Получение высококачественных дорожных битумов из аналогов североиракских нефтей

Мушреф Харес Шаалян

Получение высококачественных дорожных битумов из аналогов североиракских нефтей тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.13 ВАК РФ

Мушреф Харес Шаалян АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Уфа МЕСТО ЗАЩИТЫ

2013 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.13 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Получение высококачественных дорожных битумов из аналогов североиракских нефтей»

Автореферат диссертации на тему "Получение высококачественных дорожных битумов из аналогов североиракских нефтей"

На правах рукописи

МУШРЕФ ХАРЕС ШААЛЯН

ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ДОРОЖНЫХ БИТУМОВ ИЗ АНАЛОГОВ СЕВЕРОИРАКСКИХ НЕФТЕЙ

Специальность 02.00.13 - Нефтехимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 АВГ 2013

Уфа-2013

005532286

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяно технический университет».

Научный руководитель: Теляшев Эльшад Гумерович

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Доломатов Михаил Юрьевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный университет экономики и сервиса», профессор

Жирнов Борис Семёнович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» (Салаватский филиал), профессор

Ведущая организация: ГУЛ «Башгипронефтехим» (г. Уфа).

Защита диссертации состоится «27» сентября 2013 года в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.289.01 при ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».

Автореферат диссертации разослан «15» августа 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета профессор

Сыркин А.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Растущие требования к качеству дорог, особенно, современных высокоскоростных и высоконагруженных приводят к необходимости использования в дорожном строительстве всё более прочных и долговечных асфальтобетонов, которые могут быть получены только при использовании битумов с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Для производства таких, битумов уже требуются новые нетрадиционные сырьевые источники, например, тяжелые высокосмолистые высокосернистые нефти, при переработке которых будут производиться дорожные битумы нового, более высокого уровня качества.

Поэтому исследования, направленные на изучение новых сырьевых источников для производства высококачественных дорожных битумов, а также обоснование и выбор оптимальной технологии переработки, обеспечивающей выработку продукции, соответствующей требованиям современного дорожного строительства, представляют собой весьма актуальную тему.

Цель и задачи работы. Целью работы является разработка оптимального варианта технологии переработки тяжёлых нефтей с производством дорожных битумов, отвечающих требованиям стандартов республики Ирак.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать общие характеристики нефтей - объектов исследований;

- исследовать характеристики остатков аналогов североиракских нефтей различной глубины отбора, полученных при перегонке нефтей, определить остатки, пригодные для производства битумов окисленных и неокисленных.

- изучить характер изменения групповых химических составов остатков разной глубины отбора в процессе атмосферной и вакуумной перегонках;

- установить взаимосвязь между особенностями изменения групповых химических составов остатков и свойствами продуктов, получаемых на разных стадиях переработки нефтей.

Научная новизна. Впервые показано, что применение способа углублённого определения группового химического состава при исследованиях тяжелых высокосмолистых нефтей, остатков атмосферной и вакуумной перегонки позволяет прогнозировать пригодность таких нефтей для производства битумов с ожидаемыми качественными характеристиками и определять направления выбора оптимальных технологий переработки нефтей в дорожные битумы. Метод позволяет выделять семь групп углеводородов: парафино-нафтеновые, ароматические - легкие, средние и тяжёлые, смолы силикагелевые и спиртофенольные и асфальтены. Более полное раскрытие состава исследуемых нефтепродуктов позволяет более достоверно определять и направленно регулировать их коллоидную структуру. В отличие от аналогов данный метод позволяет конкретизировать реакционную способность каждой группы углеводородов и определять механизм их превращений при переработке.

Установлена взаимосвязь между групповыми химическими составами и основными физико-химическими характеристиками исходных нефтяных остатков и товарных битумов, полученных при их окислении. Предложен механизм направленного регулирования качества битумов, получаемых окислением остатков путем подбора состава и комплекса свойств соответствующего остатка.

Впервые экспериментальным путём с использованием метода определения группового химического состава нефтепродуктов изучен характер старения битумов под воздействием высоких температур и кислорода воздуха. Подтверждена более высокая (на 40 %) устойчивость остаточных битумов к процессам старения по сравнению с битумами, полученными методом окисления.

Практическая ценность. Комплексное изучение групповых химических составов (ГХС) тяжелых нефтей позволяет осуществлять их выбор и прогнозировать применимость той или иной нефти для получения дорожных битумов с заданным уровнем качества.

Разработана принципиальная технологическая схема комплексной установки по получению дорожных битумов окисленных, неокисленных и компаундированных.

Отдельные положения, рекомендации, изложенные в работе, могут быть использованы при разработке технологических регламентов для проектирования битумных производств.

Материалы работы подготовлены к внедрению, и будут использованы в проекте строительства новой битумной установки на Аль-Каяра НПЗ по программе министерства нефти республики Ирак, а также в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» и университетах республики Ирак.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

- Всероссийской научно-технической конференции «Инновационные технологии в области химии и биотехнологии» г. Уфа, 2012 г.

- Международной научно-практической конференции «Нефтегазопере-работка», проведенной в г. Уфе в 2012, 2013 гг.

- научных семинарах УГНТУ и ГУП ИНХП РБ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации, 1 статья в научном журнале и 4 тезиса докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 132 страницах, содержит 27 рисунков и 27 таблиц. Список литературы состоит из 117 наименований публикаций.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность диссертационного исследования, направленного на изучение новых сырьевых источников для производства высококачественных дорожных битумов, а также обоснование и выбор оптимальной технологии переработки нового вида сырья, обеспечивающей выработку продукции, соответствующей требованиям современного дорожного строительства.

В первой главе диссертации приведен анализ литературных источников, раскрывающих тему особенностей строения битумов различного происхождения, полученных по различным технологиям. Рассматривается взаимосвязь между особенностями состава и структуры битумов и их эксплуатационных характеристик. Рассмотрены особенности сырьевого обеспечения битумных производств и существующие технологии переработки различных видов сырья в товарные битумы. Литературный обзор охватывает работы по научным и прикладным исследованиям в данном тематическом направлении до 2013 г. включительно.

Во второй главе дано описание выбора и подготовки объектов исследований. Для отработки комплексной технологии производства дорожных битумов по АБТМ Б - 3381 выбраны высокосернистые высокосмолистые тяжелые нефти Арланского и Ашальчинского месторождений, по свойствам и составу аналогичных североиракским нефтям (месторождение Аль-Каяра). По этим нефтям имеется широкая база данных исследовательского характера и накоплен большой практический опыт производства, что позволяет проводить сравнительный экспертный анализ предложенной технологии. Приведены стандартные методики испытаний и исследований. Подробно описаны наиболее информативные методы изучения и определения сопротивления битума старению под воздействием высокой температуры и воздуха при постоянной смене поверхности (метод ЮТОТ) и определения группового химического состава нефтей, нефтяных остатков и дорожных битумов по методике Баш НИИ НП на

приборе «Градиент».

