БИТУМНАЯ КОМПОЗИЦИЯ (ВАРИАНТЫ)

Название	БИТУМНАЯ КОМПОЗИЦИЯ (ВАРИАНТЫ)
Разработчик (Авторы)	Шуверов В.М., Зайнутдинов Р.А., Ширкунов А.С., Рябов В.Г., Егизарьян А.М., Кузнецов С.Е.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2633585
Дата регистрации	27.05.2016
Правообладатель	Акционерное общество "Газпромнефть-Московский НПЗ"
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к битумным композициям и может быть использовано для получения битумных композиций, применяемых в дорожном строительстве.

Частично дорожные битумы получают из остаточных фракций уникальных нефтей (отдельных сортов Венесуэльских нефтей, Ярегской нефти республики Коми и др.). Однако их количество ограничено, а также раздельная переработка затруднена.

Поэтому большую часть дорожного битума производят путем окисления кубового остатка вакуумной перегонки нефти - гудрона. При этом для улучшения свойств полученного дорожного битума часто используют различные приемы как с улучшением качества исходного гудрона перед его окислением путем введения добавок, так и введением улучшающих добавок в уже полученный окисленный битум, или их комбинацию.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является битумная композиция, включающая в себя смесь окисленного битума с неокисленным нефтепродуктом, отличающаяся тем, что в качестве неокисленного нефтепродукта используют тяжелый газойль каталитического крекинга при соотношении соответственно, окисленный битум: тяжелый газойль каталитического крекинга 95-99:5-1 мас.%, причем окисленный битум имеет температуру размягчения, равную или большую, чем температура размягчения конечного продукта.

(Патент РФ №2556925, 2015 г.)

Следует отметить, что в последнее время в связи с падением стоимости остаточных топлив (топочных мазутов), вызванных массовым применением природного газа, а также высокими инвестиционными затратами по глубокой переработке гудрона в целевые продукты (замедленное коксование, гидрокрекинг) были приняты целевые меры по модернизации вакуумных блоков установок по атмосферно-вакуумной перегонке нефти, что привело к утяжелению получаемых гудронов с повышением вязкости гудронов с ВУ₈₀ 70-80 с (Патент РФ №2476580, 2010, с. 5, строки 15-20) до 100-130 с и даже 158 с.

Это ставит серьезные задачи по сохранению как минимум качества полученного дорожного битума из такого утяжеленного высоковязкого гудрона.

В то же время в 2011 г. Государственная компания «Автодор» выпустила стандарт СТО Автодор 2.1-2011 «Битумы нефтяные дорожные улучшенные. Технические условия», г. Москва, 2011, в котором исходя из необходимости улучшения качества и долговечности дорожного покрытия на основе асфальтобетона резко ужесточила требования к качеству дорожных битумов по сравнению с требованиями ГОСТ 22245-90 и вновь введенного ГОСТ 33133-2014. Особенно это коснулось нефтебитумов, применяемых во II и III дорожно-климатических зонах (основная масса применяемых в Российской Федерации дорожных нефтебитумов) - БНДУ-85 по СТО Автодор 2.1-2011.

Важное внимание в СТО Автодор 2.1-2011 уделено изменению свойств битума в ходе прогрева в тонкой пленке, моделирующее старение вяжущего, а также вязкостным свойствам.

Задачей данного изобретения является создание битумной композиции на основе окисленных битумов, полученных из высоковязких утяжеленных гудронов, полностью соответствующей битуму дорожному улучшенному БНДУ-85 СТО Автодор 2.1-2011.

Поставленная задача решается разработкой битумной композиции, применяемой в дорожном строительстве (варианты)

1-й вариант:

Композиция дорожного битума, включающая смесь окисленного битума и тяжелого газойля каталитического крекинга, которая отличается тем, что в качестве окисленного битума содержит продукт окисления кислородом воздуха утяжеленного гудрона с показателем условной вязкости ВУ₈₀ 102-132 с, и дополнительно содержит линейный блок-сополимер на основе стирола и бутадиена, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

2-й вариант:

Композиция дорожного битума, включающая смесь окисленного битума и неокисленного нефтепродукта, которая отличается тем, что в качестве окисленного битума содержит продукт окисления кислородом воздуха утяжеленного гудрона с показателем условной вязкости ВУ₈₀ 102-132 с, в качестве неокисленного нефтепродукта содержит кубовый остаток ректификации продуктов каталитического крекинга вакуумного дистиллята и дополнительно содержит линейный блок-сополимер на основе стирола и бутадиена, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Для подтверждения поставленной задачи было проведено исследование, в котором использовались утяжеленные высоковязкие гудроны, полученные на промышленной установке из балансовой смеси нефтей типа «Юролс», поставляемой на нефтеперерабатывающие заводы Российской Федерации и экспорт по магистральным нефтепроводам со следующими показателями качества (табл. 1), а также тяжелый газойль каталитического крекинга.

Тяжелый газойль каталитического крекинга имеет следующие характеристики:

Окисление утяжеленного гудрона проводили в лабораторной установке, представляющей собой круглодонную трехгорлую колбу объемом 2 дм³, установленную на колбонагреватель. В два горла колбы вставляли две трубки с оттянутым концом для ввода воздуха. В третье помещался термометр и мешалка.

