Ноу-хау: качественные дорожные битумы можно делать из более тяжелых нефтяных фракций

Как делают битум

Сегодня в мире существуют четыре основных блока технологий, по которым производится дорожный битум. По каждому из блоков отраслевая отечественная наука имеет свои промышленно реализованные высокоэффективные версии.

Первый представляет собой атмосферно-вакуумную перегонку тяжелых, высокосернистых, смолистых нефтей. Получаются остаточные неокисленные битумы (фактически, правильно отобранные гудроны). Такая технология сегодня наиболее популярна в северной Америке. В Европе по ней получают примерно 60% битумов из тяжелых венесуэльских нефтей.

Второй блок технологий тоже начинается с атмосферно-вакуумной перегонки нефти. Далее деасфальтизация полученного гудрона пропан-бутановым растворителем и компаундирование асфальта с исходным гудроном или другими компонентами. Получаются компаундированные неокисленные битумы. Эта технология не очень популярна в мире. Но активно используется в Финляндии.

Третий блок технологий, как и в первом случае, начинается с атмосферно-вакуумной перегонки нефти. Затем идет направленное окисление гудрона. Сегодня это самая популярная технология в РФ. Получается классический окисленный битум.

Четвертый блок технологий включает атмосферную перегонку - вакуумную перегонку - переокисление гудрона с получением аналога строительного битума - компаундирование полученного продукта с исходным гудроном и другими компонентами. Получаются компаундированные битумы. Данная технология получила развитие на целом ряде предприятий в России.

Рассмотрим эти технологии более подробно. 

Технология первая (Атмосферно-вакуумная перегонка тяжелой сернистой смолистой нефти. Неокисленные (остаточные) битумы БНН ТУ 0256-097-00151807-97):

Эта технология впервые была реализована на базе Ярегской нефти (Республика Коми). Полномасштабная промышленная реализация началась в Нижнекамске в 2002 году.

Полученный с ее помощью продукт БНН (битум нефтяной неокисленный) 80/120 позволил получить асфальтобетон, который полностью удовлетворяет требованиям ГОСТ 9128-97, предъявляемым к асфальтобетону марки «Б» II марки». Он обладает хорошими прочностными свойствами и свойствами по водотталкиванию. Также он имеет хорошую растяжимость, усталостную долговечность.

Устойчивость к замораживанию и оттаиванию у него выше, чем у стандартного асфальтобетона. По совокупности стандартных свойств этот битум может быть отнесен к асфальтобетону типа «Б» II марки, который можно применять во II-V дорожно-климатических зонах. А по ряду дополнительных характеристик: растяжимость, усталостные свойства, морозостойкость - превосходит стандартный асфальтобетон. Существует очень много примеров промышленной реализации такого битума. С его использованием было уложено в дорожное полотно порядка 5000 тонн асфальтобетонной смеси типа А и Б. В 100% случаев асфальтобетон удовлетворяет требованиям СНиП 3.06.03-58 и ГОСТ 9128-97. Этот битум даже хотели покупать финские дорожники, но только логистические проблемы доставки из Нижнекамска этому помешали.

Тем не менее, битум, произведенный по данной технологии, официальными письмами Министерства транспорта РФ (исх. № ОС-28/3632 и исх. № ГДСХ-29/3631-ИС от 24.09.02) был запрещен к использованию по причине его несоответствия некоторым показателям ГОСТ 22245-90.

Технология вторая (Атмосферно-вакуумная перегонка, деасфальтизация гудрона, компаундирование. Неокисленные компаундированные битумы БНК):

Такой битум начали производить в 1994 году на НПЗ «Уфанефтехим». Благодаря этой технологии стало возможным использование даже высокопарафинистых нефтей для получения неокисленных дорожных битумов. Причем управляемого и заданного качества, стабильного во времени и устойчивого к воздействию повышенных температур. 

Получаемый по этой технологии продукт обладает высокой коллоидной стабильностью, управляемой адгезией, повышенной устойчивостью к термоокислительному старению, низким содержанием твёрдых парафинов. Кроме того, этот битум является прекрасным сырьевым компонентом для производства битумных эмульсий различного назначения. 

Использование этого битума в реальном дорожном строительстве показало прекрасные результаты. Как пример, участок автодороги на трассе Белорецк – Учалы (26-36 км), который был построен с применением стандартного асфальтобетона, изготовленного на неокисленном компаундированном битуме БНК в июне 1994 г. Эта горная трасса, на которой зимой температура достигает -50 °C, а летом полотно прогревается до + 80°C, простояла без ремонта 18 лет, пока ее не перекрыли новым асфальтом.

Но при этом данный битум, как и БНН, не по всем параметрам соответствовал ГОСТу и был запрещён к использованию.

