Способ получения вяжущего

 

Изобретение касается получения вяжущего и может быть применено в дорожном строительстве. Цель - повышение выхода вяжущего и снижение времегни его получения. Для этого нефтяной шлам смешивают с асфальтом деасфадь.тизации, нагревают и подвергают: окислению кислородом воздуха в присутствии оксида ванадия при 180-200°С, скорости подачи воздуха 10-15 л/мин на 1 кг сырья с отводом воды и легких углеводородов (асфальт деасфальтиаации и оксид ванадия используют в количестве соответственно 49-69 и 1,0 - 2,0 мас.% В смеси с исходным сырьем). Эти условия позволяют повысить выход вяжущего с 63,2 до 84,1 мас.% и снизить время окисления в 3-5 раз. 3 табл.. : . (Л

„„ЯО„„1715820

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦЮЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 С 10 С 3/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4796054/04 (22) 26.02.90 (46) 29. 02.92. Бюп. У 8 (71) Научно-исследовательский инсти тут химии при Нижегородском государ» ственном университете им.Н.И. Лобачевского (72). Л.В. Ганюшкин, С.Н. Назарьева, H.Ã. Прямикова, Ю.А.. Александров и Г.И; Макин (53) 665.637.88(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1313862, кл. С 10 С 3/04, 1987.

Авторское свидетельство СССР

У 1281583, кл. С 10 С 3/04, 1987. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО (57) Изобретение касается получения вяжущего и может быть применено в до

Изобретение относится к производ- . ству битумного вяжущего материала, ши" роко используемого для гражданского строительства, дорожных и гидроизоля ционных покрытий.

Известен способ получения битума,: включающий нагрев асфальт-смолистай . нефти и.атмосферную отгонку дистилля тов с получением целевого продукта, причем для упрощения технологии про-... цесса, исходную нефть смешивают с гуд роном, взятым в количестве 21,5" 22,5 мас.% на смесь, а атмосферную отгонку проводят до 250-270 С с пос

d ледующей изотермической выдержкой при этой температуре в присутствии

0,5-1 О, мас,X воды.

2, рожном строительстве. Цель - повышение выхода вяжущего и снижение времени его получения, Для этого нефтяной ф шлам смешивают с асфальтом деасфальтизации, нагревают и подвергают окислению кислородом воздуха в присутствии оксида ванадия при 180-200 С, скоросо ти подачи воздуха 10-15 л/мин на

1 кг сырья с отводом воды и легких углеводородов (асфальт деасфальтиаации и оксид ванадия используют в количестве соответственно 49-69 и 1,0—

2,0 мас.% в смеси с исходным сырьем). ти условия позволяют повысить выход вяжущего с 63,2 до 84,1 мас.% и снизить время окисления в 3-5 раз.

3 табл.

Недостатком данного способа является сложность осуществления .процесса.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения вяжущего путем окисления кислородом воздуха при 220-250 С нефтяного шлама, образующегося в процессах добычи и подготовки нефти, который представляет собой чердую студенистую пасту, пере™

Ходящую при Нагревании в легкотекуо чую жидкость, плотность при 57 С

0,854 г/см . г о

Фракционный состав Температура, С

Выкипает, %

Н.К. 216

10 (выкипает) 276

1715820

20 316

30 333

40 342

S0 341

60 334

70 320

80 350

Нефтяные шпамы наряду с трудноразделяемой с 1есью нефтепродуктбв содер 10 жат в своем,.составе воду и механические примеси"-,глину, песок, сульфиды железа и др, Нагрев .исходного сырья до темпера туры окисления в интервале 90-120 С 15 проводят со скоростью 4-5 С/ч :при продувке воздухом со скоростью

2-3 л./мин на 1 кг сырья. Отходящие газы, содержащие легкие фракции и.воду, конденсируют в .холодильнике и со 20 бирают в приемнике дистиллята.

Переработка нефтяных шламов,по известному способу решает задачу их утилизации расширяет сырьевую базу

25 для получения битума и служит целям охраны окружающей среды от. загрязнения нефтяными шламами, Данный способ можно кспопьэоватьдля получения вяжущего путам..окисления- нефтешпамов прудов-.накопителей.

