Способ получения асфальтовой смеси

 

Использование: окисление нефтебитуминозных порбд, асфальтовые смеси, дорожное строительство. Сущность изобретения: асфальтовую смесь получают перемешиванием тяжелых нефтепродуктов совместно с горячим минеральным наполнителем с промежуточной стадией окисления компонентов смеси продувкой нагретым воздухом. В качестве нефтепродуктов используют смесь нефтебитуминозной породы с содержанием битума 15 мас.% и тяжелого нефтяного остатка, получаемого при добыче нефти из скважины, с температурой начала кипения 350°С, взятых в таком количестве, что массовое соотношение суммы органических веществ, содержащихся соответственно в породе и остатке, равно 1:(1-2), смешение ведут при 40-50°С, затем смесь нагревают до 180-260°С и ведут продувку смеси воздухом 0,8-5,0 л/мин на 1 кг смеси до получения продукта с температурой размягчения по кольцу и шару 30 и 50°С, затем его смешивают с минеральным наполнителем - смесью песка и щебня. 7 табл. сл с

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л С 10 С 3/04. С 08 1 95/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4814767/04 (22) 14.02.90 (46) 30.11.92. Бюл. N. 44 (71) Казахстанский отдел Всесоюзного научно-исследовательского института им. акад, А.П. Крылова (72) Н.К.Надиров, Г.А.Mycaea, В.Г.Загайнов, А.Н.Надиров Ш.Х.Бекбулатов и В.Я.Стрельникова (56) Надиров Н.К. и др. Нефтебитуминозные породы. Тяжелые нефти и природные органические вяжущие. — Алма-Ата; Наука, 1983.

Авторское свидетельство СССР, ¹ 556622553333, кл. С 04 В 13/30, 1977. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АСФАЛЬТОВОЙ

СМЕСИ (57) Использование: окисление нефтебитуминозных порЬд. асфальтовые смеси, дорожное строительство, Сущность изобретения: асфальтовую смесь получают переИзобретение относится к области нефтехимии, в частности к получению асфальтовой смеси из нефтебитуминозных пород (НБП) и нефтяного остатка путем их окисления и может быть использовано в дорожном строительстве.

Известен способ приготовления смесей из природных материалов месторождений (нап ример, мес то рожден ие Ка ра-Мурат), при этом выдерживают следующий состав: щебень фракоии 5-15 мм Алексеевского ще беночного завода. активированный минеральный llopAllloK одного из указанных заводов и анипнные ПАВ.

Недостатком этого способа является прямое использование экологически вред„„5U„„1778139 А1 мешиванием тяжелых нефтепродуктов совместно с горячим минеральным наполнителем с промежуточной стадией окисления компонентов смеси продувкой нагретым воздухом. В качестве нефтепродуктов используют смесь нефтебитуминозной породы с содержанием битума 15 мас.7, и тяжелого нефтяного остатка, получаемого при добыче нефти из скважины, с температурой начала кипения 350 С, взятых в таком количестве, что массовое соотношение суммы органических веществ, содержащихся соответственно в породе и остатке, равно

1:(1-2), смешение ведут при 40-50 С, затем смесь нагревают до 180-2600С и ведут продувку смеси воздухом 0,8-5,0 л/мин на 1 кг смеси до йолучения продукта с температурой размягчения по "кольцу" и "шару" 30 и

50 С, затем его смешивают с минеральным наполнителем — смесью песка и щебня, 7 табл. 4 ных нефтебитуминозных пород для получения асфальтовой смеси, т.к, в их составе содержится около 25-307 легких углеводородов с температурой кипения ниже 350 С.

Эти углеводороды в летнее время испаряются и наносят большой вред природе и 0 окружающей среде. а так же при этом ухудшаются прочностные характеристики и Ь срок службы дорог, ! аЪ

Известен способ приготовления асфальтовой смеси, включающий перемешивание гудрона с минеральным наполнителем и окисление путем продувки воздухом с температурой 150-300 С сп скоростью подачи воздуха 1.5-6 и /мин з

1778139 ведут равномерное перемешивание до получения однородной смеси. Далее в лабораторную установку загружают 1 кг готовой 30

45

Недостатком данного способа является применение дефицитного материала минерального порошка, большой расход воздуха. высокая стоимость полученных смесей, так как непосредственно иэ гудрона можно получить спецбитумы и лаки для различного назначения и низкая прочность и водостойкость асфальтовой смеси, Целью изобретения является повышение прочности и водостойкости конечного продукта. При этом предлагается использо вание дешевого материала — смеси.НБП и добавки нефтяного остатка из высоковязких нефтей с большим содержанием асфальтено-смолистых компонентов и сернистых соединений.

