Асфальт – надёжный признак нефтяного месторождения. Так, Бугурусланское нефтегазовое месторождение в Поволжье (Самарская область) открыли после того, как жители села Садки обнаружили в 1935 году асфальтовую жилу. Ширина жилы достигает 18 м. Она простирается на расстояние 800 м, а в глубину уходит на 150 м.
Искусственный асфальт или асфальтобетонная смесь – это строительный материал в виде уплотнённой смеси щебня, песка, минерального порошка и битума. Различают горячий, содержащий вязкий битум, укладываемый и уплотняемый при температуре не ниже 120 °C; тёплый – с маловязким битумом и температурой уплотнения 40–80 °C; холодный – с жидким битумом, уплотняемый при низкой температуре окружающего воздуха, до –30 °С.
Асфальтобетон применяют для покрытий дорог, аэродромов, площадок и пр. Также используются модифицирующие добавки, в том числе являющиеся продуктом переработки автомобильных покрышек.
Первоначально улицы городов мостились булыжниками. В конце XVIII века англичанин Джон Меткалф построил 180 миль асфальтовых дорог в Йоркшире. Томас Телфорд в начале 1800-х годов построил более 900 миль таких дорог в Шотландии. Чуть позже Джон Лаудон Макадам создал свою улучшенную версию асфальтового покрытия. Начиная с середины XIX века во Франции, Швейцарии, США и ряде других стран дорожное покрытие начали делать из битумно-минеральных смесей. В 1830-х годах асфальтобетонное покрытие было впервые применено для покрытия тротуаров парижского Королевского моста. Примерно тогда же асфальтом были покрыты тротуары на лионском мосту Моран через реку Рона.
Летом 1839 года в Санкт-Петербурге были заасфальтированы тротуары и часть моста у дамбы Тучкова моста. В 1876 году Московская городская дума ассигновала 50 тысяч рублей на проведение эксперимента по устройству асфальтобетонного покрытия: на Тверской улице построили несколько участков из нового материала.
В 1876 году в США впервые применили литой асфальт, приготовленный с использованием нефтяных битумов.
В России изготовление асфальта впервые наладил инженер и архитектор Иван Буттац – асфальт стали добывать в 1873 году на Сызранском заводе, на правом берегу Волги на 20 км выше Сызрани.
В 1870 году современный дорожный асфальт изобрёл бельгийский химик Эдвард Дж. Де Смедт, профессор Колумбийского университета. Он разработал собственный дизайн дорожного асфальта, который назвал «листовым асфальтовым покрытием».
Впервые автодорожное полотно было создано индустриальным методом в США в 1892 году, в ширину оно было 3 метра и изготовлено из бетона. А через двенадцать лет дорожные конструкции уже производились при помощи гудронатора, по которому горячий битум свободно стекал.
Спрос на асфальт увеличился, и работы продолжались. В 1907 году был представлен асфальт из очищенной нефти, который стал применяться вместо природного асфальта.
Как оказалось, асфальт – это идеально подходящий материал для покрытия дорог, потому что у него масса преимуществ. Со временем он становился все ровнее, что уменьшало шум колёс. В отличие от цементобетона, который использовался ранее, асфальтобетон быстро высыхал, твердел, набирал прочность и «разрешал» открывать движение практически сразу. Цементобетону для этого требовалось целых двадцать восемь дней. Одним из многочисленных преимуществ асфальта является его пластичность и способность прогибаться, а не ломаться. Это очень важно при создании взлетных полос, так как иногда вес самолета может превышать 140 тонн. Это качество также значимо в создании автомобильных дорог, по которым ездят огромные грузовики, вес которых может быть больше сорока пяти тонн.
Асфальтное покрытие очень практично, оно легко поддаётся ремонту, замечательно держит любую разметку дороги, хорошо моется и обладает нужной жёсткостью для сцепления колёс с дорогой.
Современные технологии не стоят на месте и продолжают развиваться. Это касается и асфальтного материала, и методов его покрытия. В список плюсов давно добавлена способность выдерживать большую жару и сильные холода, не боясь перепадов температур.
Сейчас в мире 85 % асфальта используется для дорожных покрытий. Асфальт для тротуаров обычно смешивают с песком, гравием, щебнем (изготавливают так называемую асфальтовую мастику, которая является составной частью асфальтобетона).
Разработан и применяется способ вторичной переработки асфальтового покрытия для повторного асфальтирования дорог.
Кроме того, асфальт может использоваться для приготовления различных строительных замазок и клеев, кровельных материалов (рубероида, битумной черепицы, пергамина и др.), лакокрасочных материалов, гудрона, кожзаменителя, а также в качестве гидро– и электроизоляционного материала.
Одна из основных разновидностей тяжёлого жидкого топлива – топочные мазуты. Они используются в котельных агрегатах электростанций, в технологических печах в металлургической, химической, нефтеперерабатывающей промышленности и сельском хозяйстве, в судовых котельных установках, газовых турбинах.