Сырье в количестве 1200 г помещали в колбу и далее колбу нагревали в сушильном шкафу при температуре 180°C в течение 1 ч. После этого колбу перемещали на колбонагреватель, устанавливали термометр и мешалку. Включали мешалку и колбонагревателем доводили температуру гудрона до необходимой (220-230°C). Температура в колбе поддерживалась с точностью ±2°C. Расход воздуха поддерживался в объеме 4 дм³/мин (или 0,2 м³/ч⋅кг гудрона).

При этом периодически проводились анализы окисляемого гудрона на температуру размягчения по КиШ.

При достижении температуры размягчения по КиШ требуемого значения прекращали подачу воздуха и полученный образец окисленного битума использовался для дальнейшего анализа.

Битумную композицию готовили путем нагрева до 150°C исходного окисленного битума, введения в него неокисленного нефтепродукта и последующего перемешивания в емкости с мешалкой в течение 15 мин.

В таблице 2 представлены показатели качества полученных битумных композиций.

Как видно из таблицы 2, композиции, полученные по технологии прототипа (примеры 1 и 2), не соответствуют показателям качества по динамической вязкости при 60°C (241 и 239 Па⋅с при норме не менее 250 Па⋅с) и кинематической вязкости при 135°C (219 и 226 мм²/с при норме не менее 230 мм²/с).

Были проведены дальнейшие исследования, при этом в композицию дополнительно вводился линейный блок-сополимер на основе стирола и бутадиена ДСТ-30-1 Воронежского завода СК. Введение блок-сополимера осуществлялось в следующей последовательности: блок-сополимер вводился в нагретый до температуры 150°C неокисленный нефтепродукт и растворялся путем перемешивания в течение 30 мин, затем полученная смесь вводилась в окисленный битум и перемешивалась.

Проведенные исследования показали, что композиции, содержащие окисленный битум, полученный из высоковязкого гудрона с ВУ₈₀ 102-132 с при температуре окисления воздухом 220-230°C, а также тяжелый газойль каталитического крекинга и линейный блок-сополимер на основе стирола и бутадиена в соотношении, мас.%:

полностью соответствуют показателям качества БНДУ-85 СТО Автодор 2.1-2011 (примеры 3, 4, 5, 6, 7).

При этом пример 3 являлся граничным по нижнему содержанию тяжелого газойля каталитического крекинга и линейного блок-сополимера на основе стирола и бутадиена (по растяжимости при 0°C, динамической и кинематической вязкости при 135°C).

Пример 7 показывает верхний предел вязкости гудрона (ВУ₈₀ 132 с), из которого после окисления может быть получена композиция дорожного битума, соответствующая БНДУ-85 по СТО Автодор 2.1-2011 (граничным показателем является растяжимость при 0°C).

Полученные результаты позволили создать основу для расширения исследования с применением в композиции остаточного продукта ректификации продуктов каталитического крекинга вакуумных дистиллятов («шлама»).

(Вариант 2)

Для исследований использовался кубовый остаток ректификации продуктов каталитического крекинга вакуумного дистиллята, имеющий следующие показатели:

Результаты исследования приведены в таблице 2 (примеры 8, 9, 10, 11). При этом пример 8 показывает нижнюю границу вовлечения кубового остатка ректификации продуктов каталитического крекинга в состав композиции (ограничение по глубине проникновения иглы при 25°C 71⋅0,1 мм).

Проведенные исследования показали, что композиции дорожных битумов, полученные смешением окисленного битума, кубового остатка ректификации продуктов каталитического крекинга вакуумного дистиллята и линейного блок-сополимера на основе стирола и бутадиена в соотношении, мас.%:

полностью соответствуют показателям качества битуму дорожному улучшенному БНДУ-85 по СТО Автодор 2.1-2011.

Таким образом, разработана битумная композиция (варианты), применяемая в дорожном строительстве, с использованием утяжеленного гудрона, полученного из нефтей типа «Юролс» с BУ₈₀ 102-132 с, с возможностью получения дорожного битума БНДУ-85 по СТО Автодор 2.1-2011 «Битумы нефтяные дорожные улучшенные. Технические условия», г. Москва, 2011.

Формула изобретения

1. Композиция дорожного битума, включающая смесь окисленного битума и тяжелого газойля каталитического крекинга, отличающаяся тем, что в качестве окисленного битума содержит продукт окисления кислородом воздуха утяжеленного гудрона с показателем условной вязкости BУ₈₀ 102-132 с и дополнительно содержит линейный блок-сополимер на основе стирола и бутадиена при следующем соотношении компонентов, мас.%:

2. Композиция дорожного битума, включающая смесь окисленного битума и неокисленного нефтепродукта, отличающаяся тем, что в качестве окисленного битума содержит продукт окисления кислородом воздуха утяжеленного гудрона с показателем условной вязкости ВУ₈₀ 102-132 с, в качестве неокисленного нефтепродукта содержит кубовый остаток ректификации продуктов каталитического крекинга вакуумного дистиллята и дополнительно содержит линейный блок-сополимер на основе стирола и бутадиена при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Изобретение "БИТУМНАЯ КОМПОЗИЦИЯ (ВАРИАНТЫ)" (Шуверов В.М., Зайнутдинов Р.А., Ширкунов А.С., Рябов В.Г., Егизарьян А.М., Кузнецов С.Е.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога