CC BY
70
24
5/Н (73) октябрь 2008 г. ЭКСПОЗИЦИЯ
Вопрос обеспечения дорожно-строительных компаний Казахстана собственным качественным дорожным битумом является весьма актуальным. Битум - это один из основных компонентов асфальтобетонных смесей, от которого существенно зависит качество дорожного покрытия, а значит - и продолжительность его безремонтной эксплуатации.
ИСТОЧНИКИ СЫРЬЯ
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДОРОЖНЫХ БИТУМОВ
В КАЗАХСТАНЕ
Э.Г. ТЕЛЯШЕВ И.Р. ХАЙРУДИНОВ Ю.А. КУТЬИН Г.А. ОРАЗОВА С.К. БУКАНОВА
В соответствии с Программой развития автодорожной отрасли на 2006-2012 гг. потребности Казахстана в дорожном битуме только для дорог республиканского значения составят порядка 350 тыс. тонн. В перспективе до 2012 г. дорожное строительство республики в целом планирует потреблять до 700 тыс. тонн битума ежегодно. В дальнейшей перспективе эти потребности в битуме еще более возрастут.
Основным поставщиком битума в Казахстан является Россия, откуда ежегодно ввозится более 300 тыс. тонн дорожного битума. В Казахстане же собственное годовое производство битума не превышает 70 тыс. т/год. Следует также учитывать, что качество ввозимого извне битума не всегда соответствует требованиям современного дорожного строительства республики, характеризующегося разнообразием дорожно-климатических зон. Всего таких зон 5.
Все это указывает на необходимость создания нового современного крупнотоннажного битумного производства в Республике Казахстан, которое напрямую будет связано с потребителем, удовлетворяя его все возрастающие потребности не только в количестве, но и в регулируемом качестве ценного продукта [1].
Общеизвестно, что Казахстан обладает немалыми запасами нефтей, пригодных для производства высококачественной битумной продукции. Поэтому задачей исследователей является выявление наиболее предпочтительных для производства битумов нефтей, изучение их свойств и разработка рациональных технологий переработки этих нефтей в высококачественный дорожный битум [2].
В данной работе представлены результаты исследований нефтей месторождений Караарна, Карсак и Каражанбас, остатков атмосферной перегонки этих нефтей и дорожных битумов, полученных окислением остатков [3]. Проведена качественная оценка лабораторных битумных образцов. Исследования битумов проводили в ГУП «Институт нефтехимперера-ботки РБ» (г. Уфа).
д. т. н., профессор д. х. н., профессор
ГУП «Институт нефтехимпереработки РБ»
г. Уфа
Атырауский институт нефти и газа (АИНП) г. Атырау
В табл. 1 представлены характеристики нефтей. Нефти месторождений Караарна и Каражанбас следует отнести к числу тяжелых высокосмолистых высокосернистых. Нефть месторождения Карсак в отличие от двух других характеризуется крайне малым содержанием серы и парафинов. По содержанию парафина нефти Караарна и Карсак относятся к малопарафинистым, наибольший показатель значения содержания парафинов в них - 1,84 % масс.
По формуле БашНИИ НП, характеризующей пригодность той или иной нефти для производства битумов, нефти месторождений Караарна, Карсак и Каражанбас являются полностью пригодными [5]. Значения показателей, характеризующих пригодность нефти для производства битумов для Караарнинской нефти, нефтей месторождений Карсак и Каражанбас составляют 14,95, 18,5 и 21,5, соответственно.
В таблице 2 представлены характеристики остатков перегонки исследованных нефтей.
Все остатки характеризуются высокими значениями плотности в диапазоне 950-1020 кг/м3, высокими выходами на нефть и высокими значениями температуры вспышки - более 2000С.
В таблице 3 приведены свойства битумов, полученных из остатков исследованных нефтей путем прямого окисления.
Продукты окисления мазута являются высококачественными дорожными битумами, причем из данного сырья могут быть получены практически все марки дорожных битумов, предусмотренные действующими стандартами России и Казахстана. Особенностью битумов, полученных из исследованных нефтей, является низкая температура хрупкости, которая существенно ниже нормативных требований - минус 26-280С против нормативных 15-170С. Это очень важное преимущество, учитывая сложные дорожно-климатиче-ские условия республики.
Таким образом, исследования нефтей месторождений Караарна, Карсак и Кара-жанбас Казахстана показали, что из остатков их атмосферной перегонки - мазутов ►
The issue of providing road construction companies in Kazakhstan with their own high quality road bitumen is rather topical. Bitumen is one of the principal components of the asphalt and concrete mixes on which the quality of road surface depends a great deal and hence the duration of its repair-free service.