В третьей главе с учетом специфической направленности работы, заключающейся в получении и изучении свойств битумов, которые в будущем предполагается производить и применять в дорожном строительстве Республики Ирак, изучение нефтей - объектов исследований проводилось именно в направлении определения пригодности выбранных объектов исследований для решения поставленных практических задач. В число таких задач входят: получение дорожных битумов по различным технологиям, изучение

качественных и эксплуатационных характеристик битумов, основных отличий строения и свойств, обоснование целесообразности применения нефтяных остатков той или иной глубины отбора и применения рациональной технологии переработки различных остатков в битумы.

Изучение групповых химических составов (ГХС) объектов исследований нефтей Ашальчинского и Арланского месторождений - аналогов тяжёлых североиракских нефтей (рис. 1) показало, что нефть Ашальчинского месторождения характеризуется меньшим содержанием парафинонафтеновых и тяжелых ароматических групп углеводородов и в то же время более высоким содержанием смол и асфальтенов. Так, Ашальчинская нефть содержит в своём составе 7,7 % асфальтенов. а нефть месторождения Аль-Каяра 8,4 % масс.

Группы углеводородов: 1 - парафино-нафтеновые; ароматичк^кие. легкие; 3- средние; 4- тяжелые); 5-смолы; 6- асфальтены

Рисунок 1 - Сопоставление групповых химических составов сырых нефтей Ашальчинского и Арланского месторождений

В этой связи можно прогнозировать, что остатки, полученные путём вакуумной перегонки мазутов этих нефтей, при одинаковой глубине отбора газойлевых фракций будут иметь различие по термостойкости и пластичности. В этой связи можно предположить, что более тяжёлую Ашальчинскую нефть целесообразно использовать в качестве сырья для производства некоторых марок

остаточных дорожных битумов. Более легкую нефть Арланского месторождения можно использовать как в качестве сырья для производства неокисленных остаточных дорожных марок, так и в качестве сырья для производства окисленных битумов расширенного ассортимента.

Результаты атмосферной перегонки обеих нефтей до получения остатков, выкипающих выше 350 °С, содержат информацию следующего содержания.

В процессе атмосферной перегонки нефтей по мере увеличения глубины отбора в составе атмосферных остатков монотонно снижается содержание парафино-нафтеновых и легких ароматических углеводородов с одновременным увеличением содержания средних и тяжелых ароматических углеводородов, а также смол и асфальтенов. Мазут Ашальчинской нефти характеризуется повышенным содержанием смол и легких ароматических соединений в сравнении с мазутом, полученным из Арланской нефти. Арланский мазут имеет более высокое содержание асфальтенов и тяжелых ароматических соединений в своем составе.

Такое различие в групповых химических составах предопределяет различие физико-химических характеристик остатков вакуумной перегонки этих мазутов, как это будет показано ниже.

Вакуумные разгонки мазутов были выполнены на стандартном аппарате АРН-2 и аппарате Богданова при остаточном давлении 1 мм рт. ст. (табл. 1).

Таблица 1 - Результаты вакуумных разгонок мазутов Ашальчинской и Арланской нефтей__________

Антяттьчинский мазут Арланский мазут

Интервал отбора фракций, "С Выход фракций, % масс Выход фракций, % масс Температура, "С

Отдельных фракций Суммарный НК 292

350 - 375 3,00 3,00 5 312

375 - 420 7,20 10,2 10 341

420 - 440 1,77 11,97 20 368

440 - 460 7,47 19,44 30 407

460 - 470 3,02 22,46 40 432

470 - 480 3,88 26,34 50 461

выше 480 73,66 100 54 выше 480

Таким образом, выход остатка, выкипающего выше 480 °С при вакуумной перегонке мазутов выше при перегонке мазута Ашальчинской нефти.

Следовательно, выход конечных продуктов — остаточных битумов будет выше при вакуумной перегонке более тяжелой Ашальчинской нефти. Динамика перегонки мазутов обеих нефтей представлена на рис. 2.

| 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480|)

Остатки, выкипающие, °С

Рисунок 2 — Динамика выхода остатков разной глубины отбора при вакуумной перегонке мазутов Ашальчинского и Арланского месторождений

Изменение ГХС остатков разной глубины отбора при вакуумной перегонке мазута Арланской нефти представлен на рис. 3. Характер изменения ГХС остатков разной глубины отбора в процессе вакуумной перегонки мазутов Ашальчинской и Арланской нефтей аналогичен. Тем не менее, следует отметить, что у остатков Ашальчинской нефти изменения ГХС в диапазоне температур выкипания 450 + 480 °С носят более выраженный характер. Именно в этом диапазоне температур вакуумной перегонки происходит активное выкипание наиболее легких углеводородных фракций. При этом содержание остаточных компонентов - смол и асфальтенов заметно возрастает. В этой связи следует ожидать, что при одной и той же глубине отбора газойлевых фракций остатки вакуумной перегонки Ашальчинского мазута будут характеризоваться повышенной теплостойкостью, а остатки перегонки мазута Арланской нефти будут характеризоваться более высокой пластичностью.

400 420 440 460

Глубина отбора остатка выше, 0 С Группы углеводородов: 1 - парафино-нафтеновые; ароматические:(2 - легкие; 3 - средние; 4 - тяжелые); 5 - смолы; 6-асфальтены

Рисунок 3 - Характер изменения ГХС остатков разной глубины отбора в процессе вакуумной перегонки мазута Арланской нефти

Наработаны и исследованы остатки перегонки мазутов нефтей Ашальчинского и Арланского месторождений, выкипающих в пределах 38СН-480 "С. В таблице 2 представлены результаты углубленных исследований остатков обеих исследуемых нефтей, имеющих различную глубину отбора. Из представленных в таблице экспериментальных данных следует, что остатки вакуумной перегонки обеих нефтей, выкипающие выше 460 °С, можно рассматривать уже как битумные материалы, поскольку значения пенетрации при 25 °С для большинства промышленных битумов находятся в диапазоне 20 200 дмм. Характерной особенностью остатков, выкипающих в диапазоне 460 - 480 °С, является их высокая растяжимость, которую можно объяснить повышенной концентрацией смол и тяжелых ароматических соединений при одновременном снижении концентрации парафинонафтеновых углеводородов в составе этих продуктов.

