RU2729248C1

RU2729248C1 - Method of producing compound road bitumen

Info

Publication number: RU2729248C1
Application number: RU2019131286A
Authority: RU
Inventors: Полина Михайловна Тюкилина; Александр Геннадьевич Егоров; Ольга Расимовна Паршукова; Наталья Александровна Шейкина; Владимир Александрович Тыщенко
Original assignee: Акционерное общество "Средневолжский научно-исследовательский институт по нефтепереработке" (АО "СвНИИНП")
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2020-08-05

Abstract

FIELD: oil, gas and coke-chemical industries.

SUBSTANCE: invention relates to oil refining, in particular, to method for production of compound road bitumen. Method for producing compound road bitumen with penetration depth of needle at 25 °C in range of 20-200-0.1 mm depending on commodity bitumen brand includes vacuum distillation of fuel oil at residual pressure of column top 10–30 mm Hg to obtain weighted tar, which is mixed with components in ratios of 60:15:25 to 92:5:3, with separation of obtained mixed material into two streams. First of which enters oxidation column, and second one is mixed with obtained in this column at temperature of 230–240 °C by oxidized bitumen in weight ratio of 90:10 to 70:30. Mixing components used are tar residue of delayed coking unit with kinematic viscosity at 80 °C 1100–1800 mm²/s, conditional viscosity at 80 °C for 50–150 s; and oil fraction of 420–500 °C and kinematic viscosity at 80 °C 30–40 mm²/s, conditional viscosity at 80 °C for 3–6 s. Oxidation of obtained mixed raw material with standard viscosity at 80 °C for 50–80 s is carried out to softening temperature of 60–70 °C.

EFFECT: invention enables to obtain the entire range of road bitumen grades according to GOST 33133: BND 20/35, BND 35/50, BND 50/70, BND 70/100, BND 100/130, BND 130/200 in conditions of deep extraction of vacuum distillate from fuel oil of any structural-group composition, as well as in higher efficiency of action of conditions process quality of bitumen.

1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу производства нефтяных дорожных битумов компаундированием окисленных тяжелых остатков переработки нефти, и может быть использовано для производства нефтяных дорожных битумов, удовлетворяющих требованиям современной нормативно-технической документации РФ (ГОСТ 33133-2014).The invention relates to the field of oil refining, in particular to a method for the production of oil road bitumen by compounding oxidized heavy residues of oil refining, and can be used for the production of oil road bitumen that meets the requirements of modern regulatory and technical documentation of the Russian Federation (GOST 33133-2014).

Известно, что основным способом получения дорожных битумов, применяемым в отечественной промышленности, является окисление. В то же время в производственном процессе получения битумов широко применяется и процесс компаундирования, как при подготовке сырья, так и при получении готовой продукции. Способ компаундирования применяется для производства многих товарных нефтепродуктов, так как является малозатратным, позволяет целенаправленно и гибко воздействовать на эксплуатационные свойства продукта.It is known that the main method of obtaining road bitumen used in the domestic industry is oxidation. At the same time, in the production process of obtaining bitumen, the compounding process is also widely used, both in the preparation of raw materials and in the receipt of finished products. The compounding method is used for the production of many commodity petroleum products, since it is low-cost, allows you to purposefully and flexibly influence the performance properties of the product.

Известен способ получения компаундированного битума (Пат. РФ №2186078), относящийся к области производства нефтяных битумов который может найти применение при производстве компаундированных битумов путем смешения окисленного битума, полученного путем окисления при повышенной температуре остаточных продуктов переработки нефти, и неокисленных остаточных нефтепродуктов. Согласно способу первоначально готовят смесь гудрона и слопа или гудрона и битума перемешиванием в течение 10-15 мин при температуре 120-140°С. Слоп - дистиллятная фракция из гудрона с интервалом кипения 480-610°С, отбираемая при глубоком вакууме 10-20 мм рт.ст. Гудрон имеет температуру размягчения 20°С. Далее полученную смесь смешивают с окисленным битумом или слопом в соответствии с составом в течение 20-25 мин при следующем соотношении компонентов, мас. %: гудрон 0,5-16, слоп 1-18, окисленный битум - остальное до 100. Использование изобретения (применительно к марке дорожного битума БНД 90/130) позволяет понизить с минус 17 до минус 34-35°С его температуру хрупкости по Фраасу, расширить ассортимент получаемых товарных битумов и снизить на 25-30°С температурный интервал приготовления компаундированного битума.A known method of producing compounded bitumen (Pat. RF No. 2186078), related to the production of petroleum bitumen, which can be used in the production of compounded bitumen by mixing oxidized bitumen obtained by oxidation at elevated temperatures of residual oil refining products and non-oxidized residual petroleum products. According to the method, a mixture of tar and slop or tar and bitumen is initially prepared by stirring for 10-15 minutes at a temperature of 120-140 ° C. Slop is a distillate fraction from tar with a boiling range of 480-610 ° C, taken under a high vacuum of 10-20 mm Hg. The tar has a softening point of 20 ° C. Next, the resulting mixture is mixed with oxidized bitumen or slop in accordance with the composition for 20-25 minutes at the following ratio of components, wt. %: tar 0.5-16, slop 1-18, oxidized bitumen - the rest is up to 100. The use of the invention (in relation to the brand of road bitumen BND 90/130) allows to reduce its brittleness temperature from minus 17 to minus 34-35 ° C Fraas, to expand the range of obtained commercial bitumen and reduce the temperature range for the preparation of compounded bitumen by 25-30 ° C.

