4.4. Исследования влияния природы сырья и технологии приготовления на состав и структуру дорожных битумов

Различия в структуре и свойствах дорожных битумов, в первую очередь, объясняются тем, что их получают из нефтей различного происхождения и по различным технологиям приготовления.

В таблице 5 приведены результаты адсорбционно-хроматографического анализа битумов, получаемых из одной и той же Туймазинской нефти. Как видно из этой таблицы, битумы одной и той же марки, получаемые из одной нефти, но различными технологическими способами, значительно различаются по своему составу. Битумы, получаемые окислением легких гудронов, содержат большое количество асфальтенов (свыше 25 %) при относительно невысоком содержании смол (до 20 %). При этом отношение асфальто-смолистых компонентов к углеводородам невелико (менее 1). Напротив, битумы, полученные неглубоким окислением тяжелых гудронов, вакуумной дистилляцией (остаточные) и из асфальта деасфальтизации, содержат мало асфальтенов, но много смол. Эти битумы содержат много асфальто-смолистых компонентов (больше 1). Битумы, полученные окислением крекинг-остатка, содержат больше асфальтенов в асфальто-смолистых компонентах, чем битумы, полученные окислением гудронов прямой перегонки.

Кроме того, независимо от качества исходных нефтяных фракций и технологии получения, битумы различных марок отличаются также друг от друга по химическому составу. С уменьшением пенетрации битума повышается общее количество асфальто-смолистых составляющих и доля в них асфальтенов. Увеличивается также отношение асфальтенов к сумме смол и углеводородов. В тоже время углеводородный состав битума практически не зависит от его марки.

В таблице 6 даны результаты адсорбционно-хроматографического анализа битумов, полученных неглубоким окислением нефтяных гудронов различных нефтей. Из данных этой таблицы видно, что битумы, полученные из разных нефтей, но по одним и тем же технологиям, содержат сравнительно близкие количества асфальтенов (20,1-22,0 %), в основном соответствующие битумам III структурного типа. Исключение составляет проба, отобранная на Краснодарском НПЗ (18,3 % асфальтенов). Всем этим битумам соответствует значительное количество смол (30,9 - 38,2 %).

Сопоставление таблиц 4 – 7 показывает, что технология получения битумов оказывает влияние на количественное содержание структурообразующих компонентов битумов в большей степени, чем влияние природы нефти, из которой был получен битум. Технология приготовления битумов сказывается и на химических характеристиках компонентов битумов – асфальтенов, смол и углеводородов. Так, средняя молекулярная масса углеводородов и смол битумов прямой перегонки выше, чем у битумов из остатков термического крекинга, а молекулярная масса компонентов остаточных и слабо окисленных битумов выше, чем битумов, полученных глубоким окислением легких гудронов.

Средняя молекулярная масса смол понижается при повышении глубины окисления, т.е. при переходе от битумов с более высокой пенетрацией к более низкой. Это связано, по-видимому, с идущим в процессе окисления расщеплением смол с отделением боковых цепей (углеводородов) и уплотнением циклических составляющих при превращении в асфальтены. Для битумов же, не подвергавшихся окислению (из асфальта деасфальтизации), значения средних молекулярных масс смол одинаковы.

Компоненты битумов содержат различное количество активных функциональных групп. Кислотные числа углеводородов находятся в пределах 0,20-0,94 мг КОН, причем наименьшие кислотные числа имеют углеводороды битумов из асфальта деасфальтизации. Кислотные числа асфальтенов несколько выше, чем углеводородов и других компонентов битума и находятся в пределах 0,80-2,00 мг КОН. Наиболее высокие кислотные числа имеют асфальтены битумов, полученных окислением гудронов прямой перегонки.

Элементарный состав асфальтенов не дает больших различий для битумов, полученных разными способами. Содержание углерода находится в пределах 84,2-86,5 %, водорода 6,8-8,2 %, серы 1,8-3,8 %, кислорода и азота пределах 3,0-6,3 %.

Сравнение степени ароматичности С:Н различных битумов показывает, что для асфальтенов битумов из гудронов прямой перегонки степень ароматичности несколько повышается при переходе от битумов глубоко окисленных гудронов к битумам остаточным и слабоокисленных и полученным из асфальта деасфальтизации. Степень ароматичности битумов из крекинг-остатков выше, чем битумов из гудронов прямой перегонки. Таким образом, технология получения битума сказывается не только на количественном содержании отдельных компонентов битума, но и на качественных характеристиках его структурообразующих компонентов: углеводородов, смол и асфальтенов.

