Способ получения битума

 

Изобретение относится к способам получения окисленного битума и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности, дорожном строительстве и других отраслях народного хозяйства. Задачей изобретения является улучшение адгезии (сцепляемости битума с поверхностью минерального наполнителя), физико-механических свойств асфальтобетона на основе полученного битума (предела прочности, водонасыщения, набухания и коэффициента водостойкости), увеличение скорости окисления и выхода битума. Битум получают окислением нефтяного остатка с углеводородной добавкой, содержащей полиалкилбензольную смолу, кислородом воздуха при повышенной температуре, причем в качестве углеводородной добавки используют смесь полиалкилбензольной смолы и кубового остатка регенерации диметилформамида при массовом отношении (0,6-0,7) : (0,4-0,3) и при следующем содержании компонентов сырья окисления, мас.%: нефтяной остаток 97,85-94,5; полиалкилбензольная смола 1,5-3,3; кубовый остаток регенерации диметилформамида 0,65-2,2. В нагретый до 200-230^oC нефтяной остаток вводят первоначально половину расчетного количества углеводородной добавки и окисляют до достижения температуры размягчения полупродукта 37-39°С, затем вводят вторую половину добавки и продолжают окисление до получения целевого продукта. При этом количество отложений продуктов уплотнения на стенках аппарата и соединительных труб резко снижается, что увеличивает выход целевого продукта. 3 табл. .

Изобретение относится к способам получения окисленного битума и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности, дорожном строительстве и других отраслях народного хозяйства.

Известен способ получения битума окислением гудрона в смеси с углеводородной добавкой [Авторское свидетельство СССР N 1796653, кл. C 10 C 3/04, 1992], способствующий снижению продолжительности окисления и повышению качества. Однако этим способом не достигается достаточная интенсификация процесса и улучшение адгезии. Кроме того, в этом способе в качестве углеводородной добавки используют нефтяные пеки, получение которых требует дополнительного оборудования и значительных материальных затрат.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения битума путем окисления нефтяного остатка с углеводородной добавкой - полиалкилбензольной смолой - кислородом воздуха при повышенной температуре (200-300^oC) и массовом соотношении нефтяной остаток : полиалкилбензольная смола 10-50: 1 [Авторское свидетельство СССР N 1413115, кл. C 10 C 3/04]. Способ позволяет сократить время окисления до 2-х часов.

Однако необходимо отметить, что такой эффект получен при окислении на лабораторной установке производительностью по сырью до одного кг.

При воспроизведении известного способа на промышленной установке производительностью по сырью 12 т, время окисления составило 4,8-5,0 ч. Недостатками прототипа являются неудовлетворительная сцепляемость битума с поверхностью минерального наполнителя и, как следствие, низкие значения физико-механических свойств асфальтобетона на его основе.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение адгезии (сцепляемости битума с поверхностью минерального наполнителя), физико-механических свойств асфальтобетона на основе полученного битума (предела прочности, водонасыщения, набухания и коэффициента водостойкости), увеличения скорости окисления и выхода битума.

Поставленная задача решается способом получения битума путем окисления нефтяного остатка с углеводородной добавкой, содержащей полиалкилбензольную смолу - кислородом воздуха при повышенной температуре. Причем в качестве углеводородной добавки применяют смесь полиалкилбензольной смолы и кубового остатка регенерации диметилформамида при массовом соотношении (0,6-0,7): (0,4-0,3) соответственно и следующем содержании компонентов сырья окисления, мас. % : нефтяной остаток 97,85-94,5; полиалкилбензольная смола 1,5 - 3,3; кубовый остаток регенерации диметилформамида 0,65-2,2, а добавку вводят в нагретый нефтяной остаток в следующей последовательности: вначале при температуре 200-230^oC добавляют половину расчетного количества смеси и окисляют до достижения температуры размягчения полупродукта 37-39^oC, затем вводят вторую половину смеси и продолжают окисление до получения целевого продукта.

Окисление проводят на промышленной бескомпрессорной битумной установке периодического действия производительностью по сырью 12 т ( на базе Буинского ДСУ ПРСО "Татавтодор"). Температуру окисления поддерживают в интервале 200-230^oC; расход воздуха - 1000 м³/ч. Процесс контролируют отбором проб через заданные промежутки времени.

Используемая пролиалкилбензольная смола (ПАБС) является побочным продуктом производства алкилбензолов (КАПО "Органический синтез").

Кубовый остаток регенерации диметилформамида (КОРДМФ) получается при производстве синтетического каучука(АО "Нижнекамскнефтехим").

Характеристики ПАБС, КОРДМФ и нефтяного остатка (гудрона) приведены в табл. 1.

Приводим примеры конкретного выполнения.

Пример 1. В окислительный аппарат загружают 11742 кг гудрона, нагревают до 220^oC, вводят 129 кг смеси ПАБС и КОРДМФ при массовом соотношении 0,7: 0,3, осуществляют подачу воздуха и ведут процесс окисления до достижения температуры размягчения 37^oC. Затем добавляют еще 129 кг указанной смеси и продолжают окисление при 220^oC до достижения температуры размягчения конечного продукта 45^oC. Соотношение компонентов сырья окисления следующее, мас.%: гудрон 97,85; ПАБС 1,5; КОРДМФ 0,65.