Недостатком данного способа является использование маловязкого гудрона, с температурой размягчения 20°С, что значительно увеличит продолжительность окисления, ухудшит старение битумов и не позволит производить дорожные битумы в соответствии с требованиями ГОСТ 33133. Данный способ позволяет получать битум марки БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90, в котором требования к старению битума менее жесткие, по сравнению с новым ГОСТ 33133-2014, что объясняется разными требованиями к методам испытания на старение. Кроме того, в современных условиях переработки нефти, ужесточение параметров вакуумной перегонки, приводит к утяжелению гудрона, что не позволяет использовать данное изобретение для производства дорожных битумов.The disadvantage of this method is the use of low-viscosity tar, with a softening temperature of 20 ° C, which will significantly increase the duration of oxidation, worsen the aging of bitumen and will not allow the production of road bitumen in accordance with the requirements of GOST 33133. This method allows you to obtain bitumen grade BND 90/130 in accordance with GOST 22245 -90, in which the requirements for the aging of bitumen are less stringent compared to the new GOST 33133-2014, which is explained by the different requirements for aging test methods. In addition, in modern conditions of oil refining, the tightening of the parameters of vacuum distillation, leads to a heavier tar, which does not allow the use of this invention for the production of road bitumen.

Известен способ получения компаундированного битума (Пат. РФ №2302447) путем смешения окисленного битума с нефтяными неокисленными нефтепродуктами, в качестве которых используют гудрон - фракцию с началом кипения 500°С, дистиллятную фракцию 480-610°С - слоп и экстракт селективной очистки остаточной масляной фракции (ЭСОМ) при следующих соотношениях компонентов, % мас.: гудрон - 1-5, слоп - 4-20, экстракт - 5-25, окисленный битум - остальное до 100. Компоненты смешивают в последовательности - гудрон, слоп, экстракт и к полученной 3-х компонентной смеси добавляют окисленный битум.A known method of producing compounded bitumen (Pat. RF No. 2302447) by mixing oxidized bitumen with petroleum unoxidized petroleum products, which are used as tar - fraction with the beginning of boiling 500 ° C, distillate fraction 480-610 ° C - slop and extract of selective purification of residual oil fractions (ESOM) with the following ratios of components,% wt: tar - 1-5, slop - 4-20, extract - 5-25, oxidized bitumen - the rest is up to 100. The components are mixed in the sequence - tar, slop, extract and to the resulting 3-component mixture is added with oxidized bitumen.

Существенным недостатком изобретения является введение в процесс окисления в гудрон остаточного экстракта селективной очистки масел растворителями, представляющего собой концентрат полиароматических углеводородов (ПАУ), являющийся канцерогенным веществом. Введение ПАУ в битум, особенно на стадии компаундирования окисленного продукта, приведет в процессе укладки и эксплуатации дорожного полотна к миграции канцерогенных веществ в окружающую среду, нанося вред здоровью человека.A significant disadvantage of the invention is the introduction into the oxidation process in tar of the residual extract of the selective purification of oils with solvents, which is a concentrate of polyaromatic hydrocarbons (PAHs), which is a carcinogen. The introduction of PAHs into bitumen, especially at the stage of compounding the oxidized product, will lead to the migration of carcinogenic substances into the environment during the laying and operation of the roadway, harming human health.

Известен способ получения битума (Пат. РФ №2349626) путем окисления утяжеленного 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. Для получения дорожного битума окисленный компонент - строительный битум с температурой размягчения не ниже 90°С - компаундируют с разбавителем и пластификатором (в одном смесителе все компоненты - одновременно) с получением дорожного битума. В качестве разбавителя используют асфальт пропановой деасфальтизации, в качестве пластификатора могут быть использованы различные продукты нефтепереработки, например нефтяная фракция, выкипающая в пределах 450-520°С, и экстракт селективной очистки масел. 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.A known method of producing bitumen (US Pat. RF No. 2349626) by oxidation of weighted tar with a relative viscosity at 80 ° C for at least 60 s without preliminary dilution to obtain as the target product of building bitumen with a softening temperature of at least 90 ° C. To obtain road bitumen, the oxidized component - construction bitumen with a softening temperature of at least 90 ° C - is compounded with a diluent and a plasticizer (in one mixer all components are simultaneously) to obtain road bitumen. As a diluent, propane deasphalting asphalt is used; as a plasticizer, various refinery products can be used, for example, an oil fraction boiling in the range of 450-520 ° C, and an extract of selective oil refining. Compounding is carried out with the following ratio of components, mass. %: propane deasphalting asphalt - 25-40, plasticizer - 10-20, construction bitumen with a softening temperature of at least 90 ° C - the rest.

Недостатком известного способа, является необходимость получения переокисленного битума (на стадии окисления в окислительной колонне) с высокой температурой размягчения, не ниже 90°С, что осложняет работу колонны окисления вследствие повышенного коксообразования, приводит к повышению расхода энергоресурсов и производственных потерь за счет повышения выхода черного соляра на тонну готового продукта. Также недостатком известного способа является использование в качестве разбавителя значительных количеств асфальта пропановой деасфальтизации (25-40 масс. %), содержащего в своем составе значительное количество тяжелых смол и асфальтенов, значительно ухудшающих низкотемпературные свойства компаундированного битума (температура хрупкости, растяжимость и пенетрация при 0°С).The disadvantage of this method is the need to obtain overoxidized bitumen (at the stage of oxidation in the oxidizing column) with a high softening temperature, not lower than 90 ° C, which complicates the operation of the oxidation column due to increased coke formation, leads to an increase in energy consumption and production losses due to an increase in the yield of black solarium per ton of finished product. Also, a disadvantage of the known method is the use as a diluent of significant amounts of propane deasphalting asphalt (25-40 wt.%), Containing in its composition a significant amount of heavy resins and asphaltenes, significantly impairing the low-temperature properties of the compounded bitumen (brittleness temperature, extensibility and penetration at 0 ° FROM).

