способ получения битума
Классы МПК: | C10C3/04 продувкой и(или) окислением |
Автор(ы): | Князьков Александр Львович (RU), Никитин Александр Анатольевич (RU), Лагутенко Николай Макарович (RU), Живодеров Виктор Николаевич (RU), Карасев Евгений Николаевич (RU), Бубнов Максим Александрович (RU), Борисанов Дмитрий Владимирович (RU), Шахова Наталия Михайловна (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Славнефть-Ярославнефтеоргсинтез" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2011-02-08 публикация патента:
20.08.2012 |
Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу получения битума. Способ получения битума из парафинистых и высокопарафинистых нефтей включает вакуумную перегонку мазута с получением гудрона, смешение полученного гудрона с сырьевыми органическими добавками, представляющими собой концентраты полиароматических углеводородов и смол нефтяного происхождения, окисление полученной смеси кислородом воздуха при повышенной температуре и избыточном давлении, при этом вакуумную перегонку мазута проводят с получением сверхтяжелого гудрона с условной вязкостью 180-230 с при 80°С с содержанием парафино-нафтеновых углеводородов не более 18 мас.%, далее производят смешение сверхтяжелого гудрона с сырьевыми органическими добавками с получением сырьевой композиции с условной вязкостью 60-110 с при 80°С, содержащей не менее 50 мас.% ароматических углеводородов и имеющей соотношение смол к асфальтеновым углеводородам не ниже, чем 8:3 мас. долей. Изобретение обеспечивает получение битумов дорожных марок с содержанием твердого парафина не более 2,2 мас.%, с повышенными показателями растяжимости и термоокислительной стабильности. 1 табл., 3 пр.
Формула изобретения
Способ получения битума из парафинистых и высокопарафинистых нефтей, включающий вакуумную перегонку мазута с получением гудрона, смешение полученного гудрона с сырьевыми органическими добавками, представляющими собой концентраты полиароматических углеводородов и смол нефтяного происхождения, окисление полученной смеси кислородом воздуха при повышенной температуре и избыточном давлении, отличающийся тем, что вакуумную перегонку мазута проводят с получением сверхтяжелого гудрона с условной вязкостью 180-230 с при 80°С, с содержанием парафино-нафтеновых углеводородов не более 18 мас.%, далее производят смешение сверхтяжелого гудрона с сырьевыми органическими добавками с получением сырьевой композиции с условной вязкостью 60-110 с при 80°С, содержащей не менее 50 мас.% ароматических углеводородов и имеющей соотношение смол к асфальтеновым углеводородам не ниже, чем 8:3 маc. долей.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу получения битума.
Известны способы получения нефтяных дорожных битумов с повышенными характеристиками качества.
В способе получения битума (патент РФ № 2153520, С10С 3/04) выработку улучшенных сортов дорожного битума предлагают поводить путем получения утяжеленного гудрона при перегонке мазута при остаточном давлении верха колонны 30-50 мм рт. ст., путем смешения не менее 70% утяжеленного гудрона с органическими добавками до достижения уровня вязкости 40-120 с при 80°С и глубины проникания иглы при 25°С 400-480·0,1 мм. Смесь подвергают окислению. В целевой продукт можно вводить до 30 мас.% утяжеленного гудрона. В качестве органических добавок используют концентраты полиароматических углеводородов.
В изобретении указано, что улучшенные сорта дорожного битума можно получать вне зависимости от типа перерабатываемой нефти, однако в качестве примеров приведено получение битума из товарной смеси западно-сибирских нефтей, являющейся относительно благоприятным сырьем для производства дорожных битумов. Использование гудрона с условной вязкостью 120 с (при 80°С), разбавленного 6% затемненной фракции с получением сырьевой смеси, имеющей вязкость 45 с (при 80°С) и глубину проникания иглы при 25°С 470·0,1 мм позволяет после окисления получить битум марки БДУ 50/70 улучшенного качества. Битум имеет температуру размягчения по КИШ 52°С, глубину проникания иглы при 25°С 52·0,1 мм, растяжимость до испытания на прогрев более 100 см, после испытания на прогрев 86 см.