Сущность способа заключается в том, что нефтебитуминозные породы с содержанием битума 15%, остальное минеральная составляющая (А!гОз — 13,08%; Т!Ог

0,81 4; SiOg — 65,18%; РегОз — 0,76%; Fe0—

2,23%; MgO -- 1,26%; MnO — 0,03%; СаО—

3,45%; МагΠ— 3,75%: Рг05 — 0,8%) и остальное примеси, предварительно смешивают с добавкой нефтяного остатка нефти месторождения Кара-Арнэ (15 и 30%) и подают в смеситель при температуре 40-50 С. Затем смеси и поднимают температуру до 180260 С для ведения процесса окисления. После достижения указанной температуры подают воздух (0,8-5,0 л/мин кг). Содержание органической части в исходной НБП и смеси НБП с нефтяным остатком определяют путем экстрагирования смесью этанол + бензол при соотношении продукт:рэстворитель 1:1 в аппарате Сокслета до полного обесцвечивания экстрагента. Затем растворитель отгоняют на аппарате Энглерэ при температуре кипения смеси этанол + бензол, а неиспарившееся органическое вещество (битум) сушат при 40-50 С в вакууме до постоянного веса. На 100 r породы выход битума составил 15 r (15%). Опыт повторяют три раза для достоверности, Физико-химические характеристики нефтей Кара-Арна и битума из НБП КараМурат представлены в табл,1, Из данных табл.1 видно, чго по физико-химическим характеристикам остаток нефти и битума отличаются друг от друга по плотности, вязкости, молекулярной массе. коксуемости, температуре вспышки. По элементному составу они близки, за исключением содержания серы в остатке нефти Кара-Арнэ и кислорода в битуме Кара-Мурат.

Из данных (табл.1) группового состава видно, что содержание масел значительно

25 больше в остатке нефти Кара-Арна, а асфальтено-смолистых компонентов — в битуме Кара-Мурат.

При атмосферной разгонке остатка нефтей с температурой кипения выше 350 С видно, что содержание легких фракций отсутствует, а до 350 С составляет 7%; остальное остаток. 8 битуме до 200 С содержится ° только 3 бензиновых фракций, а до 300 С и 350 С выход светлых фракций составляет

23%, остальное остаток.

Из изложенного следует, что остаток нефти Кара-Арна и битум из НБП могут быть исходными продуктами для получения битума, Однако по предлагаемому способу можно одновременно использовать исходные нефтебитуминозные породы при добавке нефтяного остатка нефтей.

Предлагаемый способ реализован следующим образом. К нефтебитуминозной породе месторождения Кара-Мурат с содержанием 15% битума добавляют 15-30% нефтяного остатка нефти Кара-Арна (1:1, 1:2) по органической части, затем перемешивают до однородной массы, полученную смесь в количестве 1 Kl загружают в реактор. Температуру процесса окисления доводят до

150 С; 180 С; 220ОС; 260 С; 300 С, После достижения температуры в реактор подают воздух 0,8; 2,0: 5,0л/мин кг.

Пример 1. В лабораторную установку загружают 1 кг нефтебитуминозной породы месторождения Кара-Мурат и поднимают температуру до 180-260 С, после достижения температуры подают воздух 0,85.0 л/мин ° кг. Через каждые 15-30 мин отбирают пробу для определения температуры размягчения, Характеристики приведены в табл.2, Из данных табл.2 видно, что продолжительность окисления в зависимости от температуры размягчения составляет

28-30,5 ч.

