Спосіб отримання бітумного в`яжучого

1. Спосіб отримання бітумного в'яжучого шляхом змішування відновлювального середовища з домішкою на основі кислого гудрону і нагрівання суміші з наступним витримуванням при підвищеній температурі, який відрізняється тим, що спочатку відновлювальне середовище змішують з кубовим залишком ректифікації синтетичних жирних кислот при нагріванні до 150-200°С, потім в одержану суміш при перемішуванні зі швидкістю 0,5-1,4 3 20040 потреба в розробці технології отримання бітумного в'яжучого з нижнього шару ставкових кислих гудронів. Сульфокислоти, що містяться в нижньому шарі ставкового кислого гудрону, не можуть бути компонентом бітуму, оскільки володіють підвищеною гігроскопічністю, водонасиченням і набуханням. Тому однієї з основних стадій отримання бітумного в'яжучого з нижнього шару ставкових кислих гудронів повинне бути руйнування сульфокислот і вільної сірчаної кислоти, пластифікація бітуму і підвищення його адгезійних властивостей по відношенню до мінеральних матеріалів. Найбільш близький по технічній суті є спосіб отримання бітуму, по якому суміш що складається з 1,5-2,4мас./ч нафтового гудрону або напівгудрону і 1мас./ч кислого гудрону з розрахунку від 5 до 10мас./ч нафтового гудрону або напівгудрону на 1мас./ч кислоти в кислому гудроні, окисляють при 90-210°С підвищуючи температуру на 70°С щогодинно, з подальшою витримкою суміші при 300400°С на протязі 40-90 хвилин [5]. Недоліком цього способу є те, що у якості відновлювального середовища для розкладання сірчаної кислоти і сульфокислоти застосовується у великій кількості дефіцитний і дорогий прямогонний гудрон, оскільки останній самостійно використовується для виробництва бітуму традиційним способом. Задача корисної моделі - розширення сировинних джерел для виробництва бітумних в'яжучих, поліпшення їх якості та фізико-механічних властивостей. Це досягається тим, що спосіб отримання бітумного в'яжучого шляхом змішування відновлювального середовища з добавкою на основі кислого гудрону і нагріву суміші з подальшою витримкою при підвищеній температурі, відрізняється тим, що з метою розширення сировинної бази, поліпшення якості властивостей, захисту навколишньої середи, спочатку відновлювальне середовище змішують з кубовим залишком ректифікації синтетичних жирних кислот при нагріванні до 150-200°С, потім в одержану суміш при перемішуванні зі швидкістю 0,5-1,4кг/год×кг додають домішок, утворену суміш в подальшому нагрівають зі швидкістю 1-2°С/хв до 220-260°С з подальшою витримкою при даній температурі і постійному перемішуванні на протязі 4560хв. Причому у якості домішки використовують нижній шар ставкового кислого гудрону. У якості відновлювального середовища використовують крекінг-залишок, легкий газойль, сповільненого коксування в пропорції, %: 71.4, 28.6. Співвідношення домішки, відновлювального середовища, кубового залишку ректифікації складає в мас.% 1:2,33:0,027-0,120. Використання даного способу отримання бітумного в'яжучого забезпечує наступні переваги: 1. Розширюються сировинні джерела для отримання більш дешевого бітумного в'яжучого для будівництва (фундаментобудівництва) з остаточного відходу виробництва - нижнього шару ставкових кислих гудронів і малоцінних залишкових нафтопродуктів. 2. Переробка нижнього шару ставкових кислих 4 гудронів спричиняє ліквідацію ставківнакопичувачів кислого гудрону, що забруднюють навколишнє середовище у межах території НПЗ. 3. Згідно лабораторних досліджень встановлено, що для грунтів оброблених в'яжучим за корисною моделлю при його дозування 8-10% в порівнянні з грунтами, що не оброблені в'яжучими, зменшується корозійна активність в 2-10 разів, газопроникність в 10-100 разів, набухання та водонасичення в 2-4 рази, водостійкість у 2-3 рази, міцність та зчеплення в 2-10 разів. Для підвищення якості бітумного в'яжучого, одержаного з нижнього шару ставкового кислого гудрону і відновлювального середовища, і доведення його якості до рівня товарних бітумних в'яжучих необхідно в початкову сировинну суміш вводити компонент, що поліпшує пластифікуючі та адгезійні властивості. У якості такого компоненту застосовується кубовий залишок ректифікації синтетичних жирних кислот (СЖК), що утворюється при окисленні парафіну, який вводять у відновне