Способ получения битума

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу получения битума путем окисления. Сущность: проводят окисление утяжеленного гудрона с условной вязкостью при 80°С от 60 до 200 с с получением строительных битумов с температурой размягчения не ниже 90°С и последующее компаундирование полученного окисленного продукта с исходным сырьем - утяжеленным гудроном - с получением дорожных битумов. Способ позволяет упростить процесс получения битумов и расширить область его применения. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

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

Известен способ непрерывного 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 известных способов является прямая зависимость качества получаемого дорожного битума от качества исходного сырья, в частности от его вязкости. Так, если вязкость исходного сырья превышает значения, регламентируемые нормативно-технической документацией, то по технологии прямого окисления такого высоковязкого сырья получить качественные дорожные битумы не представляется возможным.

Наиболее близким по существенным признакам к предлагаемому является способ получения битума, включающий вакуумную перегонку мазута с получением утяжеленного гудрона, 70% которого затем смешивают с органическими добавками - концентратом полиароматических углеводородов и получают смесь с условной вязкостью при 80°С (ВУ₈₀) 40-120 с, которую подвергают окислению при 0,005-0,3 МПа с получением целевого продукта - дорожного битума марки БДУ 50/70. Далее в полученный целевой продукт вводят утяжеленный гудрон в количестве до 30 мас.% и получают дорожные битумы марок БДУ 70/100 и БДУ 100/130 (Патент РФ №2153520, МПК 7 С 10 C 3/04, от 27.07.2000 г.).

Известный способ имеет следующие недостатки:

- способ заявляет дополнительную стадию - стадию компаундирования исходного утяжеленного гудрона концентратами полиароматических соединений. Во-первых, это усложняет процесс, а во-вторых, данная стадия осуществима только на предприятиях масляного профиля. На всех других предприятиях нефтепереработки и на локальных битумных установках реализация данной технологической стадии неосуществима;

- применение вышеуказанной добавки - концентрата, являющегося маловязким растворяющим компонентом, в процессе компаундирования приводит к высокому содержанию глубокоокисленного битума в составе компаунда, что обуславливает недостаточную термостабильность полученного готового продукта.

Таким образом, возникла проблема повышения качества битума, в частности повышения его термостабильности, упрощения процесса, а также расширения области его применения.

Технический результат - получение битумов различных марок из гудрона практически любой вязкости, в том числе, превышающей значения, установленные соответствующей нормативно-технической документацией.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения битума путем окисления тяжелого нефтяного остатка с получением целевого продукта и последующим его компаундированием с исходным сырьем с получением дорожного битума, согласно изобретению в качестве тяжелого нефтяного остатка, подвергаемого окислению, используют исходное сырье - утяжеленный гудрон с ВУ₈₀ от 60 до 200 с без предварительного его разбавления, а в качестве целевого продукта выводят строительный битум с температурой размягчения не менее 90°С.

Целесообразно компаундирование целевого продукта с утяжеленным гудроном проводить при соотношении указанных компонентов (мас.%) 20-50:80-50 соответственно.

При компаундировании целевого продукта с утяжеленным гудроном для повышения пластичности и морозостойкости конечного продукта желательно добавить нефтяную фракцию, выкипающую в пределах 450-480°С в количестве 5-15 мас.% на смесь.

Таким образом, отличием заявляемого способа по сравнению с прототипом является использование сырья для окисления - утяжеленного гудрона с условной вязкостью от 60 до 200 с, поэтому можно сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию «новизна».

Указанное отличие позволяет отказаться от стадии предварительной подготовки сырья с использованием дополнительных специфических сырьевых компонентов и упростить технологический процесс, то есть окислению подвергают лишь один вид сырья - утяжеленный гудрон, который окисляется быстрее маловязкой смесевой композиции, с получением лишь одного окисленного компонента.

При этом из двух упомянутых компонентов - исходного сырья и окисленного компонента - компаундированием их можно одновременно в различных накопительных аппаратах получать широкий ассортимент дорожных битумов, характеризующихся качественными показателями, превышающими требования действующего стандарта - ГОСТ 22245-90.

Повышение качественных характеристик получаемых по данному способу дорожных битумов обусловлено невысоким содержанием в составе компаундированного битума окисленного компонента - менее 50%. Причем, чем выше вязкость исходного сырья, тем меньше доля окисленного компонента в составе битума и тем выше качественные характеристики получаемого битума, особенно его термоокислительная стабильность.

Поиск по отличительным признакам показал, что известен способ получения битума путем окисления гудрона без разбавления с последующим компаундированием части полученного продукта с исходным сырьем и вакуумной перегонки полученного компаунда (а.с. 446531, МПК С 10 С 3/04, оп. 15.10.74).

Однако для получения битума необходимого качества с растяжимостью (дуктильностью) свыше 100 см в известном способе компаунд подвергают вакуумной перегонке, т.е. в способ введена дополнительная стадия, в технологическом отношении более сложная, чем стадия окисления. В предлагаемом способе тот же результат получается без какого-либо дополнительного приема за счет нового качества исходного сырья - утяжеленного гудрона с ВУ₈₀ 60-200 c.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет достигнуть новый технический результат - упрощение технологии (а следовательно, и удешевление) процесса, поэтому можно сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Утяжеленный гудрон западносибирской 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 от 110 дмм;

- пенетрация при 0°С 30 дмм;

- растяжимость при 25°С выше 100 см.

