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: [email protected] [email protected] Контактный телефон: 89174934677 89173818155