Перспективные способы применения застарелых нефтесодержащих отходов для получения компонентов асфальтобетона

В продолжение исследований в области разработки новых методов получения битумов из нефтесодержащих отходов (НСО) [1] нами проведен ряд экспериментальных работ по определению физико-механических свойств компаундированных вторичных битумов. Проведенные патентные исследования показали, что интересы разработчиков в данной области сконцентрированы в основном на переработке различных остатков от переработки нефти, например, кубовых остатков [2], некондиционных мазутов [3], концентратов полиароматических углеводородов [4], являющихся ценным сырьем для нефтехимического производства. Тот факт, что доля транспортных расходов в затратах на переработку нефтесодержащих отходов может достигать 30% и более, диктует необходимость разработки технологий переработки НСО с максимальным использованием их ресурсного потенциала и без привлечения дополнительного сырья. При этом необходимо сокращать образование низкосортных продуктов переработки, например, черного соляра и пека, которые не подлежат реализации в качестве товарных нефтепродуктов.

Гаврилов Михаил Михайлович, студент Григорьева Мария Михайловна, студентка Николаева Мария Алексеевна, аспирантка Пивсаев Вадим Юрьевич, аспирант

Экспериментальная часть. Застарелые нефтесодержащие отходы подготавливали путем обезвоживания до содержания воды не более 5 масс.% и отделения минеральной составляющей до содержания механических примесей не более 16,4 масс.%. Атмосферную перегонку вели по методике, приведенной в [1], отбирая фракцию дизельного топлива. После завершения перегонки производили окисление кубового остатка с получением битума. Окисление вели кислородом воздуха, для этого реактор разогревали до температуры не более 240^оС и через барботажную спираль подавали воздух в количестве до 3,3 л/кг мин^-1 в течение 6-20 часов, в зависимости от свойств сырья. При вакуумной перегонке шлам предварительно обезвоживали по методу, описанному в [5], после чего установку вакуумировали до остаточного давления 8-10 мм.рт.ст., а через барботажную спираль на дне аппарата подавали инертный газ. Нагрев вели в среднем до 360°С для предотвращения процессов закоксовывания, получая при этом фракции дизельного топлива и вакуумного газойля. Затем определяли ряд нормируемых показателей соответствия качества окисленного и вакуумного гудронов [6]. На основании данных анализа и в соответствии с требуемыми потребительскими свойствами конечного товарного битума, определяли соотношение окисленного и вакуумного гудронов и компаундировали их при температуре 160-190^оС.

Результаты и их обсуждение. Характеристики стандартных битумов, исходных гудронов и компаундированных битумов приведены в табл. 1. Применение в качестве исходного сырья для получения битума застарелых нефтесодержащих отходов из накопительных амбаров позволяет получать окисленный гудрон при более мягких условиях и с меньшими энергетическими затратами, чем из отходов переработки сырой нефти. Это связано с тем, что при длительном хранении в прудах-накопителях застарелые нефтесодержащие отходы подвергаются воздействию микроорганизмов и кислорода воздуха, вследствие чего в них накапливаются продукты окисления, которые промотируют окисление в условиях эксперимента. При окислении застарелых нефтешламов образуются продукты – окисленные битумы с низкой растяжимостью, что не позволяет использовать их непосредственно в производстве асфальтобетона. Однако вакуумный гудрон, получаемый при указанных условиях, характеризуется повышенными значениями растяжимости (см. табл. 1).

Таблица 1. Сравнительные характеристики стандартных битумов, исходных гудронов и компаундированных битумов

Примечание: * - характеристики получены после отделения остаточных механических примесей путём центрифугирования

Компаундированием окисленного и вакуумного гудронов в различных соотношениях можно получать широкий ассортимент товарных битумов с заданными потребительскими свойствами. Глубокий отбор светлых и тёмных нефтепродуктов при вакуумной разгонке исходного сырья позволяет сократить общую долю низкосортных продуктов переработки таких, как черный соляр и пек. Проведение комплекса аналитических исследований состава, получаемых указанным способом гудронов, необходимо только при переходе к новому источнику застарелого нефтесодержащего отхода. Результаты анализа асфальтобетонов, полученных с применением компаундированных битумов, произведенных предлагаемым способом (см. табл. 2), подтверждают соответствие их требованиям, предъявляемым к асфальтобетонным смесям нормативными документами.

Важнейшим структурообразующим компонентом асфальтобетона является минеральный порошок на основе карбонатных пород. Нами на основе доломитовой муки по ГОСТ 14050-93 и компаундированного битума – аналога БНД 90/130 был получен активированный минеральный порошок, содержащий в качестве анионного поверхностно-активного вещества продукт, который получают при кислотном гидролизе отхода процесса рафинации растительных масел – соапстока, с кислотным числом от 100 до 140 мг (КОН)/г при следующем соотношении компонентов, масс.%: продукт переработки соапстока – 0,7-1,8; компаундированный битум – 1,0-1,6; минеральный компонент – до 100. Результаты анализа прочностных свойств асфальтобетона, полученного с применением активированного минерального порошка, произведенного предлагаемым способом (см. табл. 3), доказывают соответствие его требованиям, предъявляемым к асфальтобетонным смесям.

Таблица 2. Результаты испытаний асфальтобетонной смеси, произведенной с использованием компаундированного битума

* Соотношение окисленного и вакуумного гудронов 40/60 массовых частей.

** Стандартный нефтяной дорожный битум БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90.

*** Плотная асфальтобетонная смесь типа Б марки I для III дорожноклиматической зоны по ГОСТ 9128-2009.

Примечание: * - соотношение окисленного и вакуумного гудронов 40/60 массовых частей, ** - стандартный нефтяной дорожный битум БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90, *** - плотная асфальтобетонная смесь типа Б марки I для III дорожно-климатической зоны по ГОСТ 9128-2009

Таблица 3. Сравнительные результаты анализа стандартного асфальтобетона и полученного с применением активированного минерального порошка.

Примечание: * - минеральная часть – доломитовая мука, гидрофобизатор – компаунд. битум, ПАВ – п одукт переработки соапстока, ** - стандартный асфальтобетон на основе дорожного битума БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90 и минерального порошка МП-1 по ГОСТ Р 52129-2003, *** - плотная асфальтобетонная смесь типа Б марки I для III дорожно-климатической зоны по ГОСТ 9128-2009

Выводы: предложены способы получения основных компонентов асфальтобетона – дорожного битума и активированного минерального порошка, на основе застарелых нефтешламов, отобранных на объектах размещения нефтесодержащих отходов Самарской области. По полученным результатам поданы заявки на изобретения.

Работы выполнены в соответствии с государственным контрактом № 14.740.11.1096 «Разработка основ безотходной технологии производства тяжёлых нефтяных гудронов из нефтесодержащих отходов» в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

• 2.

• 3.

• 4.

• 5.