СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМА Российский патент 2011 года по МПК C10C3/04 

Описание патента на изобретение RU2408651C2

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу получения битума. Наиболее широко распространенным способом получения битума является процесс окисления тяжелых остатков нефтепереработки. Качество получаемого битума определяется природой и соотношением компонентов тяжелого остатка, которые зависят от состава исходной нефти, условий процесса ректификационного ее разделения на дистиллятные фракции и тяжелый остаток, условий окисления последнего, а также объема и природы углеводородных добавок, вводимых как в окисляемое сырье, так и в окисленный продукт.

Известен способ получения битума, включающий вакуумную перегонку мазута с получением утяжеленного гудрона, смешение утяжеленного гудрона с модифицирующими добавками и окисление подготовленного гудрона кислородом воздуха при повышенной температуре с получением целевого продукта. При этом при вакуумной перегонке мазута получают утяжеленный гудрон с содержанием парафиновых углеводородов не более 2% мас. и парафино-нафтеновых углеводородов не менее 20% мас. и окислению подвергают 80-90% подготовленного гудрона при температуре 240-270°C. Оставшееся количество подготовленного гудрона вводят в целевой продукт. В качестве модифицирующих добавок используют концентраты полициклических ароматических углеводородов, являющихся продуктами переработки нефти (Пат. РФ 2235109, МПК С10С 3/04, опубл. 27.08.2004).

Недостатком данного способа является то обстоятельство, что для получения утяжеленного гудрона подходит не любой мазут, а лишь такой, который может обеспечить при его вакуумной перегонке содержание парафиновых углеводородов не более 2% мас., а парафино-нафтеновых - не менее 20% мас. Получение такого гудрона представляет собой весьма сложную техническую задачу, поскольку требует сначала проведения детального структурно-группового состава исходного мазута, затем, в соответствии с результатами этого анализа, выбор технологических параметров процесса вакуумной ректификации, а затем вновь анализ структурно-группового состава утяжеленного гудрона. Если еще учесть отсутствие твердо установленных зависимостей между технологическими параметрами процесса вакуумной ректификации и изменением структурно-группового состава в ходе ее проведения, то становится понятным, что предлагаемый в аналоге процесс весьма трудноуправляем и не может обеспечить стабильного качества получаемых продуктов. Другим недостатком известного способа является то, что получаемые согласно ему продукты обладают недостаточной стабильностью при старении, которая характеризуется показателями после прогрева (5 часов, 163°C), а именно эти показатели в конечном счете определяют качество дорожного покрытия и являются вследствие чего особо важными. Причина этого заключается в том, что окисление подготовленного гудрона проводится согласно аналогу до получения продуктов с неоптимальным уровнем пенетрации при 25°C 56-110·0,1 мм. Кроме того, согласно примерам аналога, две из четырех марок битума (БДД 90/130 и БДД 40/60) получены окислением подготовленного гудрона без последующего компаундирования с ним, что не позволяет обеспечить высокий уровень качества битума, особенно в части стабильности при старении (т.е. долговечность). Еще одной причиной этого является то обстоятельство, что согласно аналогу не регламентируется давление в колонне вакуумной ректификации, это приводит к образованию значительных количеств карбенов и карбоидов за счет протекания неуправляемых термических процессов, ухудшающих качество битума. Согласно предложенному способу контроль за составом гудрона осуществляется лишь по трем показателям: содержанию парафинов, парафино-нафтенов и полициклических ароматических углеводородов, что в сумме составляет лишь около 40% от массы гудрона и что явно недостаточно для контроля за сырьем окисления.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является 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°C до получения продукта, характеризующегося глубиной проникновения иглы при 25°C 35-45·0,1 мм. Затем окисленный продукт компаундируется 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°C 50-200·0,1 мм (Пат. РФ 2276181, МПК С10С 3/04, опубл. БИ №13, 10.05.2006).

Недостатком данного способа является то обстоятельство, что в составе товарного битума по предлагаемой технологии невозможно обеспечить оптимальное содержание ароматических углеводородов. Дело в том, что ароматические углеводороды, входящие в состав сырья окисления, являются весьма реакционноспособными веществами и активно окисляются в окислительной колонне. В потоке же подготовленного гудрона, поступающего на компаундирование с продуктом окисления, для получения товарного битума содержится лишь около 30% масс. ароматических углеводородов, в связи с чем с компаундирующим потоком неизбежно введение в состав битума нецелевых компонентов, снижающих качество товарного продукта.

Задачей изобретения является разработка способа получения битума, отличающегося повышенными эксплуатационными характеристиками, в особенности, после прогрева в течение 5 часов при 163°C (общепринятый способ моделирования старения битума), использование мазутов любого структурно-группового состава и повышение эффективности воздействия условий процесса на качество получаемого битума.

