ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУЧЕНИЯ ДОРОЖНЫХ БИТУМОВ ИЗ ОСТАТКОВ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

 

1Карабаев Ж.А., 2Танашев С.Т., 3Абдухаликова И.Р.,

4Жумадилова Ж.Т., 5Кайыкбаев М.Ж.

2Южно-Казахстанский государственный университет им.М.Ауэзова г.Шымкент Казахстан

1,3,4,5Казахстанский инженерно-педагогический университет Дружбы народов г.Шымкент Казахстан

 

      В настоящее время в связи с принятием решения по строительству автомобильной магистрали, которая будет связывать западный и восточный регионы Республики Казахстан значительно возрастает спрос на дорожные битумы. Большинство нефтей добываемых и перерабатываемых в Казахстане являются малопригодным сырьем для получения из их остатков высококачественных битумов. Нефти ряда месторождений являются в определенной степени подходящим сырьем для получения битумов, которые лишь частично могут покрыть потребности в сырье для получения нефтяных дорожных битумах  [1]. 

       Известно [2,3,4], что наличие в нефтяных и газоконден­сатных остатках высо­комолекулярных соединений обусловливает зна­чительные межмолекулярные взаимодействия и образование надмолекулярных структур в них при обычных температурах. Поэтому, регули­руя межмолекулярные взаимодействия соедине­ний, сосредоточенных в нефтяных битумах, можно управлять их вяжущими свойствами.

       Вяжущие свойства битумов, представляющих собой дисперсные системы, зависят от химиче­ского состава дисперсионной среды, от при­роды, а также размера элемента структуры дисперсной фазы. В связи с этим регулирование размеров сложных структурных единиц (ССЕ) - радиуса ядра и толщины сольватной оболочки - под дейст­вием различных внешних факторов (технологиче­ских добавок, механических воздействий, скоро­сти нагрева и охлаждения и др.) является эф­фективным и перспективным методом интенсификации производства.

       При переработке сырой нефти и газоконденсата 70-80% суммарной серы и сернистых соединений в нефтях и газоконден­сатах переходит в остатки, при сжигании которых сера в виде кислородсодержащих соединений попадает в атмосферу. По некоторым данным в странах СНГ выбросы серосодержащего газа только при сжига­нии мазутов с содержанием серы около 3% составляют 8-10 млн. т/год [5]. Таким об­разом, глубокая переработка и утилиза­ция газоконденсатных остатков представ­ляет собой актуальную задачу.

       В настоящее время на газоперерабатывающих и нефтеперерабатывающих заводах  Казахстана и некоторых стран СНГ остатки переработки стабильного кон­денсата Карачаганагского, Жанажолского газоконденсатного месторождения - высокосернистые ма­зуты в основном используют в качестве котельного топлива без специальной обра­ботки. Выбросы в атмосферу при сжигании такого топлива наносят экологии региона значительный вред главным образом из-за содержащихся в составе продуктов сгорания мазута серосодержащих соединений.

       Цель настоящего исследования - воз­можность углубленной переработки мазу­та с Жанажолского газоперерабатываю­щего завода (ГПЗ) для получения биту­мов различных марок. Ранее проведен­ные исследования показали непригодность этого мазута для производства битумов.

       Фракционный состав мазутов опре­деляли на лабораторной установке с ис­пользованием колбы Мановяна. Глубо­ковакуумная (при остаточном давлении 40-70 Па) перегонка показала, что содержание в них фракций до 350°С ко­леблется от 17 до 25%, фракции н.к. - 380°С - от 35 до 50%, фракции 380- 400°С - от 20 до 25%, фракции 400-450°С - от 15 до 25%, фракции >500°С - от 5 до 20% (об.).

       Таким образом, содержание светлых дистиллятов в мазутах значительно и со­ставляет в среднем 20% (об.), потенци­альное содержание фракции >500°С - сырья для производства битумов - в среднем 10% (об.).

       Традиционным сырьем для произ­водства битумов являются тяжелые ос­татки переработки нефтей нафтеново­го или нафтено-ароматического осно­вания с высоким содержанием смолисто - асфальтеновых веществ. Исследо­ванные же мазут и его фракций суще­ственно отличаются от такого сырья (таблица 1). Они характеризуются низким содержанием смолисто - асфальтеновых веществ и не соответствуют требованиям, предъявляемым к сырью для производства битумов по традици­онной схеме. Поэтому нами рассмотрены следую­щие варианты получения битумов: компаундирование тяжелых остатков атмосферной и вакуумной перегонки ста­бильного конденсата с тяжелыми высокоароматизованными остатками переработки тяжелых нефтей и последующее окисление смеси; окисление мазута и последующая ваку­умная перегонка продуктов его окисления; модифицирование мазута нетрадици­онными методами обработки.

 

 

 

 Таблица 1. Характеристика мазута, используемого окислению в лабораторных условиях

 

Показатели

Мазут

Фракция >500°С

Плотность при 20°С, кг/м3

899,6

957

Вязкость при 60°С, мм2/с

33,3

46,6

Температура, °С

 

 

вспышки

112

157

застывания

18

-3

Групповой химический состав, %(масс.)