Пример 2, По условиям примера 1 в лабораторную установку загружают 1 кг готовой смеси нефтебитуминозной породы месторождения Кара-Мурат и нефтяного остатка нефти Кара-Арна при соотношении по органической части 1;1 (табл.З), Из данных табл,3 следует, что значительно сокращается продолжительность процесса окисления с улучшенными характеристиками, Пример 3. По условиям примера 1 и

2 загружают в лабораторную установку 1 кг готовой смеси нефтебитуминозной породы месторождения Кара-Мурат и нефтяного остатка нефти Кара-Арна при соотношении 1:2 (табл.4), Из данных табл,4 видно, что продолжительность процесса окисления сокращается незначительно по сравнению с данными табл.3.

1778139

50

Пример 4. По условиям примера 1, 2 и 3 загружают в лабораторную установку 1 кг готовой смеси нефтебитуминозной породы месторождения Кара-Мурат и остатка нефти Кара-Арна при соотношении 1:2. Процесс окисления ведут при температуре

150 С и 300 С и расходом воздуха 0,8; 2,0;

5 0 л/мин, кг (табл.5), Из данных табл.5 видно, что при температуре окисления 150 С продолжительность окисления увеличивается незначительно, а также незначительно увеличивается температура размягчения. С увеличением температуры окисления до

300 С. соответственно уменьшается продолжительность процесса окисления, температура размягчения не меняется.

Таким образом, из данных табл.5 следует, что оптимальной температурой окисления является 180-260 С, так как при этих температурах энергетически выгодно проводить процесс.

Пример 5. На основе продуктов совместного окисления нефтебитуминозных пород и нефтяного остатка нефти КараАрна был получен асфальтобетон. характеристика которого представлена в табл,б.

Смесь готовят в лабораторной лопастной мешалке. Щебень и песок.(предварительно высушенные) в количествах. заданных по составу отвешивают в емкость, нагревают до температуры 30-50 С, к конечным материалам (см. табл.6) добавляют требуемое количество смеси НБП с нефтяным остатком. Полученная асфальтовая смесь не удовлетворяет требованиям ГОСТа 1280184 на холодный асфальт.

Пример 6. Горячую смесь готовят согласно ГОСТа 12801-84 в лабораторной лопастной мешалке, оборудованной обогревающим устройством. Щебень и песок (предварительно высушенные), в количествах, заданных по составу, отвешивают и загружают в емкость, нагревают до температуры 200 С. к горячим каменным материэлам (см. табл.6) добавляют требуемое количество смеси НБП с нефтяным остат-. ком и интенсивно перемешивают в течение

2-5 мин, затем полученную смесь испытывают стандартными методами. Полученная смесь удовлетворяет требованиям ГОСТа, как горячая асфальтовая смесь.

Характеристика получаемых битумов после процесса совместного окисления

НБП и нефтяного остатка представлена в табл.7.

Из данных табл.6 следует, что полученная смесь по физико-механическим свойствам соответствует требованиям ГОСТа

9128-84 для горячего способа получения асфальтобетона. Кроме того при получении асфальтобетона на основе продуктов совместного окисления нефтебитуминозных пород и нефтяного остатка исключается применение минерального порошка (дефицитного материала) при строительстве атомобильных дорог.

В результате испытаний полученных асфальтобетонов также установлено (табл,б), что предел прочности при сжатии по сравнению со способом-прототипом возрастает от 16% до 50%, а коэффициент водостойкости — на 20%, что в результате при более дешевом составе смеси обеспечит больший срок службы дорожного покрытия.

Формула изобретения

Способ получения асфальтовой смеси, включающий перемешивание тяжелых нефтепродуктов вместе с горячим минеральным наполнителем и промежуточную стадию окисления компонентов смеси при продувке ее нагретым воздухом, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения прочности и водостойкости конечного продукта, в качестве нефтепродуктов используют смесь нефтебитуминозной породы с содержанием битума 15 мас.% и тяжелого нефтяного остатка, получаемого при добыче нефти из скважины, с температурой начала кипения

350 С. взятым в таком количестве, что массовое отношение суммы органических веществ, содержащихся соответственно в породе и остатке, равно 1:(1-2), и смешение ведут при 40-50 С, затем смесь нагревают до 180-260 С и ведут продувку смеси воздухом со скоростью 0,8-5 л/мин на 1 xr смеси до получения продукта с температурой размягчения по "кольцу" и "шару" 30 и 50 С, а затем его смешивают с минеральным наполнителем, в качестве которого применяют смесь песка и щебня в количестве 83 мас,% в расчете на конечный продукт.