Переработке:подвергают в этом случае даннъй слой нефтешпама, который .содержт т относительно постоянное количестВо нефтепродуктов, воды, механн:-. часкИх примесей и .составляет основную 5

15 массу прудов-шламонакопителей. Усред ценный состав нефтяного шлама, мас._#_: нефтепродукты 54; тяжелые нефтяные ос . татки более 40 (входят в мас.X нефте

) продуктов); вода 10; механические при- меси 36.

Использование нефтяных шламов. дан- ного состава по известному способу поэ-(1 волило попучить слаб оподвижную вя экую

1 массу основные показатели свойстВ

1, которой следующие.

Температура размягчения,o С 91

Глубина проникания иглы, 0,1 мм при 25 С 22 при ОС 5

Растяжимость-при

25 С., см }-2 температура хрупкости по Фраасу, С "5

Индекс пенетрации +4,3 ..

Таким образом, окисление ЯэВе тры » способом донных слоев нефтяных шламов прудов-накопителей позволяет получать вяжущее, показатели которого значительно ниже, показателей .битумов нефтяных дорожных в соответствии с

ГОСТ 22245-76.

Кроме тога, в связи с высоким содержанием механических примесей в неф-. тешпамах прудов-накопителей нецелесообразно проводить процесс окисления в режиме pro.:Hçâåñòíîìó способу. Из нефтешлама происходит выделение механических примесей, которые, оседают на стенках оборудования, что приводит к снижению теплопередачи и дополнительной очистки. реактора. Весь процесс удлиняется до 16 часов, а выход конечного продукта составляет. лишь 39 мас.7..

Цель изобретения - снижение време ни процесса и повьппение выхода целевоrо продукта.

Использование нефтяных шламов в смеси с асфальтрм деасфальтизации как сырьевой. смеси. для получения вяжущего материала битумозаменителя, позволяет расшир:ить сыр-ьевую базу для полу- . чения высококачествейных вяжущих материалов для дорожного строительства и стройиндустрии. Предлагаемый способ способствует охран@„окружающей среды от загрязйеяия нефтяными отходами.

Поставленная цель достигается тем, что нефтяной шлам для получения вяжу». щего путем смешения нефтяного питама с асфальтом деасфальтизации, последующего .нагрева и:;окнсления при 180-200 С, скорости подачи воздуха 10-15 л/мин на 1 кг сырья в присутствии оксида ва надия при использовании асфальта деаСфальтизации и оксида ванадия в количфстве соответственно 49-69, и

1,0:-2,0 мас.X от их смеси с исходным ! сырьем с отводом воды и легких угле> родов . ., Нефтяные- шпамы, подвергаемые переработке по предлагаемому способу, представляют собой донный слой прудовнакопителей нефтеперерабатывающих предприятий. По, внешнему виду - это черная пастообразная композиция, переходящая в жидкотекучее состояние при температуре выше 150 С и выкипающая о в широком интервале температур:

Фракционный состав Температура, С

Выкипает, Ж

НъК 245

10 281

1715820

Не ниже.200

ЗО

Отсутствуют:: 35 не более 1«О

О, 98-0, 9 9.

50 364 5

378

Накопление необработанных нефтешламов требует значительных земельных площадей и создает серьезную угрозу вторичного загрязнения окружающей сре- О ды. Кроме того, при хранении нефтяных шламов в открытых прудах-накопителях эа счет испарения (выветривания) в, атмосферу теряется от 20 до 50X со держащихся в шламах нефтепродуктов. 15

Асфальт.ты деасфальтизации представ-,. ляют собой нетоварный продукт, физи ко-механические свойства которого следующие:

Температура раз- Не ниже 28 . 20 . мягчения; .С

Пенетрация при

25 С, 0,1 мм Не менее 180

Дуктильность (растяжймость) при

25 С, см Не менее 100:

Температура вспышки.в открытом тигле, С

Содержание водорастваримых соединений, мас.X Не более О, 3, Содержание водорастворимых кислот и щелочей

Потеря веса после прогрева за 5 ч при 160 С, мас,X

Плотность при

20 С, г/см ,Вязкость сПз, при температурах, С:

60 12 ° 10

80" 1, 5 ° 10

90 . 0,47 10

5 соответствии с ГОСТ 22245-76 не допускается изготовление дорожньас

-нефтяных битумов из асфальтов деас-. фальтиэации без дополнительной пере работки.