середовище в кількості 3-10%. Бітумне в'яжуче, що одержане з нижнього шару ставкового кислого гудрону і відновлювального середовища, по рівню зчеплення з мінеральними матеріалами і дуктільності не відповідає технічним вимогам пред'явленим до будівельних бітумних в'яжучи х. Процес виготовлення бітумного в'яжучого здійснюється наступним чином. У реактор, що обладнаний нагрівом і пристроєм, що переміщує, завантажують відновлювальне середовище (крекінг-залишок, легкий газойль сповільненого коксування) і пластифікуючий адгезійний домішок - кубовий залишок ректифікації СЖК. Суміш підігрівають до 150-200°С. У нагріту суміш при перемішуванні з постійною швидкістю подають нагрітий до 50-80°С нижній шар ставкового кислого гудрону. В цей момент з одного боку, починається окислювально-відновлювальний процес, що супроводжується розщепленням сірчаної кислоти і сульфокислот до діоксиду сірки, з іншого боку окислення органічної маси. Швидкість подачі кислого гудрону повинна відповідати інтенсивності піноутворення. При швидкості подачі кислого гудрону 0,5-1,2кг/ч×кг відновлювального середовища та кубового залишку ректифікації СЖК швидкість утворення газобітумної піни відповідає швидкості її руйнування, тому рівень піни в реакторі постійний, що забезпечує нормальне протікання процесу. Крім того, швидкість подачі нижнього шару ставкового кислого гудрону у відновлювальне середовище повинна відповідати інтенсивності підведення тепла до реакційного пристрою, що задовольняє вимозі постійності температури реакційної суміші при змішуванні компонентів. Після закінчення подачі нижнього шару ставкового кислого гудрону у відновлювальне середовище реакційну суміш продовжують нагрівати і перемішува ти. При 220-250°С реакційну суміш витримують при перемішуванні ще 45-60 хв. Готове бітумне в'яжуче вивантажують з реактора та заздалегідь охолоджують в холодильнику. Нагрів реакційної суміші до 220-250°С та витримка її при цій температурі протягом 45-60 хв. забезпечує повне відновлення сірчаної кислоти і 5 20040 сульфокислот, що містяться в початковій органічній масі нижнього шару ставкових кислих гудронів, до діоксиду сірки і самоокислення всієї органічної маси киснем, що виділяється при відновленні сульфокислот і сірчаної кислоти, до бітумного продукту. В процесі взаємодії нижнього шару ставкового кислого гудрону з відновлювальним середовищем виділяються летючі продукти: водяні пари, діоксид сірки, діоксид вуглецю і масляний відгін. Летючі продукти, що йдуть з реактора, охолоджуються в холодильнику, розділяються в сепараторівідстійнику, а діоксид сірки в абсорбері поглинається водним розчином соди або вапняним молоком з утворенням відповідно бісульфіту натрію або сульфіту кальцію. Як початкова сировина для отримання бітумного в'яжучого використовуються нижній шар ставкового кислого гудрону, наприклад, Львівського НПЗ. Запропоноване в'яжуче є маслянистою рідиною щільністю 980-1040кг/м 3, є малотоксичною речовиною по ГОСТ 12.1.007-76 і відноситься до четвертого класу небезпечності. Через непошкоджену шкіру не проникає, не викликає місцеводратівливої дії на шкірні покрови, може викликати легке короткочасне подразнення слизистих оболонок. Гранично допустима концентрація парів вуглеводнів, що входять до складу в'яжучого, в повітрі робочої зони виробничих приміщень і робочих місць - 300мг/м 3 (метод визначення по ГОСТ 6 12.1.007-76). Зберігати в'яжуче необхідно в закритих ємностях. При розливі в'яжучого необхідно зібрати його в окрему тару, а залишки засипати піском з подальшим видаленням. В'яжуче не утворює токсичних з'єднань в повітряному середовищі і у стічних водах та у присутності інших речовин. Воно пожежоі вибухонебезпечне і по ГОСТ 12.1.044-84 відноситься до класу горючих речовин, що має температур у самозаймання 385°С. При загорянні в'яжучого застосовують засоби вогнегасіння: розпорошену воду, піну, склад "3,5", порошки ПСБ, П-1, діоксид вуглецю. З одержаних даних виходить, що нижній шар ставкових кислих гудронів спільно з перерахованим відновлювальним середовищем і пластифікуючи-адгезійним компонентом є доброю сировиною для отримання якісного бітумного в'яжучого для меліоративного будівництва. Кубовий залишок ректифікації СЖК покращує якісні показники бітумного в'яжучого, що утворюється, підвищує