Таблица 2 - Составы и качество остатков, полученных в результате вакуумной перегонки мазутов Арланской и Ашальчииской нефтей_

Наименование показателей, Глубина отбора выше, °С:

380 400 420 460 480

1 1 1 2 1 2 1 2

Температура размягчения, "С 24,5 27 30 32,7 39 41,3 46,8 53,4

Пенетрация при 25 °С, 0,1 мм - - - - - 144 65 33

Растяжимость при 25 °С, см > 150 >150 > 150

Температура хрупкости, °С - - - - -14,5 -11,7 -10,6

Вязкость динамическая при 60 "С, сПз - - - - - 123-Ю5 - 552-103

Вязкость кинематическая при 135 °С, сСт - - - - 275 - 695

ГХС остатков. Группы углеводородов Содержание отдельных групп углеводородов, % масс.

парафино-нафтеновые 19,2 17,4 15,8 15,3 11,2 12,4 8,4 6,6

ароматические:

- легкие 10,6 10,2 9Д 11,8 7,1 10,2 5,3 7,6

- средние 12,4 12,1 11,4 13,1 9,6 12,1 8,2 9,7

- тяжелые 38,1 38,4 38,8 32,9 39,8 33,8 41,1 36,2

смолы 15,5 17,3 19,5 23,1 25,1 24,4 27,6 27,8

асфальтены 4,2 4,6 5,4 3,8 8,2 7,1 11,8 12,1

1 — остатки перегонки Арланской нефти

2 - остатки перегонки Ашальчииской нефти

Именно повышением содержания в остатках тяжелых ароматических соединений, смол и асфальтенов и понижением содержания парафинонафтеновых и легких ароматических углеводородов можно объяснить понижение температуры хрупкости остатков по мере увеличения глубины отбора газойлевых масляных фракций в процессе вакуумной перегонки.

По этой же причине с повышением глубины отбора снижается пенетрация остатков и соответственно растет их вязкость.

Одной из особенностей настоящей работы, является изучении качественных характеристик экспериментальных дорожных битумов применительно к дорожно-климатическим условиям строительства и эксплуатации дорог в Республике Ирак. Дорожными организациями Республики за критерий оценки принят стандарт ГИТА АБТМ Б-3381, который является основным документом, нормирующим качество дорожных битумов, применяемым в дорожном строительстве Ирака.

Как уже отмечалось выше, остатки вакуумной перегонки мазутов Ашальчинской и Арланской нефтей определенной глубины отбора можно рассматривать как остаточные дорожные битумы. Основные качественные характеристики лабораторных образцов битумов, а также требования принятого и действующего в Ираке стандарта на дорожные битумы АЯТМ 0-3381 представлены в табл. 3.

Таблица 3 - Основные качественные характеристики остаточных битумов из Ашальчинской и Арланской нефтей в сопоставлении с требованиями стандарта А5ТМР - 3381 (градация по пенетрации)

Наименование показателей, единицы измерения

Глубина проникания иглы при 25 "С, 0,1 мм

Требования О -3381 для марок:

40-50

60-70

Фактические значения показателей битумов из нефтей:

Ашальчи

Арлан

Температура размягчения

"С

49-58

47-55

53,4

47,5

47,3 > 150

Дуктильносгь при 25 °С, см (мин)

100

> 150

Температура вспышки, "С (мин)

230

Выше 260

Динамическая вязкость при 60 °С, П

4000 ±800

2000 ±400

5400

3600

2800

Кинематическая вязкость при 135 °С, сСт (мин)

400

300

680

540

420

После испытания в тонкой пленке при нагреве до 163 °С в течение 5 часов

Потеря массы, % масс.

Остаточная пенетрация, % от первоначальной величины_

Остаточная дуктильносгь, см

0,5

0,06

81,8

> 150

0,12

72,4

> 150

0,11

77,3

> 150

Динамическая вязкость при 60 "С, П (макс)

20,000

10,000

9600

6800

4700

Из представленных данных следует, что остаточные битумы двух наиболее распространённых дорожных марок, полученные по технологии вакуумной перегонки мазутов Ашальчинской нефти, характеризуются умеренными значениями пенетрации достигнутых температурах размягчения, и как следствие, сверхнормативной вязкостью. Повышение вязкости битумов сверх нормативных значений может привести к неравномерному распределению битумов по поверхности инертных материалов в процессе приготовления асфальтобетона, что отрицательно отразится на качестве и продолжительности безремонтной эксплуатации дорожного покрытия.

Складывается впечатление, что из нефтей, близких по составу и свойствам нефти Ашальчинского месторождения, методом прямой дистилляции получить

дорожный битум, отвечающий всем нормативным требованиям, будет проблематично. Однако при более глубоком изучении свойств определены и благоприятные, важные эксплуатационные показатели, к числу которых следует отнести следующие:

- высокие значения растяжимости, превышающие 150 см;

- высокие значения остаточной пенетрации после испытания на старение (более 70 %), превышающие нормативные требования (55 %);

- высокая устойчивость битумов к процессам старения, вследствие чего после испытаний на старение значения вязкостей уже полностью соответствуют нормативам, заложенным в действующем стандарте. Если рассматривать стандарт ASTM D - 3381 в классификации по вязкости, измеряемой после старения RTFOT, то по дагаюй классификации полученный битум полностью соответствует всем без исключения требованиям стандарта.

Из этого следует очень важный практический вывод. Дорожные асфальтобетонные покрытия, построенные с применением таких битумов, будут продолжительное время сохранять без существенных изменений изначальные эксплуатационные характеристики.

Высокими качественными показателями характеризуется также остаточный битум, полученный из мазута Арланской нефти. Этот битум, как и предполагалось, характеризуется более высокой пластичностью. Арланский остаточный битум, согласно ранее сделанным прогнозам, обладает лучшими низкотемпературными характеристиками, что позволяет применять его при строительстве и эксплуатации дорог в менее благоприятных дорожно-климатических условиях, например, при строительстве и ремонте горных участков дорог.

Объяснение различий в эксплуатационных характеристиках двух битумов, полученных из мазутов различных нефтей, можно найти при сопоставлении групповых химических составов этих битумов (рис. 4).

Группы углеводородов: 1- пзрафино-нафтеновые; ароматические: (2-легкие; 3 - средние; 4 - тяжелые); 5 -с/иолы; 6 - асфальтены

Рисунок 4 - Групповые химические составы остаточных битумов, полученных из мазутов Арланской и Ашальчинской нефтей

Можно прогнозировать, что, несмотря на несколько более высокое содержание асфальтенов в составе битума, Арланский битум характеризуется более высокой пластичностью и меньшей вязкостью в сравнении с Ашальчинским битумом именно за счет повышенного содержания в нем смол и пластификаторов - полициклических ароматических соединений, в составе которых присутствуют, в основном, утяжелённые масляные компоненты. Хорошую термостабильность битумов можно объяснить высоким содержанием в их составах тяжело кипящих компонентов, характеризующихся высокой молекулярной массой. На основании полученных и представленных в данной главе экспериментальных результатов исследований можно сделать некоторые обобщения, обладающие практической значимостью.