Известно изобретение (Пат. РФ №2614026) которое может быть использовано для получения битумных композиций, применяемых в дорожном строительстве. Битумная композиция включает в себя смесь окисленного битума с неокисленным нефтепродуктом. При этом в качестве окисленного битума используют битум с температурой размягчения по КиШ 51-53°С, полученный окислением утяжеленного гудрона с вязкостью условной при 80°С (ВУ₈₀) 123-158 с, а в качестве неокисленного нефтепродукта используют остаточный экстракт селективной очистки масел растворителями или смесь остаточного и вязкого экстрактов селективной очистки масел, содержащую не более 40 мас. % вязкого экстракта селективной очистки масел, при соотношении окисленный битум: неокисленный нефтепродукт 95-89:5-11 мас. %. Техническим результатом является обеспечение возможности получения битумов марок БНД 70/100 и БНД 100/130, соответствующих требованиям Межгосударственного стандарта.Known invention (Pat. RF No. 2614026), which can be used to obtain bituminous compositions used in road construction. The bitumen composition includes a mixture of oxidized bitumen with unoxidized oil product. In this case, bitumen is used as oxidized bitumen with a softening temperature of 51-53 ° C according to KiSh, obtained by oxidation of weighted tar with a conditional viscosity at 80 ° C (VU ₈₀ ) 123-158 s, and as an unoxidized oil product, a residual extract of selective oil purification is used solvents or a mixture of residual and viscous extracts of selective refining of oils, containing not more than 40 wt. % of a viscous extract of selective purification of oils, with a ratio of oxidized bitumen: non-oxidized oil product 95-89: 5-11 wt. %. The technical result is to ensure the possibility of obtaining bitumen grades BND 70/100 and BND 100/130 that meet the requirements of the Interstate Standard.

Недостатком, помимо использования канцерогенного ЭСОМ, является ухудшение низкотемпературных свойств, в связи с высокой ароматичностью состава как сырья, так и получаемых битумов. Известно, что с утяжелением гудрона значительно снижается содержание парафино-нафтеновых углеводородов и повышается содержание тяжелых ароматических углеводородов, смол и асфальтенов. Введение дополнительного количества ароматических углеводородов негативно скажется на качестве дорожных битумов. Также недостатком является и использование окисленного битума с температурой размягчения по КиШ 51-53°С, позволяющего получать незначительный ассортимент дорожных битумов (две марки из шести нормируемых в ГОСТ 33133).The disadvantage, in addition to the use of carcinogenic ESOM, is the deterioration of low-temperature properties, due to the high aromaticity of the composition of both raw materials and the resulting bitumen. It is known that as the tar gets heavier, the content of paraffin-naphthenic hydrocarbons significantly decreases and the content of heavy aromatic hydrocarbons, resins and asphaltenes increases. The introduction of an additional amount of aromatic hydrocarbons will negatively affect the quality of road bitumen. Another disadvantage is the use of oxidized bitumen with a softening temperature of 51-53 ° C according to KiSh, which makes it possible to obtain an insignificant range of road bitumen (two brands out of six standardized in GOST 33133).

Наиболее близким (прототип) к заявляемому изобретению является способ получения дорожного битума (Пат. №№2697457) путем окисления остаточных продуктов переработки нефти кислородом воздуха при повышенной температуре, отличающийся тем, что вакуумную перегонку мазута проводят при остаточном давлении верха колонны 10-30 мм рт.ст., с получением утяжеленного гудрона, который смешивается с дистиллятными фракциями, затемненной вакуумной фракцией, с пределами выкипания 410-610°С, тяжелым вакуумным газойлем, с пределами выкипания 360-560°С, в соотношениях от 60:15:25 до 92:5:3, с разделением полученного сырья на два потока. Первый поток смесевого сырья поступает в колонну окисления. Процесс окисления смесевого сырья проводят при температуре 230-240°С. Окисленный битум, полученный в колонне окисления, смешивается со вторым потоком смесевого сырья в массовом соотношении от 90:10 до 70:30 до получения продукта с глубиной проникания иглы при 25°С 40 - 200⋅0,1 мм в зависимости от марки товарного битума.The closest (prototype) to the claimed invention is a method for producing road bitumen (Pat. No. 2697457) by oxidation of residual products of oil refining with air oxygen at elevated temperatures, characterized in that vacuum distillation of fuel oil is carried out at a residual pressure of the top of the column of 10-30 mm Hg .st., with obtaining a weighted tar, which is mixed with distillate fractions, a darkened vacuum fraction, with a boiling range of 410-610 ° C, heavy vacuum gas oil, with a boiling range of 360-560 ° C, in ratios from 60:15:25 to 92: 5: 3, with the division of the resulting raw material into two streams. The first mixed feed stream enters the oxidation column. The oxidation process of mixed raw materials is carried out at a temperature of 230-240 ° C. Oxidized bitumen obtained in the oxidation column is mixed with the second stream of mixed raw materials in a mass ratio from 90:10 to 70:30 to obtain a product with a needle penetration depth at 25 ° C 40 - 200 - 0.1 mm depending on the brand of commercial bitumen ...