Получение в описанных условиях битума марки БДУ 50/70 из смеси западно-сибирских нефтей с добавлением ухтинской парафинистой нефти, поступающей на ряд нефтеперерабатывающих заводов центральной России, недостижимо из-за повышенного содержания твердого парафина в гудроне, имеющем условную вязкость 120 с (при 80°С). Содержание твердого парафина в битуме может достигать 2,5-3,5 мас.%, что не соответствует требованиям европейских норм к дорожным битумам (не более 2,2 мас.%) (таблица 1) (Влияние примесей парафинов и их структуры на свойства битумов. Bitumen - 1997 - v.59 - № 4 - c.164-170 - нем.) Битум с повышенным содержанием твердых парафинов (более 2,2 мас.%) не отвечает повышенным требованиям к растяжимости при 25°С (не менее 100 см). Уровень растяжимости такого битума с температурой размягчения 50°С составляет 50-70 см.
В способе получения битума (патент РФ № 2276181, С10С 3/04) улучшение его эксплуатационных характеристик достигают получением утяжеленного гудрона при остаточном давлении верха колонны 30-50 мм рт. ст., смешением утяжеленного гудрона с органическими добавками в соотношении от 80:20 до 98:2, окислением полученной смеси кислородом воздуха при температуре 230-270°С до глубины проникания иглы при 25°С 35-45·0,1 мм, последующим компаундированием окисленного продукта со смесью утяжеленного гудрона и сырьевой органической добавки в соотношении от 80:20 до 90:10 до получения продукта с глубиной проникания иглы при 25°С 50-200·0,1 мм.
К недостаткам описанного способа относится многостадийность процесса и сложность его аппаратурного оформления. Подготовленный гудрон окисляют до битума с очень узким диапазоном уровня глубины проникания иглы, составляющим 10 мм·0,1 мм (от 35 до 45·0,1 мм), что в условиях большинства промышленных окислительных установок трудно осуществимо. Процесс предусматривает следующие технологические стадии: смешение компонентов для приготовления подготовленного гудрона, окисление гудрона до битума с узким интервалом пенетрации, компаундирование окисленного продукта со смесью утяжеленного гудрона и сырьевой органической добавкой.
При этом утяжеленный гудрон в приводимых примерах так же получают из мазута западно-сибирских нефтей, и он имеет условную вязкость 70 с.
Вышеописанный процесс также не позволяет получить битум из парафинистой и высокопарафинистой нефти, так как использует гудрон с относительно небольшой условной вязкостью.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения битума с улучшенными низкотемпературными и адгезионными свойствами (патент РФ № 2235109, С10С 3/04) предусматривает проведение вакуумной перегонки мазута с получением утяжеленного гудрона с содержанием парафиновых углеводородов не более 2 мас.% и парафино-нафтеновых углеводородов не менее 20%, смешение утяжеленного гудрона с модифицирующими добавками и окисление 80-90% подготовленного гудрона с получением целевого продукта. Оставшееся количество гудрона вводят в целевой продукт. В качестве модифицирующих добавок используют концентраты полициклических ароматических углеводородов, являющихся продуктами переработки нефти. Окисление подготовленного гудрона проводят при температуре 240-270°С.
В качестве примера приводится получение гудрона из товарной смеси западно-сибирских нефтей, имеющего условную вязкость 84 с, при этом содержание в гудроне твердого парафина составляет 1,1 мас.%, содержание парафино-нафтеновых углеводородов 24,4 мас.%, полициклических ароматических углеводородов 16,9 мас.%.
Способ, описанный в патенте РФ № 2235109, предполагает использование малопарафинистой нефти с высоким содержанием нафтеновых углеводородов, обеспечивающей получение гудрона с указанными характеристиками группового химического состава.
