Битумы

Выход из создавшегося непростого положения  – организация серьезной государственной  поддержки как на всех стадиях  базового ценообразования (примеры  – страны ЕЭС, Кувейт и др.), так  и в виде стимулирования производства высококачественных дорожных битумов и строительства частных автодорог.

Таблица 9. Производство битумов в России по состоянию на 2006 г.

По оценке специалистов дорожного  хозяйства, в настоящее время  до 25–28% дорожных битумов, используемых для приготовления асфальтобетонных смесей, являются некондиционными, т.е. не соответствуют требованиям ГОСТ 22245–90 по одному или нескольким показателям. Результаты обследований ряда асфальтобетонных заводов (АБЗ) в различных регионах страны подтвердили, что примерно в трех случаях из четырех причина брака – несоблюдение технологий транспортирования, перевалки и хранения битумов, использование битумов с непрогнозируемым химическим составом, а именно: с малотоннажных локальных установок; неопределяемого происхождения, после коммерческого хранения, перегретые при перевалке, загрязненные и подвергнутые пересортице при транспортировке и т.п. Таким образом, «вклад» основных крупных российских производителей дорожных битумов в общий объем битумного брака не превышает 25%. Тем не менее, это недопустимо высокий процент для такой высокотехнологичной отрасли, как нефтепереработка. К основным причинам производства некондиции на НПЗ относится использование устаревших (опять же, очевидно, в силу вышеупомянутых экономических предпосылок) технологий производства.

Современная технология должна обеспечивать стабильный выпуск товарных битумов из гудронов и других полупродуктов различного состава и качества, а также предоставлять возможность выпуска не только продукции, превосходящей по качеству требования общероссийского стандарта (например, по соответствующему стандарту организации), но и перспективных материалов. Это достигается за счет оснащения установок системами автоматизации всех технологических операций, поточными анализаторами качества, герметичными эстакадами налива и затаривания продукции. Товарные и сырьевые резервуарные парки современных битумных производств должны быть оборудованы системами обогрева и компаундирования. При проектировании и эксплуатации битумных производств экологические проблемы безусловно должны учитываться. Понятно, что создание такого современного битумного производства требует серьезных финансовых инвестиций.

Нестабильность качества перерабатываемого  сырья (сначала товарной смеси нефтей, а затем и гудронов) и обеспечение  при этом качества продукции и стабильности ее эксплуатационных свойств – основная проблема технологических окислительных битумных установок колонного типа, составляющих сейчас основу производства. Отрицательный «вклад» в нестабильность качества гудрона вносят и технологические особенности эксплуатации вакуумных колонн: эффективность контактных устройств, колебания температурного режима, глубины вакуума, расходов, количества «проваливаемого» циркуляционного орошения. Следовательно, в схему современного битумного производства должен быть включен специальный блок подготовки сырья для оптимизации фракционного и группового химического состава гудрона. Решения обеих поставленных задач во многом взаимосвязаны: утяжеление гудрона – это одновременно и способ снижения степени его парафинистости, а повышение степени его ароматизированности (например, компаундированием) позволяет одновременно регулировать и фракционный состав подготовленного гудрона.

Подготовка сырья – повышение  содержания в нем смолистых соединений и одновременное снижение степени его «парафинистости».

К наиболее современным в этом плане относятся битумные производства в ОАО «Новокуйбышевский НПЗ», выпускающем битумы марки «Новобит» (рис. 1), в ОАО «Ярославнефтеоргсинтез», «Пермнефтеоргсинтез», «Нижегороднефтеоргсинтез».

