Назарова А.Р., Гайнуллина Г.М.

Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский
государственный нефтяной
технический университет»
в г. Салавате
Инновационные технологии 21 века в области
химической технологии
Получение серобитумов
и битумполисульфидных вяжущих
Выполнили:
студент гр.ТП-09-21
студент гр.ТП-10-21
Назарова А.Р.
Гайнуллина Г.М.
Цели исследований
• возможность получения товарных дорожных битумов,
модифицированных элементарной серой;
• исследования возможности вовлечения в готовый
окисленный битум модифицированной серы с целью
экономии расхода битума при получении вяжущего;
• возможность получения полисульфидного и
битумполисульфидного вяжущего, сооответстующих
требованиям ГОСТ 22245-90, путем совмещения серы с
непредельными мономерами (КОРС и ДЦПД).
Схема исследований
Получение серобитумов и БПВ
1. Модифицирование
элементарной серой
Осернение
гудрона и
добавление его
в глубокоокисленный битум
Осернение
переокисленного битума +
гудрон и НПС
2. Модифицирование
полисульфидами
Синтез полисульфидов
Компаундирование с
битумом
1. МОДИФИЦИРОВАНИЕ БИТУМОВ ЭЛЕМЕНТРАНОЙ
СЕРОЙ
Выбор технологии
В глубокоокисленный битум
вводили осерненный гудрон,
который получали
компаундированием его с серой
в количестве 10% масс.
При
температуре
140оС
При
температуре
180оС
При
температуре
160оС
При
температуре
170оС
Получение осерненного
глубокоокисленного битума и
компаундирование его гудроном и
НПС до получения серобитумов с
температурами размягчения 43 и
47оС.
При температуре
140+5оС с серой в
количестве 3; 5; 7; 10;
15; 20 % масс. на битум
в течение 120 мин.
Таблица 1 - Физико-химические свойства серобитумов,
полученных на основе осерненного гудрона
Температура Содержание
получения осерненного
осерненного
гудрона в
Темпегудрона, °С глубокоокис- ратура Адгеленном
размягч
зия
битуме,
ения, оС
% масс.
гудрон
140
Показатели качества серобитума
Пенетрация при
25оС, х
0,1 мм
Потеря
Пенетра- Темперамассы
ция при
тура
после
0оС, х 0,1 хрупкост
прогрева,
мм
и, оС
%, Δm
Интервал
пластичности, оС
78
27
-21
0,0386
64
60
38
0,0189
Выше 88
2
65
24
Ниже 28
-18,1
0,4628
65,1
43
2
80
30
-23,5
0,6745
66,5
25,98
43
2
69
28
-21,5
0,1229
64,5
23,60
47
2
60
26
-20,8
0,2892
67,8
28,09
43
2
69
27
-20,3
0,0840
63,3
22,30
47
2
63
24
-17,5
0,1764
64,5
-
43
2
64
24
-19,0
0,2068
62
-
47
2
40
20
-18,7
0,0677
65,7
43
2
47
2
19,55
47
22
-
160
170
180
Температура размягчения, ºС
58
56
54
52
50
48
46
0
30
3%
5%
60
7%
90
10%
15%
120
Время, мин
20%
Рисунок 1 – Зависимость температуры размягчения
переокисленного битума от времени перемешивания при
температуре 140+5оС при различном содержании серы в
переокисленном битуме
Из графика видно, что температура размягчения сначала резко падает, а после 30 минут
перемешивания вновь возрастает и после 60 минут перемешивания практически
не изменяется.
Таблица 2 - Физико-химические свойства серобитумов,
полученных на основе осерненного гудрона
Количество Содержа Темпера- Пенетра
серы, %
-ние
тура
ция при
масс на
осернен- размягче 25 оС, х
полуного
ния, оС
0,1 мм
гудрон
гудрона
в ПБ, %
масс
гудрон
10
15
20
-
Пенет- Тем- Адге- Потеря Изменение Интеррация
перазия
массы
температувал
при 0
тура
после
ры
пластичоС, х 0,1 хруппрогрева, размягчености,
оС
мм
кости,
%, Δm
ния после
оС
прогрева,
Δtр , оС
47
75
25
-19,8
2
0,0315
5
66,8
43
60
33
-27,5
1-2
0,0180
6
70,5
21,05
48
60
22
-16,8
2
0,4373
8
64,8
25
44
83
30
-22,6
2
0,2945
7
66,6
20
47
68
25
-19,5
2
0,3783
7
66,5
23
44
90
27
-21
2
0,2151
8
65
19,55
47
65
24
-18,1
2
0,4628
9
65,1
22
43
80
30
-23,5
2
0,6745
10
66,5
Адгезия серобитумов
100
Адгезия, % масс.