його зчеплення з мінеральними матеріалами, а також збільшує пластичні властивості бітумного в'яжучого. Отримане бітумне в'яжуче повинно задовольняти технічним вимогам (табл. 1). З врахуванням досвіду меліорації грунтів у дорожньому, аеродромному, трубопровідному та промисловому будівництві розроблені вимоги щодо фізико-механічних показників цих фунті в (табл. 2). Таблиця 1 Технічні вимоги до бітумних в'яжучи х Показник (ГОСТ) 1. В'язкість умовна при температурі 50°С (°ВУ 50). умовні градуси, не нижче (ГОСТ 6258-85) 2. Температура застигання, °С, не вище (ГОСТ 20287-74) 3. Температура спалаху у відкритому тиглі, °С не нижче (ГОСТ 4333-48) 4. Масова частка води, %, не більш (ГОСТ 2477-65) Значення 10 0 75 1 Таблиця 2 Вимоги щодо фізико-механічних показників ґрунтів, що закріплені в'яжучими Показник (метод вишукувань) 1. Межа міцності при стисненні неводонасичених зразків при температурі 20oС, МПа, не менше (метод СОЮЗДОРНІІ) 2. Межа міцності при згині неводонасичених зразків, що отримані при ущільненні тиском 15-20МПа при температурі 20°С, МПа, не менше (Метод СОЮЗДОРНІІ) 3. Набухання, %, не більше 4. Модуль деформації фунтів, що закріплені (метод Гідропроекту): Таких, що ущільнені катками (тиск 15-20МПа) Таких, що ущільнені машинами (тиск до 0,09МПа) Лінійне трубопровідне Будівництво в умовах будбудівництво майданчику по закріпленню грунтів 0,3/0,6 0,6 0,1-0,2 2/12 6 20-60 1-5 80-100 5-20 7 20040 8 5. Кут внутрішнього тертя при початковій вологості не більше за оптимальну, градус, не менше (Метод Гід23 ропроекту) 6. Зчеплення при початковій вологості не менше за 0,03-0,05 оптимальну, Мпа (Ме тод Гідропроекту) 7. Час розмочення, хв. (Метод Гідропроекту) Повна відсутність розмочення 23 0,01-0,03 Повна відсутність розмочення Примітка: 1. Показники приведені для зразків вологого зберігання після 7 діб. 2. Припускається визначення значень та вологості набухання по методиці Гідропроекту на приборі ПНГ. 3. В чисельнику приведені показники для супісків, в знаменнику - для суглинків. Таблиця 2 Основні фізико-механічні характеристики грунтів, що закріплені в'яжучим Показник Суглинок тяжкий Супісок тяжкий мілкий 1. Межа міцності при стисненні, Мпа 2. Набухання, % 3. Капілярне водонасичення, % 4. Коефіцієнт морозостійкості після шести циклів 5. Кут внутрішнього тертя, град 6. Питоме зчеплення, кПа 7. Питомий електроопір Ом×м 8. Щільність закріпленого ґрунту при ущільненні тиском 15-20МПа, т/м 3 0,35 (0,42) 17,4 (12) 24,3 (14) 0,225 (0,35) 3,7 (2) 10,5 (3,5) Пісок мілкий пилува тий с глиною 1:1 0,15 (0,25) 8,5 (5,29) 11(4,78) (0,45) 23 (24) 22,6 (36) 53,3 (141,4) (0,11) 27(21) 8 (30,4) 174,1 (283,6) (1,94) (2,1) Примітка: 1. Показники приведені для початкової вологості грунтів, що близька до оптимальної, для дозування в'яжучого 6% по масі твердої фази грунту. 2. Показники приведені для зразків вологого зберігання після 7 діб, за виключенням морозостійкості, що визначається після 28 діб. 3. Цифри без дужок - незакріплений грунт, ци фри в дужках - закріплений. Таблиця 3 Фізико-механІчні характеристики ґрунтів в залежності від дозування в'яжучого і строків зберігання Показник Межа міцності при стисненні неводонасичених зразків при температурі 20°С: Сухе зберігання: 28 діб 7 діб Вологе зберігання: 28 діб 7 діб Набухання % Капілярне водонасичення % Щільність закріпленого грунту при ущільн. тиском 1520МПа, т/м 3 Суглинок тяжкий Супісок тяжкий мілкий Дозування в'яжучого,% по масі ґрунту 4 6 8 4 6 8 2,94 2,05 2,75 1,69 2,35 1,32 1,7 1,09 0,93 0,67 0,55 0,44 1,32 0,5 16 18 1,28 0,42 12 14 0,9 0,35 10,2 12 0,68 0,42 2,3 5 0,5 0,35 2 3,5 0,36 0,28 1,6 3 1,93 1,94 1,9 2,14 2,1 2,08 Примітка: Початкова вологість (в %) при даних дослідженнях прийнята наступна: суглинок тяжкий темно-бурий - 23, супісок тяжкий - 12. Використана література 1. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М., «Химия», 1973, с. 104-123. 2. Авторское свидетельство СССР №617937 9 20040 кл. С10С 3/04, 1976. 3. Авторское свидетельство СССР №810753 кл. С10С 3/04, 1979. 4. Авторское свидетельство СССР №910723 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 10 кл. С10С 3/04, 1980. 5. Авторское свидетельство СССР №165975 кл. С10С 3/04, 1963. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601