1778139

Таблица 1 физико-химические хара ктеристики нефти Ка ра-Арна и битума из нефтебитуминозных пород месторождения Кара-Мурат

Остаток нефти Битум иэ нефти месторождения месторождения

Кара-Арна Кара-Мурат

815-840 40

Глубина залегания, м

Молекулярная масса

Не определялась

195

190

Элементный состав, .ь углерод водород сера азот кислород

Групповой состав, 3

7,0

93,0 остаток 350 С

Выход битума на 100 r породы, r ф6

ПлОТНОсть 8 кг/мз

Вязкость,.;сек при 20 C о

Коксуемость, В

Температура размягчения, С. (К и Ш) Температура вспышки в закрытом тигле, C масла смолы асфальтены

Атмосферная разгонка íà аппарате Ar H-2

Выход фракции, до 200 С

300 С

350 С

964,6

46,31

8,0

82,10

11,32

4,87

0,24

1,47

73,53

22,10

4,58

989,5

50,21

9,5

82,82

11,65

1,72

0,81

3,00

53,59

36,57

9,84

3,00

5,0

18,0

74,0

17781;39

Характеристика окисленной НБИ местпромления Кара-Иурат

Таблица 2

I °

Температура окисления, С

Показатель

Иа рха

БНД 200/300, ГОСТ 22245-7о

Раскоп воздуха> л/мнн кг

180

) 260

220

29,40

29,00

28,20

30 50

50

30,25

30,00

2Э,ЗB

30,50

30 ° 30

31,00

29,40 29,55

2Э,26 29,40

29,00 29 ° 20

29,00

28,45

28 ° 10

Продолжительность, час.

Глубина проникания иглы прн 25 С, мм

201-300

-24

Температура размягчения 35 по Кольцу и lUapy, С

3В

36 52

37 55 минус fo

Теипературэ хрупкости, C, не выше

-25

-22

-26 -23

-21

Температура вспышки, С о не ненее

210

208 235

200

240

230

210

Сцепление с мрамором и>з> песком

Выдери. по контр. образцу М 2 выдерживает по контрольному образцу ы 2

Растяжнмость, мм, не менее а) при 25оC б) при О С

2>0

5,0

20

22

22

Таблица 3

Характеристика продуктов совместимого окисления НБП месторождения Кара-Мурат и нефтяного остатке нефти Кара-Арне при массовом соотношении 1:1 в расчете на содержание органических вецеств в породе и остатке о >

Температура окисления, С

Т260

Марка

БНД 200/300, ГОСТ 22245-76

Показатель

Расход воздуха л/мин ncr

180

220

Температура размягчения по К и Ф> % — ч - - т

50 j 30 (50

9,20 8,40 8,50

8,50 6>00 8,20

8,20 7,40 7,55.

9,40

9,10

8,45

50 30

10,00

Э,36

9,00

9,10

8,30

8,10

Продолжительность, ч

Глубина проникания иглы при 25 С> мм

201-300

Температура разнягчения по К и Ш, С

53

53

Температура хрупкости, С, не выше минус

-24 -21 -29 24

-22 -25

Температуре вспышки, С, а не вмяв

208 240 214 255

213 240

200

Сцепление с ираиором или песком выдерж. по контр. образцу Ю 2

Выдерживают.по контрольному образцу 1 2

Растяжимость, си, не менее а) при 25 С б) при О С

22 24

25 24 20 21

2,0

5,0

0,8

2,0

5,0

0,8

2,0

5,0

0,8

2,0

5,0

0,В

2,0

5,0

0,8

2,0

5,0

0,8

2,0

5,0

О, 8

o,s

2,0

5 ° 0

0,8

2,0

5,0

0,8

2 ° О

5,0

0,8

2,0

5,0

О ° 8

2,0

5,0

0,8

2,0

5,0

0 ° 8

210-270 200-260 Ч 15265 208-260 218-280 210-265

207-280 200-275 215-285 205-268 213-280 205-270

17781;39

Таблица

Характеристика продуктов совместного окисления НБП нестороадения Кара-Нурат и нефтяного остатка нефти Кара-Арне при соотношении 1:2 (см.табл.3) Температура окнспения, С

