Способ получения окисленного битума

Изобретение относится к области нефтепереработки, а именно к способу получения окисленного дорожного битума. Данный способ позволяет получить дорожный битум с лучшими показателями пластичности, заданными техническими характеристиками из остатков перегонки парафинистых нефтей переменного состава с целью улучшения реологических свойств битума. Изобретение касается способа получения окисленных битумов путем непрерывного окисления высококипящего парафинистого нефтяного сырья при повышенной температуре 200-260°С в аппарате колонного типа, в качестве сырья используют композицию гудрона с пенетрацией 200-350 дмм, и пластифицирующую добавку, которой доводят пенетрацию сырья до 360-490, в качестве пластифицирующих добавок выбирают одну из перечисленных ниже добавок: первый или третий вакуумные погоны, получаемые на установках колонного типа, или кубовый остаток перегонки линейных алкилбензолов, при этом первый вакуумый погон или кубовый остаток перегонки алкилбензолов добавляют в гудрон в количестве 1-15 мас.%, а третий вакуумный погон от 10 до 80 мас.%, а окисляемость сырья (коэффициент А) и требуемое соотношение воздух/сырье, необходимое для понижения пенетрации на единицу, определяют по формуле: Q=А(П_25сырья-П_{25бит. зад}),

где А=Q_тек/(П_25сырья-П_25бит), _тек - текущее соотношение воздух/сырье (м³ воздуха/м³ сырья); П_25сырья - текущая пенетрация сырья при 25°С, дмм; П_25бит - текущая пенетрация битума при 25°С, дмм; П_{25бит.зад} - заданная пенетрация битума при 25°С, дмм. 1 табл.

 

Изобретение относится к области нефтепереработки, а именно к способу получения окисленного дорожного битума.

Известно, что основным способом получения дорожных битумов является окисление высококипящих нефтяных остатков. В настоящее время наиболее распространенным сырьем для получения битума является гудрон - тяжелая часть нефти, выкипающая выше 400°С. Существует множество технических решений управления качеством дорожных битумов. Однако, получение дорожных битумов высокого и стабильного качества на основе остатков парафинистых нефтей является сложной и не до конца решенной проблемой.

Известен способ получения дорожных битумов [1] окислением кислородом воздуха при повышенной температуре смеси, содержащей гудрон нефти, характеризующейся показателем А+С -2,5П>0, (А, С, П - содержание в мас.% мас. в нефти соответственно асфальтенов, смол, парафинов) и асфальт деасфальтизации, отличающийся тем, что используют асфальт, полученный глубокой деасфальтизацией гудрона из нефти, характеризующейся показателем А+С - 2,5П<0, и имеющий следующий состав, мас.%: парафиновые углеводороды 9-19, ароматические углеводороды 61-73 (в том числе моноциклические ароматические углеводороды 19-23), бициклические ароматические углеводороды 10-14, полициклические ароматические углеводороды - остальное), смолы 11-16, асфальтены - остальное. Однако сама методика определения группового состава компонентов сырья очень длительная, и возможность получения качественных битумов с прогнозируемыми свойствами поэтому невозможна, особенно на установках непрерывного действия.

Известен способ получения битума [2], включающий окисление асфальта деасфальтизации гудрона и использование экстракта селективной очистки масел кислородом воздуха, отличающийся тем, что в качестве асфальта деасфальтизации гудрона используется асфальт пропан-бутановой деасфальтизации, который перед окислением предварительно смешивают с экстрактом селективной очистки масел, взятым в количестве 10-20 мас.% от смеси. Однако предложенный способ не может гарантировать постоянство качества получаемого битума ввиду изменяющегося фракционного и химического состава асфальта деасфальтизации гудрона и экстракта селективной очистки масел. Кроме того, этот метод практически не осуществим при непрерывном производстве окисленных битумов и на предприятиях топливного профиля.