Применение метода определения группового химического состава при исследованиях тяжелых высокосмолистых высокосернистых нефтей, а также мазутов этих нефтей позволяет прогнозировать их пригодность или степень пригодности для производства битумов с ожидаемыми качественными характеристиками и определять направления выбора оптимальных технологий

переработки остатков этих нефтей в дорожные битумы. Таким образом, данный исследовательский метод следует считать не только глубоко информативным, но и прогностическим.

Вновь следует отметить, что остатки Арланской нефти характеризуются более высокой пластичностью, в то время как остатки Ашальчинской нефти характеризуются более высокой теплостойкостью. Поэтому, при выборе битума, в наибольшей степени пригодного для использования при строительстве того или иного объекта, следует учесть, что битумы, полученные из более тяжелой нефти типа Ашальчинской следует применять в зонах с жарким климатом, соответствующим климату в центральной и южной областях Республики Ирак, где отсутствуют сезоны с низкими температурами окружающей среды. Битумы, полученные из более легкой нефти типа Арланской, целесообразно применять в дорожном строительстве объектов, расположенных в зонах умеренного климата с относительно более низкими температурами, соответствующим климату горных районов севера Ирака.

Остатки вакуумной перегонки мазута Арланской нефти, как уже было отмечено выше, могут быть использованы в качестве сырьевого компонента для битумов, получаемых по технологии окисления. Известно, что наиболее высокие качественные характеристики окисленных битумов могут быть получены при использовании сырья с глубиной отбора только в определенном диапазоне температур выкипания остатков.

Методика поиска такого диапазона заключалась в следующем. Каждый из остатков с определенным значением показателей условная вязкость при 80 °С (ВУ 8о) и «температура размягчения» окисляли до требуемой глубины, после чего определяли основные качественные характеристики полученного битума. Условия окисления во всей серии экспериментов были идентичными. Далее на основании сопоставительного анализа результатов испытаний продуктов с одинаковой глубиной окисления устанавливали диапазон температур размягчения остатков, в котором продукты их окисления характеризовались наиболее благоприятными показателями.

Характер изменения основных качественных характеристик продуктов

окисления, полученных из остатков вакуумной перегонки мазута Арланской

нефти разной глубины отбора, представлен на рис. 5. Зависимости,

представленные на рисунке, показывают, что характер изменения величин

пенетрации, температуры размягчения и температуры хрупкости получаемых

битумов монотонный и для достижения заданных величин этих показателей

можно использовать остатки в достаточно широком диапазоне температур

выкипания (400 480 °С). Что касается растяжимости (дуктильности) битумов, то

нормативные значения этого показателя могут быть получены только при

окислении остатка с температурой выкипания остатка не ниже 410 °С.

160 150 -110 1зо 8 120 -Ж 110 § 5 100

8 | эо

5 80

■ I б /О 8. г ■ в о

1 5 50

1 ! «

3 е- зо' I 20

1 10

4 О

и>зао

-20

Рисунок 5 - Изменение качественных характеристик битумов с пенетрацией (П25) 66 дмм при окислении остатков мазута Арланской нефти разной глубины

Следовательно, нижний предел выкипания остатка - сырья для получения окисленных битумов должен быть не ниже 410 "С. Верхний предел выкипания следует ограничить температурой выкипания 480 °С, поскольку дальнейшее утяжеление остатка приводит к заметному ухудшению низкотемпературных характеристик битумов. Основные качественные характеристики экспериментальных битумов, полученных при прямом окислении остатков разной глубины отбора, представлены в табл. 4. Анализ представленной в таблице информации свидетельствует о следующем.

Наиболее пластичный битум с наилучшими низкотемпературными характеристиками получается при окислении остатка, выкипающего выше 380 °С. Однако такой битум характеризуется, как уже отмечалось выше, недостаточной растяжимостью и наименьшей (в серии экспериментов) устойчивостью к процессам старения. Требуемая устойчивость битума к старению достигается, начиная с остатка, выкипающего выше 400 °С.

Согласно требованиям стандарта РФ битум должен иметь благоприятные низкотемпературные характеристики. Предельные значения температуры хрупкости достигаются при работе с остатком, выкипающим не выше 440 °С. Таким образом, битумы дорожных марок, вырабатываемые из остатков вакуумной перегонки мазута Арланской нефти по технологии прямого окисления сырья, имеют наилучшие эксплуатационные характеристики, по стандарту РФ, если они получены из остатков, выкипающих в диапазоне 410 440 °С.

Таблица 4 — Основные качественные характеристики окисленных битумов, из остатков вакуумной перегонки мазута Арланской нефти_

Наименование показателей. Единицы измерения Фактические значения показателей для остатков, выкипающих выше, °С:

380 400 420

Глубина проникания иглы, дмм при 25 °С при 0 "С 103 44 78 25 66 21

Температура размягчения, °С 51,2 51,4 48,8

Дуктильность, см при 25 °С при 0 "С 24,1 3,7 43,4 3,4 > 150 3,5

Температура хрупкости, °С -25,4 -23,1 -18,4

После прогрева при 163 °С в течение 5 часов

Потеря массы, % масс 0,32 0,15 0,01

Изменение температуры размягчения, °С 7,2 5,1 4,8

Пенетрация при 25 "С, дмм. % от первоначальной величины 70,0 74,4 76,2

Дуктильность при 25 "С, см 14,1 1 28,8 95

Изменение температуры хрупкости, °С 2,4 1 1,5 1,1

Характер изменения качественных характеристик битумов, получаемых из остатков разной глубины отбора, хорошо согласуется с особенностями изменения групповых химических составов продуктов, определенных на разных стадиях окисления. Изменение ГХС происходит монотонно со снижением содержания

наиболее легко кипящих компонентов в составе продуктов по мере увеличения глубины окисления и с одновременным увеличением содержания продуктов реакций уплотнения, происходящих в процессе окисления - смол и асфальтенов. Так содержание парафинонафтеновых углеводородов легких и средних ароматических соединений в битумах по мере увеличения глубины окисления снижается при одновременном увеличении содержания смол и асфальтенов. Можно предположить, что парафинонафтеновые углеводороды выводятся отработанным воздухом вместе с отгоном и газами окисления, поскольку в процессе окисления они практически не участвуют. Легкая ароматическая часть сырья также частично уносится отработанным воздухом с отгоном, а средние ароматические соединения уже принимают участие в окислительных превращениях и расходуются как сырьё этих превращений. Отдельно стоит иначе выраженный характер изменения содержания в продуктах окисления тяжелых ароматических соединений. По всей вероятности, именно эти наиболее реакционноспособные группы углеводородов являются основным источником сырья для большинства окислительных превращений, поскольку с увеличением глубины окисления содержание тяжелых ароматических соединений в продуктах окисления заметно снижается, а содержание смол и асфальтенов растет.

