Модификация вторичных битумных вяжущих элементарной серой
Автор: Пивсаев Вадим Юрьевич, Кузнецова Мария Сергеевна, Красников Павел Евгеньевич, Пименов Андрей Александрович, Сухоносова Анна Николаевна
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Статья в выпуске: 3-6 т.15, 2013 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрены способы получения вторичного битумного вяжущего путём переработки и последующей модификации тяжёлых нефтяных отходов. Модификация вакуумных гудронов осуществляется элементарной серой.
Сера, нефтесодержащие отходы, вторичные битумные вяжущие, нефтешлам, вакуумный гудрон
Короткий адрес: https://sciup.org/148202128
IDR: 148202128 | УДК: 628.5
Modification the secondary bituminous cements by elementary sulfur
Ways of receiving secondary bituminous cements by processing and subsequent modification the heavy oil waste are considered. Modification of vacuum tars is carried out by elementary sulfur.
Текст научной статьи Модификация вторичных битумных вяжущих элементарной серой
Нефтесодержащие отходы представляют собой сложные многофазные высоковязкие коллоидные системы, что является основным препятствием при их переработке в рамках известных технологий. Это означает, что необходима разработка принципиально нового подхода к проблеме практической реализации переработки нефтесодержащих отходов с получением вторичных нефтепродуктов, в частности нефтяного вяжущего [1]. Основной вид нефтяного вяжущего, успешно применяемого в разных отраслях – нефтяной битум, пластичный, способный без разрушения выдерживать воздействие низких температур и температурных перепадов, а также различных деформаций. Ранее нами было показано [2], что вторичные битумные продукты, получаемые при переработке нефтесодержащих отходов, зачастую не в полной мере соответствуют требованиям нормативных документов, регламентирующих качество заводской продукции. Анализ научно-технической литературы [35] позволяет считать перспективным такое направление исследований, как использование в качестве модификатора элементарной серы для доведения до действующих стандартов продуктов, полученных при переработке нефтешламов. С экономической точки зрения сера заслуживает
Пивсаев Вадим Юрьевич, аспирант
Кузнецова Мария Сергеевна, аспирантка
большого внимания как недорогая добавка к битуму [6]. Тонкоразмолотая элементарная сера является носителем поверхностно-активных свойств нефти и нефтепродуктов, поэтому её применяют в качестве добавки для создания оптимальной структуры битума. Влияние серы при введении её в битум при температуре 180-200оС аналогично действию кислорода при окислении. По данным исследования [7], влияние серы на свойства нефтяных битумов определяется следующими факторами: температурой взаимодействия, количеством серы, структурным типом битума, временем взаимодействия. Эффект воздействия серы на битумы зависит от исходного сырья и технологии его получения [8].
Экспериментальная часть. С целью изучения влияния элементарной серы на физикомеханические свойства вакуумных гудронов была проведена серия экспериментов. В качестве объектов исследования были использованы тяжёлые вакуумные гудроны, полученные путём переработки нефтесодержащих отходов различных объектов размещения, приведенных в табл. 1, в процессе термической обработки нефтешламов на лабораторной установке переработки нефтесодержащих отходов при остаточном давлении 30-40 мм. рт. ст.
Таблица 1. Образцы вакуумных гудронов
|
Объект размещения |
Образцы вакуумных гудронов, № |
|
вакуумные гудроны, полученные при переработке нефтешлама Юганской группы месторождений |
1-3 |
|
вакуумный гудрон, полученный при переработке нефтешлама УКПН-1 Центральной группы месторождений Самарской обл. |
4 |
Перед добавлением серы был проанализирован групповой состав исходного сырья, результаты представлены в табл. 2. Из данных табл. 2 следует, что, несмотря на проведение перегонки при пониженном давлении, образцы гудронов содержат 8-21% парафинов, что делает их малопригодными для получения классических окисленных битумов.
Таблица 2. Групповой состав вакуумного гудрона (по Маркуссону)
|
Образец № |
Содержание (в %) |
||||
|
мех. примеси |
асфальтены |
смолы |
масла |
парафины |
|
|
1 |
7,03 |
11,30 |
22,16 |
58,18 |
8,36 |
|
2 |
15,83 |
22,22 |
21,28 |
46,31 |
10,19 |
|
3 |
12,35 |
15,48 |
23,51 |
39,77 |
21,24 |
|
4 |
4,68 |
15,32 |
25,26 |
48,45 |
10,97 |
Образцы серобитума были получены путём компаундирования при определённых режимах нагрева фиксированной навески серы в количестве 5, 10, 15 и 20% масс. с вакуумными гудронами. В разогретый вакуумный гудрон вносили порцию серы, после чего массу нагревали до 160°С и при постоянном перемешивании механической мешалкой выдерживали 30 мин.
Для ряда полученных образцов были определены физико-механические характеристики, в частности, температура размягчения по методу «кольца и шара» по ГОСТ 11506-73 и глубина проникновения иглы при 25 и 0оС по ГОСТ 11501-78. Результаты этих испытаний представлены в табл. 3.
