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

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 %)
Образец №	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
Показатель	Образец	Без добав-бав-ления серы	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 25^оС, 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 0^оС, 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 25^оС, см	1-4	-					не нормируется
растяжимость при 0^оС, 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.

Еще

Статья научная