Технология третья (Атмосферно-вакуумная перегонка и окисление гудрона. Окисленные битумы):

Это самая распространённая технология в России для производства битумов из Западно-Сибирских нефтей и их смесей. С применением этой технологии производят основную часть отечественных битумов. Классические окисленные битумы, к сожалению, имеют склонность менять свои свойства во времени и не позволяют достичь нужного качества и долговечности дорожного полотна. Однако, при правильном использовании технологии и направленном окислении можно получать высококачественные продукты.

Рассмотрим это на примере нефти Ашальчинского месторождения Татарстана. Изначально целый ряд российских и зарубежных экспертов говорили, что получить из этой тяжелой, сернистой, смолистой нефти битумы, соответствующие действующим стандартам, просто невозможно!

На практике, были подобраны оптимальные технологические условия окисления, и получился продукт, соответствующий всем требованиям ГОСТ 22245-90. Полученный асфальтобетон, также соответствующий действующему стандарту, показал отличную устойчивость к образованию колеи: при 20 тысячах опытных прокатов глубина колеи получилась менее 2 мм.  

Главная особенность технологии: по ней можно выпускать качественный дорожным битум из тяжелых нефтей без особых требований к вакуумной перегонке.

Технология четвертая(переокисление-разбавление):

Битум производится по следующей схеме: атмосферная перегонка – вакуумная перегонка – переокисление гудрона – компаундирование переокисленного продукта с гудроном и другими компонентами.  В результате чего получаются компаудированные битумы.

Это так называемая технология компромисса. С ее помощью можно использовать окислительные технологии и при этом получать вполне стабильный продукт. По данной технологии берется перекислённый продукт, который близок к строительному битуму, и смешивается с гудроном. Половина сырья окисляется до практически стабильного состояния, вторая половина остается неокисленной и стабильной. Два стабильных компонента дают стабильный продукт. Только на производстве достигается экономия в 30-40%. При этом полученный продукт демонстрирует великолепные свойства как самого битума, так и асфальтобетона на его основе.

Суть технологии - глубокое окисление сырья с любой условной вязкостью (ВУ80) в диапазоне 20 ÷300 сек. до значения показателя «температура размягчения» порядка 60÷ 90 ᴼС – стадия создания структурного каркаса битума с повышенным и направленно регулируемым содержанием смол и асфальтенов. Далее - пластификация оксидата неокисленными остаточными устойчивыми к старению стабильными компонентами: такими, как исходное битумное сырьё, специальные пластифицирующие добавки, боковые погоны и пр.. В результате получаются стабильные частично окисленные дорожные битумы широкого ассортимента и заданного уровня качества. Впервые такая технология была реализована на новой установке в Салавате в 2006 году. 

Для производства битумов эффективнее использовать тяжелые нефти.

Битум, как известно, это просто репутационный продукт, который бизнеса не делает. Его выпуск в экономике НПЗ (нефтеперерабатывающего завода) составляет менее 1% от общего числа нефтепродуктов. Главное сырье нефтепереработчиков – легкие малосернистые нефти, из которых изготавливается основная продукция нефтепереработки - топливо. Тяжелые же фракции как бы остаются втуне.

По мнению Эльшада Теляшева, настала пора рассмотреть возможность строительства специализированных локальных битумных НПЗ и в качестве сырья перерабатывать на них низкомаржинальную для классической нефтепереработки тяжелую нефть. Супербитумы, которые будут выпускаться на базе этой нефти, при прочих равных, будут служить в разы дольше.

У этого пути большие перспективы, так как разведанные запасы тяжелых сверхвязких высокосернистых высокосмолистых нефтей, природных битумов и битуминозных пород сегодня превышают запасы легких малосернистых нефтей. Между тем, они до сих пор не используются как дополнительные сырьевые источники.

Технологии для переработки каждого из перечисленных типов сырья уже апробированы и рекомендуются к внедрению. В случае их активного освоения, у инновационных битумов будут следующие плюсы: повышенная адгезия вяжущего к инертным материалам, улучшенные низкотемпературные характеристики, повышенная коллоидная стабильность и сопутствующая устойчивость битумов нового типа к процессам термоокислительного старения. Асфальтобетоны на базе новых битумов будут характеризоваться повышенными прочностными характеристиками, а также высокой водо- и трещиностойкостью. 

Надо сказать, что нефтепереработчики сегодня готовы выполнить любую прихоть дорожников. Но им не хватает наличия научно обоснованных нормативов. Когда таковые будут разработаны, нефтепереработчики смогут сделать любой запрашиваемый битум: хоть по отечественным стандартам, хоть по европейским нормам или технологии «Суперпейв». Кроме того, «нефтепереработку» надо на равных привлекать к созданию таких нормативов. От этого выиграют все: и нефтепереработчики, и дорожники.

Подготовил Станислав ДОНИН