Для решения поставленной задачи предлагается 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 концентраты полиароматических углеводородов, входящие в состав продуктов переработки нефти, в соотношении от 80:20 до 98:2, окисление полученной смеси кислородом воздуха при температуре 230-270°С до получения окисленного продукта, характеризующегося глубиной проникновения иглы при 25°С 35-45·0,1 мм. Затем окисленный продукт компаундируется с дистиллятным экстрактом селективной очистки масел (ЭСОМ) в соотношении от 95:5 до 99:1 до получения товарного битума с глубиной проникновения иглы при 25°С 40-200·0,1 мм. Отличие заявляемого технического решения от известного заключается, во-первых, в том, что на смешение с окисленным в колонне продуктом направляется не подготовленный гудрон, а непосредственно высокоароматизированный продукт дистиллятного экстракта селективной очистки масел в необходимом массовом соотношении к окисленному гудрону. Во-вторых, для каждой марки товарного битума регламентируется уровень пенетрации окисленного гудрона, что также повышает эффективность воздействия условий процесса на качество получаемого битума. Это позволяет, независимо от структурно-группового состава исходного мазута после компаундирования окисленного продукта с дистиллятным экстрактом селективной очистки масел, в массовом соотношении от 95:5 до 99:1 до получения продукта с глубиной проникновения иглы при 25°С 40-200·0,1 мм гарантированно получать товарный битум с улучшенной растяжимостью и повышенными показателями качества после старения. Разумеется, сопоставление показателей качества битумов должно производиться в рамках одних и тех же промышленных марок битумов, определяемых величиной уровня пенетрации в соответствии с ГОСТ 22245-90. Регламентация уровня пенетрации окисленного гудрона для получения каждой марки битума обеспечивает высокую управляемость процесса и стабильность качества битума. Другое отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, все марки битумов получают более эффективным способом, чем предложенное в прототипе компаундирование окисленного продукта с подготовленным гудроном, представляющим собой смесь утяжеленного гудрона и сырьевой органической добавки. Сырьевые органические добавки представляют собой концентраты полиароматических углеводородов, входящие в состав таких промышленных продуктов нефтепереработки, как тяжелый газойль каталитического крекинга, экстракты селективной очистки масел, крекинг-остаток, асфальт деасфальтизации, тяжелый остаток установки висбрекинга и др. Содержание ароматических углеводородов в таких добавках находится на уровне 40-65% мас. Введение этих добавок в количестве от 2 до 20% мас. к гудрону не позволяет существенно повысить содержание ароматических соединений в получаемом компаунде (подготовленном гудроне) по сравнению с исходным прямогонным гудроном, содержание ароматических углеводородов в котором находится на уровне 30%. Тем более содержание ароматических углеводородов в товарном битуме возрастает совершенно незначительно по сравнению с окисленным продуктом, поскольку в него для получения товарного битума вводится не более 20% подготовленного гудрона.

Предлагаемый способ предполагает компаундирование окисленного продукта с дистиллятным экстрактом селективной очистки масел (содержащим более 82% мас. ароматических соединений), в массовом соотношении от 95:5 до 99:1 до получения товарного битума с глубиной проникновения иглы при 25°С 40-200·0,1 мм. Известно, что насыщенные ароматические соединения могут рассматриваться как носители для полярных ароматических соединений: смол и асфальтенов. Полярные ароматические соединения определяют самые важные свойства самого битума, а именно вязкоупругость при температурах окружающей среды. Введение ароматических углеводородов позволяет улучшить следующие показатели: растяжимость при 0°С, изменение температуры размягчения после прогрева, изменение температуры хрупкости.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Примеры 1-5 осуществляются в условиях согласно прототипу.

Пример 6. Мазут, полученный при переработке западно-сибирских нефтей, нагревают в печи до 400°C и подвергают вакуумной перегонке при остаточном давлении 50 мм рт.ст. Отобранный из куба колонны утяжеленный гудрон обладает следующими физико-химическими характеристиками:

1. Плотность при 20°С, г/см3 0,970 2. Температура размягчения по КиШ, °С 35 3. Вязкость условная при 80°C, с 60 4. Температура вспышки, °С 245 5. Пенетрация при 25°С, 0,1 мм 520

Полученный утяжеленный гудрон поступает на узел подготовки сырья окисления, где он смешивается в массовом соотношении 90:10 с сырьевой органической добавкой - дистиллятным экстрактом селективной очистки масел - с получением подготовленного гудрона.

