Спосіб отримування бітумінозного в’яжучого “азмол св”

Спосіб отримування бітумінозного в'яжучого шляхом термічного оксидування повітрям масляного гудрону із додаванням гумової крихти, який відрізняє ться тим, що безперервному, термічному, каталітичному оксидуванню повітрям, що витрачають у кількості 45-60 м 3/гoд., при температурі 43118 Помітного покращення інших характеристик композицій при цьому не відзначено. Завданням передбачуваного винаходу було отримування бітумінозного в'яжучого складу поліпшеної якості шляхом здійснення безперервного, термічного, каталітичного оксидування повітрям, що витрачається у кількості 45-60 м 3/год., при температурі 220230°С у першій колоні, та наступного термостатиювання при температурі 210-230°С у другій колоні суміші у співвідношенні 1:1 масляного гудрону та сировини для виробництва нафтови х в'язких шляхови х бітумів СБ 20/40 та/або СБ 40/60 із додатками, в якості яких використовують гумову крихту, поліетилен високої густини В570030 та амбарні відходи при вмісті інгредієнтів у суміші, % мас.: - масляний гудрон 44,2-47,2 - сировина для виробництва нафтових в'язких шля хови х бітумів СБ 20/40 та/або СБ 40/60 44,2-47,2 - крихта гумова 0,7-1,8 - поліетилен високої густини В 570030 0,8-1,5 - амбарні відходи 4,1-8,3 Бітумінозне в'яжуче отримують із доступної сировини, загальна характеристика якої наведена нижче. Гудрон масляний - ТУ 38 УРСР 201-181-74. Використовують для отримування бітуму, адгезійних присадок до бітумів, у якості пом'якшувача в гумовій промисловості, а також у будівництві, виробництві вуглеводневих мастил, термопластичних композицій. Сировину для виробництва нафтових в'язких шляхови х бітумів СБ 20/40 або СБ 40/60 ТУ 38.101582-75 - найбільш широко використовують по прямому призначенню. Гумова крихта - ТУ У 600152448.016-96, використовується у якості наповнювача у виробництві бітумно-ізоляційної мастики, модифікатора нафтового бітум у, для отримування захисних антикорозійних покриттів. Поліетилен високої густини В 570030 (натуральний, виробництва фірми "ALBIS") лінійний гомополімер поліетилену, призначений для видавлювання пластин, порожнистих ємностей та іншої продукції з хорошою жорсткістю. Зокрема, у складі пропонуємого бітумінозного в'яжучого використовують подрібнені відходи виробництва полімерної тари, яку виготовляють на AT "АЗМОЛ". Амбарні відходи (тверді) - містять широку гаму продуктів органо-неорганічної природи, серед яких у найбільшій кількості наведені, % мас.: - мінеральні оливи 9-13 - рослинні олії 2-5 - високомолекулярні жирні кислоти (СЖК) та їхні металічні солі 10-13 - відходи виробництва смоли "Октофор-N" 1-1,5 - мідні солі нафтенових кислот 3-5 - оксисполуки різної природи 7-10 - поверхнево-активні речовини 2-6 - ароматичні сполуки 6-9 та інші складні хімічні сполуки. Рідкі фракції відходів відокремлюють та переробляють за спеціальною методою, освоєною в умовах заводу. Загальна кількість умовно назва них твердих відходів, основні компоненти яких наведені вище, складає 5000 тонн. Переробка таких відходів заводу, що знаходиться в курортній зоні, є актуальною у технологічному та екологічному аспектах. Пропонований спосіб отримання бітумінозного в'яжучого здійснюють за наведеною нижче технологічною схемою (фіг.). В резервуарі 1 проводять підготовку сировини до подальшого оксидування, для чого в нього завантажують масляний гудрон та СБ 20/40 або СБ 40/60 у співвідношенні 1:1, інтенсивно перемішують та нагрівають до 200-220°С шляхом циркуляції через трубчасту систему спеціалізованої печі 2. У механізованому змішувачі 3, забезпеченому оболонкою для підігрівання та охолодження мінеральною оливою, при температурі 180-200°С готують, енергійно перемішуючи, суміш додатків (гумова крихта, відходи поліетилену В 570030, амбарні відходи) до вихідних нафтопродуктів, дозуючи їх у кількості, визначеною рецептурою, із розрахунку на масу сировини, що знаходиться у резервуарі 1 та змішують їх із гудроном масляним, що використовується у якості розчинника. Схемою технологічного процесу передбачені дублюючі апарати. Потім із резервуару 1 нагрітий до 200-220°С сировинний компонент надходить на оксидування у колону окиснення 6(1), змішуючись на шляху у розширнику 5 із додатками, що транспортуються із механічного змішувача 3 дозуючим насосом 4. Маса надходить у колону окиснення 6(1) над рівнем повітряного розподільника, повітря із якого у кількості 45-60 м 3/год на одну тонну продукту барботує через окиснювану масу при температурі 220230°С. Час проходження одиниці маси продукту через колону складає 6-8 годин. Оскільки, на відміну від відомих процесів окиснення гудрону, даний процес каталізують солі марганцю, міді, заліза, що містяться у амбарних відходах нафтопродуктів, то і перетворення органічних сполук відбуваються у нетрадиційних напрямках. До того ж значно зростає активність процесу оксидування, свідченням чого є енергійне виділення тепла та швидкість накопичення епоксисполук, асфальтенів та смолистих речовин. Цьому ж сприяє присутність у окиснюваній масі поверхневоактивних речовин, які дозволяють проводити процес окиснення при більш низькій температурі і, окрім того, по ряду показників (температура розм'якшення по "КіК", дуктильність, температура крихкості) покращують властивості кінцевого продукту. У зв'язку із екзотермічністю процесу оксидування нафтопродуктів, температуру у апараті регулюють як кількістю суміші вихідних компонентів, що подають на окиснення у одиницю часу, так і шляхом подавання у змійовики, що знаходяться всередині колони 6(1), холодної мінеральної оливи. Гума, розчиняючись спочатку у окиснюваній суміші, потім зазнає і хімічну деструкцію по дисульфідних містках у її макромолекулі під дією активаторів-дисульфідів, що містяться у вихідній сировині. Одночасно із утворенням кисневих сполук протікають процеси деструкції сітчастої структури гуми та розчинення продуктів деструкції. Результатом хімічних перетворень гуми та наступного 2 43118 сполучення продуктів деструкції із інгредієнтами окиснюваної маси стало підвищення еластичності створюваного матеріалу. Оптимальною температурою для раціонального перетворення гуми у плані поліпшення якості в'яжучого є 200-230°С, вище якої можлива деполімеризація макромолекул синтетичного каучук у основного інгредієнта гуми. Дана температура відповідає також загальним вимогам технологічного процесу, що передбачає отримання у превалюючій кількості високомолекулярних продуктів полімеризації та конденсації і в найменшій мірі низькомолекулярних сполук для запобігання зростання витрат виробництва і з міркувань екологічного плану. Подрібнений поліетилен високої густини В 570030 є відходом виробництва полімерної тари та використовується у процесі отримання в'яжучого як модифікуючий додаток. Поліетилен, лише частково беручи участь у кисневій деструкції, інтенсифікує підвищення в'язкості в'яжучого та відіграє пластифікуючу роль у го товому продукті. Амбарні відходи, що входять до складу окиснюваної суміші, є цінним матеріальним ресурсом. Вони містять сполуки металів із елементами органо-неорганічної природи, таких як кальцій, натрій, марганець, літій, залізо, алюміній, молібден, а також сірку, графіт, алкілфенолуротропіновий комплекс, ненасичені жирні кислоти, їх азотвміщуючі сполуки та інші реакційно-активні речовини, спроможні до різноманітних хімічних перетворень, а ряд із них є каталізаторами багатьох те хнологічних процесів. Тому використання таких відходів виробництва