Проведён сопоставительный анализ качества дорожных битумов одинаковых марок, полученных из остатков одинаковых нефтей, но по различным технологиям: с окислением и без него, представленный в табл. 5. Результаты анализа позволяют отметить следующие характерные общие характеристики и отличительные особенности каждого из битумов. Значения показателей температура размягчения и пенетрация при 25 °С у обоих битумов находятся практически в одинаковых диапазонах.

Различия начинают проявляться при оценке показателя «растяжимость при 25 °С». У битумов неокисленных растяжимость до и после испытания на старение превышает 150 см. У битумов окисленных растяжимость, измеренная до старения, составляет около 1 метра, а после старения снижается до значений, ниже требований норматива.

Таблица 5. Сопоставительный анализ качества дорожных окисленных и остаточных битумов одинаковых марок, полученных из остатков одинаковых нефтей___

Наименование показателей, единицы измерения Битумы окисленные Битумы остаточные

Глубина проникания иглы при 25 °С, 0,1 мм 78 66

Температура размягчения, °С 48,5 47,3

Дуктильность при 25 °С, см (мин.) > 150 > 150

Температура вспышки, "С (мин.) выше 260 выше 260

Динамическая вязкость, при 60 °С, П - 2800

Кинематическая вязкость, при 135 °С, сСт (мин.) - 420

Температура хрупкости, °С -23,1 -12,7

Глубина проникания иглы при 0 сС, 0,1 мм 25 19

После испытания в тонкой пленке при нагреве до 163 °С в течение 5 час

Потеря массы, % масс. 0,015 0,11

Остаточная пенетрация, % от первоначальной величины 74,2 77,3

Остаточная дуктильность, см 95 > 150

Динамическая вязкость при 60 °С, П (макс.) - 4700

Изменение температуры размягчения после прогрева, °С 5,2 3,2

Индекс старения - 1,67

Изменение температуры хрупкости, °С 1,8 0,4

Растяжимость неокисленных битумов выше, чем у битумов окисленных,

поскольку в их составе присутствуют в заметно большем количестве смолы и тяжелые ароматические соединения, ответственные за растяжимость.

Температура хрупкости битумов неокисленных при равной пенетрации выше, чем у окисленных битумов. Более низкие значения этого показателя у окисленных битумов объясняются повышенным содержанием в их составе парафинонафтеновых, легких и средних ароматических соединений, которые оказывают пептизирующее действие на коллоидную структуру битумов.

Одним из наиболее важных различий между битумами неокисленными и битумами, полученными по технологии окисления, является неодинаковая устойчивость к процессам термоокислительного старения. Окисленные битумы в значительно большей степени подвержены изменениям, происходящим в процессах, вызывающих старение. Примерно равные изначальные характеристики тех и других битумов после старения у битумов окисленных меняются в гораздо большей степени. Это температура хрупкости, пенетрация, вязкость и особенно

растяжимость; а также температура размягчения: до и после прогрева для битума окисленного составила - 5,2 °С, для остаточного битума - 3,2 °С, что подтверждает более высокую на 40 % устойчивость остаточных битумов к процессам старения по сравнению с битумами, полученными методом окисления.

Ускоренное старение битума в составе дорожного покрытия приводит к преждевременному износу дороги, к снижению срока безремонтной эксплуатации дорожного покрытия. Именно по этим причинам в дорожном строительстве предпочтение при проведении дорожных работ отдают тем битумам, которые в наименьшей степени подвержены процессам старения и в максимальной степени сохраняют исходные характеристики.

По комплексу показателей, измеренных после старения использование в дорожном строительстве битумов, полученных из высокосернистых высокосмолистых тяжелых нефтей, предпочтительнее, чем применение для тех же целей битумов, полученных по технологии окисления.

В четвёртой главе по результатам исследований обоснована технология комплексной переработки тяжелой нефти с получением дорожных битумов.

При разработке технологической схемы нами принималась во внимание потребность Республики Ирак в битумах не только дорожных, но и кровельных марок. А высокоплавкие кровельные битумы можно производить только с использованием технологии окисления. Поэтому комплексная установка переработки тяжелой нефти (рис. 6) включает в себя атмосферный, вакуумный и окислительный блок. Мощность всего производства при расчете принимаем 1 000000 тонн нефти в год при переработке нефти Арланского месторождения, поскольку такую нефть можно перерабатывать с получением, как прямогонных остаточных продуктов, так и с получением частично окисленных компаундированных битумов. Поэтому приняты два варианта технологии:

— вариант 1 — производство остаточных битумов;

- вариант 2 - комплексная технология, включающая стадии атмосферной и вакуумной перегонки плюс стадию окисления гудрона в битум.

Возможен вариант 3 переработки, при котором могут одновременно производиться и окисленные и неокисленные битумы. В этом случае сырьем для окисления служит гудрон с вакуумного блока, пластифицированный затемненной фракцией в балансовом отношении.

Рисунок 6 - Комплексная установка переработки тяжелой нефти с получением остаточных (вариант I) и окисленных (вариант И) битумов

В схеме предусмотрено компаундирование окисленного и неокисленного компонентов при производстве частично окисленных компаундированных битумов. Наряду с битумной продукцией на НПЗ будут вырабатываться в небольших количествах бензиновые фракции, которые могут быть реализованы как компонент товарных бензинов или как сырье для каталитического риформинга или пиролиза. Дизельные фракции характеризуются высокой плотностью и вязкостью и повышенным содержанием серы. Использовать их в качестве дизельного топлива по этой причине, а также по причине низкого цетанового числа нежелательно. Целесообразно рассматривать данный продукт как компонент дизельных топлив для смешения с топливами, имеющими запас качества по вязкости и по содержанию серы. Вторым направлением их использование может явиться производство печного бытового топлива по ТУ 38.101656-87.

Атмосферный газойль предлагается использовать в смеси с «черным соляром» в качестве котельного топлива.

Все виды продукции, которые предполагаются к производству будут востребованы. Отходов, которые могли бы потребовать принятия специальных мер для их. обезвреживания, утилизации, в процессе производства образовываться не будет.

