CC BY
19ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОКИСЛЕНИЯ СМЕСЕВОГО СЫРЬЯ
ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА
1 2 Сайдахмедов И.М. , Сайдахмедов Э.Э.
1Сайдахмедов Игамбердли Мухтарович - доктор технических наук, профессор, советник, ИП ООО «PETROMARUZ UZBEKISTAN»;
2Сайдахмедов Элёрбек Эгамбердиевич - доктор технических наук, заместитель председателя Правления -
руководитель департамента, департамент подготовки и углубленной переработки нефти и газа, АО «О 'ZLITINEFTGAZ», г. Ташкент, Республика Узбекистан
Аннотация: в статье рассмотрены вопросы повышения эффективности процессов по улучшению качества нефтяных битумов, в том числе интенсификация процесса производства битумов путем направленного регулирования свойств сырья окисления с позиций физико-химической механики нефтяных дисперсных систем.
Ключевые слова: качество, нефтяные битумы, дисперсная система, дисперсная фаза, физико-химические свойства.
В настоящее время одной из важнейших задач, стоящих перед нефтеперерабатывающей отраслью, является увеличение ресурсов производства и улучшение качества нефтяных битумов. Это обусловлено, прежде всего, все более возрастающим спросом на нефтяные битумы, особенно дорожных марок, что связано с реализацией в республике широкомасштабных мер по строительству новых дорог и реконструкцией и ремонтов действующих. Несомненно, важным является повышение качества нефтяных битумов в свете современных требований, прежде всего, с целью обеспечения надежности и долговечности дорожных покрытий.
Одним из эффективных путей и современных подходов в решении задач в отмеченном направлении, наряду с повышением эффективности использования действующих технологических мощностей, связанных с получением окисленных битумов, является интенсификация процесса производства битумов путем направленного регулирования свойств сырья окисления с позиций физико-химической механики нефтяных дисперсных систем, в соответствии с которыми нефть при определенных условиях представляет собой дисперсную систему, состоящую из дисперсной фазы и дисперсионной среды [1,2].
Дисперсная фаза, названная Сюняевым З.И. сложными структурными единицами (ССЕ), в нефтяных дисперсных системах образуется в основном за счет межмолекулярных взаимодействий, в основе которых лежат Вандер-Ваальсовы силы, обусловленные балансом сил притяжения и отталкивания [3]. Под воздействием внешних факторов размеры ядра и адсорбционно-сольватного слоя ССЕ могут изменяться. Ядро с минимальным радиусом образует на своей поверхности сольватный слой максимальной толщины и наоборот. При изменении размеров ядра и адсорбционно-сольватного слоя происходит количественное перераспределение углеводородов между фазами, что оказывает значительное влияние на физико-химические свойства НДС и, следовательно, на результаты переработки НДС.
В нефтяных битумах ядром ССЕ являются асфальтены, поскольку они характеризуются высокой концентрацией парамагнитных молекул, обладающих наибольшей силой взаимодействия [3]. Адсорбционно-сольватная оболочка образована из менее склонных к молекулярным взаимодействиям соединений, в основном ароматизированными смолами с высокими значениями молекулярных масс.
В соответствии с таким подходом, различные воздействия способны изменять дисперсную структуру нефтяных остатков - сырья окисления и тем самым интенсифицировать процесс их окисления и направленно регулировать свойства получаемых нефтяных битумов. К такому воздействию может приводить асфальт деасфальтизации при добавлении в гудрон окисления, что может отразиться на результатах процесса окисления и на свойствах получаемых окисленных битумов.
В настоящее время основной проблемой при получении нефтяных битумов на НПЗ является отсутствие стабильных показателей качества поступающего гудрона, что, в основном, связано с эффективностью работы вакуумного блока установок первичной переработки нефти. Это обуславливает сложности при получении окисленных битумов, удовлетворяющих требованиям действующего стандарта, так как даже небольшие колебания группового состава гудрона (содержание парафино-нафтеновых и ароматических углеводородов, смол, асфальтенов и других компонентов, которые предопределяют соотношение дисперсной фазы и дисперсионной среды) оказывают существенное влияние на качество получаемых окисленных битумов.