95
90
85
80
75
70
0
5
10
15
20
25
30
Концентрация серы в битуме, % масс.
Рисунок 2 - Зависимость адгезии серобитумов,
определенной количественным и качественным
методом
Адгезия серобитумов ниже, чем у исходного битума, следовательно необходимо
использовать адгезионные добавки, например НПС
• Таблица 3 - Физико-химические свойства битумов,
модифицированных элементарной серой и НПС
КоличеПолугудро
Показатели качества битумов марки БНД 60/130 и БНД 90/130
Показатели качества
ство
на +
переокисленного битума,
серы,
НПС(5%),
модифицированного
% масс
% масс.
элементарной серой
Потеря
Адгезия Интервал
Темпера Пенетрана
на
битум
Темпе- Пенет- ПенетПенетрация Темперамассы
пластичтура
ция при
переок- ратура
о
рация
рация
при 0 С, х
тура
после
ности, оС
оС, х 0,1
размягч
25
ислен- размягпри
при
0,1 мм
хрупкости прогрева,
ения, оС
мм
ный
о
о
чения,
25 С, х 0 С, х
, оС
%, Δm
битум
оС
0,1 мм 0,1 мм
Полугудро
43
78
27
-21
0,0386
2
64
на 48,5%
на битум
0
55
38
13
3
55
43
15
5
55
38
13
7
53
44
14
10
52
45
14
15
52
48
15
20
51
45
16
Полугудро
на 26,6 %
на битум
47
60
38
Ниже -28
0,0189
2
Выше 75
56
40
52
24
44
43
48
44
48
43
100
87
100
64
110
52
44
49
39
45
Ниже -28
Ниже -28
Ниже -28
Ниже -28
-26,3
0,0012
0,0026
0,0063
0,0030
0,0380
1-2
1
1
1
1-2(2)
Выше 71
Выше 76
Выше 72
Выше 76
69,3
24
47
90
42
Ниже -28
0,0061
1
Выше 75
48
24
46
36
46
36
44
47
43
47
43
48
93
75
120
93
120
95
37
50
46
48
45
51
-25,1
Ниже -28
-25,8
Ниже -28
-25,1
Ниже -28
0,0103
0,0065
0,0082
0,0148
0,0046
0,0151
1
1
1
1
1
2
69,1
Выше 75
68,8
Выше 75
68,1
Выше 76
2. МОДИФИЦИРОВАНИЕ БИТУМОВ ПОЛИСУЛЬФИДАМИ
•
Сера может вступать в химические взаимодействия с
непредельными углеводородами, образуя полисульфиды,
которые можно использовать как модификаторы свойств
битумов.
Сущность метода заключается в сополимеризации
элементарной серы с непредельными мономерами:
• КОРС – кубовый остаток ректификационного стирола(отход
производства стирола);
• ДЦПД дицилопентадиен (отход производства бензола).
Получение полисульфида
Плавление
серы при
t=140оС
Совмещение
компонентов
при 140оС в
течении
4 часов
Полисульфид
Нагревание
КОРСа(ДЦПД)
при t=140оС
Время, ч
0
ПС 1
2
ПС 2
4
ПС 3
6
8
ПС 4
Рисунок 3 - Зависимости температуры
каплепадения полисульфида на основе КОРСа от
времени перемешивания
Температура каплепадения, ºС
Температура каплепадения, ºС
90
80
70
60
50
40
30
20
10
100
90
80
70
60
50
40
30
20
Время, ч
0
2
ПС 1
4
ПС 2
6
8
ПС 3
Рисунок 4 - Зависимости температуры
каплепадения полисульфида на основе
ДЦПД от времени перемешивания
Заметим, что температура каплепадения в обоих случаях после 4 часов
непрерывного перемешивания практически не изменяется
Полученный
полисульфид
В БНД 90/130
В переокисленный
битум
Температура
размягчения 43оС
Температура
размягчения 60оС
Таблица 4 – Свойства образцов битумполисульфидных
вяжущего на основе КОРСа с БНД 90/130
Соотношение
сера : КОРС, %
Соотношение
битум :
полисульфид, %
40 : 60
50 : 50
Температура
размягчения,
оС
24
70 : 30
28
290
90
80 : 20
30
132
49
90 : 10
34
160
66
50 : 50
28,5
-
-
70 : 30
34
-
-
50 : 50
28,5
-
-
70 : 30
28,5
-
-
50 : 50
60 : 40
Пенетрация Пенетрация
при 25оС, х при 0оС, х 0,1