Недостатками данного способа, является использование в качестве компонента - разбавителя гудрона широкой фракции вакуумного газойля с пределами выкипания 360-560°С, являющегося ценным сырьем для производства топлив, что значительно повышает себестоимость битумов и снижает экономическую эффективность их производства. Кроме того, использование маловязкой широкой вакуумной фракции в составе сырья для производства битумов, изменяет групповой химический состав в сторону значительного повышения содержания парафино-нафтеновых соединений и снижения содержания асфальтенов, что приводит к снижению динамической вязкости дорожных битумов. Также использование в составе сырья фракции 360-560°С приводит к ограничению возможности применения известного способа только на нефтеперерабатывающих предприятиях топливного профиля, так как широкая вакуумная фракция 360-560°С вырабатывается только на вакуумных блоках переработки нефти предприятий топливного профиля. На НПЗ топливно-масляного профиля отборы дистиллятных фракций, использующихся в качестве сырья производства масел, проводят при различных температурах: 270-330°С (I масляная фракция) 300-400°С (II масляная фракция) 350-420°С (III масляная фракция), 420-500°С (IV масляная фракция) 450-550°С (V масляная фракция). Второй компонент-разбавитель, используемый в изобретении, выбранном в качестве прототипа - затемненная вакуумная фракция - с пределами выкипания 410-610°С на современных блоках вакуумной перегонки, одна часть, как правило, выводится в гудрон без разделения потоков, что затрудняет ее дозирование в сырье для производства битумов, а другая ее часть подается обратно в нижнюю часть вакуумной колонны, что ограничивает ее отборы и использование в качестве сырья для производства битумов.The disadvantages of this method is the use as a component - tar diluent of a wide fraction of vacuum gas oil with a boiling range of 360-560 ° C, which is a valuable raw material for the production of fuels, which significantly increases the cost of bitumen and reduces the economic efficiency of their production. In addition, the use of a low-viscosity wide vacuum fraction in the composition of raw materials for the production of bitumen changes the group chemical composition towards a significant increase in the content of paraffin-naphthenic compounds and a decrease in the content of asphaltenes, which leads to a decrease in the dynamic viscosity of road bitumen. Also, the use of a fraction of 360-560 ° C in the composition of raw materials leads to a limitation of the possibility of using the known method only at oil refineries of a fuel profile, since a wide vacuum fraction of 360-560 ° C is produced only at vacuum units of oil refining of enterprises of a fuel profile. At the refinery of the fuel and oil profile, the selection of distillate fractions used as raw materials for the production of oils is carried out at different temperatures: 270-330 ° С (I oil fraction) 300-400 ° С (II oil fraction) 350-420 ° С (III oil fraction) fraction), 420-500 ° С (IV oil fraction) 450-550 ° С (V oil fraction). The second component-diluent used in the invention, selected as a prototype - a darkened vacuum fraction - with a boiling range of 410-610 ° C on modern vacuum distillation units, one part, as a rule, is discharged into tar without separating streams, which makes it difficult to dose it into raw material for the production of bitumen, and the other part of it is fed back to the bottom of the vacuum column, which limits its withdrawal and use as a raw material for the production of bitumen.

Известный способ не позволяет получить битум с глубиной проникания иглы в диапазоне 25-50⋅0,1 мм с уровнем качества, соответствующим требованиям к маркам БНД 20/35, БНД 35/50 по ГОСТ 33133, так как введение в состав сырья тяжелого вакуумного газойля и затемненной вакуумной фракции в указанных соотношениях приводит в получению маловязкого смесевого сырья вязкостью условной не выше 50 с, что не обеспечивает получение требуемых ГОСТ 33133 свойств растяжимости, температуры размягчения, а также приводит к снижению динамической вязкости и устойчивости битумов к старению.The known method does not allow to obtain bitumen with a needle penetration depth in the range of 25-50 - 0.1 mm with a quality level corresponding to the requirements for BND 20/35, BND 35/50 grades according to GOST 33133, since the introduction of heavy vacuum gas oil into the raw material and a darkened vacuum fraction in the indicated ratios leads to the production of a low-viscosity mixed raw material with a conditional viscosity of not more than 50 s, which does not provide the required GOST 33133 tensile properties, softening temperature, and also leads to a decrease in the dynamic viscosity and resistance of bitumen to aging.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение всей линейки марок дорожных битумов, регламентируемых ГОСТ 33133-2014 (БНД 20/35, БНД 35/50, БНД 50/70, БНД 70/100, БНД 100/130, БНД 130/200) с высокой пластичностью, сдвиговой устойчивостью, деформативностью при низких температурах, устойчивостью к термоокислительному старению в тонкой пленке, что обеспечивается заявляемым составом сырья, позволяющим получить весь комплекс свойств, заложенных в требования ГОСТ 33133-2014.The task to be solved by the claimed invention is to obtain the entire line of brands of road bitumen regulated by GOST 33133-2014 (BND 20/35, BND 35/50, BND 50/70, BND 70/100, BND 100/130, BND 130 / 200) with high plasticity, shear stability, deformability at low temperatures, resistance to thermo-oxidative aging in a thin film, which is ensured by the claimed composition of raw materials, which makes it possible to obtain the whole range of properties laid down in the requirements of GOST 33133-2014.

Техническим результатом настоящего изобретения является возможность производства всей линейки дорожных битумов марок по ГОСТ 33133: БНД 20/35, БНД 35/50, БНД 50/70, БНД 70/100, БНД 100/130, БНД 130/200 из смеси утяжеленного гудрона и компонентов: гудрона секции С-100 установки замедленного коксования (гудрон УЗК), представляющего собой остаток вакуумной перегонки вязкостью кинематической 1100-1800 мм²/с, вязкостью условной при 80°С 50-150 с, и масляной фракции 420-500°С, вязкостью кинематической при 80°С 30-40 мм²/с, вязкостью условной при 80°С 3-6 с, содержащей оптимальное количество парафино-нафтеновых углеводородов, обладающей пластифицирующим действием, и позволяющей вырабатывать дорожные битумы соответствующие требованиям ГОСТ 33133. Массовое соотношение утяжеленного гудрона: гудрона УЗК: масляной фракции 420-500°С варьируется от 60:15:25 до 92:5:3. Полученная смесь утяжеленного гудрона, гудрона УЗК и масляной фракции 420-500°С с условной вязкостью при 80°С 50-80 с разделяется на два потока.The technical result of the present invention is the possibility of producing the entire line of road bitumen grades according to GOST 33133: BND 20/35, BND 35/50, BND 50/70, BND 70/100, BND 100/130, BND 130/200 from a mixture of weighted tar and components: tar of section S-100 of the delayed coking unit (tar UZK), which is the residue of vacuum distillation with a kinematic viscosity of 1100-1800 mm ² / s, a conditional viscosity at 80 ° C 50-150 s, and an oil fraction of 420-500 ° C, kinematic viscosity at 80 ° C 30-40 mm ² / s, conditional viscosity at 80 ° C 3-6 s, containing the optimal amount of paraffin-naphthenic hydrocarbons, having a plasticizing effect, and allowing the production of road bitumen that meet the requirements of GOST 33133. Mass ratio of the weighted tar: tar UZK: oil fraction 420-500 ° С varies from 60:15:25 to 92: 5: 3. The resulting mixture of weighted tar, UZK tar and oil fraction 420-500 ° C with a relative viscosity at 80 ° C for 50-80 s is divided into two streams.