Описан способ получения дорожного битума [3] из продукта окисления остатка атмосферно-вакуумной перегонки высокосмолистой, малопарафинистой нефти нафтенового основания, например Ягерской нефти (лаковый битум марки «Г»), в количестве 17-46% на нефтяные гудроны из группы нефтей, например Ягерской, Западно-Сибирской и Котуртепинской. Их тщательно перемешивают (компаундируют) при 145-170°С в течение не менее 10 минут, при этом достигается упрощение процесса компаундирования и расширение сырьевой базы. Однако следует отметить, что компаундирование гудронов различной природы без четких критериев гомогенности получаемых композиций также приводит к трудно предсказуемым изменениям свойств получаемых битумов.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения битума, включающий перегонку мазута с получением гудрона, который потом подвергают окислению кислородом воздуха при повышенной температуре с получением целевого продукта, а в качестве сырья используют утяжеленный гудрон с органическими добавками, которыми доводят пенентрацию сырья до 400-480 дмм. Кроме того, в целевой продукт вводят утяжеленный гудрон до 30 мас.%, а в качестве органических добавок используют концентраты полиароматических углеводородов

[4].

Недостатком этого способа является необходимость дополнительных затрат на тщательное компаундирование как сырья, так и окисленного битума для получения дорожного битума требуемого качества. Кроме того, этот метод практически не осуществим на нефтеперерабатывающих предприятиях топливного профиля, не имеющих концентраты полиароматических соединений, и которые получают окисленные битумы непрерывным способом из остатков парафинистых нефтей непостоянного состава. Все это требует постоянного контроля и регулирования процесса производства, частой смены параметров режима окисления.

Задачей изобретения является разработка непрерывного способа получения дорожного битума с лучшими показателями пластичности, заданными техническими характеристиками из остатков перегонки парафинистых нефтей переменного состава с целью улучшения реологических свойств битума.

Поставленная задача решается способом получения окисленных битумов путем непрерывного окисления высококипящего парафинистого нефтяного сырья при повышенной температуре 200-260°С в аппарате колонного типа, отличающимся тем, что в качестве сырья используют композицию гудрона с пенетрацией 200-350 дмм и пластифицирующую добавку, которой доводят пенетрацию сырья до 360-490, в качестве пластифицирующих добавок используют первый и третий вакуумные погоны, получаемые на установках колонного типа, и кубовый остаток перегонки линейных алкилбензолов, при этом первый вакуумый погон и кубовый остаток перегонки алкилбензолов добавляют в гудрон в количестве 1-15 мас.%, а третий вакуумный погон от 10 до 80 мас.%.

Кроме того, окисляемость сырья (коэффициент А) и требуемое соотношение воздух/сырье, необходимое для понижения пенетрации на единицу, определяют по формуле:

Q=А(П_25сырья-П_{25бит.зад}),

где А=Q_тек/(П_25сырья-П_25бит),

Q_тек - текущее соотношение воздух/сырье (м³ воздуха/м³ сырья);

П_25сырья - текущая пенетрация сырья при 25°С, дмм;

П_25бит - текущая пенетрация битума при 25°С, дмм;

П_{25бит.зад.} - заданная пенетрация битума при 25°С, дмм.

Положительный эффект предлагаемого технического решения достигается при использовании совокупности действий - подготовки сырья и соблюдения рассчитанного режима окисления.

Характеристика пластифицирующих добавок. Из мазута парафинистой западносибирской нефти на установке АВТ-2 производительностью 160 м³/ч по сырью (температура входа сырья 368-371°С) при давлении 40 мм рт.ст. получают:

1 вакуумный погон (1ВП) - температура вывода 180-184°С, количество выводимого погона 11-13 м³/ч, представляет собой жидкость коричневого цвета, содержащую смесь насыщенных (50-60%) и ароматических соединений(остальное);

3 вакуумный погон (3ВП) - температура вывода 328-332°С, количество выводимого погона 14-16 м³/ ч, представляет собой черный продукт с температурой размягчения по КиШ около 20-26°С, содержащий насыщенные, ароматические соединения смолы и асфальтены.

Остаток перегонки линейных алкилбензолов (ОПАБ) является отходом производства алкилирования бензола олефинами C₁₀-C₁₄. Он представляет собой жидкость коричневого цвета, которая содержит смесь полиалкилбензолов.