На действующих НПЗ в состав сырья окисления - гудрона, нерегулировано вовлекается асфальт процесса деасфальтизации гудрона пропаном, который характеризуется значительным содержанием
тяжелых ароматических соединений и смолисто-асфальтеновых веществ, что приводит к изменению дисперсности и коллоидных свойств сырья окисления, могущих значительно повлиять на процесс окисления сырья. Однако при вовлечении асфальта в гудрон не учитываются особенности поведения смесей нефтяных остатков как нефтяных дисперсных систем.
Учитывая данное обстоятельство, нами исследовано влияние асфальта деасфальтизации на результаты окисления гудрона в качестве активирующей добавки для повышения эффективности процесса окисления и улучшения качества получаемых окисленных битумов.
Основные физико-химические свойства сырья окисления - гудрона АВТ и использованного в качестве активирующей добавки асфальта деасфальтизации гудрона пропаном, взятой в количестве до 15% мас. к исходному гудрону, представлены соответственно в табл. 1 и 2.
Таблица 1. Основные физико-химические свойства гудрона АВТ
№ Показатели Значения
1. Плотность, кг/м3 984
2. Вязкость условная при 80°С, сек 16
3. Температура вспышки, °С 250
4. Содержание серы, %мас. 2,77
5. Температура размягчения по КиШ, °С 21
6. Коксуемость, %мас. 7,83
7. Компонентный состав, %мас.
- масла, в т. ч.: 60,6
- парафино-нафтеновые углеводороды 22,2
- ароматические углеводороды 32,7
- смолы 37,5
- асфальтены 6,7
Процесс приготовления гудрона окисления, содержащего активирующую добавку, проводили при 120-130оС и времени перемешивания 20 минут. Процесс окисления активированного гудрона в битум проводили на лабораторной установке периодического действия.
Таблица 2. Основные физико-химические свойства асфальта деасфальтизации гудрона пропаном
№ п/п Наименование Асфальт деасфальтизации
1. Плотность при 20оС, кг/м3 997
2. Температура вспышки в закрытом тигле, оС 268
3. Коксуемость, % 9,2
4. Содержание серы, % 2,93
5. Температура размягчения по КиШ, оС 47
Свойства исследованных образцов битумов определяли по методикам, принятым для испытания вязких дорожных битумов. Основные показатели процесса окисления сырья и физико-механических свойств полученных окисленных битумов представлены в табл. 3.
Таблица 3. Основные показатели процесса и свойства полученных битумов окислением гудрона с добавлением
асфальта
№ Наименование показателей ГОСТ 22245-90 для БНД 60/90 Содержание асфальта в сырье окисления, %мас.
0 5 10 15
1 Глубина проникания иглы, 0,1мм: при 25 °С при 0 °С 61-90 не менее 20 81 21 78 21 76 20 73 18
2. Растяжимость, см: при 25 °С при 0 °С не менее 55 не менее 3,5 58 3,9 60 4,4 56 5,1 51 4,5
3 Температура размягчения, °С не ниже 47 49 50 51 50
4 Температура хрупкости, °С не выше -15 -20 -18 -16 -13
5 Интервал пластичности - 69 68 67 63
6 Коэффициент структуры - 1,19 1,13 1,19 1,23
7 Изменение температуры размягчения после прогрева, оС не более 5 4,5 2 3 4
8 Содержание серы, %мас. - 2,2 2,7 2,9 3.1
9 Время окисления, час - 10 9 10 12
10 Сумма газов и потерь, % - 2,8 3,2 3,1 3,5
Результаты исследований показали, что добавление асфальта в гудрон окисления приводит к изменению некоторых показателей процесса окисления и основных свойств получаемых окисленных битумов.
