ГлавнаяНефтяные гудроны — продукты атмосферно-вакуумной дистилляции нефти. Качество таких продуктов резко различно, оно определяется природой нефти, спецификой сырья, оборудования и технологических режимов переработки, которые, в свою очередь, колеблются в различной степени как внутри каждого завода, так и на различных нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ).
Гудроны могут быть жидкообразными (вязкость от десятков секунд по стандартному вискозиметру C60в5) или твердообразными системами с температурой размягчения по КиШ до 40—42° С. Количество асфальтенов в них может изменяться от 2 до 15%. Стандартов на химический состав и свойства гудронов на данном этапе нет. Применение непереработанных гудронов в качестве вяжущих без тщательных исследований не гарантирует надлежащее качество и необходимую долговечность оснований и покрытий автомобильных дорог. Для улучшения качества нефтяных гудронов их часто подвергают специальной переработке. Наибольшее распространение получил в дорожных хозяйствах Миндорстроя Украины и Минавтодора России способ бескомпрессорного окисления битума. На предприятиях этих министерств действует более ста установок бескомпрессорного окисления битума (рис. 14). Бескомпрессорным этот способ назван потому, что для окисления гудрона используется эффект всасывания воздуха и его диспергирования. Этот эффект возникает при расположении центробежного элемента в окисляемой среде. При этом отпадает необходимость в специальных компрессорах, воздуходувках.
Реактор представляет собой горизонтальный цилиндрический аппарат, внутри которого имеется несколько реакционных и одна отстойная секция. Реакционные секции по своему назначению и технологической обвязке идентичны. Отстойная выполняет роль буферной емкости для накопления готового битума перед его откачкой из реактора. Секции отделены друг от друга перегородками и соединяются гидрозатворами. В каждой реакционной секции установлен диспергатор специальной конструкции, при вращении которого происходит засасывание и распыление воздуха в окисленном гудроне или другом продукте.
Гудрон или другое сырье поступает при температуре 170—210 °C в первую по ходу реакционную секцию. По мере окисления сырья кислородом воздуха окисляемая смесь перетекает через гидрозатворы. Рабочая емкость реактора рассчитана таким образом, что за время пребывания в нем сырье успевает окислиться до получения битума заданной марки. Процесс окисления ведется при температуре 180—270 °С.
Имеются опытные реакторы с рабочим объемом 30 м3 и опытно-промышленный реактор бескомпрессорного получения битумов с рабочим объемом 12 м3.
По проектным данным, производительность реактора с рабочим объемом 30 м3 при окислении ромашкинской нефти с получением битума БНД-200/300 — 27,4 т/ч; БНД-130/200 — 18,2; БНД-90/130 — 13,7; БНД-60/90 — 9,2; БН-IV — 6,9; 5H-V — 5,0 т/ч. Расход пара на выработку 1 т битума в зависимости от марки битума изменяется соответственно от 0,0025 до 0,0067 т/т, воды от 0,006 до до 0,016 м3/т, топлива от 7,4 до 20 кг/т. Результаты опытной эксплуатации установки на Кременчугской НПЗ при переработке гудрона из смеси 85% гнединцевской и кагановской и 15% мангышлакской нефтей показали, что производительность реактора в 2 раза ниже проектной, а удельные расходы электроэнергии в 2 раза, воды в 7 раз и пара в 100 раз выше по сравнению с проектом, предусматривающим окисление гудрона ромашкинской нефти.
Бескомпрессорный способ окисления гудронов имеет ряд преимуществ для районов, удаленных от нефтеперерабатывающих заводов, а именно: получение битума вблизи места потребления, по сравнению с битумом гудрон проще транспортировать и сливать, снижение затрат на затаривание; простота способа окисления.
Ho наряду с преимуществами этого способа у него есть и недостатки: значительный расход электроэнергии, воды, пара и т. д.; качество получаемых битумов хуже, чем битумов, получаемых на специализированных нефтезаводах; отсутствие в системе дорожного строительства специалистов по технологии приготовления битумов. Несмотря на вышеперечисленные недостатки этот способ приготовления битумов применяется в последние годы сравнительно широко.
