти с ВУ₈₀ 70 с, окисляют в колонне при температуре 280°С до строительного битума с температурой размягчения 91°С и пенетрацией при 25°С 16 дмм. Полученный строительный битум направляют в смеситель на компаундирование с асфальтом пропановой деасфальтизации (АПД) и экстрактом селективной очистки масел в соотношении 50:40:10% мас.% соответственно. В результате компаундирования получают дорожный битум марки БНД 60/90 (ГОСТ 22245-90) со следующими качественными характеристиками:

– температура размягчения 49,2°С;

– пенетрация при 25°С от 74 дмм;

– пенетрация при 0°С 23 дмм;

– растяжимость при 25°С более 100 см;

– температура хрупкости минус 24,8°С

Пример 2. Утяжеленный гудрон западно-сибирской нефти с ВУ₈₀ 173 с – окисляют в колонне при температуре 280°С с получением строительного битума с температурой размягчения 96,8°С и пенетрацией при 25°С 14 дмм. Компаундированием такого битума с АПД и экстрактом селективной очистки масел, но в соотношении 49:38:13 мас.% соответственно получают дорожный битум БНД 90/130 (ГОСТ 22245-90) со следующими характеристиками:

– температура размягчения 44,6°С;

– пенетрация при 25°С 109 дмм;

– пенетрация при 0°С 33 дмм;

– растяжимость при 25°С выше 100 см;

– температура хрупкости минус 27,5°С.

Пример 3. Гудрон западно-сибирской нефти с ВУ₈₀ 255 с при температуре 280°С окисляют до строительного битума с температурой размягчения 114°С и пенетрацией при 25°С 12 дмм. Компаундированием такого битума с АПД и экстрактом селективной очистки масел, но в соотношении 55:25:20 мас.%. соответственно получили дорожный битум БНД 90/130 (ГОСТ 22245-90) со следующими характеристиками:

– температура размягчения 45,5°С;

– пенетрация при 25°С 105 дмм;

– пенетрация при 0°С 31 дмм;

– растяжимость при 25°С выше 100 см;

– температура хрупкости минус 27,3°С.

Пример 4. Гудрон товарной смеси западно-сибирской нефти с ВУ₈₀ 127 с окисляют при температуре 280°С до строительного битума с температурой размягчения 98°С и пенетрацией при 25°С 10 дмм. Компаундированием такого битума с АПД и экстрактом селективной очистки масел в соотношении 40:50:10 мас.% соответственно получили дорожный битум БНД 90/130 следующего качества:

– температура размягчения 43,2°С;

– пенетрация при 25С 92 дмм;

– пенетрация при 0°С 28 дмм;

– растяжимость при 25°С выше 100 см;

– температура хрупкости минус 17,8°С.

Полученный битум по комплексу полученных качественных характеристик находится на нижнем допустимом пределе пластичности с невысоким показателем морозостойкости. Дальнейшее увеличение АПД в составе битума приведет к получению некондиционного продукта.

Пример 5. Гудрон товарной смеси западно-сибирской нефти с ВУ₈₀ 185 с окисляют при температуре 280°С до строительного битума с температурой размягчения 95°С и пенетрацией при 25°С 12 дмм. Компаундированием такого битума с АПД и экстрактом селективной очистки масел в соотношении 55:20:25 мас.% соответственно получили дорожный битум БНД 90/130 следующего качества:

– температура размягчения 43,2°С;

– пенетрация при 25°С 132 дмм;

– пенетрация при 0°С 36 дмм;

– растяжимость при 25°С 80 см;

– температура хрупкости минус 27,8°С.

Битум приведенного состава в отличие от примера 4 излишне пластичен, дальнейшее уменьшение содержания АПД с одновременным увеличением пластификатора в составе битума недопустимо, поскольку несомненно приведет к получению некондиционного продукта.

Пример 6. Гудрон западно-сибирской нефти с ВУ₈₀ 255 с при температуре 280°С окисляют до строительного битума с температурой размягчения 94°С и пенетрацией при 25°С 14 дмм. Компаундированием такого битума с АПД и экстрактом селективной очистки масел в соотношении 62:30:8 мас.%. соответственно получили дорожный битум БН 90/130 со следующими характеристиками:

– температура размягчения 48,5°С;

– пенетрация при 25°С 95 дмм;

– пенетрация при 0°С 28 дмм;

– растяжимость при 25°С выше 100 см;

– температура хрупкости минус 16,4°С

При уменьшении содержания пластификатора морозостойкость битума уменьшается.

Пример 7. Гудрон западно-сибирской нефти с ВУ₈₀ 255 с.при температуре 280°С окисляют до строительного битума с температурой размягчения 94°C и пенетрацией при 25°С 14 дмм. Компаундированием такого битума с АПД и пластификатором, в качестве которого использована нефтяная фракция, выкипающая в пределах 450-520°С, в соотношении 49:38:13 мас.%. соответственно получили дорожный битум БНД 90/130 (ГОСТ 22245-90) со следующими характеристиками:

– температура размягчения 46,2°С;

– пенетрация при 25°С 98 дмм;

– пенетрация при 0°С 29 дмм;

– растяжимость при 25°С выше 100 см;

– температура хрупкости минус 25,3°С.

Таким образом, замена пластификатора с экстракта селективной очистки масел на нефтяную фракцию существенно не влияет на качество получаемого дорожного битума, которое полностью соответствует требованиям действующей нормативно-технической документации.

Пример 8 (по прототипу)

Утяжеленный гудрон западно-сибирской нефти с ВУ₈₀ 70 с окисляют в колонне при температуре 240°С до строительного битума с температурой размягчения 98°С и пенетрацией при 25°С 12 дмм. Часть этого битума при необходимости выводится из низа колонны как строительный битум, а оставшаяся компаундируется в смесителе с исходным сырьем, имеющим температуру 160-180°с, в соотношении 45:55 мас.% соответственно. В результате компаундирования получают дорожный битум марки БНД 90/130 (ГОСТ 22245-90) со следующими качественными характеристиками:

– температура размягчения 46°С;

– пенетрация при 25°С 110 дмм;

– пенетрация при 0°С 30 дмм;

– растяжимость при 25°С выше 100 см;

– температура хрупкости минус 22°С.

Сопоставление показателей качества битума по предлагаемому способу и по способу-прототипу показывает, что морозостойкость по предлагаемому способу увеличилась на 3-5°С.

Приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ позволяет использовать утяжеленный гудрон с высокой вязкостью, и независимо от вязкости исходного сырья – утяжеленного прямогонного гудрона – все полученные согласно предлагаемому способу строительные битумы соответствуют требованиям ГОСТ 6617-76, дорожные битумы – требованиям ГОСТ 22245-90.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет решить важную проблему квалифицированного использования асфальта пропановой деасфальтизации, а также существенно расширить сырьевую базу отечественного битумного производства из ненормативного сырья с одновременным достижением высоких качественных показателей вырабатываемой продукции – дорожных битумов. Кроме того, в отличие от известного способа-прототипа предлагаемый способ позволяет повысить качество битума за счет повышения морозостойкости.

Формула изобретения

1. Способ получения битума путем окисления утяжеленного прямогонного 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 и последующим его компаундированием с разбавителем и пластификатором с получением дорожного битума, отличающийся тем, что в качестве разбавителя используют асфальт пропановой деасфальтизации, а компаундирование проводят при следующем соотношении компонентов, мас.%: асфальт пропановой деасфальтизации – 25-40, пластификатор – 10-20, строительный битум с температурой размягчения не ниже 90°С – остальное.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пластификатора используют экстракт селективной очистки масел.