способ получения нефтяных битумов

Формула изобретения

1. Способ получения нефтяных битумов путем окисления нефтяных остатков кислородом воздуха при повышенных температурах с последующей вакуумной перегонкой окисленного продукта, отличающийся тем, что вакуумной перегонке с получением битума и побочного продукта подвергают нефтяные остатки, прошедшие двухстадийное окисление, причем температура на второй стадии окисления выше, чем температура на первой стадии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что окисление нефтяных остатков на первой стадии проводят при 90-115^oС, а на второй - при 250-290^oС.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве нефтяных остатков используют высокопарафинистый мазут.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что вакуумной перегонке подвергают высокопарафинистый мазут, окисленный на первой стадии до температуры размягчения по К и Ш 25-33^oС, а на второй - до 36-44^oС.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что окисляют активированные нефтяные остатки, подвергшиеся электромагнитной обработке в аппарате вихревого слоя.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что нефтяные остатки активируют не менее 5 с при температуре выше 110^oС.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что для активации сырья используют механическое воздействие рабочих тел - ферромагнитных частиц.

8. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что окисление нефтяных остатков проводят в присутствии органической добавки, содержащей азот.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что органическая добавка вводится в количестве не менее 0,05% по массе.

10. Способ по пп.8 и 9, отличающийся тем, что органическую добавку вводят перед первой стадией окисления.

11. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что выводят побочный продукт - вакуумный дистиллят в качестве моторного, судового топлива или сырья термических или термокаталитических процессов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения битумов из нефтяных остатков и может быть использовано в нефтегазоперерабатывающей промышленности и дорожном строительстве.

Известен способ улучшения адгезионных свойств битумов путем добавки органических ПАВ, содержащих азот, например ПАВ "Амины алифатические". ПАВ представляют собой амины общей формулы С_n H_2n+1NH₂, где n=17-20 (Колбановская А.С. и др. Дорожные битумы. М.: Транспорт, 1973 г. - 264 с.).

Недостатком известного способа является термическая нестабильность органических ПАВ, содержащих азот, частично разлагающихся при повышенных температурах, что снижает их эффективность.

Наиболее близким, прототипом, является способ получения битумов путем окисления высокопарафинистого нефтяного остатка до температуры размягчения остатка 36-44^oС с последующей вакуумной перегонкой окисленного продукта (пат. РФ 2047644, МПК 6 С 10 С 3/04).

Недостатком данного способа является низкая адгезия битумов к минеральному наполнителю.

Задачей настоящего изобретения является интенсификация процесса окисления и улучшение адгезионных свойств битумов.

Интенсификация процесса окисления сырья и улучшение адгезионных свойств битумов достигается тем, что окисление проводят в две стадии. На первой стадии окисление осуществляют при 90-115^oС, на второй - при 250-290^oС. При достижении определенной вязкости окисленный продукт подвергают вакуумной перегонке с получением битумов дорожных марок БНД 90/130, БНД 60/90 и др.

Условия предлагаемого способа окисления нефтяных остатков позволяют получать качественные битумы и из высокопарафинистого сырья, например астраханского газоконденсатного мазута, с содержанием твердых парафинов до 18 мас. %. Окисление ведут на первой стадии до температуры размягчения продукта по К и Ш 25-33^oС, а на второй - до 36-44^oС. Окисленный продукт подвергают вакуумной перегонке с получением остаточных битумов улучшенных характеристик (адгезией).

При окислении нефтяных остатков высокосмолистых парафинистых нефтей (типа арланской) по двухстадийному окислению с последующей вакуумной перегонкой, битумы также характеризуются улучшенными свойствами.

Интенсификация процесса окисления битумов возможна также за счет активации сырья путем его предварительной электромагнитной обработки в аппарате, использующем принцип электромагнитного вихревого слоя. Для активации сырья используют механическое воздействие рабочих тел - ферромагнитных частиц. Процесс активации осуществляют при 110-180^oС в течение 5-20 с. Далее активированное битумное сырье подвергают двухстадийному окислению с последующей вакуумной перегонкой окисленного продукта. Окисление нефтяных остатков (или активированных остатков) осуществляют в присутствии органической добавки, содержащей азот, в количестве не менее 0,05 мас.%. Добавку вводят в сырье перед первой стадией окисления, что предотвращает ее термическое разложение при высокотемпературном окислении (на второй стадии). Процесс окисления контролируют по температуре размягчения окисленного продукта, процесс вакуумной перегонки - по глубине отбора вакуумного газойля.

Соблюдение заявленных условий процесса окисления и вакуумной перегонки приводит к интенсивному окислению при низких температурах парафинонафтеновых углеводородов и твердых парафинов с образованием кислородсодержащих органических соединений, которые в условиях высокотемпературного окисления переходят в смолисто-асфальтеновые вещества, концентрирующиеся при вакуумной перегонке окисленного продукта в кубовом остатке. Нефтяные битумы, полученные по указанному способу, характеризуются высокой пластичностью и хорошими адгезионными свойствами.

Предлагаемый способ получения битумов, осуществляемый в две стадии, позволит расширить сырьевую базу для получения битумов многофункционального назначения. Процесс осуществляют в проточных или периодических условиях.

Пример 1

На первой стадии высокосернистый высокопарафинистый мазут астраханского газоконденсата окисляли в реакторе объемом 0,8 л при 100^oС в течение 5 ч и расходе воздуха 2,5 л/мин на кг. В результате полученный промежуточный окисленный продукт характеризуется высоким содержанием спиртотолуольных смол. Характеристика продукта низкотемпературного окисления приведена в таблице.