Процесс производства окисленных битумов на большинстве российских НПЗ достаточно хорошо технологически отработан и не вызывает каких-либо серьезных проблем. В последние годы на некоторых НПЗ проведена модернизация и переобвязка действующих окислительных колонн с целью повышения степени использования кислорода воздуха при получении в основном высокоплавких битумов. К ним прежде всего следует отнести разработку схемы окисления мазутов (ОАО «Московский НПЗ»), создание колонн с внутренним или наружным разделением зон реакции и сепарации (ОАО «Рязанская НПК») и колонн с квенчинг-секцией. Такие решения позволяют повысить эффективность работы окислительной колонны за счет снижения нагрузок по воздуху и повышения температуры окисления в зоне реакции. Для этой же цели достаточно эффективно механическое перемешивание фаз в колоннах (ОАО «Ярославнефтеоргсинтез», «ТАИФ#НК»), применение газожидкостных кавитационно-вихревых или ультразвуковых диспергаторов (ОАО «Пермнефтеоргсинтез», «Новокуйбышевский НПЗ“).

Вместе с тем имеются публикации о разработке специальных конструкций стационарных воздушных маточников, позволяющих сократить нагрузку по воздуху и существенно снизить содержание кислорода в отходящих газах окисления (ОАО  Киришинефтеоргсинтез», «Московский НПЗ», «Новокуйбышевский НПЗ»). Таким образом, наличие блока подготовки сырья, позволяющего минимизировать влияние колебаний качества смеси товарных нефтей и режима предшествующих технологических установок на свойства окисленных битумов дорожных марок, и современного автоматизированного блока окисления – достаточная гарантия стабильного производства дорожных битумов, соответствующих ГОСТ 22245–90. Производство же дорожных битумов более высокого качества (так называемых «брендовых») должно базироваться на применении современного блока компаундирования продукции, имеющего в своем составе необходимые резервуарные мощности и оснащенного системами дозированного смешения, поточными анализаторами и др. При его наличии и применении необходимых полупродуктов и добавок можно значительно улучшить те или иные эксплуатационные характеристики дорожных битумных материалов.

Оценка экономических аспектов битумного производства в России заставляет специалистов-нефтепереработчиков рассматривать битум не только как товарный продукт, но и как полуфабрикат. Например, организация производства полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) материалов и битумных эмульсий позволяет решить ряд важнейших проблем:

• повышение рентабельности битумного производства в целом;
• круглогодичная занятость персонала на производстве;
• стабильность обеспечения дорожной отрасли высококачественными битумными материалами. [5]

8. Сравнение качества российского  и зарубежного битума

Факт, что дорожные битумы российского  и зарубежного производства принципиально  различаются по качеству, что предопределено различием нормативных требований к этому виду товарной продукции в нашей стране и за рубежом. Практика дорожного строительства в России, состояние дорог даже федерального значения опровергает мнение о безукоризненности существующих требований к дорожным битумам, сформулированных в ГОСТ 22245-90.

Низкие эксплуатационные характеристики материалов, используемых в дорожном строительстве, приводят к тому, что  уже на 3–4 год требуется проведение ремонта дорог, тогда как за рубежом межремонтный период составляет 10–12 лет. Для повышения эксплуатационной надежности дорожных покрытий оказывается достаточным изменить качество дорожного битума.

В настоящее время в зарубежной практике для устройства и ремонта  дорожных покрытий при необходимости  используются композиционные материалы на основе битума и модификаторов, таких как сера, каучук (полибутадиеновый, натуральный, бутилкаучук, хлоропрен и др.), органо-марганцевые компаунды, термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол, этилен-винилацетат (EVA), термопластичные каучуки (полиуретан, олефиновые сополимеры, а также блоксополимеры стирол-бутадиен-стирола (СБС).

Целесообразность применения в  составе дорожного асфальтобетона битума, модифицированного тем или  иным видом модификатора, в каждом конкретном случае обосновывается с технической и экономической точки зрения.

В среднем в 2001 г. количество модифицированных битумов, использованных в дорожном строительстве в европейских государствах, составило 7%. Производство битумов, модифицированных полимерами типа СБС, в европейских государствах к 2001 г. возросло в среднем до 50% и составило, например, во Франции 80%, в Германии – 95%, в Испании – 65%, Бельгии – 80%, в Италии – 100% от всего объема изготавливаемых модифицированных битумов.

