ВЯЖУЩЕЕ НА ОСНОВЕ ПРУДОВОГО КИСЛОГО ГУДРОНА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК C08L95/00 C10C3/02 

Изобретение относится к вяжущим материалам на основе прудового кислого гудрона и способу его получения и может быть использовано в дорожном строительстве, а также нефтеперерабатывающей промышленности.

Известно вяжущее и способ его получения [А. св. СССР № 1281582, кл. С 10 С 3/02, заявл. 23.08.85, оп. 07.01.87], с использованием прудовых кислых гудронов. Вяжущее содержит прудовой кислый гудрон, нейтрализатор - недопал со стадии гашения извести и пластификатор - смесь кубового остатка со стадии ректификации бутилакрилата в производстве бутилакрилата и жирового гудрона - отхода производства глицерина. Известный способ, направленный на охрану окружающей среды и позволяющий упростить технологию получения вяжущего из отходов производства, заключается в том, что в прудовой кислый гудрон при температуре 60-90°С и непрерывном перемешивании добавляют 25÷30 мас.ч. недопала со стадии гашения извести в производстве гидрохинона на 100 мас.ч. кислого гудрона и 15-50 мас.ч. пластификатора - смеси кубового остатка со стадии ректификации бутилакрилата в производстве бутилакрилата и жирового гудрона - отхода производства глицерина на 100 мас.ч. нейтрализованного кислого гудрона при их массовом соотношении в смеси 1:0,6-4 соответственно. Вяжущее, полностью созданное по этому способу из отходов, пригодно для получения асфальтобетонных композиций, отвечающих требованиям ГОСТ.

Недостатком известного вяжущего и способа его получения является использование в качестве нейтрализующего агента недопала со стадии гашения извести, что обусловливает необходимость его предварительной длительной подготовки: осушки, дробления, рассева, кроме того, недопал не обладает постоянством химического состава.

Наличие в прудовых кислых гудронах значительного количества воды также приводит к увеличению времени получения готового конечного продукта.

Известно вяжущее и способ его получения [А. св. СССР № 1518353, кл. С 10 С 3/02, С 10 G 17/10, заявл. 23.11.87, оп. 30.10.89], с использованием гудронов, предварительно обезвоженных до остаточного содержания воды 1-3 мас.%.

Вяжущее вещество для дорожного строительства включает предварительно обезвоженный кислый гудрон, нейтрализатор - недопал - отход со стадии гашения извести производства гидрохинона, а также пластификатор - смесь кубового остатка со стадии ректификации бутилакрилата (производство бутилакрилата) и жирового гудрона - отхода производства глицерина.

Способ получения такого вяжущего включает нейтрализацию прудового кислого гудрона недопалом - отходом со стадии гашения извести производства гидрохинона, смешение с пластификатором - кубовым остатком стадии ректификации бутилакрилата и с жировым гудроном - отходом производства и гомогенизацию полученной смеси. Способ отличается тем, что недопал предварительно смешивают с жировым гудроном, затем в полученную суспензию вводят кислый гудрон, предварительно обезвоженный до остаточного содержания воды 1÷3 мас.%, в полученную смесь добавляют кубовый остаток, а затем смесь гомогенизируют. Процесс проводят при температуре 60-90°С. Известный способ получения вяжущего позволяет сократить время получения конечного продукта по сравнению с описанным выше способом в 5 раз при сохранении качества вяжущего на одном и том же уровне.

Однако известное вяжущее обладает низкой водостойкостью и повышенным водонасыщением. Способ получения такого вяжущего не исключает предварительную операцию подготовки нейтрализующего агента, непостоянство химического состава которого не исключено.

Задачей изобретения является повышение качества вяжущего материала, обеспечивающего повышение водостойкости дорожного покрытия, а также упрощение и удешевление способа производства вяжущего на основе прудового кислого гудрона.

Задача решается вяжущим на основе прудового кислого гудрона, содержащим предварительно обезвоженный прудовой кислый гудрон, нейтрализующий агент и пластификатор, включающий жировой гудрон - отход производства глицерина, в котором согласно изобретению в качестве нейтрализующего агента использована доломитовая мука, а в качестве пластификатора дополнительно введены прудовой мазут - отходы топочных мазутов ТЭЦ и асфальт деасфальтизации - некондиционный продукт производства остаточных масел нефтеперерабатывающих заводов, взятые в массовом соотношении 1: 4, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Прудовой кислый гудрон 58-79

Доломитовая мука 1-2,2

Жировой гудрон 1-4

Асфальт деасфальтизации 13-31,0

Прудовой мазут 3-7,8

Нейтрализующий агент - доломитовая мука - мелкозернистый бело-серый порошок, представляет собой смесь компонентов и имеет следующий химический состав, мас.%:

СаСО₃ 43-51

MgCО₃ 53-45

Пустая порода Остальное

Способ получения вяжущего на основе прудового кислого гудрона, включающий нейтрализацию предварительно обезвоженного прудового кислого гудрона при повышенной температуре и перемешивании нейтрализующим агентом в присутствии пластификатора, содержащего жировой гудрон - отход производства глицерина, и гомогенизацию полученной смеси.

Прудовой кислый гудрон предварительно обезвоживают до остаточного содержания воды 1-3 мас.%, смешивают его при температуре 70-90°С с частью асфальта деасфальтизации, взятой в количестве 40-50% от расчетного количества, затем в полученную смесь при постоянном перемешивании добавляют предварительно подготовленную при температуре 60-70°С суспензию жирового гудрона и доломитовой муки, после чего доводят полученный состав до температуры 90-100°С и вводят в него остаток асфальта деасфальтизации в количестве 60-50% от общего количества и добавляют прудовой мазут, а затем смесь гомогенизируют при температуре 120-130°С. Вторая часть асфальта деасфальтизации (60-50% от общего количества) и прудовой мазут (расчетное количество) могут быть введены одновременно в виде смеси, нагретой до температуры 70-90°С.

Жировой гудрон, используемый в качестве одного из компонентов пластификатора, является отходом со стадии дистилляции производства глицерина на масложировых комбинатах, представляет собой пастообразную массу черного цвета. В состав жирового гудрона входят компоненты, мас.%: полиглицерин (кальциевые мыла) до 75; алюмокальциевые мыла жировых веществ 10; нерастворимые вещества 2; кальциевые соединения 7; влага 4.

Асфальт деасфальтизации, используемый в количестве второго компонента пластификатора, является некондиционным продуктом производства остаточных нефтяных масел нефтеперерабатывающих заводов, представляет собой вязкую, трудно подвижную массу черного цвета. В состав асфальтов деасфальтизации входят компоненты, мас.%: парафино-нафтеновые углеводороды - 8,33-16,50; ароматические, в том числе: легкие - 7,05-10,00; средние - 8,55-11,50; тяжелые - 30,2-36,0; смолы - 32,32-40,50; асфальтены - 13,55-20,00; содержание серы - сверх 100% органической составляющей - 2,4-3,7.

Прудовой мазут, используемый в качестве третьего компонента пластификатора, является отходом топочных мазутов ТЭЦ, представляет собой трудно подвижную пастообразную массу черного цвета, включающую до 89% органической массы; водорастворимые соединения не более 3% и механические примеси - остальное, а именно, мас.%: парафино-нафтеновые углеводороды - 47-50; моноциклические и бициклические вещества: ароматические - 10-20; смолы - 5-7; асфальтены - 3-5; механические примеси - остальное.

Состав и физико-химические характеристики кислого гудрона, а также нейтрализующего агента и пластификатора даны в таблице 1.

Введение доломитовой муки (ДМ) необходимо для нейтрализации серной кислоты Н₂SО₄, находящейся в прудовом кислом гудроне (ПКГ) в несвязанном состоянии. Введение жирового гудрона (ЖГ) обусловлено двумя задачами: получение стабильной суспензии ЖГ-ДМ, необходимой для полноты проведения реакции нейтрализации и обеспечения однородной нерасслаивающейся системы ПКГ-ДМ-ЖГ, где не происходит седиментация частиц ДМ и механических примесей из ПКГ, а процесс нейтрализации идет равномерно во всем объеме.