В гудроне с вязкостью 84 с, полученным в соответствии с патентом РФ № 2235109 из смеси западно-сибирских нефтей с добавлением ухтинской парафинистой нефти, содержание твердого парафина будет на достаточно высоком уровне (2,5-4%), соответственно содержание твердого парафина в битуме будет выше чем 2,2 мас.% и уровень растяжимости битума не будет достаточно высоким.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения дорожного битума из парафинистых и высокопарафинистых нефтей, отвечающего требованию по ограничению содержания твердого парафина не более 2,2 мас.%, имеющего повышенный уровень растяжимости и термоокислительной стабильности.
Для решения поставленной задачи предлагается способ получения битума, включающий вакуумную перегонку мазута с получением сверхтяжелого гудрона с условной вязкостью 180-230 с при 80°С, с содержанием парафино-нафтеновых углеводородов не более 18 мас.%, смешением сверхтяжелого гудрона с сырьевыми органическими добавками с получением сырьевой композиции с условной вязкостью 60-110 с при 80°С, содержащей не менее 50 мас.% ароматических углеводородов и имеющей соотношение смол к асфальтеновым углеводородам не ниже чем 8:3 мас. долей.
Отличие предлагаемого технического решения состоит в том, что при вакуумной перегонке мазута получают сверхтяжелый гудрон с фиксированной условной вязкостью (180-230 с при 80°С) и ограничением по содержанию парафино-нафтеновых углеводородов (не более 18 мас.%).
Использование сверхтяжелого гудрона с ограниченным содержанием парафино-нафтеновых углеводородов обеспечивает получение дорожного битума из парафинистых нефтей, отвечающего требованию по ограничению содержания твердого парафина не более 2,2 мас.%, имеющего повышенный уровень растяжимости.
Смешение сверхтяжелого гудрона с сырьевыми органическими добавками до условной вязкости 60-110 с при 80°С, обеспечивающее содержание ароматических углеводородов в сырьевой смеси не менее 50 мас.% и соотношение смол к асфальтеновым углеводородам не ниже чем 8:3 мас. долей, позволяет получить битум сбалансированного группового химического состава, имеющего повышенные показатели растяжимости и термоокислительной стабильности, удовлетворяющие требованиям европейских стандартов на дорожные битумы.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить из парафинистых и высокопарафинистых нефтей дорожный битум с содержанием твердого парафина не более 2,2 мас.%, с повышенными показателями растяжимости и термоокислительной стабильности.
Способ осуществляют следующим образом.
Мазут, полученный при переработке смеси западно-сибирских, башкирских, татарских нефтей (70-80%) и ухтинской парафинистой нефти (30-20%) в количестве 140-180 т/ч поступает в вакуумную колонну с температурой 363-365°С. Глубина вакуума вверху колонны составляет 175-177 кг/м2 , в кубе колонны 346-349 кг/м2. Температура в кубе колонны выдерживается на уровне 329-334°С, расход пара в куб колонны составляет 0,9-1,4 т/ч. Температура верха колонны составляет 46-49°С.
Из вакуумной колонны выводится легкий вакуумный дистиллят (3-3,5%), вакуумный газойль (49,4-50,6%), слоп или металлизированная, затемненная фракция (5,9-6,6%), сверхтяжелый гудрон (39,5-41,2%).
Режим работы вакуумной колонны обеспечивает получение сверхтяжелого гудрона с условной вязкостью в пределах 180-230 секунд при 80°С, с содержанием парафино-нафтеновых углеводородов не более 18 мас.%. Условную вязкость гудрона контролируют в лабораторных условиях по ГОСТ 11503 с периодичностью 1 раз в 4 часа. Содержание парафино-нафтеновых углеводородов контролируют лабораторным экспресс-анализом группового химического состава на жидкостном хроматографе «Градиент» по методике Института нефтехимии и нефтепереработки (г.Уфа). Продолжительность анализа составляет 1 час, периодичность анализа - 1 раз в 8 часов.
Дополнительно, 1 раз в сутки, определяют кинематическую вязкость гудрона при 100°С по ГОСТ 33, температуру размягчения гудрона методом кольца и шара по ГОСТ 11503, плотность по ГОСТ 3900.