Кинематическая вязкость экстракта составляет при 100°С 15 мм2/с. Процесс получения подготовленного гудрона производится при температурах 120-150°C смешением компонентов в обогреваемой емкости путем многократной циркуляции насосом. Подготовленный гудрон поступает в окислительную колонну, где происходит процесс окисления в следующих условиях:

1. Температура, °С

- сырья на входе в колонну 200-230

- воздуха 50

- верха колонны 270

- низа колонны 230-240

2. Расход, м3/час

- сырья 25

- воздуха 1400-1800

3. Выход битума на сырье, % мас. 98

4. Время пребывания массы в окислительной колонне 1,0 час. Получаемый после окисления продукт имеет следующие характеристики:

Пенетрация при 25°С, 0,1 мм 42

Температура размягчения по КиШ, °С 57

Окисленный продукт компаундируется с дистиллятным экстрактом селективной очистки масел многократной циркуляцией при температуре 100-150°C. Массовое соотношение окисленный продукт:дистиллятный экстракт селективной очистки масел равно 97:3. Показатели качества полученного товарного битума приведены в таблице.

Примеры 7-16. Способ осуществляют при технологических параметрах, аналогичных примеру 6. Условия получения битума и качество товарного продукта приведены в таблице. Реализация способа в соответствии с условиями, приведенными в примерах 6-16, позволяет получать улучшенные битумы, превосходящие по качеству битумы, полученные по способу согласно прототипу. В первую очередь это касается таких показателей, как остаточная пенетрация и температура хрупкости после прогрева.

Показатель остаточной пенетрации является важным технологическим показателем, характеризующим склонность к затвердеванию битума в составе асфальтобетонной смеси. При этом, чем выше значение остаточной пенетрации, тем выше устойчивость битума к преждевременному затвердеванию. Недостаточная остаточная пенетрация ведет к получению хрупкого асфальта с пониженной трещиностойкостью, что значительно снижает срок его службы. Примеры по предлагаемому изобретению имеют лучшие показатели в сравнении с прототипом не только по остаточной пенетрации, но и по температуре хрупкости после прогрева, которая характеризует морозоустойчивость асфальтобетонной смеси и по растяжимости после прогрева, которая обеспечивает прочность и водостойкость асфальтобетонной смеси.

Эксперименты, приведенные в примерах 17-20, проведены в неоптимальных условиях.

При повышении массовой доли утяжеленного гудрона по отношению к дистиллятному экстракту селективной очистки масел более 98:2 (пример 17) до 99:1 снижается величина глубины проникания иглы до 30·0,1 мм, и даже после добавки экстракта селективной очистки масел по этому параметру продукт не соответствует нормам ГОСТа (не менее 40·0,1 мм). Напротив, при понижении массовой доли утяжеленного гудрона по отношению к органической добавке - экстракту селективной очистки масел - ниже 80:20 (пример 18) величина глубины проникания иглы повышается до 211, тем более она возрастает до 216·0,1 мм после добавки экстракта селективной очистки масел. В результате по этому параметру продукт не соответствует нормам ГОСТа (не более 200-0,1 мм).

При повышении массового соотношения экстракта селективной очистки масел к окисленному продукту выше 5:95 до 6:94 (пример 19) снижается растяжимость при 25°C после прогрева до неприемлемых значений и повышается температура хрупкости. С другой стороны, при понижении массового соотношения экстракта селективной очистки масел к окисленному продукту ниже 1:99 до 0,05:99,5 (пример 20) получается некондиционный продукт, поскольку повышается температура хрупкости как до, так и после прогрева до величин, выходящих за границы стандарта.