На установке АВТ -2 при вышеприведенной загрузке получают гудрон с пенетрацией 280-350 дмм при 25°С, количество выводимого гудрона 88-99 м³/ч;

Подготовка композиционного сырья заключается в следующем: в линию подачи гудрона на вход насоса подается дозирующим насосом расчетное количество добавки в количестве в зависимости от пенетрации гудрона (200-350 дмм) для получения пенетрации композиционного сырья 360-490 дмм).

Примеры окисления композиционного сырья при получении наиболее распространенной марки битума БДУС 70/100 приведены ниже и в табл.1.

Пример 1.

Условия окисления:

- температура ввода сырья - 195°С;

- уровень взлива 12 м;

- расход сырья 20 м³/ч;

- текущий расход воздуха 1000 м³/ч;

- текущее соотношение воздух/сырье - Q_тек=50;

- температура низа колонны - 246°С;

- пенетрация гудрона - 350 дмм при 25°С;

- текущая пенетрация битума - 120;

- окисляемость гудрона - численное значение коэффициента, найденная по формуле

А=Q_тек/(П_25сырья-П_25бит)=50/(350-120)=0.22;

- рассчитанное значение соотношения воздух/ сырье, найденное по формуле

Q=А(П_25сырья-П_{25бит.зад})=0.22(350-75)=60.5.

Для получения битума с пенетрацией 75 дмм из гудрона(350 дмм при 25°С) установлено соотношение воздух/сырье, равное 60.5 (при неизменном расходе гудрона подача воздуха увеличена до 1210 м³/ч).

В результате получен из гудрона парафинистой западносибирской нефти товарный битум с пенетрацией 80 дмм, который не удовлетворяет требованиям пластичности, установленным для битумов марки БНД по пенетрации при 0°С и индексу пенетрации (см. табл.1).

Пример 2.

Условия окисления:

- температура ввода сырья -200°С;

- уровень взлива 12 м;

- расход композиционного сырья (Гудрон(П₂₅=310)-95%+1 ВП-5%)-20 м³/ч;

- текущий расход воздуха 1000 м³/ч;

- текущее соотношение воздух/сырье - Q_тек=50;

- температура низа колонны - 245°С;

- пенетрация композиционного сырья - 370 дмм при 25°С;

- текущая пенетрация битума - 150;

- окисляемость гудрона - численное значение коэффициента, найденная по формуле

А=Q_тек/(П_25сырья-П_25бит)=50/(370-150)=0.23;

- рассчитанное значение соотношения воздух/ сырье, найденное по формуле

Q=А(П_25сырья-П_{25бит.зад})=0.23(370-80)=66.7.

Для получения битума с пенетрацией 80 дмм из сырья(370 дмм при 25°С) установлено соотношение воздух/сырье, равное 66.7 (при неизменном расходе сырья подача воздуха увеличена до 1334 м³/ч).

В результате проведенного эксперимента получен битум с пенетрацией 75, который удовлетворяет всем основным требованиям, предъявляемым к битумам марки БНД (см. табл.1).

Пример 3.

Условия окисления:

- температура ввода сырья -200°С;

- уровень взлива 12 м;

- расход композиционного сырья (Гудрон(П₂₅=300)-95%+ОПАБ-5%)-20 м³/ч;

- текущий расход воздуха 1000 м³/ч;

- текущее соотношение воздух/сырье - Q_тек=50;

- температура низа колонны - 248°С;

- пенетрация композиционного сырья - 410 дмм при 25°С;

- текущая пенетрация битума - 160;

- окисляемость гудрона - численное значение коэффициента, найденная по формуле

А=Q_тек/(П_25сырья-П_25бит)=507(410-160)=0.20;

- рассчитанное значение соотношения воздух/ сырье, найденное по формуле

Q=А(П_25сырья-П_{25бит.зад})=0.20(41 0-80)=66.0.

Для получения битума с пенетрацией 80 дмм из сырья (410 дмм при 25°С) установлено соотношение воздух/сырье, равное 66.0 (при неизменном расходе сырья подача воздуха увеличена до 1320 м³/ч).