Первый поток после нагрева в печи до температуры 190-220°С поступает в колонну, где происходит процесс его окисления. Температура окисления поддерживается на уровне 230-240°С. Окисление проводят до получения продукта, характеризующегося глубиной проникания иглы при 25°С 20-40⋅0,1 мм и температурой размягчения 60-70°С.The first stream, after heating in the furnace to a temperature of 190-220 ° C, enters the column, where the process of its oxidation takes place. The oxidation temperature is maintained at 230-240 ° C. Oxidation is carried out until a product is obtained, characterized by a needle penetration depth at 25 ° C of 20-40 - 0.1 mm and a softening temperature of 60-70 ° C.

Второй поток сырья поступает на смешение с окисленным битумом на выходе их колонны окисления. Массовое соотношение первого и второго потока варьируется от 90:10 до 70:30 до получения продукта с глубиной проникания иглы при 25°С 20 - 200⋅0,1 мм в зависимости от марки товарного битума. Таким образом, оказывается возможным из одного состава смесевого сырья получать битумы всей линейки марок ГОСТ 33133. Соотношение первого и второго потока на уровне 90:10 позволяет получать битум марки 20/35, варьирующееся от 90:10 до 88:12 позволяет получить товарный битум марки БНД 35/50. Это соотношение варьируется в пределах от 88:12 до 85:15 при получении товарного битума марки БНД 50/70, 88:13 до 85:15 для битума марки БНД 70/100. При получении БНД 100/130 данное соотношение варьируется в пределах от 85:15 до 75:25, для марки БНД 130/200 - от 75:25 до 70:30.The second stream of raw materials goes for mixing with oxidized bitumen at the exit of their oxidation column. The mass ratio of the first and second flows varies from 90:10 to 70:30 until a product is obtained with a needle penetration depth at 25 ° C of 20 - 200 - 0.1 mm, depending on the brand of commercial bitumen. Thus, it is possible to obtain bitumen of the entire line of GOST 33133 grades from one composition of mixed raw materials. The ratio of the first and second streams at the level of 90:10 makes it possible to obtain bitumen of grade 20/35, varying from 90:10 to 88:12 allows to obtain commercial bitumen of the grade BND 35/50. This ratio varies from 88:12 to 85:15 when obtaining commercial bitumen grade BND 50/70, 88:13 to 85:15 for bitumen grade BND 70/100. When receiving BND 100/130, this ratio varies from 85:15 to 75:25, for the BND 130/200 brand - from 75:25 to 70:30.

В частном случае для получения жестких битумов марок БНД 35/50, БНД 20/35 вязкость условную при 80°С смесевого сырья выдерживают в интервале 180-200 с. In a particular case, to obtain hard bitumen grades BND 35/50, BND 20/35, the conditional viscosity at 80 ° C of the mixed raw material is kept in the interval 180-200 s.

Использование смесевого сырья позволяет исключить зависимость битумного производства от качества получаемого остатка вакуумной перегонки мазута - утяжеленного гудрона, условная вязкость которого может варьироваться в широком диапазоне и достигать 2000 с при 80°С в зависимости от природы перерабатываемой нефти. Применение утяжеленных гудронов в качестве сырья окисления при производстве битумов позволяет увеличить глубину переработки нефти, отбирая дополнительные объемы ценных вакуумных дистиллятов - сырья вторичных процессов переработки нефти, а также повысить экологическую безопасность производства за счет снижения вредных выбросов в атмосферу и сточные воды.The use of mixed raw materials makes it possible to exclude the dependence of bitumen production on the quality of the resulting residue of vacuum distillation of fuel oil - weighted tar, the relative viscosity of which can vary in a wide range and reach 2000 s at 80 ° C, depending on the nature of the processed oil. The use of weighted tars as a raw material for oxidation in the production of bitumen makes it possible to increase the depth of oil refining, taking away additional volumes of valuable vacuum distillates - raw materials for secondary oil refining processes, and also to increase the environmental safety of production by reducing harmful emissions into the atmosphere and wastewater.

В качестве компонента сырья используется гудрон УЗК, обладающий близким групповым химическим составом с утяжеленным гудроном, так как содержит не менее 5% асфальтенов и не менее 20% смол. Высокое содержание асфальтенов и смол, которые в процессе окисления частично также переходят в асфальтены, способствует укреплению структурного каркаса получаемых окисленных битумов и повышению их динамической вязкости, а значит, сдвиговой устойчивости. Кроме того, гудрон УЗК является малоценным остатком переработки нефти, введение его в состав битумного сырья приведет к снижению себестоимости выпускаемого продукта, а также снизит долю его вовлечения в мазут, что, в свою очередь, позволит снизить расход дистиллятных фракций на разбавление мазута для достижения его товарных свойств (температура застывания, вязкость).UZK tar, which has a similar group chemical composition with a weighted tar, is used as a raw material component, since it contains at least 5% asphaltenes and at least 20% resins. The high content of asphaltenes and resins, which in the process of oxidation also partially transform into asphaltenes, helps to strengthen the structural framework of the resulting oxidized bitumen and to increase their dynamic viscosity, and hence shear stability. In addition, UZK tar is a low-value residue of oil refining, its introduction into the composition of bituminous raw materials will lead to a decrease in the cost of the produced product, as well as reduce the share of its involvement in fuel oil, which, in turn, will reduce the consumption of distillate fractions for diluting fuel oil to achieve it. commercial properties (pour point, viscosity).