В пятой главе произведена оценка прогнозных технико-экономических показателей строительства НПЗ по переработке тяжелой нефти. Мощность предприятия условно определена в 1 млн. т. нефти в год.

Произведены сводно-сметные расчеты строительства комплексной установки по переработке тяжелой нефти (аналога североиракской нефти), которые показали, что ориентировочная сметная стоимость строительства составит 5 949 260 тыс. руб. (табл. 6), из которых на долю основных объектов строительства приходится 65,7 % от общей суммы расходов. Произведены расчеты себестоимости нефтепродуктов по установкам атмосферной перегонки нефти, вакуумной перегонки мазута и окислению остатков.

Таблица 6 - Технико-экономические показатели проекта

Наименование продукции Объем произво детва, т. Товарная продукция Себестоимость Прибыль

Цена, руб./т Сумма, млн. руб. на 1 т. продукции, руб./т Сумма, млн. руб. на 1 т. продукции, руб./т Сумма, млн. руб.

Бензин прямо-гонный 150 ООО 13 688,08 2 053,213 9 434,00 1 415,100 4 254,087 638,113

Дизельное топливо 359 ООО 17 614,58 6 323,633 9 434,00 3 386,805 8 180,579 2 936,828

Мазут 139 800 7 457,63 1 042,576 5 920,00 827,616 1 537,627 214,960

Битум 338 400 9 152,54 3 097,220 6 451,07 2 183,042 2 701,474 914,179

Итого 12 516,642 7 812,562 4 704,080

Капитальные вложения = 5949,260 млн. руб. Срок окупаемости = 1,265 года

Произведены расчеты эксплуатационных затрат по установкам атмосферной, вакуумной и битумной. Рассчитаны суммарные технико-экономические показатели проекта строительства завода по переработки тяжелой нефти, которые представлены выше.

Выводы

1. Установлено, что на основании исследований групповых химических составов и процессов фракционирования, нефти Арланского и Ашальчинского месторождений РФ могут быть определены в качестве аналогов тяжелой нефти Северного месторождения Республики Ирак.

2. Установлено, что остатки вакуумной перегонки установленных аналогов североиракских нефтей, выкипающие выше 460 °С, можно рассматривать как битумные материалы, пригодные для использования в дорожном строительстве.

Остатки второго аналога североиракской нефти, получаемые методом вакуумной дистилляции мазута и выкипающие выше 475 °С, представляют собой остаточные дорожные битумы, отвечающие действующим стандартам. Остатки вакуумной перегонки мазута, выкипающие в пределах 410 - 440 °С, можно рассматривать в качестве сырья для производства битумов по технологии окисления.

3. Впервые установлено, что применение углублённого метода определения группового химического состава при исследованиях тяжелых высокосмолистых высокосернистых нефтей, мазутов этих нефтей и остатков их вакуумной перегонки позволяет прогнозировать пригодность для производства битумов с ожидаемыми качественными характеристиками и определять направления выбора оптимальных технологий переработки нефтей.

4. Показано, что основное различие между битумами окисленными и остаточными является различная степень их устойчивости к старению. По показателю «температура размягчения», определённому до и после старения, стабильность остаточных битумов на 40 % превосходит стабильность битумов окисленных. Следовательно, использование в дорожном строительстве остаточных битумов из высокосернистых высокосмолистых тяжелых нефтей, предпочтительнее, чем применение для тех же целей битумов окисленных.

5. Разработана оптимальная комплексная технология переработки тяжелых нефтей в дорожные битумы, включая североиракские нефти месторождения Аль-Каяра. Представлен примерный материальный баланс переработки тяжелой Арланской нефти. Показано, что все виды продукции, получаемой в производстве, будут востребованы.

6. Произведен примерный технико-экономический расчет промышленного производства по переработке. Определены суммарные технико-экономические показатели проекта строительства завода по переработки тяжелой нефти. Расчётный срок окупаемости капитальных затрат на строительство, составляет не более полутора лет.

Автор выражает благодарность заведующему отдела битумов ГУЛ ИНХП РБ к.т.н. Ю.А. Кутьину, заведующей лабораторией ассортимента и качества битумов отдела битумов ГУП ИНХП РБ Г.Н. Викторовой и главному научному сотруднику ГУП ИНХБ РБ профессору И.Р. Хайрудинову за научную консультацию.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях, в том числе № 1- 4 в журналах, рекомендованных ВАК для публикации:

1. Мушреф, X. Ш. Нефти и битумы Республики Ирак / X. Ш. Мушреф, Э.Г. Теляшев, Ю.А. Кугьин // Башкирский химический журнал. - 2012. - Т. 19. №.4 -С. 13.

2. Moshref, H. Sil. Petroleum road bitumen. Petroleum road bitumen. Standards, quality, technology, prospects / H. Sh. Moshref, Yu. A. Kutyin, E.G. Telyashev // Electronic scientific journal "Oil and Gas Business". - 2012. - Issue 6 -pp. 542.

3. Мушреф, X. III. Обоснование выбора нефтяного остатка оптимальной глубины отбора для получения окисленных дорожных битумов удовлетворяющих нормативным требованиям / X. Ш. Мушреф, Э. Г. Теляшев, Ю. А. Кутьин // Башкирский химический журнал. - 2013. - Т.20. -№.2 — С. 56.

4. Мушреф, X. Ш. О природе и свойствах различных битумных вяжущих и об участии нефтепереработки в производстве ПБВ / X. Ш. Мушреф, Ю. А. Кутьин, Э. Г. Теляшев // Мир нефтепродуктов. - 2013. - № 5. - С. 20.

5. Мушреф, X. Ш. Дорожные нефтяные битумы: нормативы, технологии производства качество, перспективы / X. Ш. Мушреф, Ю. А. Кутьин, Э. Г. Теляшев // Дороги. - 2012. - №12. - С. 107.

6. Мушреф, X. Ш. Совершенствование технологий получения битумов, применяемых в Республике Ирак / X. Ш. Мушреф, Ю. А. Кутьин // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Инновационные технологии в области химии и биотехнологии» // Уфа: Издательство Уфимского государственного нефтяного технического университета. — 2012. — С. 255.

7. Мушреф, X. Ш. Изменение качественных характеристик дорожных битумов полученных окислением остатков перегонки мазута / H. Н. Иргалиев, Ю. А. Кутьин, Э. Г. Теляшев, Г. Н. Викторова // Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка - 2012». - Уфа, ГУП ИНХП РБ, 2012. - С. 132.

8. Мушреф, Х.Ш. К вопросу об экономической эффективности использования в дорожном строительства новых битумов и материалов на их основе / X. Ш. Мушреф, Ю. А. Кутьин, Э. Г. Теляшев // Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка -2013».-Уфа, ГУП ИНХП РБ, 2013.-С. 126.