Сверхтяжелый гудрон направляют в узел подготовки сырья, где смешивают в потоке с одной или двумя органическими добавками, подаваемыми в количестве до 30% с получением сырьевой композиции с условной вязкостью 60-110 с при 80°С, содержащей не менее 50 мас.% ароматических углеводородов и имеющей соотношение смол к асфальтеновым углеводородам не ниже чем 8:3 мас.
Условную вязкость сырьевой композиции контролируют в лабораторных условиях по ГОСТ 11503 с периодичностью отбора проб 1 раз в 4 часа и постоянно с помощью поточного вискозиметра, определяющего расчетную вязкость потока сырьевой композиции. Также в потоке постоянно контролируют расчетную вязкость поступающего гудрона и сырьевых органических добавок. Условную вязкость сырьевых органических добавок контролируют в лабораторных условиях по ГОСТ 11503 с периодичностью 1 раз в 4 часа.
Содержание ароматических, парафино-нафтеновых углеводородов, смол и асфальтенов в сырьевой композиции контролируют экспресс-анализом группового химического состава на жидкостном хроматографе «Градиент» с периодичностью 1 раз в 8 часов. Соотношение смол к асфальтенам в сырьевой композиции определяют по результатам анализа химического группового состава сырьевой композиции.
Сырьевая композиция поступает в окислительный реактор специальной конструкции, изготовленный по лицензионной технологии «Битурокс» Компании «Пернер Инженергезельшафт м.б.Х.» (Австрия).
В реакторе производится трехступенчатое диспергирование воздуха по высоте аппарата с помощью мешалки и специальных тарелок, предусмотрена подача воды в составе воздуха окисления, испарение которой снимает тепло реакции окисления и обеспечивает точное поддержание температуры в реакторе.
Допускается проводить окисление сырьевой композиции в вертикальной окислительной колонне с подачей воздуха через маточник, расположенный в нижней части колонны.
Сущность предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами.
Примеры исполнения.
Пример 1
Мазут, полученный при переработке смеси западно-сибирских, башкирских, татарских нефтей (70%) и ухтинской парафинистой нефти (30%) подвергают вакуумной перегонке с получением сверхтяжелого гудрона, который имеет следующие характеристики:
Плотность при 20°С, г/см3- 1003.
Температура размягчения по КИШ, °С - 42.
Вязкость условная ВУ80 5, с - 229,8.
Вязкость кинематическая при 100°С, мм2/с - 1104,5.
Содержание парафино-нафтеновых углеводородов, мас.% - 13,71.
Содержание ароматических углеводородов, мас.% - 51,92.
Содержание смол, мас.% - 26,81.
Содержание асфальтенов, мас.% - 7,56.
Гудрон поступает в узел подготовки сырья, где смешивается с сырьевой органической добавкой - экстрактом селективной очистки масел, подаваемым в количестве 10 мас.%, с получением сырьевой композиции, имеющей следующие характеристики:
Вязкость условная ВУ80 5, с - 110.
Содержание парафино-нафтеновых углеводородов, мас.% - 14,67.
Содержание ароматических углеводородов, мас.% - 56,53.
Содержание смол, мас.% - 21,20.
Содержание асфальтенов, мас.% - 7,7.
Отношение смол к асфальтеновым углеводородам - 8,3:3.
Сырьевая композиция поступает в окислительный реактор.
Условия окисления:
1. Температура сырья на входе, °С - 187.
2. Температура в реакторе, °С - 250.
3. Расход сырья в реактор, т/ч - 40.
4. Удельный расход воздуха в реактор, кг/т сырья - 98.
5. Удельный расход воды в реактор, кг/т сырья - 81.
6. Давление в реакторе, МПа - 0,2.
7. Уровень жидкой фазы в реакторе, м - 14,6.
Получают битум марки Евро БВ 50/70. Показатели качества битума приведены в таблице 1.
Пример 2
Мазут, полученный при переработке смеси западно-сибирских, башкирских, татарских нефтей (80%) и ухтинской парафинистой нефти (20%) подвергают вакуумной перегонке с получением сверхтяжелого гудрона, который имеет следующие характеристики:
Плотность при 20°С, г/см3- - 1001.