В качестве второго компонента-разбавителя утяжеленного гудрона используют масляную фракцию 420-500°С, что позволяет использовать заявляемое изобретение для производства битумов на предприятиях топливно-масляного профиля.As the second component-diluent of the weighted tar, an oil fraction of 420-500 ° C is used, which makes it possible to use the claimed invention for the production of bitumen at enterprises with a fuel and oil profile.

В частном случае, для обеспечения требований к изменению температуры размягчения после старения к битумам марок БНД 20/35, БНД 35/50 (не более 6°С) условную вязкость смесевого сырья выдерживают 180-200 с, что обеспечивается изменением соотношения компонентов смесевого сырья: утяжеленный гудрон, гудрон УЗК, масляная фракция 420-500°С. При этом массовое соотношение компонентов остается в пределах допустимого варьирования от 60:15:25 до 92:5:3.In a particular case, in order to meet the requirements for changing the softening temperature after aging for bitumen grades BND 20/35, BND 35/50 (no more than 6 ° C), the conditional viscosity of the mixed raw material is maintained for 180-200 s, which is ensured by changing the ratio of the components of the mixed raw material: weighted tar, UZK tar, oil fraction 420-500 ° С. In this case, the mass ratio of the components remains within the range of permissible variation from 60:15:25 to 92: 5: 3.

Окисление битумов проводят до температуры размягчения 60-70°С, обеспечивающей получение битумов всей линейки из пяти марок: БНД 20/35 (окисленный битум на выходе из окислительной колонны), БНД 35/50, БНД 50/70, БНД 70/100, БНД 130/200 компаундированием одной битумной основы, в отличие от прототипа, в котором при компаундировании окисленного битума возможно получение лишь трех марок: БНД 50/70, БНД 70/100, БНД 130/200.Oxidation of bitumen is carried out up to a softening temperature of 60-70 ° C, which ensures the production of bitumen of the entire line of five grades: BND 20/35 (oxidized bitumen at the exit from the oxidizing column), BND 35/50, BND 50/70, BND 70/100, BND 130/200 by compounding one bitumen base, in contrast to the prototype, in which, when compounding oxidized bitumen, it is possible to obtain only three grades: BND 50/70, BND 70/100, BND 130/200.

Все это позволяет, независимо от структурно-группового состава исходного мазута, после компаундирования гарантированно получать всю линейку марок битумов в полном соответствии с требованиями ГОСТ 33133.All this allows, regardless of the structural-group composition of the initial fuel oil, after compounding, it is guaranteed to obtain the entire line of bitumen grades in full compliance with the requirements of GOST 33133.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами (таблица примеров).The proposed method is illustrated by the following examples (table of examples).

Примеры 1-4 осуществлялись в условиях согласно прототипу.Examples 1-4 were carried out under conditions according to the prototype.

Пример 5. Мазут, полученный при переработке западно-сибирской нефти нагревают в трубчатой печи до 400°С и подвергают вакуумной перегонке при остаточном давлении 20 мм рт.ст. Отобранный из куба колонны утяжеленный гудрон обладает следующими физико-химическими характеристиками:Example 5. Fuel oil obtained during the processing of West Siberian oil is heated in a tube furnace to 400 ° C and subjected to vacuum distillation at a residual pressure of 20 mm Hg. The weighted tar taken from the bottom of the column has the following physical and chemical characteristics:

1. Плотность при 20°С, г/см³0,9981. Density at 20 ° C, g / cm ³ 0.998

2. Температура размягчения по КиШ,°С 362. Softening temperature according to KiSh, ° С 36

3. Вязкость условная при 80°С, с 1853. Viscosity conditional at 80 ° С, s 185

4. Температура вспышки, °С 3054. Flash point, ° С 305

5. Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм 3785. Depth of penetration of the needle at 25 ° C, 0.1 mm 378

Утяжеленный гудрон смешивается в поточном смесителе с гудроном секции С-100 УЗК и масляной фракцией 420-500°С в соотношении 80:5:15. Полученное смесевое сырье с условной вязкостью при 80°С в интервале 50-80 с делится на два потока. Первый поток поступает в окислительную колонну, второй поток поступает на компаундирование с окисленным продуктом. Процесс окисления в колонне происходит в следующих условиях:The weighted tar is mixed in an in-line mixer with tar of the S-100 UZK section and an oil fraction of 420-500 ° C in a ratio of 80: 5: 15. The resulting mixed raw material with a relative viscosity at 80 ° C in the range of 50-80 s is divided into two streams. The first stream enters the oxidizing column, the second stream enters the compounding with the oxidized product. The oxidation process in the column takes place under the following conditions:

1. Температура, °С1. Temperature, ° С

- сырья на входе в колонну 190-220- raw materials at the entrance to the column 190-220

- воздуха 50- air 50

- верха колонны 210- the top of the column 210

- низа колонны 230-240- column bottom 230-240

2. Расход, м³/час2. Consumption, m ³ / hour

- сырья 35- raw materials 35

- воздуха 1900-3000- air 1900-3000

3. Выход битума на сырье, % мас. 993. The output of bitumen for raw materials,% wt. 99

Получаемый после окисления продукт имеет глубину проникания иглы при 25°С - 35⋅0,1 мм.The product obtained after oxidation has a needle penetration depth at 25 ° C - 35 - 0.1 mm.