Похожие патенты RU2408651C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМА 2004
  • Коновалов Андрей Алексеевич
  • Олтырев Андрей Гориславович
  • Кастерин Владимир Николаевич
  • Шабалина Татьяна Николаевна
  • Котов Сергей Владимирович
  • Тыщенко Владимир Александрович
  • Самсонов Виталий Викторович
  • Марков Сергей Васильевич
  • Погуляйко Владимир Анатольевич
  • Тимофеева Галина Владимировна
  • Зиновьева Людмила Владимировна
  • Мадумарова Зульфия Равхатовна
RU2276181C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМА 2010
  • Котов Сергей Владимирович
  • Тыщенко Владимир Александрович
  • Погуляйко Владимир Анатольевич
  • Зиновьева Людмила Владимировна
  • Тюкилина Полина Михайловна
  • Чинков Александр Васильевич
  • Баклашов Виктор Степанович
RU2476580C2
Способ получения дорожного битума 2017
  • Тюкилина Полина Михайловна
  • Зиновьева Людмила Владимировна
  • Андреев Алексей Анатольевич
  • Шейкина Наталья Александровна
  • Тыщенко Владимир Александрович
RU2697457C2
Способ получения компаундированного дорожного битума 2019
  • Тюкилина Полина Михайловна
  • Егоров Александр Геннадьевич
  • Паршукова Ольга Расимовна
  • Шейкина Наталья Александровна
  • Тыщенко Владимир Александрович
RU2729248C1
БИТУМНАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2014
  • Зайнутдинов Рустам Амирович
  • Шуверов Владимир Михайлович
  • Рябов Валерий Германович
  • Ширкунов Антон Сергеевич
  • Кузовлев Геннадий Федорович
  • Абрашенков Петр Александрович
  • Харитонов Николай Викторович
RU2556925C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЛИГОМЕРНОГО БИТУМА 2013
  • Лобанов Виктор Владимирович
  • Журавлев Сергей Сергеевич
  • Умаханов Мурад Ильясович
  • Руденский Андрей Владимирович
RU2509796C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИСУЛЬФИДНОГО БИТУМА 2015
  • Лобанов Виктор Владимирович
  • Журавлев Сергей Сергеевич
  • Умаханов Мурад Ильясович
RU2586559C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДОРОЖНОГО БИТУМА 2015
  • Ведерников Олег Сергеевич
  • Головачёв Валерий Александрович
  • Карпов Николай Владимирович
  • Клейменов Андрей Владимирович
  • Орлов Дмитрий Викторович
  • Миронов Игорь Геннадьевич
  • Старухин Дмитрий Александрович
  • Нечаев Андрей Николаевич
  • Белявский Олег Германович
  • Глазов Александр Витальевич
  • Панов Александр Васильевич
  • Храпов Дмитрий Валерьевич
  • Короткова Наталья Владимировна
RU2618266C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО ОЛИГОМЕРНО-СЕРНИСТОГО БИТУМА 2013
  • Лобанов Виктор Владимирович
  • Журавлев Сергей Сергеевич
  • Умаханов Мурад Ильясович
RU2530127C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДОРОЖНОГО БИТУМА 2017
  • Егизарьян Аркадий Мамикович
  • Рябов Валерий Германович
  • Ширкунов Антон Сергеевич
  • Кузнецов Сергей Евгеньевич
  • Мирошкина Валентина Дмитриевна
  • Федотов Константин Владимирович
RU2688633C1

Реферат патента 2011 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМА

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу получения битума. Изобретение касается способа получения битума, включающего 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 концентраты полиароматических углеводородов, входящие в состав продуктов переработки нефти, в соотношении от 80:20 до 98:2, окисление полученной смеси кислородом воздуха при температуре 230-270°С до получения окисленного продукта, характеризующегося глубиной проникновения иглы при 25°С 35-45·0,1 мм, при этом окисленный продукт компаундируется с дистиллятным экстрактом селективной очистки масел, в соотношении от 95:5 до 99:1 до получения товарного битума с глубиной проникновения иглы при 25°С 40-200·0,1 мм. Технический результат - получение битума с повышенными эксплуатационными характеристиками, в особенности, после прогрева. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 408 651 C2

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 концентраты полиароматических углеводородов, входящие в состав продуктов переработки нефти, в соотношении от 80:20 до 98:2, окисление полученной смеси кислородом воздуха при температуре 230-270°С до получения окисленного продукта, характеризующегося глубиной проникновения иглы при 25°С 35-45·0,1 мм, отличающийся тем, что окисленный продукт компаундируется с дистиллятным экстрактом селективной очистки масел в соотношении от 95:5 до 99:1 до получения товарного битума с глубиной проникновения иглы при 25°С 40-200·0,1 мм.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2408651C2

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМА 2004
  • Коновалов Андрей Алексеевич
  • Олтырев Андрей Гориславович
  • Кастерин Владимир Николаевич
  • Шабалина Татьяна Николаевна
  • Котов Сергей Владимирович
  • Тыщенко Владимир Александрович
  • Самсонов Виталий Викторович
  • Марков Сергей Васильевич
  • Погуляйко Владимир Анатольевич
  • Тимофеева Галина Владимировна
  • Зиновьева Людмила Владимировна
  • Мадумарова Зульфия Равхатовна
RU2276181C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМА 2000
  • Гуреев А.А.
  • Твердохлебов В.П.
  • Иванов А.В.
  • Луговской А.И.
  • Демьяненко Е.А.
  • Карибов А.К.
RU2153520C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМА 2003
  • Коновалов А.А.
  • Гуреев А.А.
  • Олтырев А.Г.
  • Лагутин К.И.
  • Самсонов В.В.
  • Кастерин В.Н.
  • Шабалина Т.Н.
RU2235109C1
DE 3100366 A, 05.08.1982.

RU 2 408 651 C2

Авторы

Котов Сергей Владимирович

Тыщенко Владимир Александрович

Погуляйко Владимир Анатольевич

Зиновьева Людмила Владимировна

Мадумарова Зульфия Равхатовна

Васильев Герман Григорьевич

Накипова Ирина Григорьевна

Гаврилов Николай Васильевич

Осьмушников Александр Никандрович

Малышев Евгений Романович

Железнов Михаил Владимирович

Даты

2011-01-10Публикация

2009-02-13Подача