Пример 2. В окислительный аппарат загружают 11580 кг гудрона, нагревают до 230^oC, вводят 210 кг смеси ПАБС с КОРДМФ при массовом соотношении 0,6:0,4 соответственно, осуществляют окисление до достижения температуры размягчения полупродукта 38^oC, затем добавляют 210 кг указанной смеси и продолжают окисление до достижения температуры размягчения готового продукта 48^oC. Соотношение компонентов сырья окисления в данном примере следующее, мас.%: гудрон 96,5; ПАБС 2,1; КОРДМФ 1,4.

Пример 3. В окислительный аппарат загружают 11520 кг гудрона, нагревают до 210^oC, вводят 240 кг смеси ПАБС с КОРДМФ при массовом соотношении 0,7:0,3 соответственно, ведут процесс окисления при 210^oC, до достижения температуры размягчения 37^oC, затем добавляют еще 240 кг указанной смеси и продолжают окисление до температуры размягчения целевого продукта 49^oC. Соотношение компонентов сырья окисления в данном примере следующее, мас.%: гудрон 96; ПАБС 2,8; КОРДМФ 1,2.

Пример 4. В окислительный аппарат загружают 11340 кг гудрона, нагревают до 200^oC, вводят 330 кг смеси ПАБС с КОРДМФ, при массовом соотношении 0,6: 0,4 соответственно, ведут окисление до достижения температуры размягчения полупродукта 39^oC, затем добавляют еще 330 кг указанной смеси и продолжают окисление до достижения температуры размягчения 51^oC. Соотношение компонентов сырья окисления в данном примере следующее, мас.%: гудрон 94,5; ПАБС 3,3; КОРДМФ 2,2.

Пример 5. В окислительный аппарат загружают 11520 кг гудрона (96,0%), нагревают до 210^oC, и вводят всю рассчитанную смесь ПАБС с КОРДМФ при массовом соотношении 0,7:0,3 и ведут окисление до температуры размягчения готового продукта 49^oC. Соотношение компонентов сырья окисления в данном примере следующее, мас.%: гудрон 96; ПАБС 2,8; КОРДМФ 1,2.

Нецелесообразно проведение процесса при температурах ниже 200^oC ввиду незначительной скорости окисления, а выше 230^oC ввиду увеличения энергозатрат.

Введение ПАБС и КОРДМФ в запредельных количествах отрицательно сказывается на качестве битума и производительности установки.

Окисление нефтяного остатка с ПАБС и КОРДМФ в отдельности представлены примерами 6-8.

Пример 6. В окислительный аппарат загружают 11820 кг гудрона (98,5 %), нагревают до 220^oC, и вводят 90 кг КОРДМФ (0,75%) окисляют до температуры размягчения полупродукта 38^oC, затем вводят еще 90 кг КОРДМФ (0,75%) и продолжают окисление до достижения температуры размягчения 49^oC.

Окисление при массовом соотношении гудрон : ПАБС = 50:1 (пример 7, табл. 2) и 25:1 (пример 8, табл. 2) осуществляли согласно прототипу, но на промышленной установке производительностью по сырью 12 т.

Результаты экспериментов сведены в табл. 2. В эту же таблицу сведены результаты окисления гудрона без добавки на промышленной установке производительностью по сырью 12 т.

Из табл. 2 следует, что при осуществлении окисления нефтяного остатка в присутствии ПАБС и КОРДМФ, вводимой по предложенной схеме улучшается сцепляемость полученного битума с минеральным наполнителем (адгезия по ГОСТ 12801-84, соответствует контрольному образцу N 1), сокращается время окисления (на 43-47% в сравнении с окислением чистого гудрона и на 20-26% в сравнении с прототипом) и увеличивается выход битума (98,5% против 94,2% при окислении чистого гудрона и 96,8% в случае прототипа).

На основе наработанных образцов битума были приготовлены асфальтобетонные смеси при массовом отношении минеральный наполнитель:битум = 10:0,7.

В качестве минерального наполнителя используют смесь, мас.%: щебень Уральский (фр.5-15 мм.) - 30, доломитовая крошка - 30; песчано-гравийная смесь Камская (гравий 13%) - 40.

Характеристики образцов асфальтобетона приведены в табл. 3. Как видно образцы асфальтобетона на основе битумов, полученных согласно примерам 1-4, т. е. предлагаемым способом окисления нефтяного остатка, значительно превосходят по физико-механическим показателям образцы асфальтобетона на основе битума, полученного согласно прототипу и удовлетворяют требованиям ГОСТ 12801-84.

Кроме того, при осуществлении окисления нефтяного остатка по предлагаемой технологии количество отложений продуктов уплотнения на стенках аппарата и соединительных труб резко снижается, в отличии от способа-прототипа, что позволяет увеличить выход целевого продукта.

Формула изобретения

Способ получения битума путем окисления нефтяного остатка с углеводородной добавкой, содержащей полиалкилбензольную смолу, кислородом воздуха при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве углеводородной добавки используют смесь полиалкилбензольной смолы и кубового остатка регенерации диметилформамида при массовом соотношении (0,6 - 0,7) : (0,4 - 0,3) соответственно и при следующем содержании компонентов сырья окисления, мас.%: Нефтяной остаток - 97,85 - 94,5 Полиалкилбензольная смола - 1,5 - 3,3 Кубовый остаток регенерации диметилформамида - 0,65 - 2,2 причем в нагретый до 200 - 230^oC нефтяной остаток вводят первоначально половину расчетного количества углеводородной добавки и окисляют до достижения температуры размягчения полупродукта 37 - 39^oC, затем вводят вторую половину добавки и продолжают окисление до получения целевого продукта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2