На второй стадии промежуточный продукт, полученный при низкотемпературном окислении, окисляли при 275^oС и расходе воздуха 2,5 л/мин на кг сырья в течение 4 ч. Характеристика продукта, полученного при высокотемпературном окислении, приведена в таблице.

Окисленный продукт подвергали вакуумной перегонке с отбором вакуумного газойля, равным 30% от объема. Характеристика битума приведена в таблице. Как видно из приведенных данных, полученный битум по качеству соответствует битуму марки БНД 90/130. Образец битума по сцеплению с минеральным наполнителем соответствует образцу 2, что свидетельствует о хороших адгезионных свойствах битума.

Пример 2

Проводят с тем же сырьем и в тех же условиях, что и в примере 1. Однако окисление мазута и вакуумную перегонку проводили по известному способу. Окисленный продукт подвергают вакуумной перегонке с отбором вакуумного газойля, равным 30% от объема. Полученные результаты приведены в таблице. Как видно из приведенных данных, полученный битум по качеству соответствует битуму марки БНД 200/300. Образец битума не выдерживает испытание по сцеплению с минеральным наполнителем (песком), что свидетельствует о низких адгезионных свойствах битума.

Пример 3

Проводят с тем же сырьем и в тех же условиях, что и в примере 1. Однако до окисления мазут подавали в аппарат, использующий принцип электромагнитного слоя, типа В-150 К-01. Температура процесса 110^oС, время электромагнитной обработки 10 с. Окисленный продукт подвергают вакуумной перегонке с отбором вакуумного газойля, равным 25% от объема. Полученные результаты приведены в таблице.

Как видно из приведенных данных, продолжительность окисления активированного мазута при 100^oС уменьшилась с 6 до 5 ч. Полученный битум по качеству соответствует битуму марки БНД 90/60. Образец битума по сцеплению с минеральным наполнителем (песком) соответствует образцам 2 и 1, что свидетельствует об улучшении адгезионных свойств битума по сравнению с образцом примера 1.

Пример 4

Проводят с тем же сырьем и в тех же условиях, что и в примере 3. Однако окисление ведут с добавкой в количестве 0,05 мас.%. Как видно из приведенных данных, образец битума по сцеплению с минеральным наполнителем (песком) соответствует образцам 2 и 1, что свидетельствует об улучшении адгезионных свойств битума по сравнению с образцом примера 1.

Пример 5

Проводят с тем же сырьем и в тех же условиях, что и в примере 4. Однако окисление ведут с добавкой в количестве 0,1 мас.%. Как видно из приведенных данных, наблюдается снижение пенетрации битума на 4 пункта, при этом сцепление битума с песком и щебнем оценивается по образцу 1.

Пример 6

Проводят с тем же сырьем и в тех же условиях, что и в примере 5. Однако температура электромагнитной обработки 180^oС. Как видно из приведенных данных, продолжительность окисления активированного мазута при 100^oС уменьшилась с 5 до 4,5 ч, наблюдается снижение пенетрапии битума на 4 пункта, при этом сцепление битума с песком и щебнем оценивается по образцу 1.

Пример 7

Высокосмолистый парафинистый мазут арланской нефти окисляли в тех же условиях, что и в примере 6. Продолжительность окисления при 100^oС составила 2 ч, при 275^oС - 3,5 ч. Полученные результаты приведены в таблице. Как видно из приведенных данных, битумы обладают высокими адгезионными свойствами.

Пример 8

Проводят с тем же сырьем и в тех же условиях, что и в примере 6. Однако окисление мазута и вакуумную перегонку проводят по известному способу. Окисленный продукт подвергается вакуумной перегонке с отбором вакуумного газойля, равным 30% от объема. Полученные результаты приведены в таблице. Как видно из приведенных данных, полученный битум характеризуется недостаточно высокой адгезией к минеральному материалу.

В качестве образца приведена характеристика вакуумного газойля, полученного в данном примере. Плотность образца - 956 кг/м³; вязкость при 50^oС - 12 мм²/с; коксуемость - 1,2%; зольность - 0,01%; массовая доля серы - 0,8%; механические примеси - отсутствуют; вода - отсутствует; ванадий - отсутствует; температура вспышки в закрытом тигле - 140^oС; температура застывания - +3^oС. Как видно из приведенных данных, побочный продукт при получении битумов отвечает требованиям на моторное топливо для среднеоборотных и малооборотных дизелей марки ДМ (ГОСТ 1667-68), а также на судовое высоковязкое топливо марки СВТ и СВС (ТУ 38.1011314-90). Вакуумный газойль можно традиционно использовать в качестве сырья установок термического (или термокаталитического) крекинга и других процессов вторичной переработки.

Таким образом, предлагаемый способ позволит использовать парафинистое сырье для улучшения адгезионных свойств, а также высокопарафинистое сырье (до 18 мас.% твердых парафинов в исходном сырье) и получать широкий ассортимент битумов.

Указанные преимущества достигаются при меньших энергетических затратах за счет окисления при низких температурах (на первой стадии при 90-115^oС). Общая продолжительность окисления сокращается более чем в 2 раза. Кроме того, примерно в 2 раза сокращается количество отгона и 2-3 раза уменьшается концентрация сероводорода в отходящих газах. На первой стадии окисления в газах отгона сероводород отсутствует, на второй - максимальная концентрация сероводорода составляет 0,02 мас.%, что в 5 раз меньше, чем по известному способу-прототипу (0,10 мас.%). Двухстадийное окисление сырья в предлагаемом способе до температуры размягчения по К и Ш 36-45^oС (вместо одностадийного окисления в способе-прототипе) делает его экологически более чистым по сравнению со способом-прототипом.