Пример 2. Утяжеленный гудрон западносибирской нефти с ВУ₈₀ 125 с окисляют в колонне при температуре 240°С до строительного битума с температурой размягчения 96°С и пенетрацией при 25°С 15 дмм. Компаундированием такого битума (как в примере 1) с исходным сырьем в соотношении 40:60 мас.% соответственно получают дорожный битум БНД 90/130 (ГОСТ 22245-90) со следующими характеристиками:

- температура размягчения 46°С;

- пенетрация при 25°С 115 дмм;

- пенетрация при 0°С 32 дмм;

- растяжимость при 25°С выше 100 см.

Пример 3. Гудрон западносибирской нефти с ВУ₈₀ 190-200 с при температуре 240°С окисляют до строительного битума с температурой размягчения 94°С и пенетрацией при 25°С 14 дмм. Смешением строительного битума с исходным сырьем в соотношении 20:80 мас.% соответственно получают дорожный битум марки БНД 90/130 (ГОСТ 22245-90) следующего качества:

- температура размягчения 46°С;

- пенетрация при 25°С 120 дмм;

- пенетрация при 0°С 36 дмм;

- растяжимость при 25°С выше 100 см.

Пример 4. Гудрон товарной смеси западносибирской и высокосернистой арланской нефти с ВУ₈₀ 90-100 с окисляют при температуре 240°С до строительного битума с температурой размягчения 98°С и пенетрацией при 25°С 10 дмм. Смешением строительного битума с исходным сырьем в соотношении 40:60 мас.% соответственно получают дорожный битум БНД 90/130 следующего качества:

- температура размягчения 46°С;

- пенетрация при 25°С 112 дмм;

- пенетрация при 0°С 32 дмм;

- растяжимость при 25°С выше 100 см.

Пример 5. Гудрон смеси западносибирской и высокосернистой арланской нефти с ВУ₈₀ 185 с окисляют при температуре 240°С до строительного битума с температурой размягчения 95°С и пенетрацией при 25°С 12 дмм. Смешением строительного битума с исходным сырьем в соотношении 25:75 мас.% соответственно получают дорожный битум марки БНД 60/90 (ГОСТ 22245-90) следующего качества:

- температура размягчения 48°С;

- пенетрация при 25°С 88 дмм;

- пенетрация при 0°С 29 дмм;

- растяжимость при 25°С выше 100 см.

Пример 6. В строительный битум по примеру 5 на стадии компаундирования наряду с исходным гудроном добавлена затемненная фракция (450-480°С). При этом состав битума следующий: строительный битум - 25%, исходное сырье 65%, затемненная фракция 10%.

Получили компаундированный дорожный битум марки БНД 90/130 (ГОСТ 22245-90) следующего качества:

- температура размягчения 46°С;

- пенетрация при 25°С 120 дмм;

- пенетрация при 0°С 36 дмм;

- растяжимость при 25°С выше 100 см.

Битум характеризуется более высокой пластичностью, особенно при пониженной температуре, морозостойкость его увеличилась на 4-6°С.

Приведенные примеры показывают, что независимо от качества исходного сырья все полученные строительные битумы соответствуют требованиям ГОСТ 6617-76, дорожные битумы требованиям ГОСТ 22245-90.

В приведенной ниже таблице приведены показатели битумов, характеризующие их термоокислительную стабильность и определенные экспериментально после старения битумов в тонкой пленке при 163°С в течение 5 ч. При этом для прототипа взяты соотношения целевого продукта и утяжеленного гудрона 75:25%, а для предлагаемого способа 25:75% соответственно.

Таблица
Наименование показателей	Значения показателей для
прототипа	заявляемого способа
1. Потеря массы, мас.%	0,14	0,08
2. Изменение температуры размягчения, °С	5,0	3,0
3.Глубина проникания иглы при 25°С, дмм, в % от первоначальной величины	74	82
4. Температура хрупкости, °С	- 19	-22

Из таблицы следует, что битум, полученный по заявленному способу, характеризуется в отличие от известного способа более высокими эксплуатационными характеристиками, определенными после старения в тонкой пленке.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить технологический процесс с одновременным получением высококачественных дорожных битумов из нестандартного сырья, а также расширить область его применения.

1. Способ получения битума путем окисления тяжелого нефтяного остатка с получением целевого продукта и последующим его компаундированием с исходным сырьем с получением дорожного битума, отличающийся тем, что в качестве тяжелого нефтяного остатка, подвергаемого окислению, используют исходное сырье - утяжеленный гудрон с условной вязкостью при 80°С от 60 до 200 с без предварительного его разбавления, а в качестве целевого продукта выводят строительный битум с температурой размягчения не ниже 90°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что компаундирование целевого продукта с утяжеленным гудроном производят при соотношении указанных компонентов, в мас.% 20-50:80-50.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что при компаундировании целевого продукта с утяжеленным гудроном дополнительно добавляют нефтяную фракцию, выкипающую в пределах 450-480°С в количестве 5-15 мас.% на смесь.