SOURCES OF RAW MATERIALS FOR PRODUCTION OF ROAD BITUMENS IN KAZAKHSTAN
Under the Program for the development of auto road sector for 2006-2012, Kazakhstan's requirement for road bitumen for the roads of Republican status, will amount to some 350 thousand tons. In the long term until 2012 the Republic's road construction as a whole is expected to use up to 700 thousand tons of bitumen annually. In the longer term this requirement for bitumen is to grow still more. The key supplier of bitumen to Kazakhstan is Russia from where more than 300 thousand tons of road bitumen is imported every year. In Kazakhstan, its own annual production of bitumen does not exceed 70 thousand tons a year. It is noteworthy that the quality of bitumen imported from the outside does not always measure up to the requirements of the Republic's modern road construction which is typified by a variety of road and climate zones. All in all, there are 5 such zones.
All this emphasizes the need for a new modern high tonnage bitumen production facility to be set up in the Republic of Kazakhstan which would be directly interfaced with the customer, meeting the customer's ever growing requirements, not in terms of quantity only, but also in terms of the regulated quality of this valuable product [1].
It is common knowledge that Kazakhstan owns considerable reserves of petroleums suitable for production of high quality bitumen products. Therefore, the task for researchers is to identify the petroleums most preferable for bitumen production, to study their properties and to develop rational technologies to refine such petroleums
к. т. н
ЭКСПОЗИЦИЯ 5/Н (73) октябрь 2008 г.
into high quality road bitumen [2].
This work presents the results of research into the petroleums of the Karaarna, Karsak and Karazhanbas oil fields, the residues of the atmospheric distillation of these petroleums and the road bitumens produced by oxidizing the residues [3]. Quality evaluation of the laboratory bitumen samples has been made. The bitumens were tested at the State Run Unitary Enterprise "Petrochemical Refining Institute of the Republic of Bashkortostan" (Ufa).
Table 1 lists the characteristics of the petroleums. The petroleums from the Karaarna and Rarazhanbas oil fields should be referred to heavy high resin content and high sulfur content petroleums. The oil from the Karsak oil field, unlike the other two, is characterized by extremely low content of sulfur and paraffins.
In terms of paraffin content, the petroleums of the Karaarna and Karsak oil fields are classified as low paraffin content petroleums with the maximum index of paraffin content in them being 1.84% by mass.
According to the formula of BashNII NP which characterizes the suitability of this or that petroleum for bitumen production, the petroleums of the Karaarna, Karsak and Karazhanbas oil fields are fully suitable [5]. The value of the indices which characterize the suitability of petroleum for bitumen production for the Karaarna oil, the petroleums from the Karsak and Karazhanbas oil fields amounts to 14.95, 18.5 and 21.5 respectively.
Table 2 gives the characteristics of the distillation residues of the petroleums investigated. All the residues are characterized by high values of density within a range of 950-1020 kg/cubic m, high yield and high flash point temperatures - more than 2000C.
Table 3 gives the properties of the bitumens produced from the residues of the petroleums investigated by means of direct oxidizing.
The products of furnace oil oxidization are high quality road bitumens, and this raw material can produce practically all the grades of road bitumens envisaged by the existing standards of Russia and Kazakhstan.
The peculiar feature of the bitumens produced from the petroleums investigated is the low brittleness temperature whi-
1 Наименование показателей, единицы Нефти месторождений:
1 измерения Караарна Карсак Каражанбас
1. Плотность при 200С, кг/м3 963,8 947,7 936,5
2. Кинематическая вязкость, ммасек
при: 200С
500С 79,5 255 135,5
3. Температура застывания с термооб- -22 -21 -26
работкой, 0С
4. Температура вспышки в закрытом тигле, 0С - 132 108
5.Содержание, % масс:
- общей серы 2,6 0,27 2,18
- парафина/температура плавления 0С 1,84/59 0,6 1,42/42
- асфальтенов 4,6 1,7 5,3
- смол силикагелевых 14,95 18,3 18,3
6. А+С-2,5 П > 0 * 14,95 18,5 21,5
7. Коксуемость, % 6,56 3,35 7,3
8. Фракционный состав, % об. НК 242 198 96
отгоняется до температуры 2000 - - 1,5
отгоняется до температуры 2200 - - 1,5
отгоняется до температуры 2400 0,5 1,0 1,5
отгоняется до температуры 2600 2,5 2,0 2,0
отгоняется до температуры 2800 8,0 3,0 3,0
отгоняется до температуры 3000 17,5 6,0 6,0
Табл. 1. Физико-химическая характеристика нефтей месторождений Караарна, Карсак и Каражанбас.