- Использование в смеси нефтяного шлама более 50 мас.% ведет к повыше нию температуры размягчения вямущего,. а менее 29 мас.X - к снижению тейпе ратуры, что не обеспечивает качеств асфальтобетонных смесей.

Использование асфальта деасфальж зации в смеси в качестве пластифика тора позволяет создать эластичную и однородную композицию. Введение в смесь менее 49 мас,7 приводит к павы шению температуры размягчения вяжу» щего и снижению пенетрации, Цри этом не удается получить вяжущее, на основе которого асфальтобетонная. коМпо зиция удовлетворяла бы технкческим требованиям. При содержании асфальта деасфальтизацни более 69 мас.Х вяжущее становится неустойчивым и подвержено расслоению.

При проведении способа при температуре ниже 180 С процесс окисления значительно замедляется:, а выше 200 I:технологически не рентабельно.

Верхняя и нйжняя границы скорости подачи воздуха, используемого для окисления исходной .смеси, обусловлены обеспечением оптимальных условий окис- . ления.

При скорости подачи воздуха енее

10 л/мин на 1 кг сырья процесс окисления и массообмена замедляется.

Подача воздуха со скоростью более

1,5 л/мин за 1 кг сырья ннриводит к. его нерациональному использованию, так как дальнейшее увеличение количества пропущенного кислорода воздуха через систему не дает заметного сокращения времени. процесса окисления и повышения качества продукта. Более того, повышение скоростИ продувки приводит к нежелательному выносу сы« рья в приемник дистиллята, что приводит к уменьшению выхода конечного продукта.

Введение оксида ванадия s количестве менее 1 мас.X не дает заметного каталитического действия, а более

2 мас.X не приводит к заметному сокращению времени окисления.

Предлагаемый способ:позволяет упростить технологию переработки нефтяньгх шламов прудов-шламонакопителей и асфальтов деасфальтизации, что способствует расширению сырьевой базы для получения вяжущих, охране окружающей среды, позволяет в сравнении с прото« типом увеличить выход целевого продукта, сократить время процесса.

Способ осуществляют следующим обра зогл.

В металлический реактор, снабженный электрообогреваемой рубашкой и механической мешалкой, загружают

29-50 мас.% нефтяного шлама, 49 »

1715820

69 мас.X асфальта деасфальтизации, 1-2 мас.% оксида ванадия. Затем нагревают исходную смесь в течение 1 ч до 100 С. После этого включают мешал- 5 ку и начинают подачу воздуха со скоростью 10-15 л/мин на 1 кг сырья в реакционную смесь. Воздух подается от компрессора, а расход его регистрируется .с помощью ротаметра.,Затем по-10 вышают температуру реакционной. смеси до 180-200 С в течение 1 ч, а скорость перемешивания увеличивают до

350 об/мин, По достижении нужной тем" пературы процесс окисления проводят 15 в течение 2 ч. Отходящие газы, со держащие легкие углеводороды и воду, отводят через приемник. дистиллята и . холодильник. Легкие фракции и воду конденсируют в холодильнике и собирают их в приемнике дистиллята.

Характеристики вяжущего, получен. ного но предлагаемому и известному

t способам приведены. в табл. 1.

25 ч

Из .табл, 1 следует, что время окисления исходной смеси по предлагаемому способу в 3-5 раз меньше. чем ко известному способу. При этом выход вяжущего по предлагаемому способу составляет 79,1-84,1 мас.Х, что выше,, чем по известному, а потери - в 2-3 раза меньше по сравнению с известным.

Основные свойства вяжущего, полученного ло предлагаемому способу

35 представлены в табл. 2.