Введение отходов прудового мазута (ПМ) и асфальта деасфальтизации (АД) обусловлено следующими причинами: введение части АД на первой стадии и смешение его с ПКГ позволяет получить систему, выдерживающую нагрев до температуры >100°С, и исключить процессы коксообразования ПКГ (>100°С исходный ПКГ медленно необратимо коксуется); последующее введение оставшейся части АД и ПМ необходимо для придания системе водоотталкивающих свойств и обеспечения вяжущему необходимых физико-механических параметров.

Описание способа приготовления композиций вяжущего на основе прудового кислого гудрона.

В смеситель, представляющий собой эмалированный реактор (или реактор из нержавеющей стали) с рубашкой для обогрева, снабженный якорной мешалкой (40-60 об/мин), вводят ПКГ и часть АД (40-50%), температура смеси 70-90°С, а затем добавляют приготовленную при 60-70°С суспензию ЖГ и ДМ (количество ДМ определяют из расчета содержания Н₂SO₄ в исходном ПКГ). Температуру синтеза вяжущего постепенно повышают до 90-100°С. По окончании нейтрализации, контролируемой экспресс-анализом на кислоту, в реактор вводят оставшуюся часть АД (60-50% от общего количества) и ПМ. Общее соотношение АД: ПМ в конечной композиции 4:1. Содержание АД и ПМ варьируется, исходя из состава и количества нейтрализованного ПКГ. Смесь гомогенизируется при температуре 120-130°С.

Пример 1.

Композиция, приготовленная по описанной схеме, содержит:

ПКГ – 1000 г (прудовой кислый гудрон) (содержание Н₂О - 3 мас.%; содержание H₂SО₂ - 1,3 мас.%);

- ДМ - 12,27 г (доломитовая мука);

- ЖГ - 50,6 г (жировой гудрон);

- АД - 162,0 г (асфальт деасфальтизации);

- ПМ - 40,5 г (прудовой мазут).

Полученная по вышеуказанному способу композиция содержит - материальный баланс приведен в таблице 2.

Пример 2-6. Способы получения аналогично примеру 1. Результаты эксперимента приведены в таблице 3.

Свойство вяжущего материала из ПКГ и результаты испытаний готовых композиций приведены в таблице 4.

Количество нейтрализующего агента - ДМ определяется содержанием H₂SО₄ в ПКГ. Нижняя и верхняя границы добавки ДМ обусловлены min- и max-содержанием H₂SО₄ в пробах ПКГ. В случае неполной нейтрализации H₂SО₄ последняя оказывает отрицательное воздействие на свойства вяжущего ПКГ и асфальтобетонной композиции на его основе: увеличивает чувствительность к изменению температуры, воздействию влаги. Избыток ДМ также нежелателен, т.к. совместно с механическими примесями ПКГ будет оказывать отрицательное действие на вязкость и другие реологические свойства вяжущего ПКГ.

Введение в качестве пластификатора ЖГ обеспечивает: получение стабильной суспензии - ДМ-ЖГ; получение однородной системы ПКГ-ДМ-ЖГ с целью быстрого и равномерного протекания реакции нейтрализации H₂SО₄ в объеме.

Введение ЖГ менее 1% не обеспечивает вышеперечисленных эффектов. Введение ЖГ более 4% нерационально, т.к. не приводит к кардинально лучшему результату.

Границы использования АД и ПМ обусловлены получением оптимальных значений физико-механических свойств вяжущего (температура размягчения, растяжимость, водостойкость).

Совместное использование АД и ПМ обусловлено тем, что свойства АД и свойства ПМ взаимно дополняют друг друга. Добавление только АД приводит к уменьшению температуры размягчения вяжущего, увеличению растяжимости, резкому снижению вязкости вяжущего. Введение только ПМ приводит к обратному результату. Совместное введение в состав АД и ПМ повышает водостойкость вяжущего и асфальтобетонной композиции при использовании вяжущего в качестве битумозаменителя.

Количество остальной Н₂О в ПКГ (1-3 мас.% от массы ПКГ) определяется следующим: при содержании H₂O в ПКГ менее 1 мас.% текучие свойства ПКГ резко снижаются, что затрудняет его перекачку из приемной, подготовительной емкости при выбранных температурах; при содержании Н₂О более 3 мас.% возрастает время выпаривания воды в реакторе. При этом выделяется дополнительное количество парообразной воды, что при одновременном выделении углекислого газа (процесс нейтрализации) приводит к дополнительному пенообразованию и, как следствие, требует более интенсивного перемешивания (в стандартных промышленных реакторах подобного класса это не предусмотрено) и введение пеногасителей типа ПМС-200.