Температура размягчения по КИШ, °С - 39.
Вязкость условная ВУ80 5, с - 180.
Вязкость кинематическая при 100°С, мм2/с - 921.
Содержание парафино-нафтеновых углеводородов, мас.% - 17,97%.
Содержание ароматических углеводородов, мас.% - 50,41.
Содержание смол, мас.% - 23,72.
Содержание асфальтенов, мас.% - 7,90.
Гудрон поступает в узел подготовки сырья, где смешивается с сырьевой органической добавкой - слопом или затемненной, металлизированной фракцией вакуумной разгонки мазута, выкипающей в пределах 420-560°С, имеющей условную вязкость 9,5 с при 80°С, подаваемой в количестве 30 мас.%, с получением сырьевой композиции, имеющей следующие характеристики:
Вязкость условная ВУ80 5, с - 60.
Содержание парафино-нафтеновых углеводородов, мас.% - 20,01.
Содержание ароматических углеводородов, мас.% - 50,48.
Содержание смол, мас.% - 24,84.
Содержание асфальтенов, мас.% - 4,67.
Отношение смол к асфальтеновым углеводородам - 15,95:3.
Сырьевая композиция поступает в окислительный реактор.
Условия окисления:
1.Температура сырья на входе, °С - 180.
2. Температура в реакторе, °С - 250.
3. Расход сырья в реактор, т/ч - 37.
4. Удельный расход воздуха в реактор, кг/т сырья - 112.
5. Удельный расход воды в реактор, кг/т сырья - 97.
6. Давление в реакторе, МПа, - 0,2.
7. Уровень жидкой фазы в реакторе, м - 14,0.
Получают битум марки БВ 60/70. Показатели качества битума приведены в таблице 1.
Пример 3
Мазут, полученный при переработке смеси западно-сибирских, башкирских, татарских нефтей (75%) и ухтинской парафинистой нефти (25%) подвергают вакуумной перегонке с получением сверхтяжелого гудрона, который имеет следующие характеристики:
Плотность при 20°С, г/см3 - 1002.
Температура размягчения по КИШ, - 40.
Вязкость условная ВУ80 5, с - 202.
Вязкость кинематическая при 100°С, мм2/с - 1030,6.
Содержание парафино-нафтеновых углеводородов, мас.% - 15,78%.
Содержание ароматических углеводородов, мас.% - 51,40.
Содержание смол, мас.% - 25,12.
Содержание асфальтенов, мас.% - 7,70.
Гудрон поступает в узел подготовки сырья, где смешивается с сырьевыми органическими добавками - асфальтом пропановой деасфальтизации, содержащим 7-8% экстракта (для облегчения условий транспортировки), имеющим температуру размягчения по кольцу и шару 38°С и условную вязкость при 80°С 160 с, подаваемым в количестве 10 мас.% и с экстрактом селективной очистки масел, подаваемым в количестве 9 мас.%. Условная вязкость экстракта составляет 4,5 с при 80°С. Полученная сырьевая композиция имеет следующие характеристики:
Вязкость условная ВУ80 5, с - 85.
Содержание парафино-нафтеновых углеводородов, мас.% - 17,40.
Содержание ароматических углеводородов, мас.% - 52,59.
Содержание смол, мас.% - 23,21.
Содержание асфальтенов, мас.% - 6,80.
Отношение смол к асфальтеновым углеводородам - 10,24:3.
Сырьевая композиция поступает в окислительный реактор. Условия окисления:
1.Температура сырья на входе, °С - 180.
2. Температура в реакторе, °С - 250.
3. Расход сырья в реактор, т/ч - 35.
4. Удельный расход воздуха в реактор, кг/т сырья - 105.
5. Удельный расход воды в реактор, кг/т сырья - 91.
6. Давление в реакторе, МПа, - 0,2.
7. Уровень жидкой фазы в реакторе, м - 13,9.
Получают битум марки БВ 60/70. Показатели качества битума приведены в таблице 1.
Класс C10C3/04 продувкой и(или) окислением