9. Мушреф, X. Ш. Об особенностях переработки нефтяных остатков ПНХЗ / X. Ш. Мушреф, H. Н. Иргалиев, Ю. А. Кутьин, Э. Г. Теляшев, Г. Н. Викторова // Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка — 2012». — Уфа, ГУП ИНХП РБ, 2012.-С. 130.

Лицензия №0177 от 10.06.96 г. Подписано в печать 09.07.2013. Бумага офсетная. Формат 60x84 '/16 Гарнитура «Тайме». Отпечатано на ризографе. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 90. Заказ 62.

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета Адрес издательства и типографии: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

Текст научной работы диссертации и автореферата по химии, кандидата технических наук, Мушреф Харес Шаалян, Уфа

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Надгравах рукописи

04201362153

МУШРЕФ ХАРЕС ШААЛЯН

ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ДОРОЖНЫХ БИТУМОВ ИЗ АНАЛОГОВ СЕВЕРОИРАКСКИХ НЕФТЕЙ

Специальность: 02.00.13 - «Нефтехимия (Технические науки)»

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, член-корр. АН РБ,

профессор Теляшев Э. Г.

Уфа-2013

Содержание

Введение..........................................................................................................5

Глава 1. Литературный обзор.......................................................................9

1.1 Общие понятия о битумах. Классификация битумов........................11

1.2 Состав битумов.......................................................................................12

1.3 Нефтяные дорожные битумы................................................................14

1.3.1 Битумы нефтяные дорожные вязкие.................................................14

1.3.2 Битумы дорожные жидкие.................................................................20

1.4 Битумы кровельные...............................................................................23

1.5 Битумы строительные............................................................................25

1.6 Качественные характеристики битумов..............................................26

1.7 Структура и свойства битумов. Взаимосвязь между

структурой и войствами............................................................31

1.8 Производство нефтяных битумов........................................................36

1.8.1 Производство остаточных битумов..................................................36

1.8.2 Производство неокисленных компаундированных битумов.........38

1.8.3 Производство окисленных битумов..................................................40

1.8.4 Сырьевая база и методы ее подготовки............................................43

Глава 2. Методы исследований. Экспериментальная часть....................46

2.1 Объекты исследований..........................................................................46

2.1.1 Общая характеристика нефтей..........................................................46

2.1.2 Общая характеристика нефтяных остатков.....................................48

2.2 Методы исследований...........................................................................49

2.2.1 Краткое описание основных методов

исследования свойств нефтяных остатков и битумов.............................51

2.2.2 Метод определения сопротивления битума старению под

воздействием высокой температуры и воздуха при постоянной смене

поверхности (метод 1ШЮТ,Евростандарт ЕЙ 12607-1).........................55

2.2.3 Методика определения группового химического состава нефтяных остатков.......................................................................................57

2.2.4 Методика окисления нефтяных остатков в битумы

в лабораторных условиях............................................................................58

Глава 3. Научно-практическое обоснование целевого

применения выбранных объектов исследований.....................................61

3.1 Углубленное изучение состава нефтей - основных объектов исследований................................................................................................61

3.2 Изучение превращений, происходящих в процессах перегонки нефтей............................................................................................................65

3.2.1 Атмосферная перегонка нефтей........................................................65

3.2.2 Вакуумная перегонка мазутов...........................................................69

3.3 Характеристика остатков, полученных из мазутов Ашальчинской и Арланской нефтей..........................................................72

3.4 Исследования процесса окисления фтяных остатков Арланской нефти Определение оптимальной глубины отбора остатка для получения дорожных окисленных битумов.........................75

3.5 Исследование качественных характеристик экспериментальных образцов остаточных дорожных битумов.................................................80

3.6 Сопоставительный анализ качественных характеристик

окисленных и остаточных дорожных битумов.........................................87

Глава 4. Обоснование выбора рациональной технологии

переработкитяжелых нефтей с получением дорожных битумов...........99

4.1 Производство остаточных битумов...................................................100

4.2 Производство окисленных битумов...................................................105

4.3 Обоснование выбора рациональной технологии переработки

тяжелых нефтей с получением битумов различных марок...................106

ГЛАВА 5. Оценка прогнозных технико-экономических

показателей строительства НПЗ по переработке тяжелой нефти..........112

Выводы........................................................................................................120

Список литературы....................................................................................120

Введение

Актуальность темы

Растущие требования к качеству дорог, особенно, современных высокоскоростных и высоконагруженных приводят к необходимости использования в дорожном строительстве всё более прочных и долговечных асфальтобетонов, которые могут быть получены только при использовании битумов с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Для производства таких битумов уже требуются новые нетрадиционные сырьевые источники, например, тяжелые высокосмолистые высокосернистые нефти, при переработке которых будут производиться дорожные битумы нового, более высокого уровня качества.

Цель работы

Целью работы является разработка оптимального варианта технологии переработки тяжёлых нефтей с производством дорожных битумов, отвечающих требованиям стандартов республики Ирак.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать общие характеристики нефтей - объектов исследований;

- изучить характер изменения групповых химических составов остатков

разной глубины отбора в процессе атмосферной и вакуумной перегонках;

Научная новизна работы

Впервые показано, что применение способа углублённого определения группового химического состава при исследованиях тяжелых высокосмолистых нефтей, остатков атмосферной и вакуумной перегонки позволяет прогнозировать пригодность таких нефтей для производства битумов с ожидаемыми качественными характеристиками и определять направления выбора оптимальных технологий переработки нефтей в дорожные битумы. Метод позволяет выделять семь групп углеводородов: парафино-нафтеновые, ароматические - легкие, средние и тяжёлые, смолы силикагелевые и спиртофенольные и асфальтены. Более полное раскрытие состава исследуемых нефтепродуктов позволяет более достоверно определять и направленно регулировать их коллоидную структуру. В отличие от аналогов данный метод позволяет конкретизировать реакционную способность каждой группы углеводородов и определять механизм их превращений при переработке.

Практическая значимость работы

Комплексное изучение групповых химических составов (ГХС) тяжелых нефтей позволяет осуществлять их выбор и прогнозировать применимость той или иной нефти для получения дорожных битумов с заданным уровнем качества.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

- Международной научно-практической конференции «Нефтегазопере-работка», проведенной в г. Уфе в 2012, 2013 гг.

- научных семинарах УГНТУ и ГУП ИНХП РБ.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 5 статей, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации, 1 статья в научном журнале и 4 тезиса докладов.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 132 страницах, содержит 27 рисунков и 27 таблиц. Список литературы состоит из 117 наименований публикаций.