* показатель оценки пригодности нефти для производства битумов по методике БашНИИ НП. Table 1 Physical and Chemical Characteristics of the Petroleums from the Karaarna, Karsak and Karazhanbas Oil Fields
- можно получать высококачественные битумы широкого ассортимента по маркам и назначению.
В качестве одного из видов битумного сырья для использования в битумном производстве РК можно также рассматривать мазут Павлодарского НПЗ.
Основные характеристики мазута следующие:
• плотность (р420) - 971,2 кг/м3;
• температура вспышки в открытом тигле - 1620С;
• условная вязкость при 800С (ВУ80) - 5 с.
Фракционный состав: Начало кипения - 2800С; при 3000С выкипает 3 %; при 3500С выкипает 11 %; при 4000С выкипает 22 %;
при 4500С выкипает 34 %; при 5000С выкипает 53 %; Прямым окислением мазута можно получить дорожный битум с характеристиками, представленными в табл. 4 (окисление 1).
Полученный битум не соответствует требованиям ГОСТ 22245-90 на битум нефтяной дорожный вязкий марки БНД 60/ 90. Битум характеризуется очень низким значением показателя «растяжимость при 250С» - 19 см при минимальном нормируемым стандартом значении 55 см.
Опыт ранних исследований подобных нефтепродуктов показывает, что для реализации возможности применения мазута в качестве сырья для производства товарных битумов его следуетпредварительно ►
Наименование показателей, Нефти месторождений:
единицы измерения Караарна Карсак Каражанбас
Остатки перегонки, выкипающие:
фр. > 350 фр. > 320 фр. > 350
1. Выход на нефть, % масс 61,7 83,5 73,3
2. Плотность при 200С 1018 946,5 960,0
3. Содержание серы, % масс 2,8 0,6 2,46
4. Температура, 0С:
- вспышки 203 216 262
- застывания 20 минус 4 9
5.Условная вязкость при 800С, Е0 16,0 15,8 12
6. Коксуемость, % 12,6 8,5 7,3
Табл. 2. Физико-химические свойства остатков, полученных из нефтей месторождений Караарна, Карсак, Каражанбас
Table 2. Physical and Chemical Properties of the Residues Produced from the Petroleums of the Karaarna, Karsak, Karazhanbas Oil Fields
5/Н (73) октябрь 2008 г. ЭКСПОЗИЦИЯ
Наименование показателей, единицы измерения ГОСТ 22245 Требования СТ РК EN 12591, марка Экспериментальные дорож- 1 ные битумы из нефтей 1
70/100 Караарна Карсак Кара-жанбас
БНД 60/90 БНД 60/90 БНД 60/90 БНД 60/90 БНД 60/90
1. Глубина проникания иглы, 0,1 мм при 250С 61-90 61-90 70-100 87 83 84
00С не/м 20 не/м 20 - 45 36 32
2. Температура размягчения, 0С не ниже 47 не ниже 47 43-51 48,2 49,5 47,1
3. Растяжимость, см не менее не менее более более более
при 250С 55 55 не норм. 100 100 100
при 00С 3,5 3,5 5,0 4,1 3,8
4. Температура хрупкости,0С не /в. -15 не /в. -18 -10 -26,7 -23 -25,3
5. Изменение Т разм. после прогрева, 0С не более 5 не более 5 не/ м. 45 4,0 4,1 4,3
Табл. 3. Физико-химические характеристики дорожных битумов, полученных из остатков атмосферной перегонки нефтей из месторождений Караарна, Карсак, Каражанбас и требования действующих стандартов на дорожные битумы
Table 3. Physical and Chemical Characteristics of the Road Bitumens Produced from the Atmospheric Distillation of the Petroleums from the Karaarna, Karsak, Karazhanbas Oil Fields and the Requirements of the Existing Standards on Road Bitumens
подвергнуть глубоковакуумной перегонке. Мазут подвергли глубоковакуумной перегонке до получения остатка, выкипающего выше 4800С.
Полученный остаток имеет следующие характеристики:
• плотность (р420) - 994,2 кг/м3;
• условная вязкость при 800С (ВУ80) - 39,8сек;
• температура вспышки в открытом тигле - 3100С.