виявляється технологічно, економічно та екологічно доцільним. Окрім того, якщо відомим прийомом для поліпшення тих чи інши х властивостей в'яжучого є введення до його складу окремих речовин та матеріалів (деякі із них ідентичні тим, що містяться у амбарних відхода х нафтопродуктів), то самі амбарні відходи є універсальним додатком, сукупний ефект від використання якого сприяє комплексному підвищенню якості кінцевого продукту. Процес оксидування суміші, каталізуємий солями різноманітних металів, в основному, марганцю, заліза, алюмінію, підсилюється синергетично діючим аніоно- та неіоногенними поверхневоактивними речовинами, в результаті чого різнопланові реакції в першій колоні 6(1) протікають інтенсивно, із меншою тривалістю, затратами енергії, витраченням повітря, вмістом летких речовин у газах, що відходять. Опісля закінчення першого ступеня окиснення, продукт, насичений паро-газоповітряною сумішшю надходить у другу колону 6(2), де відбувається його доокиснення та стабілізація. У колоні 6(2) температура, як показала практика, автономно утримується на рівні, достатньому для завершення хімічних перетворень у реакційній масі. Проте, друга колона 6(2), як і перша 6(1), забезпечена змійовиками, у які для регулювання температури, в разі потреби, подають гарячу або холодну мінеральну оливу. У др угій колоні 6(2) відбувається термостатування продукту при температурі 210-230°С із одночасним оксидуванням, конденсацією та полімеризацією хімічно активних сполук. При цьому, реалізуються процеси внутрішньомолекулярної перебудови, що протікають одночасно із процесами поліконденсації та супроводжуються утворенням комплексного вуглеводневого складу, включаючого елементи неорганічної структури, що забезпечують у сук упності ефективне загущення системи. Окиснюваній деструкції по запропонованому способу підлягає широкий набір різних компонентів, внаслідок чого протікає супряжене окиснення, що супроводжується утворенням смолоподібних продуктів, що мають сольватуючу властивість, результатом якої є утримування асфальтенів у диспергованому стані. Утворення кислих мил у оксидованій суміші надає в'яжучому біоцидні властивості, а результатом перетворення алкілфенолуротропінового комплексу (відходів виробництва смоли "Октофор N") є утворення смол, підсилюючих хемосорбційні процеси, і, як наслідок, адгезію органічного в'яжучого із поверхнею кам'яних матеріалів та інших мінеральних наповнювачів. Оскільки вихідною сировиною для отримання бітумінозного в'яжучого є складна суміш з'єднань, яка підлягає каталітичному термічному впливові в умовах тонкошарового контактування із киснем повітря, прогнозування пріоритетних напрямків реакцій, що перебігають, не уявляється можливим охопити одним загальним теоретичним трактуванням. Тому експериментальним шляхом був підібраний склад вихідної суміші та умови її переробки, що забезпечують отримання кінцевого продукту із бажаним комплексом властивостей. Варіювання кількістю додатків забезпечує модифікацію бітумінозного в'яжучого у широкому діапазоні фізико-хімічних властивостей, причому з урахуванням реалізації інтересів споживачів окремі властивості можуть бути цілеспрямовано змінені. Пропонований компонентний склад суміші та спосіб переробки її у бітумінозне в'яжуче, відповідно до передбачуваного винаходу, у вітчизняній практиці аналогів не має. На завершальній стадії технологічного процесу, звільнюючись у вер хній частині колони 6(2) від парів, газів, механічно захоплених більш важких вуглеводнів, готовий продукт безперервно потрапляє до збірників 7. Для регулювання тих чи інших властивостей в'яжучого схемою технологічного процесу передбачена можливість компаундування продуктів, що знаходяться у збірниках 7, в ємності 