 

 

 

углеводороды

 

 

парафино -  нафтеновые

39,1

28,5

ароматические

31

52,7

смолы

28,5

17,6

асфальтены

1,4

1,9

 

В качестве тяжелых нефтяных остат­ков использовали: остаток висбрекинга сер­нистой нефти с ТОО «ПКОП», фрак­цию >420°С каталитического крекинга АО «ПНХЗ»; экстракт селективной очистки остаточного масляного сырья; гудрон с установки АВТ Атырауского НПЗ; деасфальтизат пропановой очистки масляного сырья; вакуум­ный дистиллят - сырье каталитического крекинга. Смеси мазута с этими ос­татками готовили в соотношении 4-5:1. Затем их подвергали либо окислению кис­лородом воздуха, либо вакуумной пере­гонке с последующим окислением полу­ченного остатка.

Окисление проводили на лаборатор­ной установке при температуре 250°С. Расход воздуха составлял 1-1,5 л/мин. Полученные по этой технологии би­тумы не обладали требуемыми трещиностойкостью и эластичностью. Для улуч­шения этих свойств необходимо увели­чить в компаунде долю структурообразующих элементов из остатка, но это приведет к значительной зависимости производства от привозного сырья и удорожанию про­дукта.

Окисление мазута с последующей вакуумной перегонкой также не дало су­щественных результатов, поскольку окис­ление парафиновых углеводородов в та­ких условиях малоэффективно и полу­ченные битумы характеризуются высо­кой температурой хрупкости.

Модифицирование мазута нетрадици­онными методами проводили в аппарате интенсивного перемешивания с вихревым слоем. При обработке в зависи­мости от ее продолжительности и тем­пературы значительно изменяются вяз­кость (уменьшается), фракционный и груп­повой химический составы мазута. Так, после выдерживания мазута в аппарате при 320°С в течение 10 с содержание в нем асфальтенов (структурообразующих элементов битумов) увеличилось с 1,4 (исходное) до 7,2%.

После введения в мазут элементной серы и интенсивного перемешивания при 140°С до образования однородного раст­вора с дальнейшей обработкой в условиях электромагнитного поля получен модифи­цированный мазут, остаток вакуумной пе­регонки которого, выкипающий выше 500°С, содержит 17% (масс.) асфальтенов.

С целью улучшению эксплуатационных характеристик, полученных нами образцов битума, улучшения адгезионных свойств (связывание частиц минеральных материалов), использовалось поверхностно-активное вещество «Госсфлок», полученное из гудрона дистилляции жирных кислот хлопкового масла (госсиполовая смола) [6].

Полученный нами битум, как показали исследования, по товарным харак­теристикам приблизительно соответствует дорожному би­туму марки БНД 200/300 по ГОСТу 22245-90. Характеристика битума, полученного окислением модифицированного мазута приведена в таблице 2.

 

Таблице 2. Характеристика битума, полученного окислением модифицированного мазута.

№ п/п

Показатели

Норма

Полученное значение

1

Глубина проникновения иглы, 0,1мм

при 250 С

при 00 С

 

 

не ниже 200

не ниже 45

 

 

240-280

45-48

2

Температура размягчения по КиШ,0 С

 

не ниже 35

 

35-42

3

Растяжимость, см

при 250 С

при 00 С

 

не менее 65

не менее  4

 

75-88

5,2-5,8

4

Температура хрупкости, 00 С

не выше -20

-16

5

Сцепление с мрамором и песком

ГОСТ 22245-90

Выдерживает

 

Из полученных данных следует, что изменяя ус­ловия предварительной обработки ма­зута и глубину последующей вакуумной перегонки, можно получить битумы бо­лее высокой теплостойкости. Были получены исходные образцы тяжелых нефтяных остатков близкие к оптимальным значениям по содержанию асфальтенов, а также смол и масел.

Таким об­разом, использования нетрадиционной технологии,  регулирование размеров сложных структурных единиц (ССЕ) - радиуса ядра и толщины сольватной оболочки - под действием различных внешних факторов является эффективным и перспективным методом интенсификации производства битумов на газоперерабатывающих и нефтеперерабатывающих заводах.

 

Литература

 

1. Капустин В.М., Гуреев А.А. Технология переработки нефти: Ч.ІІ. Деструктивные процессы. - М.: «КолосС», 2008. 334 с.

2.  Омаралиев Т.О. Специальная технология производства топлив из нефти и газа. Астана.: Foliant. 2005.- 294 с

3. Ахметов С.А. Химия и технология глубокой переработки нефти и газа. Уфа.: Билим, 2002.- 249   с.

4. Сериков Т.П.,  Хайрутдинов,  Кутьин Ю.А., Оразова Г.А., Тазабекова    И.М. Вариант переработки нефти месторождения Караарна// Нефть и газ. 2008.№ 3. С. 55-58.

5. Надиров Н.К. Высоковязкие нефти и природные битумы. В 5 т. Характеристика месторождений. Принципы оценки ресурсов.-Алматы: «Гылым», 2001. 337 с.

6. Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов. М.: Химия, 1983. 187 с.