Глава 1. Литературный обзор

Битумы - это вещества органического происхождения преимущественно черного цвета с плотностью около или несколько выше единицы, с низкой тепло-и электропроводностью. Битумы устойчивы к воздействию различных химических реагентов, характеризуются газонепроницаемостью и высокой водостойкостью, что предопределяет основные направления их использования. Именно такие ценные качества битумов в сочетании с низкой стоимостью и массовым производством сделали их незаменимыми во многих областях хозяйства [1,2,3,4,5].

В Ираке, на территории которого имеется значительное количество месторождений природных битумов, например, в районе современных городов Хит в центре и Каера на севере Ирака, древние жители еще более 5000 лет назад знали о полезных свойствах битумов и использовали эти материалы во многих сферах своей деятельности. С применением битумов строили жилища и другие здания и сооружения, широко использовали их при обустройстве кровли.

Одним из наиболее главных и ценных качеств битумов для древних людей -это возможность создания надежных водозащитных сооружений на его основе. Природные битумы и асфальты, добываемые в районах нефтяных месторождений, издавна использовали в качестве вяжущих, антисептических, противокоррозионных и водозащитных материалов при строительстве зданий, туннелей, водохранилищ, применяли в судостроении, медицине и т.д. Древние мастера из листьев пальмы и битума изготовляли стаканы для питья [6,7,8].

В сельском хозяйстве битумы использовали, в основном, для строительства систем орошения: русла каналов, арыков пропитывали и покрывали битумом, чтобы вода не уходила в землю и могла дойти до самых отдаленных участков. Смесью битума и серы защищали сельскохозяйственные угодья от вредителей.

Уже в далекой древности с использованием битума строили дороги. Битум разогревали и смешивали в определенных пропорциях с дроблеными минеральными материалами. Полученную смесь распределяли по обустраиваемой

поверхности и уплотняли. Собственно такая технология приготовления твердых дорожных покрытий в основе своей сохранилась и до наших дней [8,9].

В настоящее время битумы широко применяют в промышленном и гражданском строительстве в качестве вяжущего, антикоррозионного и гидроизоляционного материала, во многих отраслях техники и строительной индустрии. Основными областями применения битумов являются строительство и ремонт дорог, аэродромных покрытий, промышленных и гражданских зданий и сооружений. Более 70 % из всего объема битумов, вырабатываемых в России, используют в дорожном строительстве. Примерно такое же соотношение между общим объемом производства и использования битумов в дорожном строительстве существует в США и во многих европейских странах [4,5].

В дорожном строительстве битум это в первую очередь клей. Его основное назначение прочно соединять и надежно удерживать продолжительное время в связанном состоянии минеральный каркас из фракционированных минеральных составляющих. Такой материал должен длительное время выдерживать интенсивные знакопеременные нагрузки и воздействие неблагоприятных природных факторов: воды, высоких и низких температур, ультрафиолетового излучения солнца, действия кислорода воздуха. И применение битумов в дорожном строительстве в целом позволяет решить задачи изготовления и длительной эксплуатации битум содержащих материалов в составе дорожных покрытий [10,11,12].

Правительством Ирака принято решение, начиная с 2010 г. осуществить строительство в стране новых установок для производства дорожных битумов и модернизировать установки деасфальтизации на нефтеперерабатывающих предприятиях северной, южной и средней компаний. Цель этих мероприятий -выполнение правительственной программы ремонта и развития сети старых дорог и строительства новых современных автомобильных дорог с твердым асфальтобетонным покрытием.

Для безусловного выполнения программы необходимо собственное современное производство в стране высококачественных дорожных битумов, производимых из нефтей месторождений Республики Ирак.

Именно поэтому представленное на защиту исследование было направлено на изучение состава и свойств нефтей отдельных месторождений Ирака, на обоснование выбора объекта исследований, позволяющего наиболее полно решить поставленную задачу - получить и исследовать состав и качественные характеристики дорожных битумов, предполагаемых к использованию в дорожном строительстве страны [6,9].

1.1 Общие понятия о битумах. Классификация битумов

Под термином «битум» понимают жидкие, вязкие (полутвердые) или твердые соединения углерода и водорода, содержащие небольшое количество кислород-, серу- и азотсодержащих веществ и металлов и значительное количество асфальто-смолистых веществ, хорошо растворимых в неполярных органических растворителях [1,13,14,15].

Битумы могут быть природного происхождения или получены в результате переработки нефтей, горючих ископаемых, битуминозных пород.

Битумы природные могут быть получены из нефтей асфальтового, полуасфальтового или неасфальтового основания. Природные битумы получают также из асфальтитов или природных асфальтов [13,16,17,18].

Битумы нефтяные искусственные подразделяются на окисленные, частично окисленные и неокисленные. Неокисленные битумы могут быть прямогонными остаточными, получаемыми из мазутов, полугудронов и гудронов. Неокисленные битумы можно получить также из остатков деасфальтизации отбензиненных нефтей, гудронов и других остаточных продуктов с использованием экстрактов селективной очистки остаточных или дистиллятных масел [10,19,20,21, 22,23].

Окисленные битумы получают прямым окислением прямогонных нефтяных остатков кислородом воздуха при повышенных температурах.

Частично окисленные битумы могут быть получены при компаундировании

битумов окисленных и неокисленных, а также при компаундировании

окисленных битумов разной глубины окисления, или при компаундировании

глубоко окисленных битумов с прямогонными остатками и пластификаторами

различного происхождения [1,19,24,25,26,27,28].

1.2 Состав битумов

Нефтяные битумы представляют собой сложную смесь остаточных высокомолекулярных углеводородов нефти и их гетеропроизводных самого разнообразного строения. Поэтому проблема полной идентификации всех составляющих битум соединений практически неразрешима. Практика показала, что для решения целого ряда технических задач вполне достаточно определить содержание отдельных классов или групп веществ, входящих в состав битума [10,13,29, 30,31].

Элементарный состав битумов примерно следующий (в % масс): углерод 80-85; водород 8-11,5; кислород 0,2-4; сера 0,5-7; азот 0,2-0,5 [1,4,30,32]. Общепринятым методом определения соединений различных классов и групп является разделение веществ по их избирательному отношению к селективным растворителям и адсорбентам. По этому принципу в состав битумов входят:

- асфальтены - наиболее высокомолекулярные соединения нефти, которые растворяются в сероуглероде и хлороформе, не растворяются в спирте эфире, ацетоне;

- асфальтогеновые кислоты - кислые смолистые вещества, растворимые в спирте, хлороформе, плохо растворимые в бензине;

- нейтральные смолы, раств