Данный остаток соответствует требованиям технических условий на сырье для производства битумов дорожных марок. Такое сырье было направлено на окисление.
В результате окисления получили битум с качественными характеристиками, представленными в табл. 4 (окисление 2).
Полученный битум по всему комплексу показателей соответствует требованиям ГОСТ 22245-90 на битум нефтяной дорожный марки БНД 90/130.
Таким образом, показано, что мазут Павлодарского НПЗ можно рассматривать как дополнительный источник сырья при организации производства битумов в Республике Казахстан.■
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Д. Кутербеков «Битумная перспектива Казахстана», НТЖ «Дороги содружества», 2007,№2, стр. 32-33.
2. Н.К. Надиров Высоковязкие нефти и природные битумы, том 5, Алматы, «Гылым», 2001,стр. 111-119.
3. Н.К. Надиров, «Нефть и газ», часть 2,Алматы, «Гылым»,1995.
4. Ю.А. Кутьин , Э.Г. Теляшев , Г.Н. Викторова «К вопросу об уточнении стандарта на дорожные вязкие битумы».// Мир нефтепродуктов, № 2, 2006, стр. 39-41.
5. Р.Б. Гун, «Нефтяные битумы», М., «Химия», 1973.
Наименование показателей Требования ГОСТ 22245-90 на марки Экспериментальные данные
БНД 60/90 БНД 90/130 Окисление1 Окисление 2
Глубина проникания иглы, 0,1мм при 250С 61-90 91-130 90 102
при 00С не менее 20 не менее 28 44 32
Температура размяг-чения,0С не ниже 47 не ниже 43 51 44,6
Растяжимость, см при 250С не менее 55 не менее 65 19 74
при 00С не менее 3,5 не менее 4,0 3,0 4,2
Температура хрупкости, 00С Р хруп. не выше - 15 не выше -17 -21,7 -26,4
Табл. 4. Качественные характеристики экспериментальных дорожных битумов в сопоставлении с нормами действующего стандарта
Table 4. Qualitative Characteristics of the Experimental Road Bitumens As Compared with the Norms of the Existing Standard
requirements, - minus 26-280C against the normative 15-170C. This is a very important advantage, taking into consideration the Republic's severe road and climate conditions.
Therefore, the investigation of the petroleums from the Karaarna, Karsak and Karazhanbas oil fields in Kazazhastan shows that from the residues of their atmospheric distillation, i.e., furnace oils, one can produce high quality bitumens highly varied by grade and application.
It would also make sense to consider the furnace oil of the Pavlodar Oil Refinery as one of the types of bitumen raw materials to be used in the bitumen production of the Republic of Kazakhstan.
The principal characteristics of the furnace oil are as follows:
• density (p420) - 971.2 kg/cubic m;
• flash point temperature in an open crucible - 1620C;
• funnel viscosity at 800C (FV80) - 5 sec.
Fraction composition:
Initial boiling point - 2800C;
at 3000C, 3% boils out;
at 3500C, 11% boils out; at 4000C, 22% boils out;
at 4500C, 34% boils out;
at 5000C, 53% boils out;
By direct oxidization of furnace oil, one can produce road bitumen with the characteristics given in Table 4 (oxidization 1).
The bitumen produced does not comply with the requirements of the GOST 2224590 Standards on petroleum viscous road bitumen, grade BND 60/90. The bitumen is characterized by a very low value of the «stretchability at 250C» index, which equals 19 cm against the minimum value of 55 cm prescribed by the standard.
The experience of early research into similar petroleum products goes to show that in order to be able to use furnace oil as raw material for production of marketable bitumens, it has to be first subjected to deep vacuum distillation. The furnace oil was subjected to deep vacuum distillation to result in a residue boiling out at the temperature high than 480°C.
The residue produced has the following characteristics:
• density (p420) - 994.2 kg/cubic m;
• funnel viscosity at 800C (FV80) - 39.8 sec.
• flash point temperature in an open crucible - 310°C.
This residue complies with the technical requirements on raw materials for the production of bitumens of road grades. Such raw material was sent for oxidization.
As a result of oxidization, bitumen with the quality characteristics shown in table 4 (oxidization 2) was produced.
The bitumen produced, throughout the whole list of indices, complies with the requirements of the GOST 22245-90 Standards on petroleum bitumen, road grade BND 90/130.
Therefore, it has been proved that the furnace oil of the Pavlodar Oil Refinery can be regarded as a source of raw material for organization of a bitumen production facility in the Republic of Kazakhstan.