Опыт эксплуатации слоев дорожных одежд, построенных с использованием битумов, приготовленных бескомпрессорным способом, свидетельствует о том, что такие битумы относительно быстро стареют в верхних слоях покрытий, что сокращает сроки службы последних. Поэтому подобное вяжущее целесообразно применять для приготовления асфальтобетонных смесей, используемых для устройства нижних слоев двухслойных покрытий или слоев оснований.
Имеются исследования, подтверждающие возможность использования непереработанных гудронов Московского и Ново-Рязанского нефтеперерабатывающих заводов для укрепления слабо- и разнопрочных известняков. Гудроны этих заводов содержат в своем составе те же компоненты, что и жидкие битумы, но в другом процентном соотношении. Групповой химический состав этих гудронов следующий: асфальтенов 7—10%, смолы 31—35, масла 62—55%. Поверхностная активность и вязкость гудронов меньше, чем у битумов. При исследовании гудронов Московского и Ново-Рязанского НПЗ с температурой размягчения в пределах 34—40° С были установлены их физико-механические свойства (табл. 18).
Проведенные лабораторные работы и наблюдения (до 4 лет) за опытными участками дорог, построенных в Московской обл., подтвердили целесообразность применения непереработанных гудронов Московского и Ново-Рязанского нефтеперерабатывающих заводов (работающих на нефти типа ромашкинской) для улучшения свойств малопрочных известняков, распространенных в Московской обл. Слои из этих материалов, обработанных гудроном, использовались для устройства оснований и нижних слоев покрытий на дорогах III и IV категорий, что принесло до 5 тыс. руб. экономии на 1 км дороги.
Существенное улучшение дорожно-строительных свойств гудронов может быть получено путем примешивания к ним естественных битуминозных пород. Так, Гипродорнии были проведены опыты по получению вязких битумов из гудрона Московского нефтеперерабатывающего завода компаундированием с зольным асфальтитом Садкинского месторождения Оренбургской обл. Оказалось, что введение в гудрон 10% этого асфальтита в виде тонкого порошка существенно влияет на свойства вяжущего, в результате чего без окисления из гудрона может быть получен вязкий битум с глубиной проникания 230. При добавлении 25% асфальтита образуется битум с глубиной проникания 54. Изменяя количество асфальтита, можно получить весь диапазон вязких марок битума от БНД-200/300 до БНД-40/60. Полученные вяжущие удовлетворяют требованиям действующего ГОСТа на вязкие улучшенные нефтяные дорожные битумы. Они обладают хорошим сцеплением с мрамором, имеют широкий интервал пластичности, а битум, содержащий 25% асфальтита, обладает также хорошим сцеплением с кислыми породами (гранитом).
Процесс смешения гудрона с асфальтитом происходит при температуре 100—180° С быстро, без каких-либо технологических трудностей.
Нефтегазовый пек — отход нефтегазовых заводов при переработке нефтяных масел и их дистиллятов заменяет каменно-угольный деготь и используется для укрепления и устройства оснований.
Нефтяная грязь — остатки, получающиеся при переработке нефти. В ней содержится большое количество воды и минеральных примесей, в среднем 40% сырой нефти, 40% песка (грунта), 20% воды. Нефтяной грязью можно обрабатывать супесчаные и суглинистые грунты для повышения их водостойкости.
Мазутные очистки — отходы нефтепродуктов, получаемые в результате очистки нефтеналивных судов, цистерн и других емкостей. Такие отходы тяжелых нефтей (мазутные очистки) могут использоваться для дорожного строительства после их предварительного улучшения.
Так, в районе Астрахани скопились большие объемы неиспользованных мазутных очисток, хранящихся в открытых котлованах, где они окисляются под воздействием воздуха и погодных условий. Опыт показал, что тяжелые нефтяные остатки могут быть успешно использованы для укрепления грунтов и гравийных смесей с добавкой извести и цемента или совместными добавками извести и цемента.