Хотя мазутом называют остатки первичной перегонки нефти, топочный мазут – это, как правило, многокомпонентное топливо, в которое, помимо прямогонного мазута, добавляют фракции, оставшиеся после процессов крекинга и висбрекинга, тяжёлые газойли каталитического крекинга, термокрекинга и коксования, отходы масляного производства, лёгкие газойли вторичных процессов. Выход мазута составляет около 50 % по массе в расчёте на исходную нефть.
Вязкость мазуту в соответствии со стандартами помогает поддержать добавление более лёгких дистиллятов. Вязкость мазута может варьироваться в значительных пределах, а потому это важнейший показатель качества котельных и тяжёлых моторных топлив, который положен в основу маркировки мазута. Вязкость влияет на выбор способа сливных и наливных операций при его отгрузке, на их продолжительность, на условия транспортировки продукта, эффективность работы форсунок двигателя, распыляющих топливо.
Еще одна важная характеристика – коксуемость топлива, способность образовывать твердый углеродистый осадок на деталях топливной системы при нагревании без доступа воздуха. Высокий показатель коксуемости нежелателен для котельных топлив, так как с ним связано повышенное отложение кокса возле устья форсунок, из-за чего искажается форма факела, ухудшается распыление топлива, оно сгорает не полностью.
В зависимости от применения мазута его классифицируют на несколько марок:
• Топочный М-40. Производится из остатков переработки нефти. В составе присутствует до 8–15 % среднедистиллятных фракций, которые помогают снизить температуру застывания до 10 °C;
• Топочный М-100. Производится из остатков перегонки нефти с добавлением тяжёлых газойлевых фракций. В отличие от М-40 содержит в составе разные добавки: дизельное топливо, керосиновые фракции, депрессорные присадки;
• Флотский Ф5. Производится из топочного мазута М-100, получается из продуктов прямой перегонки нефти с добавлением не более 22 % керосино-газойлевых фракций. Дополнительно можно использовать депрессорные присадки, которые помогают снизить температуру застывания. Из-за низкой вязкости, невысокой концентрации вредных веществ и низкого уровня серы флотский мазут считают более качественным по сравнению с другими марками. В составе обычно присутствует до 60 % прямогонного мазута и до 40 % дизельного топлива.
В бытовых условиях мазут применяется для отопления частных жилых домов и фермерских хозяйств. Топливо подходит для отопительных систем низкой и средней мощности.
Сейчас мазут во все большем масштабе подвергают дальнейшей переработке, отгоняя под вакуумом дистилляты, выкипающие в пределах 350–420, 350–460, 350–500 и 420–500 °С. Вакуумные дистилляты применяют как сырьё для получения моторных топлив, в процессах каталитического крекинга, гидрокрекинга и дистиллятных смазочных масел. Остаток вакуумной перегонки мазута используют для переработки на установках термического крекинга и коксования, в производстве остаточных смазочных масел и гудрона, затем перерабатываемого на битум.
В последние десятилетия потребление мазута в мире постоянно уменьшалось, поскольку в нём высокое содержание вредных веществ, и при сгорании мазута все они выбрасываются в атмосферу. Кроме того, увеличивается глубина переработки нефти, и мазут не сжигают, а перерабатывают дальше.
Вязкая жидкость или твердый асфальтоподобный продукт чёрного цвета. Представляет собой остаток после отгонки из нефти фракций, выкипающих свыше 450 °C.
Содержит парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды (45–95 %), асфальтены (3–17 %), а также нефтяные смолы (2–38 %). Кроме того, в гудроне концентрируются практически все присутствующие в нефти металлы.
Свойства гудрона зависят в основном от свойств нефти, а также технологий, применяемых при её переработке. Природа нефтяных фракций влияет и на такие характеристики гудрона, как плотность, температура плавления и вспышки, коксуемость. Более качественный гудрон получается из тяжёлой смолистой нефти и составляет около 8 % её массы.
Гудрон применяется в самых различных отраслях. Прежде всего это незаменимая составляющая для производства дорожного и строительного битума. Но кроме этого, гудрон необходим и при изготовлении моторного топлива, мазута и горючих газов.
Гудрон используют для производства кровельных битумов, малозольного кокса, смазочных масел и моторного топлива. В строительной и резиновой отрасли промышленности его используют в качестве мягчителя.
Гудроны с высоким содержанием смол могут перерабатываться в дизельное топливо с применением метода гидрогенизации и крекинга. Для того чтобы удалить смолисто-асфальтеновые составляющие и полициклические углеводороды, которые имеют низкий показатель вязкости и высокую степень коксуемости, применяется деасфальтизация гудрона. Растворителем, как правило, служит пропан, но в некоторых случаях пентан и бутан. Иногда проводится двухступенчатая деасфальтизация, когда полученный в первой ступени асфальт выделяет более вязкий компонент – деасфальтизат 2.