Таблица 3. Результаты физико-механических испытаний вторичных битумов
|
Показатель |
Образец |
Без добав-бав-ления серы |
С добавлением серы в количестве: |
Требования ГОСТ 22245– 90 для битума БН 200/300 |
|||
|
5% |
10% |
15% |
20% |
не ниже 35 |
|||
|
температура размягчения по методу «кольца и шара», оС |
1 |
29 |
38 |
28,5 |
37,5 |
41,5 |
|
|
2 |
49 |
46,5 |
48 |
49 |
50 |
||
|
3 |
47,5 |
43 |
38,5 |
41,5 |
43 |
||
|
4 |
43,5 |
37,5 |
36,5 |
37 |
40 |
||
|
глубина проникновения иглы при 25оС, 0,1 мм |
1 |
492 |
347 |
329 |
336 |
346 |
201-300 |
|
2 |
182 |
303 |
251 |
246 |
181 |
||
|
3 |
281 |
270 |
188 |
252 |
158 |
||
|
4 |
391 |
335 |
261 |
304 |
282 |
||
|
глубина проникновения иглы при 0оС, 0,1 мм |
1 |
553 |
347 |
307 |
330 |
338 |
не менее 45 |
|
2 |
61 |
303 |
70 |
88 |
87 |
||
|
3 |
76 |
270 |
105 |
91 |
104 |
||
|
4 |
111 |
335 |
109 |
89 |
101 |
||
|
растяжимость при 25оС, см |
1-4 |
- |
не нормируется |
||||
|
растяжимость при 0оС, см |
1 |
25 |
27 |
28 |
25 |
23 |
не менее 20 |
|
2 |
22 |
26 |
25 |
22 |
23 |
||
|
3 |
21 |
19 |
22 |
21 |
22 |
||
|
4 |
29 |
33 |
31 |
30 |
28 |
||
|
температура хрупкости, °С |
1-4 |
соответствует |
не выше -20 |
||||
|
температура вспышки, °С |
1-4 |
соответствует |
Не ниже 220 |
||||
|
изменение температуры размягчения после прогрева, °С |
1 |
6 |
5 |
6 |
4 |
5 |
не более 7 |
|
2 |
4 |
4 |
3 |
3 |
3 |
||
|
3 |
8 |
8 |
7 |
7 |
4 |
||
|
4 |
7 |
6 |
6 |
4 |
3 |
||
Примечание: жирным выделены характеристики, соответствующие нормативным требованиям
График, соответствующий изменению температуры размягчения полученного битума в зависимости от количества добавляемой серы, представлен на рис. 1. Анализ данных, представленных в табл. 2 и на графике, изображённом на рис. 1, позволяет сделать вывод о возможности использования вторичного битума полученного из нефтесодержащих отходов, и модифицированного элементарной серой в качестве дорожного битума – аналога БН 200/300.
Рис. 1. График изменения температуры размягчения битума
Выводы: модификация вторичного битума с помощью элементарной серы позволяет добиться качественных показателей вторичной продукции, соответствующих стандартным маркам битумов.
Работа выполнена в соответствии с государственным контрактом №16.740.11.0674 «Комплексные исследования термоокислительной модификации кубовых остатков переработки нефтешламов во вторичные продукты» в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
Список литературы Модификация вторичных битумных вяжущих элементарной серой
- Эйвазова, А.Г. Нефтяной шлам и возможные области его использования//XVIII Международная научно-практическая конференция «Современные техника и технологии». 2012. С. 147-148.
- Пивсаев, В.Ю. Поисковые исследования в области разработки новых методов получения битумов из нефтесодержащих отходов/В.Ю. Пивсаев, М.С. Кузнецова, П.Е. Красников и др.//Известия СНЦ РАН. 2012. Т. 14. №5(3). С. 832-835.
- Осипов, А.В. Взаимодействие серы с органическим сырьём. Часть 1. Теоретические основы/А.В. Осипов, В.А. Будник, В.В. Зольников и др.//Нефтегазовое дело. 2010. URL: http://www.ogbus.ru/authors/Osipov/Osipov_1.pdf [05.07.13].
- Худякова, Т.С. Полимерно-битумные вяжущие: особенности структуры и свойств//Интернет-журнал. URL: http://www.newchemistry.ru [05.07.13].
- Баясгалан, Х. Химическая модификация остатков высокопарафинистых нефтей в сырье для получения битумов: на примере нефтей Монголии. Дисс. канд. техн. наук. -Томск, 2008. 32 с.
- Rudio, B.G. Einfluss von Schwefelzusatz auf die Eigenschaften von Bitumen//Bitumen. 1977. N5. S. 142.
- Гурарий, Е.М. Влияние серы на структурообразование в битумах//Труды СОЮЗДОРНИИ. 1971. Вып. 44. С. 137-145.
- Оаэ, С. Химия органических соединений серы. -М.: Химия, 1975. 76 с.