Данные табл. 2 показывают, что по.лученное по предлагаемому способу вя- жущее по своим эксплуатационным характеристикам соответствует маркам битума нефтяного дорожного БНД 40/60, БНД 60/90,: ЗНД 90/130 по ГОСТ22245-76.

Получейное вяжущее прошло испыта . ния при приготовлении асфальтобетонных смесей, -в которых оно было исполь-45 зовано в качестве заменителя битума.

Для испытаний использовали асфальтобвтонную смесь следующего состава, .мас.Е; гранитный отсев 50 (фр.

5-15.мм), песок речной 25, доломит

25, вяжущее (сверх (100K) tp,: Результаты испытания представлены в табл. 3. т.

Как видно из табл. 3, предлагаемый способ позволяет получить качественное вяжущее, использующее в своей основе отходы нефтеперерабатывающей промышленности и пригодное для получения асфальтобетонных композиций, отвечающих требованиям ГОСТ 9128-84.

Образцы асфальтобетонных композиций, полученные на основе предлагаемого вяжущего, не уступают показателям по стандартным образцам, а по некоторым даже превосходят.

Таким образом, предлагаемый способ получения вяжущего позволяет сократить время осуществления процесса окисления и повысить выход целевого продукта.

Использование нефтяных шламов и ас.фальтов деасфальтизации по предлагаемому способу способствует охране окружающей среды от загрязнения нефтяными отходами, расширяет сырьевую базу для получения высококачествейных ас-: фальтобетонных смесей, используемых в дорожном строительстве и коммунальном хозяйстве.

Формула изобретения

Способ получения вяжущего путем нагрева и, окисления нефтяного шлама кислородом воздуха при повышенной температуре с отводом воды и легких углеводородов, отличающийся тем, что, с целью снижения времени процесса и повьппения выхода целевого продукта, нефтяной шлам перед нагревом предварительно смешивают с асфальтом деасфальтизацни и окисление про водят при 180-200 С, скорости подачи воздуха 10-15 л/мин íà 1 кг сырья в присутствии оксида ванадия, при этом асфальт деасфальтиэации и оксид ванадия используют в. количестве соответственно 49-69 мас.X и 1,0-2,0 .мас.7 от их смеси с исходным сырьем.

1715820

250 .

13,0

15,0

15,0

-10,0

15,0

2-3

10 16

3.

" .84,1 14:, 6

1,3, "78,0

73,0 51)5-63,2. 79,1

82,4

21,8

272

19,4

1,5

24,2 16,9- 22,6

-2.,$. :: 35 Та блица 2

15,8

1i8

Темнература размягчения io Е н

Ш, С

Глубина проникновения иглы. 0,1 мм нри 25еС

: при 0:еС

Растямнмость . цри 25чС. см

Температура хрупкости ао Фраасу, С

Индекс анетрацнн

Интервал пластичности, C

47138

38

65 .

43-130

25-35

49

63

141

1,4 60

78

-18

+0,42

«17 35

1,5 9

82-151

;1:6

+1,9 3 -39

2,30

-0,39

21

+0,06

-69

71

Таблица 8f" еб я

Показатель

Водонасыщение, Ж

Набухание (не более):.„: "7 . Предел прочности при.: сжатии, кгс/см.:, при, С .

g 4

20 {водонасыщеннйе) 0 3

0,1

1-4

55,0

Не менее

55 0

Не менее

55 0

° Ю

Не мен е 20

Не меее

Коэффициент водостойкости, не менее Коэффициент водостойкасти. (длительное водонасыарние), не менее

Сцепление с мрамором

1,0

0,75

1,0

Вьдерживает

0,65

Состав смеси, мас .Х: ШН

АД KT.

Температура

Скорость подачи воздуха, л/мин/кг

Время окисле ;ния, ч

Выход, мес,Х: Вянущее вода, as.еотропиые фракции

Потери р мас е Х

25:73з2 29 69;2 40:58,5:1,5

200 180 . 190

50:49:1 55 44 1

200 200 F

Та блица 1