Так, добавление асфальта к исходному гудрону приводит к некоторому изменению времени его окисления. При содержании в образце сырья окисления асфальта в количестве 5% время окисления несколько уменьшается - на 10%отн, то есть время окисления гудрона сокращается на 1 час, с 10 час до 9 час. При дальнейшем увеличении содержания асфальта время окисления несколько увеличивается. По-видимому, это обуславливается тем, что большее добавление асфальта в гудрон приводит к увеличению вязкости системы, система переходит в более связанное состояние, снижаются условия взаимодействия кислорода воздуха с окисляемыми компонентами сырья, что замедляет интенсивность процессов окисления.
В то же время получаемые окисленные битумы обладают более высокими показателями физико-механических и реологических свойств по сравнению с битумом, полученным окислением только гудрона. Изучение основных стандартных свойств, окисленных битумов в присутствии асфальта показало, что добавка асфальта в сырье окисления обуславливает получение битумов с улучшенными характеристиками по показателю пенетрации. Показатель пенетрации окисленного битума, полученного из гудрона с содержанием асфальта в количестве до 15%, улучшается на 8 ед., что, очевидно, обусловлено большим образованием асфальтенов при окислении сырья. Такие битумы характеризуются высокой твердостью и прочностью.
Показатель растяжимости битума при добавлении асфальта в количестве 5% растет с величины 58 до 60 см, затем наблюдается ухудшение этого показателя, а при содержании асфальта 15% мас. он перестает отвечать требованиям стандарта. То есть по данному показателю предельное содержание асфальта в сырье не должно превышать 10%.
Температура размягчения от добавления асфальта в сырье окисления имеет тенденцию к некоторому повышению. Значение температура хрупкости от добавления асфальта в гудрон окисления ухудшается, а при концентрации асфальта в сырье 15% значение температуры хрупкости становится меньше чем по требованиям стандарта.
Следовательно, регулирование состава сырья окисления, в частности, соотношения между смолами и асфальтенами, является перспективным направлением интенсификации процессов получения нефтяных битумов и управления качеством готовой продукции. Данный метод основан на использовании принципа регулируемой подготовки сырья и является менее затратным и наиболее перспективным. Интенсификация процесса производства битумов, которая базируется на регулировании внешними воздействиями сил ММВ и фазовых переходов, позволяет оптимизировать коллоидно-химические свойства сырья окисления и, таким образом, повысить эффективность процесса окисления и получить битумы с улучшенными эксплуатационными свойствами.
Результаты исследований показали принципиальную возможность вовлечения асфальта в сырье окисления битумного производства в качестве активирующей добавки. Для исследуемых сырьевых образцов оптимальным соотношением гудрона и асфальта является соотношение 90:10. Данное соотношение позволяет получать битумы с улучшенными показателями дуктильности и теплостойкости, что повышает термостойкость и прочность битумов, а следовательно, долговечность асфальтовых покрытий.
Таким образом, научный подход к решению получения окисленных нефтяных битумов позволяет обосновать возможность подготовки смесевого сырья окисления оптимального состава, что позволит интенсифицировать процесс окисления и обеспечить достижение заранее заданных физико-механических свойств получаемого окисленного битума.
Список литературы
1. Гуреев А.А. Интенсификация некоторых процессов переработки нефтяного сырья на базе принципов физико-химической механики / А.А. Гуреев, З.И. Сюняев. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984. 64 с.
2. Кутьин Ю.А. Битумные технологии и качество битумов / Ю.А. Кутьин, Э.Г. Теляшев, Г.Н. Викторова // Химия и технология топлив и масел, 2006. № 2. С. 10-12.
3. Сафиева Р.З. Физикохимия нефти. Физико-химические основы технологии переработки нефти / Р.З. Сафиева. М: Химия, 1998. 448 с.