8. Гази, що відходять, із колони 6(2) спрямовують до скрубера 9 для первинного очищення, а потім через циклон до печі спалювання 2. Із використанням зазначених вище компонентів по запропонованій технології виготовлені зразки бітумінозного в'яжучого, які наведені у табл. 1. Показники властивостей бітумінозного в'яжучого наведені у табл.. 2. Надані результати свідчать про те, що запропоноване в'яжуче характеризується досить високими показниками якості, найкращі із яких у рамках пропонованих концентрацій інгредієнтів мають зразки 2, 3, 4. Відхилення кількісного співвідношення компонентів у зразках 1 та 5 від пропонованих меж (зразки 2, 3, 4) пов'язано із пониженням температури розм'якшення, крихкості, інтервалів 3 43118 пластичності та термічного розширення, погіршенням зчеплення із піском. Із використанням бітумінозного в'яжучого були виготовлені зразки асфальтобетонів, випробувані на міцність та водостійкість у рамках вимог ГОСТ 9128-84. Дозування бітумінозного в'яжучого на мінеральну частину у всіх випадках було вибране одне і те саме (6,5%). Результати випробувань наведені у табл. 3. Як показують дані, наведені у табл. 3, співвідношення компонентів у зразках 2, 3, 4 забезпечує отримування в'яжучого значно більш високої якості порівняно із зразками 1 та 5. Шляхом варіювання співвідношення компонентів у рамках близьких до межі концентрацій, може бути отриманий продукт із характеристиками, що відповідають різноманітним маркам в'яжучого. Згідно із передбачуваним винаходом, запропоновані 4 марки бітумінозного в'яжучого "АЗМОЛ СВ", котрі регламентовані технічними умовами на дослідно-промислові партії ТУ У 00152365.1102000. Практика підтверджує ефективність запропонованої розробки, особливість якої полягає в універсальності її використання: будівництві, шля ховому будівництві, у виробництві покрівельних рулонних матеріалів, мастик. До теперішнього часу за заявками споживачів реалізовано близько 20000 тонн із перспективою збільшення до кінця року близько 100000 тонн. Таблиця 1 Зразки бітумінозного в'яжучого 1 42,5 5 48,3 44,2 45,7 47,2 48,3 2,1 2,9 10,0 Гудрон масляний Сировина для виробництва нафтових, в'язких шляхови х бітумів СБ 20/40 або СБ 40/60 Гумова крихта Поліетилен високої густини В 570030 Амбарні відходи нафтопродуктів Вміст у зразках, % мас. 2 3 4 44,2 45,7 47,2 42,5 Компоненти 1,8 1,5 8,3 1,25 1,15 6,2 0,7 0,8 4,1 0,6 0,4 2,4 Таблиця 2 Фізико-хімічні властивості бітумінозного в'яжучого Властивості 1 41 Температура розм'якшення за КіК, °С Дуктильність, см: при 25°С при 0°С Температура крихкості, °С Температура склування, °С Інтервал пластичності, °С Інтервал термічного розширення при -20°С, 1/град Пенетрація 0,1 мм при 25°С при 0°С Зчеплення із піском, відповідає контрольному зразку Розтягнення при 25°С, см, після прогрівання Зразки бітумінозного в'яжучого 2 3 4 46 45 42 5 40 65 4 -12 -13 49 10* 10-5 95 5 -18 -20 57 25* 10-5 60 4 -11 -14 52 12* 10-5 113 24 108 26 103 28 117 23 3 1 1 2 2 60 89 55 228 100 вище 240 95 224 4 100 5 -21 -23 61 24* 10-5 119 З0 Температура спалаху у відкритому тиглі, °С 89 6 -20 -21 59 23* 10-5 233 231 43118 Таблиця 3 Показники якості зразків асфальтобетону Показники 1 Межа міцності при стискуванні, МПа: при 50°С при 20°С при 0°С Коефіцієнт водостійкості Коефіцієнт водостійкості при тривалому водонасичуванні Набрякання, % об'ємні Водонасичування, % об'ємні 2 Зразки 3 4 5 0,9 4,8 13,1 0,86 1,1 6,9 12 0,92 1,5 8,4 11,7 0,97 1,3 7,3 11,9 0,96 0,9 6,4 12,8 0,89 0,78 0,92 0,92 0,94 0,81 0,41 3,6 0,31 1,8 0,25 1,6 0,26 1,7 0,39 2,5 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ __________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 __________________________________________________________ 5