Оценка влияния группового химического состава компонентов нефтяных дорожных битумов на их показатели качества

Текст научной статьи Оценка влияния группового химического состава компонентов нефтяных дорожных битумов на их показатели качества

Список литературы Оценка влияния группового химического состава компонентов нефтяных дорожных битумов на их показатели качества

Автор: Кунаккулова Э.М., Жиленко К.А., Евдокимова Н.Г.

Журнал: Форум молодых ученых @forum-nauka

Статья в выпуске: 3 (43), 2020 года.

Бесплатный доступ

В статье рассмотрено влияние отдельных компонентов дорожного битума на его физико-химические показатели. Получены две серии образцов с различным компонентным составом. Представлен групповой химический состав сырья для компаундирования.

Битум, групповой химический состав, масла, смолы, асфальтены, компаундирование

Короткий адрес: https://sciup.org/140287701

IDR: 140287701

Нефтяные битумы – природные или искусственно получаемые тяжелые нефтепродукты. В нефтепереработке битумы получают в основном окислением гудронов (окисленные битумы), глубоковакуумной перегон- кой мазута или тяжелых нефтей (остаточные битумы), либо компаундированием (смешением в определенных пропорциях) окисленных и неокис-ленных компонентов [1].

Битумы отличаются вязкой или твердой консистенцией, и представляют собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов нефтяного происхождения, а также их производных, содержащих кислород, серу, азот и комплексные соединения металлов [1].

В связи с увеличением глубины переработки нефти сырье битумного производства - гудроны кардинально меняют свои свойства, в том числе из-за увеличения вязкостных характеристик, повышения коксуемости, снижения содержания в своем углеводородном составе масляных компонентов, увеличения содержания смол и асфальтенов.

Проблемы, возникающие с повышением глубины переработки нефтяного сырья, могут быть решены во многом за счёт оптимизации используемых технологий производства нефтепродуктов, в том числе за счет модернизации технологии и адаптации производства нефтяных битумов к утяжеленным гудронам. Широкое применение на российских заводах нашел метода компаундирования гудрона и глубокоокисленного битума. Данная технология производства битумов именуется как «окисление -компаундирование» [2] и позволяет расширить ассортимент выпускаемой продукции и улучшить свойства нефтяных битумов за счет большого выбора компонентов для компаундирования. В результате подбора оптимального соотношения компаундов можно достичь наилучшего группового химического состава битума и его дисперсности [3, 4] и получить готовую битумную продукцию соответствующую ГОСТ 33133-2014.

Дорожные нефтяные битумы состоят из масел, смол и асфальтенов. Качество битумов, как нефтяных дисперсных систем, непосредственно связано с их структурой и свойствами, которые определяются количественным соотношением компонентов группового химического состава.

Каждый из данных компонентов вносит свою значимую роль в физикохимические свойства. В результате изменения свойств сырья не всегда возможно получение битумов в полной мере соответствующих требованиям потребителей. Поэтому исследования, направленные на изучение и определение химического состава битумов, являются актуальными т.к. позволят сформировать оптимальную структуру битумного вяжущего для устройства долговечных асфальтобетонных дорожных покрытий.

Целью исследований стал подбор наилучшего состава компаундированных дорожных битумов, полученных по технологии «окисление-компаундирование» и определение его группового состава, который обеспечит требования нового стандарта ГОСТ 33133-2014 «Битумы нефтяные дорожные вязкие».

Помимо основного компонента компаундирования – гудрона, для исследования были выбраны такие компоненты как мазут, тяжелая смола пиролиза (ТСП) и вакуумный газойль (ВГ). Данные нефтепродукты были выбраны с целью обеспечения достаточного количества масляных компонентов в битуме.

Содержание глубокоокисленного битума и мазута в компаундах представлено в таблице 1, а содержание глубокоокисленного битума, вакуумного газойля и тяжелой смолы пиролиза в таблице 2. Физикохимические свойства полученных битумов представлены в таблице 3,4.

Таблица 1 – Состав битума на основе глубокоокисленного битума и мазута

№ образца	1	2	3	4	5	6
Содержание мазута, % масс.	5	10	12	15	17	20
Содержание глубокоокисленного битума, % масс.	95	90	88	85	83	80

Таблица 2 – Состав битума на основе глубокоокисленного битума, вакуумного газойля и тяжелой смолы пиролиза

Таблица 3 – Физико-химические свойства битумов, полученных компаун- дированием глубокоокисленного битума и мазута

№ композиции	1	2	3	4	5	6	ГОСТ 33133
№ композиции	1	2	3	4	5	6	БНД 70/100	БНД 100/130
Температура размягчения, °С	54	52	50	48	47	45	47	45
Глубина проникания иглы при 25 ^оС х 0,1 мм	72	86	104	109	116	140	71-100	101 130
Растяжимость при 25 °С, см	8,9	18,6	26,8	37	44,4	58,9	не менее 62	не менее 70

Таблица 4 – Физико-химические свойства битумов, подученных компаундированием глубокоокисленного битума, вакуумного газойля и тяжелой смолы пиролиза

№ композиции	7	8	9	10	11	12	ГОСТ 33133
№ композиции	7	8	9	10	11	12	БНД 70/100	БНД 100/130
Температура размягчения, °С	50	51	51	45	37?	49	47	45
Глубина проникания иглы при 25 ^оС х 0,1 мм	100	97	93	108	180	107	71-100	101-130
Растяжимость при 25 °С, см	7,7	7,4	9,4	26,5	61,8	10,4	не менее 62	не менее 70

Таблица 5 – Групповой химический состав компонентов битума

Компоненты	Содержание, % масс.
Компоненты	Масла	Смолы	Асфальтены
Мазут	81,4	10,2	8,4
Вакуумный газойль	95,9	2,6	1,5
Тяжелая смола пиролиза	69,0	18,9	12,1
Глубокоокисленный битум	57,7	24,0	18,3

По полученным данным можно сделать вывод, что введение мазута, тяжелой смолы пиролиза и вакуумного газойля приводит к значительному увеличению пластичных свойств. Высокое содержание масел в битуме увеличивает глубину проникания иглы, но в то же время снижает значения дуктильности. Методом подбора отношения асфальтены/смолы можно достичь требуемых значений дуктильности в соответствие с требованиями ГОСТ.

Таким образом, полученные результаты можно использовать для дальнейших исследований по определению оптимального группового химического состава битумов, полученных компаундированием глубоко-окисленного битума с различными по составу нефтепродуктами.

Содержание вакуумного газойля, % масс.

Содержание тяжелой смолы пиролиза, % масс.

Содержание глубокоокисленного битума, % масс.

Гун Р.Б. Нефтяные битумы. - М.: Химия, 1973. - 432 с.
Кунаккулова Э.М., Ишкина Д.П., Евдокимова Н.Г. Подбор компонентов для производства нефтяных битумов по схеме "окисление-компаундирование" на основе их химического состава // Материалы Междунар. науч.-метод. конф. "Интеграция науки и образования в вузах нефтегазового профиля". - 2018- Уфа: УГНТУ. - 2018. - С. 128 - 131.
Евдокимова, Н.Г. Формирование золь-гелевой наноструктуры дорожных битумов методом подбора группового химического состава/ Н.Г. Евдокимова, Н.А. Егорова, Д.П. Султанова, Э.М. Кунаккулова, Н.Г. Сережкина // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал", 2019, № 11(5) - С. 512-.
Евдокимова Н.Г. Разработка научно-технологических основ производства современных битумных материалов как нефтяных дисперсных систем: дис. док.техн. наук: 05.17.07.- М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2015. - 410 с.

Статья научная