В результате проведенного эксперимента получен битум с пенетрацией 85, который удовлетворяет всем основным требованиям, предъявляемым к битумам марки БНД (см. табл.1).

Пример 4.

Условия окисления:

- температура ввода сырья-190°С;

- уровень взлива 12 м;

- расход композиционного сырья (Гудрон(П₂₅=315)-75%+3ВП-25%)-20 м³/ч;

- текущий расход воздуха 1000 м³/ч;

- текущее соотношение воздух/сырье - Q_тек=50;

- температура низа колонны - 250°С;

- пенетрация композиционного сырья - 445 дмм при 25°С;

- текущая пенетрация битума - 180;

- окисляемость гудрона - численное значение коэффициента, найденная по формуле

А=Q_тек/(П_25сырья-П_25бит)=50/(445-180)=0.19;

- рассчитанное значение соотношения воздух/ сырье, найденное по формуле

Q=А(П_25сырья-П_{25бит.зад})=0.19(445-85)=64.8.

Для получения битума с пенетрацией 85 дмм из сырья (445 дмм при 25°С) установлено соотношение воздух/сырье, равное 66.0 (при неизменном расходе сырья подача воздуха увеличена до 1296 м³/ч).

Битумы дорожные марок БНД, выпускаемые по ГОСТ 22245-90, обладают лучшими эксплуатационными свойствами и допущены для строительства дорог федерального значения.

Битумы дорожные марок БДУС, выпускаемые по ТУ 0256-096-00151807-97, имеют более низкую пластичность, чем соответствующие битумы марок БНД (худшие показатели по пенетрации и растяжимости при 0°С и индексу пенетрации).

В результате проведенного эксперимента получен битум с пенетрацией 88, который удовлетворяет всем основным требованиям, предъявляемым к битумам марки БНД (см. табл.1).

Расчетный метод позволяет определить требуемое соотношение воздух/сырье при получении битума с заданной пенетрацией (с точностью ±3-5 дмм). Использование расчетного метода для определения расхода воздуха с учетом качества(окисляемости) сырья позволяет существенно сократить время(до 4-6 часов) выхода окислительной колонны на требуемый режим и соответственно понизить выход некондиционного битума.

Приведенные примеры показывают, что предлагаемый непрерывный способ позволяет получать качественный битум с улучшенными пластичными свойствами из остатков парафинистой нефти с наименьшими затратами.

Использованная литература

1. Патент RU №2041915, 20.08.1995 г.

2. Патент РФ №2105786, 1998 г.

3. Патен РФ №2130044, 1999 г.

4. Патент РФ №2153520, 2000 г.

1. Способ получения окисленных битумов путем непрерывного окисления высококипящего парафинистого нефтяного сырья при повышенной температуре 200-260°С в аппарате колонного типа, отличающийся тем, что в качестве сырья используют композицию гудрона с пенетрацией 200-350 дмм, и пластифицирующую добавку, которой доводят пенетрацию сырья до 360-490, в качестве пластифицирующих добавок выбирают одну из перечисленных ниже добавок: первый или третий вакуумные погоны, получаемые на установках колонного типа, или кубовый остаток перегонки линейных алкилбензолов, при этом первый вакуумый погон или кубовый остаток перегонки алкилбензолов добавляют в гудрон в количестве 1-15 мас.%, а третий вакуумный погон - от 10 до 80 мас.%, а окисляемость сырья (коэффициент А) и требуемое соотношение воздух/сырье, необходимое для понижения пенетрации на единицу, определяют по формуле:
Q=А(П_25сырья-П_{25бит. зад}),
где А=Q_тек/(П_25сырья-П_25бит),
Q_тек - текущее соотношение воздух/сырье (м³ воздуха/м³ сырья);
П_25сырья - текущая пенетрация сырья при 25°С, дмм;
П_25бит - текущая пенетрация битума при 25°С, дмм;
П_{25бит.зад} - заданная пенетрация битума при 25°С, дмм.