В это время в мировой практике дорожного строительства давно применяются неокисленные нефтяные дорожные битумы, из которых на Западе строится более 80 процентов автомобильных дорог. В отличие от окисленных они способны в 3 - 4 раза продлить срок службы дорожных покрытий, так как у них существенно лучшие показатели по водостойкости, устойчивости к износу, образованию трещин и температурным перепадам. Немаловажно и то, что использование в дорожном строительстве водно-битумных эмульсий, изготовленных на основе неокисленных битумов, и наличие соответствующей техники позволяют производить ремонт и строительство автодорог даже при минусовой температуре, занимаясь их производством и реализацией практически круглый год [7].

9. Проблемы, связанные с  производством битумов

Низкое качество дорожных битумов по ГОСТ 22245-90 – неудовлетворительная, недостаточная для условий России трещиностойкость, эластичность, адгезия – является одной из главных причин преждевременного разрушения дорожных, мостовых и аэродромных асфальтобетонных покрытий. Это приводит к неоправданно высоким затратам на ремонты, а следовательно, сдерживает развитие сети автомобильных дорог в России с твердым покрытием. Кроме того, плохим качеством дорог обусловлены 25% ДТП, 25% дополнительных расходов по моторесурсу и 30% дополнительного расхода топлива.

По данным Центрдорконтроля РДА  о том, что около 50% ежегодно выпускаемых дорожных битумов не соответствует требованиям нормативных документов, прежде всего ГОСТ 22245—90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие».

На состояние и развитие битумного  производства в России оказывает существенное влияние ряд специфических факторов:

• первый из них - сезонность выработки  битумов основных марок - дорожных,   связанная   с   четко   определенными   периодами   выполнения дорожно-строительных   работ   и   порождающая   проблемы   для   непрерывно функционирующих нефтеперерабатывающих предприятий.

• второй   фактор -  небольшое  различие цены продукта (битума) и сырья и сложность проведения технологических операций с таким высоковязким и низкозастывающим продуктом, как битум. В результате оказывается недействующей  система  стимулирования  для  совершенствования  и  обновления битумного   производства:   на  большей  части   НПЗ  давно   и   физически,   и морально    устарело    основное    технологическое    оборудование    битумных установок, на ряде производств, не оснащенных современными окислительными колоннами, продолжается эксплуатация устаревших трубчатых реакторов, характеризующихся повышенной пожарной и экологической опасностью.

• третий фактор -  неконтролируемый разброс показателей качества поступающего на переработку сырья. Известно, что даже небольшие колебания его состава — содержания парафиновых и ароматических углеводородов, асфальтенов и других компонентов оказывают огромное влияние на качество получаемых битумов. Отрицательный «вклад» в нестабильность сырья вносят и технологические особенности эксплуатации вакуумных колонн: изменения температурного режима и глубины вакуума, колебания количества «проваливаемого» циркуляционного орошения и загрузки сырья, недостаточная эффективность контактных устройств и т. д.

Проблема стабилизации качества сырья  порождает еще две характерные особенности битумного производства. Во-первых, это возросший уровень требований потребителя к качеству дорожных, кровельных и других битумных материалов, во-вторых, одним из эффективнейших способов повышения качества товарных нефтепродуктов является компаундирование, но опыта смешения товарных компонентов для получения готовых битумов пока нет. Поэтому теоретически возможно и целесообразно использовать метод компаундирования как для подготовки сырья, так и для модификации свойств уже готовых битумов.

Нефтеперерабатывающим предприятиям невыгодно дополнительно оборудовать  битумное производство на НПЗ специальными охлаждающими системами для снижения температуры готового битума до  + 150 ºС вместо  + 250 ºС (это даёт возможность получать битумы с более лучшими эксплуатационными свойствами), перемешивающими устройствами для введения катионных поверхностно-активных веществ (ПАВ), специальными дополнительными емкостями для раздельного хранения битумов различных марок, современной аппаратурой для более строгого регулирования качества битумов и т.п. Ведь битум по сравнению с другими нефтепродуктами характеризуется низкой стоимостью, мало отличающейся от стоимости самой нефти, и потому не является выгодным товаром.