0,1 мм
мм
335
173
Дорожное вяжущее в соответствии с ГОСТ 22255-90 получить не
удалось
Таблица 5 – Свойства битумполисульфидных
вяжущих на основе переокисленного битума
Соотно
шение
сера :
КОРС,
%
Соотно
шение
переок Темпер Пенетра
исленн
атура
ция при
ый
размягч 25оС, х
битум :
о
полису ения, С 0,1 мм
льфид,
%
Потеря Интерва Изменение Температу Адгез
массы
л
температур
ра
ия
ы
хрупкости,
Пенетра после пластич
оС
ция при прогре ности, размягчени
оС
ва, % ,
я после
0оС, х
Δm
прогрев, Δtр
0,1 мм
, оС
85 : 15
43
97
43
1,00
70,6
3
-27,6
1-2
90 : 10
47
101
33
0,82
69,3
0
-22,3
1
80 : 20
43
100
45
2,11
Выше 71
0
Ниже -28
1-2
89 : 11
47
70
27
1,28
68
4
-21
1-2
50 : 50
43
140
47
3,51
67,7
-1
-24,7
1-2
76 : 24
47
80
34
1,73
73,2
0
-26,2
1-2
56 : 44
43
175
53
2,39
67,5
-5
-24,5
1-2
83 : 17
47
85
30
1,21
70
4
-23
1-2
30 : 70
40 : 60
50 : 50
60 : 40
Таблица 6 –Физико-химические свойства
битумсульфидных вяжущих на основе ДЦПД
Соотно Соотношение Температ Пенетрац Пенетрац Темпер Изменение Адгезия Потеря
шение переокисленный
атура температуры
массы
ура
ия при
ия при
сера :
битум :
хрупко размягчения
после
о
о
ДЦПД, полисульфид, % размягчен 25 С, х 0 С, х 0,1 сти, оС
после
прогрева,
%
прогрев, Δtр ,
%, Δm
ия, оС
0,1 мм
мм
оС
80 : 20
50:50
43
130
46
-24,9
7
1-2
1,27
67,9
48
110
35
-22,9
2,5
1-2
1,31
70,9
43
170
63
-26,5
8
1-2
0,37
69,5
47
145
51
-25,2
4
1-2
0,35
72,2
80 : 20
47
68
20
-14,5
13
1-2
1,82
61,5
73,4 : 26,6
43
80
24
-19,8
9
1-2
2,44
62,8
76,7 : 23,3
73,4 : 26,6
80 : 20
60:40
76,7 : 23,3
73,4 : 26,6
40:60
Инт. пл
аст
Можно рекомендовать реализацию следующих
технологий:
- осерненный битум с гудроном НПС (15% S);
- получение битумных вяжущих на основе,
полисульфида с использованием S и КОРСа ( в
соотношении 60:40 на переокисленный битум, БПВ1);
- получение битумных вяжущих на основе,
полисульфида с использованием S и ДЦПД ( в
соотношении 60:40 на переокисленный битум, БПВ2)
Таблица 7– Технико – экономически показатели
Абсолютные показатели
Суточная производительность, т
Серобитум
382,27
Дни работы
Цена 1т, руб
Себестоимость целевой продукции, руб
Прибыль, тыс. руб
Рентабельность продукции, %
383,23
БПВ 2
383,23
260,00
Мощность установки по сырью
Выход целевой продукции, %
БПВ 1
100 000,00
99,39
99,64
99,64
8,15
7,88
8,38
7,77
7,51
7,98
37528,56
39921,89
5,02
5,02
38832,10
5,03
Тенденции изменения рентабельности и цены на 3 года
40.00
30.00
30.00
20.00
20.00
10.00
10.00
-
1
2
рентабельность
1
3
2
рентабельность
цена
Рисунок 5 –Изменение рентабельности и цены для БПВ1.
3
цена
Рисунок 6 –Изменение рентабельности и цены для БПВ 2.
30.00
20.00
10.00
1
2
рентабельность
3
цена
Рисунок 7 –Изменение рентабельности и цены для серобитумов.
Е-1, Е-2 – емкости смешения; К-1 - колоннпечь дожига, Т-1 - тепа окисления; К-2, К-3 –
абсорберы; К-4, К-5 – колонны; Н-1 – Н-7 – насосы; С-1, С-2 – сепараторы; ВХ-1, ВХ-2 –
конденсаторы-холодильники, , ПД – печь дожига, Т-1 - теплообменник
Рисунок 8. Комбинированная технологическая схема получения серобитумов
и БПВ на основе КОРС и ДЦПД
Спасибо
за
внимание!
Почтовый адрес: devo4ka_bina@mail.ru
gayka92@list.ru
Контактный телефон: 89174934677
89173818155