С низа колонны окисленная битумная основа с температурой размягчения в интервале 60-70°С электронасосами откачивается через холодильник в емкости-раздаточники на компаундирование путем многократной циркуляции. Компаундирование битумной основы производится вторым потоком смесевого сырья в заданном соотношении, равным 86,0:14,0. Количество смесевого сырья, направляемого на компаундирование с битумной основой, рассчитано с учетом температуры размягчения и требований пенетрации получаемой товарной марки битума 50/70. Компаундирование битума со смесевым сырьем осуществляется в смесителе поточном или в трубопроводе с возможным дополнительным перемешиванием массы азотом в резервуаре готовой продукции. Затем отбирается проба для операционного лабораторного контроля полученного качества на соответствие техническим требованиям.From the bottom of the column, the oxidized bitumen base with a softening temperature in the range of 60-70 ° C is pumped out by electric pumps through a refrigerator into dispensing containers for compounding by repeated circulation. Compounding of the bitumen base is carried out with the second stream of mixed raw materials in a given ratio equal to 86.0: 14.0. The amount of mixed raw materials sent for compounding with a bitumen base is calculated taking into account the softening temperature and penetration requirements of the resulting brand of bitumen 50/70. Compounding of bitumen with mixed raw materials is carried out in an in-line mixer or in a pipeline with possible additional mixing of the mass with nitrogen in the finished product tank. Then a sample is taken for operational laboratory control of the obtained quality for compliance with technical requirements.

Получаемый битум имеет показатели качества, приведенные в таблице.The resulting bitumen has the quality indicators given in the table.

Примеры 6 - 14: способ осуществляют при технологических параметрах, аналогичных примеру 5. Условия получения битума и качество товарного продукта приведены в таблице.Examples 6-14: the method is carried out with technological parameters similar to example 5. The conditions for obtaining bitumen and the quality of the commercial product are shown in the table.

В примерах 8,9 в качестве сырья использован мазут, полученный при переработке смеси западносибирской и арланской нефтей в соотношении 50:50. Характеристики полученного утяжеленного гудрона:In examples 8.9, fuel oil obtained by processing a mixture of West Siberian and Arlan oils in a ratio of 50:50 was used as feedstock. Characteristics of the obtained weighted tar:

1. Плотность при 20°С, г/см³ 1,0251. Density at 20 ° C, g / cm ³ 1.025

2. Температура размягчения по КиШ, °С 432. Softening temperature by KiSh, ° С 43

3. Вязкость условная при 80°С, с. 5403. Viscosity conditional at 80 ° C, s. 540

4. Температура вспышки, °С 3004. Flash point, ° С 300

5. Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм 1025. Depth of penetration of the needle at 25 ° C, 0.1 mm 102

В примерах 10-14 в качестве сырья используют мазут, полученный при переработке нефти Urals. Характеристики полученного утяжеленного гудрона:In examples 10-14, fuel oil obtained from the processing of Urals oil is used as the feedstock. Characteristics of the obtained weighted tar:

6. Плотность при 20°С, г/см³1,0106. Density at 20 ° C, g / cm ³ 1.010

7. Температура размягчения по КиШ, °С 387. Softening temperature according to KiSh, ° С 38

8. Вязкость условная при 80°С, с. 2508. Viscosity conditional at 80 ° C, s. 250

9. Температура вспышки, °С 2909. Flash point, ° С 290

10. Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм 16010. Depth of penetration of the needle at 25 ° C, 0.1 mm 160

В примерах 13-14 эксперименты проведены в частном случае заявляемого изобретения для получения дорожных битумов с глубиной проникания иглы менее 50⋅0,1 мм. Вязкость условная используемого смесевого сырья находится в интервале 180-200 с. Окисление смесевого сырья вязкостью условной в интервале 180-200 с позволяет повысить устойчивость к термоокислительному старению битумов марок БНД 25/35, БНД 35/50, для которых нормативные требования к показателю «изменение температуры размягчения после старения» предъявляются более жесткие (не более 6°С), по сравнению с другими марками (не более 7°С) БНД 50/70, БНД 70/100, БНД 100/130, БНД 130/200. Также увеличение вязкости смесевого сырья с 50-80 с до 180-200 с позволило повысить растяжимость битумов при 25°С (пример 14) по сравнению с битумом аналогичной марки БНД 35/50, полученным в общих условиях (пример 6).In examples 13-14, experiments were carried out in the particular case of the claimed invention to obtain road bitumen with a needle penetration depth of less than 50 - 0.1 mm. The relative viscosity of the mixed raw materials used is in the range of 180-200 s. Oxidation of mixed raw materials with a conventional viscosity in the range of 180-200 s makes it possible to increase the resistance to thermal oxidative aging of bitumen grades BND 25/35, BND 35/50, for which the regulatory requirements for the indicator "change in softening temperature after aging" are more stringent (no more than 6 ° C), in comparison with other brands (no more than 7 ° C) BND 50/70, BND 70/100, BND 100/130, BND 130/200. Also, an increase in the viscosity of mixed raw materials from 50-80 s to 180-200 s made it possible to increase the extensibility of bitumen at 25 ° C (example 14) in comparison with bitumen of a similar grade BND 35/50, obtained under general conditions (example 6).