Из данных, приведенных в таблице 4, видно, что количество компаундирующих и пластифицирующих компонентов (ЖГ, АД, ПМ) позволяет получить вяжущий материал для дорожного строительства и использовать его в качестве битумозаменителя при приготовлении асфальтобетонных смесей. Последние по своим параметрам соответствуют нормам по ГОСТ 9128-84 “Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон”.

Таким образом, предлагаемое вяжущее позволяет повысить показатели водостойкости асфальтобетонных смесей, а также исключить из известного состава аналогичной смеси токсичный и легковоспламенямый компонент - кубовые остатки со стадии ректификации бутилакрилата.

Рассмотренный выше способ получения вяжущего позволяет сократить время производства готового продукта за счет уменьшения подготовительных операций, снизить себестоимость вяжущего за счет использования в композиции дешевых отходов производств.

Источники информации

1. А.С. СССР № 1281582, кл. С 10 С 3/02, заявл. 23.08.85, оп. 07.01.87, “Вяжущее и способ получения вяжущего” (аналог).

2. А.С. СССР № 1518353, кл. С 10 С 3/02; С 10 G 17/10, заявл. 23.11.87; oп. 30.10.89, “Вяжущее и способ получения вяжущего (прототип).

Использование: в дорожном строительстве и нефтеперерабатывающей промышленности. Техническая задача – повышение качества вяжущего. Сущность: вяжущее на основе прудового кислого гудрона содержит предварительно обезвоженный прудовый кислый гудрон, нейтрализующий агент и пластификатор, включающий жировой гудрон – отход производства глицерина. В качестве нейтрализующего агента в вяжущем использована доломитовая мука, а в качестве пластификатора в него дополнительно введены прудовый мазут – отход топочных мазутов ТЭЦ и асфальт деасфальтизации – некондиционный продукт производства остаточных масел нефтеперерабатывающих заводов. При получении вяжущего прудовый кислый гудрон предварительно обезвоживают до остаточного содержания воды 1-3 мас.%, смешивают его при t = 70-90 градусов Цельсия с частью асфальта деасфальтизации, взятой в количестве 50% от расчетного количества, затем в полученную смесь при постоянном перемешивании добавляют предварительно приготовленную при t = 60-70 градусов Цельсия суспензию жирового гудрона и доломитовой муки, после чего доводят полученный состав до t = 100 градусов Цельсия и вводят в него остаток асфальта деасфальтизации и прудовый мазут, а затем смесь гомогенизируют при t = 120-130 градусов Цельсия. Композицию производят при расчетном количестве составляющих компонентов. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Вяжущее на основе прудового кислого гудрона, содержащее предварительно обезвоженный прудовой кислый гудрон, нейтрализующий агент и пластификатор, включающий жировой гудрон — отход производства глицерина, отличающееся тем, что в качестве нейтрализующего агента оно содержит доломитовую муку, а в качестве пластификатора в нем дополнительно использованы прудовой мазут – отход топочных мазутов ТЭЦ и асфальт деасфальтизации – некондиционный продукт производства остаточных масел нефтеперерабатывающих заводов, взятые в массовом соотношении 1:4, при следующем соотношении компонентов мас.%:

Прудовой кислый гудрон 58÷79

Доломитовая мука 1÷2,2

Жировой гудрон 1÷4

Асфальт деасфальтизации 13÷31,0

Прудовой мазут 3÷7,8

СаСО₃ 43÷51

MgCO₃ 53÷45

Пустая порода Остальное

Прудовой кислый гудрон 58-79

Доломитовая мука 1-2,2

Жировой гудрон 1-4

Асфальт деасфальтизации 13-31,0

Прудовой мазут 3-7,8

Прудовой кислый гудрон 58-79

Доломитовая мука 1-2,2

Жировой гудрон 1-4

Асфальт деасфальтизации 13-31,0

Прудовой мазут 3-7,8