Показатель

Расход воздуха, h/HHH IKt

Марка

БНЛ 200/300, по ГОСТ

22245-76

220 260

180

Продопаитепьность, час Гпубина кроннкания нгпы, 201-300 яри 25зС, ин

Темпарвтурт размягчения по К и Ш, С 35

53 37

-24

Температура хрупкости ° С, минус ие выае 20

25 22

«21

Температура аспыаки, С, 200 не вььзе

205 240 207 245

250

210

Сцепление с мрвмором ипи песком выдера. по контр. образцу 1Г выдераиваь!т по контрольнону обрвацу )г 2

Растяаинпсть, см, не ненее а) при 25 С б) при О С 20

23 20 21 20

22

Таблица 5

Характеристика продуктов сознвстного окисления НБП иестороадения Кара-Нурвт нефтяного остатка нефти Кара-Арне при соотноаении 1:2

Нарка

БНД 200/300, по .ГОСТ

22245-76

Температуре окисления, С о — -т150 (300 .

Показатель

Расход воздуха и/нин

Температура раэнягчения по К и Ш, С

1 —. T

10,30

10,20

10,10

8,20

8,00 .7,20

8,10

7 ° 50

7,15

10,00

9 ° 50

9,40

Продопаитепьность, и

201-300

Глубина проникания иглы при 25OÑ, мн

204 235 203-265

205-278

202-270

Температура размягчения по Кольцу и Шару,еС

32

37

Температура хрупкости, С, е не 9WI6 нинус

-24

-22

«18

;19

Температура вспыаки, С, з не менее

200

250

210 ., 210. Г выдери. по контр. образцу и 2

Сцеппеиие с нрамором или песком выдерпиваот по контрольному образцу 1г 2

0,8

2,0

5,0

Растяаимость ° см, не нанев е) при 25 С

6) при О С

19 20

22

0,8

2 ° О

5 ° 0

0,9

2,0

5,0

0,8

2,0

5,0

0,8

2i0

5,0

0,8

2,0 5,0

О ° 8

2,0

2 5,0

0,8

2 ° О

5,0

0,8

2,0

5 ° О

0,8

2,0

5,0 . 0,8

2,0

5,0

0,8

2,0

5,0

0,8

2,0

5,0

0,8

2,0

5,0

Температура разнягчения по К и й, С

---- †-"г- ---т - " --г

30 (50 f 30 (50 30 f 50

Э;40 9,55 8,!О 8,20 8130 8,40

9 20 9 30 8 05 8,15,8,00 8,10

9,00 9,10 . 8,00 8,10 7,25 7,45

205-278 202-270 210-280 203 260 205-285 210 280

1778139

Таблиuà 6

Физико-неканниеские свойства асфальтобетома, полученного из продуктов совместного окисленил НБП иестороиденил

Кара-Мурат н нефткного остатка Кара-Дрна взлтых в соотношении равному содерюанию органииескик вевеств е породе и остатке 1 2

Coctas снеси, ь

Волонасыменность, об.2 N

Набухание, 2 П т

Плотность, г/сиз

Предел пронности при скатим кгlснз

"за "го*

К К, Холодный способ Щебень - 32

Высевки гранитные - 51

2,45

5,8

0,60

19,6 11,52 .

30,8

0,5

22 не менее 10-12

5-9

Не менее

0 ° 6

Не болев

Не менее

2 способ е,74

0,75

37,0 32,3 13,4

24,0 Не менее 13

4,6

2-7

Тот юе состав

Состав по ГОСТ 9128-84

Не более

0,5

Состав по а.с.СССР

М 562533

39 16

0,9

2,9

0,1

Таблица 7

Составитель. Н,Надиров

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор 3.Лончакова

Редактор

Заказ 4163 Тираж fl0äïèñêîå

ВНИИПИ Гос а осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина 101

Смесь НБП с нефтяным остатком - 17

Состав по ГОСТ 9128-84

Горячий

2,35

5-9

Козф.

-волостойкости, вад

87,0 0,87

Не более Не немее

130 0 ° 85

Козф. еодостойкости при длит. еодомасьаа., К дл"т

° од.