Примеры 5-14 позволяют получать всю линейку улучшенных битумов марок БНД 20/35, БНД 35/50, БНД 50/70, БНД 70/100, БНД 100/130, БНД 130/200 в соответствии с требованиями ГОСТ 33133-2014 и превосходящие по качеству битумы, полученные по способу согласно прототипу. В первую очередь, это касается таких показателей, как глубина проникания иглы при 25 и 0°С, растяжимость при 25 и 0°С, температура хрупкости до и после старения, изменение температуры размягчения после старения по методу ГОСТ 33140-2014. Ограничение температуры размягчения битума на выходе из окислительной колонны в диапазоне 60-70°С позволяют получать компаундированные битумы с повышенной глубиной проникания иглы при равных температурах размягчения. Так, в примере 7 глубина проникания иглы при 25°С - 77⋅0,1 мм в образце битума с температурой размягчения 47°С. В примере 2, полученном в условиях прототипа, битум с аналогичной температурой размягчения 47°С имеет глубину проникания иглы - 73⋅0,1 мм.Examples 5-14 allow to obtain the whole line of improved bitumen grades BND 20/35, BND 35/50, BND 50/70, BND 70/100, BND 100/130, BND 130/200 in accordance with the requirements of GOST 33133-2014 and exceeding the quality of the bitumen obtained by the method according to the prototype. First of all, this concerns such indicators as the penetration depth of the needle at 25 and 0 ° C, elongation at 25 and 0 ° C, the brittle temperature before and after aging, the change in the softening temperature after aging according to the GOST 33140-2014 method. Limiting the softening temperature of bitumen at the exit from the oxidizing column in the range of 60-70 ° C allows to obtain compounded bitumen with an increased depth of needle penetration at equal softening temperatures. So, in example 7, the depth of penetration of the needle at 25 ° C is 77 - 0.1 mm in a bitumen sample with a softening temperature of 47 ° C. In example 2, obtained under the conditions of the prototype, bitumen with a similar softening temperature of 47 ° C has a needle penetration depth of 73 - 0.1 mm.

Эксперименты, приведенные в примерах 15-16 проведены в неоптимальных условиях.The experiments shown in examples 15-16 were carried out under non-optimal conditions.

В примере 15 массовое соотношение гудрон: гудрон УЗК: масляная фракция 420-500°С составило 55:15:30, то есть содержание масляной фракции 420-500°С выше установленного в соответствии с предлагаемым способом (60:15:25). Введение избыточного количества легкого богатого парафино-нафтеновыми соединениями компонента - масляной фракции 420-500°С снижает вязкость смесевого сырья до 40 с, что ниже установленного диапазона (50-80 с), что приводит к повышению глубины проникания иглы при 25 и 0°С, снижению растяжимости при 25°С и повышению изменения температуры размягчения после старения. Битум не соответствует ГОСТ 33133-2014 на марку БНД 35/50. То же самое наблюдается в примере 16, согласно условиям которого соотношение окисленного битума к смесевому сырью 65,0:35,0 (требуется не более 70,0:30,0), температура размягчения окисленного битума выше рекомендуемой (72°С при заявленном диапазоне 60-70°С,) что приводит к повышенному содержанию легкого неокисленного сырья в битуме и, следовательно, повышенному содержанию легких фракций, испаряющихся в процессе прогрева при испытании на старение. Таким же образом, как и в предыдущем случае, наблюдается повышение глубины проникания иглы при 25 и 0°С, снижение растяжимости при 25°С и повышение изменения температуры размягчения после старения, а также увеличение изменения массы после старения.In example 15, the mass ratio of tar: tar UZK: oil fraction 420-500 ° C was 55:15:30, that is, the content of oil fraction 420-500 ° C is higher than that established in accordance with the proposed method (60:15:25). The introduction of an excessive amount of a light component rich in paraffin-naphthenic compounds - oil fraction 420-500 ° C reduces the viscosity of the mixed raw material to 40 s, which is below the established range (50-80 s), which leads to an increase in the penetration depth of the needle at 25 and 0 ° C , a decrease in tensile at 25 ° C and an increase in the change in softening point after aging. Bitumen does not comply with GOST 33133-2014 for BND 35/50 grade. The same is observed in example 16, according to the conditions of which the ratio of oxidized bitumen to mixed raw materials is 65.0: 35.0 (no more than 70.0: 30.0 is required), the softening point of oxidized bitumen is higher than the recommended one (72 ° C with the stated range 60-70 ° C), which leads to an increased content of light unoxidized raw materials in bitumen and, consequently, an increased content of light fractions that evaporate during heating during aging tests. In the same way, as in the previous case, there is an increase in the penetration depth of the needle at 25 and 0 ° C, a decrease in extensibility at 25 ° C and an increase in the change in softening temperature after aging, as well as an increase in the change in weight after aging.

Claims

1. A method of obtaining compounded road bitumen with a needle penetration depth at 25 ° C in the range of 20-200 · 0.1 mm, depending on the brand of commercial bitumen, including vacuum distillation of fuel oil at a residual pressure of the top of the column of 10-30 mm Hg. to obtain a weighted tar, which is mixed with the components in ratios from 60:15:25 to 92: 5: 3, with the separation of the resulting mixed raw material into two streams, the first of which enters the oxidation column, and the second is mixed with the obtained in this column at temperature of 230-240 ° C with oxidized bitumen in a mass ratio from 90:10 to 70:30, characterized in that the tar-residue of the delayed coking unit is used as the mixing components with kinematic viscosity at 80 ° C 1100-1800 mm ² / s, viscosity conditional at 80 ° C 50-150 s; and oil fraction 420-500 ° C with kinematic viscosity at 80 ° C 30-40 mm ² / s, conditional viscosity at 80 ° C 3-6 s; the oxidation of the obtained mixed raw material with a relative viscosity at 80 ° C for 50-80 s is carried out to a softening temperature of 60-70 ° C.

2. A method according to claim 1, characterized in that to obtain hard road bitumen with a needle penetration depth at 25 ° C less than 50-0.1 mm, the relative viscosity at 80 ° C of the mixed raw material is maintained in the range of 180-200 s.