В тоже время нельзя не учитывать, что наряду с технологией получения битумов на химический состав его структурообразующих компонентов

Таблица 5. Групповой состав битумов, полученных из Туймазинской нефти по различным технологиям (данные А.С. Колбановской)

Технологический способ	Содержание, % по массе
	Углеводороды (У)						Смолы (С)				Асфаль тены (А)		А + С У		_А С + У
	Парафинонафтеновые	ароматические			суммарное содержание	петролейно-бензольные		спиртобен зольные	суммарное содержание
		легкие	средние	тяжелые
Окисление легких (КиШ 240С) гудронов	23,5	12,3	18,3	2,3	56,4	5,6		10,8	16,4	26,3		0,78		0,36
Окисление тяжелых (КиШ 410С) гудронов	6,4	25,4	13,4	1,2	46,4	30,9		5,9	36,8	17,2		1,15		0,21
Окисление крекинг-остатков	3,3	24,8	17,5	6,0	51,6	14,8		5,1	19,9	27,6		0,91		0,37
Смешение асфальта деасфальтиза ции и остаточного экстракта	6,8	14,9	22,9	0,5	45,0	25,2		17,7	42,9	13,8		1,24		0,15
Вакуумная дистилляция	5,2	23,6	20,2	2,3	51,3	24,4		12,8	37,2	12,3		0,96		0,14

Таблица 6. Групповой состав битумов, полученных из тяжелых гудронов на различных нефтеперерабатывающих заводах

№ п/п	Наименование заводов	Содержание, % по массе, в битумах, получаемых на различных НПЗ
		Углеводороды (У)					Смолы (С)				Асфальтены (А)		А + С У		_А С + У
		парафинонафтеновые	ароматические			суммарное содержание	петролейно-бензольные	спиртобензо льные	суммарное содержание
			легкие	средние	тяжелые
1	Ярославский	10,1	17,3	16,4	3,5	47,3	26,6	4,3	30,9	21,4		1,11		0,27
2	Краснодарский	5,2	23,4	13,9	4,3	46,8	12,7	22,5	35,2	18,4		1,15		0,22
3	Ново-Уфимский	6,7	25,5	14,1	1,4	47,7	24,8	6,3	31,1	20,9		1,09		0,27
4	Ухтинский	17,9	12,8	12,5	2,1	45,3	7,1	26,1	33,2	22,0		1,22		0,28
5	Рязанский	11,2	14,1	15,2	1,3	41,8	13,5	24,7	38,2	20,5		1,40		0,26
6	Новокуйбышевский	11,2	16,3	15,7	2,1	45,3	13,7	21,2	34,9	20,1		1,21		0,25
7	Волгоградский	6,5	23,5	13,7	1,7	45,4	13,0	20,5	33,5	21,0		1,20		0,27

Таблица 7. Характеристика компонентов битумов, получаемых по различным технологиям

Технологический способ	Содержание, % по массе
	Углеводороды У				Смолы С				Асфальтены			Элементарный состав
	средняя молекулярная масса	кислотное число, мг КОН	иодное число, %	температура плавления парафина, 0С		Средняя молекулярная масса		Кислотное число мг КОН		кислотное число	иодное число, %	С	Н	S	O + N	отношение С : Н
						петролейно-бензольных	спиртобензольные
Окисление легких гудронов	433	0,54	20,9	55		546	1060	0,29		2,00	38,0	85,5	8,2	3,5	3,0	10,45
Окисление тяжелых гудронов	515	0,94	22,5	57		617	1319	0,30		1,60	47,0	84,2	7,5	3,8	4,6	11,2
Окисление крекинг-остатков	342	0,50	32,9	56		560	907	0,59		0,80	50,4	86,5	6,8	3,2	3,47	12,8
Смешение асфальта с остаточным экстрактом	510	0,20	20,0	59,5		602	1300	0,15		0,99	32,4	84,2	7,7	1,8	6,3	11,0
Вакуумная дистилляция	570	0,42	24,5	55		640	1392	0,35		1,10	39,8	85,2	7,6	3,3	3,9	11,1

оказывает влияние природа нефти, из которой приготовлен битум. Химический состав компонентов битума может несколько колебаться для битумов из разных

нефтей. Однако все же большее различие в составе компонентов наблюдается у битумов, полученных из одной и той же нефти, но по различным технологиям.

Несмотря на вышесказанное, А.С. Колбановской показана возможность получения битума близкого состава из всех нефтей при различных технологических способах и разном исходном сырье.