Инновационные технологии 21 века в области химической технологии Получение серобитумов и битумполисульфидных вяжущих Выполнили: студент гр.ТП-09-21 Назарова А.Р. студент гр.ТП-10-21 Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате. Инновационные технологии 21 века в области химической технологии Получение серобитумов и б итумполисульфидных вяжущих. Выполнили: студент гр.ТП-09-21 Назарова А.Р. - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Инновационные технологии 21 века в области химической технологии
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»
в г. Салавате
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).
Получение серобитумов и БПВ
1. Модифицирование элементарной серой
Осернение гудрона и
добавление его в глубокоокис-ленный битум
Осернение переокислен-ного битума + гудрон и НПС
2. Модифицирование полисульфидами
Синтез полисульфидов
Компаундирование с битумом
Схема исследований
Выбор технологии
В глубокоокисленный битум вводили осерненный гудрон,
который получали компаундированием его с серой
в количестве 10% масс.
При температуре
160оС
При температуре
170оС
При температуре
180оС
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.
1. МОДИФИЦИРОВАНИЕ БИТУМОВ ЭЛЕМЕНТРАНОЙ СЕРОЙ
При температуре
140оС
Таблица 1 - Физико-химические свойства серобитумов, полученных на основе осерненного гудрона
Температура получения
осерненного гудрона, °С
Содержание осерненного
гудрона в глубокоокис-
ленном битуме, % масс.
Показатели качества серобитума
Темпе-ратура
размягчения, оС
Адге-зия
Пенетра-ция при 25оС, х 0,1 мм
Пенетра-ция при
0оС, х 0,1 мм
Темпера-тура
хрупкости, оС
Потеря массы после
прогрева, %, Δm
Интервал пластич-ности, оС
гудрон
- 43 2 78 27 -21 0,0386 64
-47 2
60 38 Ниже -28
0,0189 Выше 88
14019,55 47 2 65 24 -18,1 0,4628 65,1
22 43 2 80 30 -23,5 0,6745 66,5
16025,98 43 2 69 28 -21,5 0,1229 64,5
23,60 47 2 60 26 -20,8 0,2892 67,8
17028,09 43 2 69 27 -20,3 0,0840 63,3
22,30 47 2 63 24 -17,5 0,1764 64,5
180- 43 2 64 24 -19,0 0,2068 62
- 47 2 40 20 -18,7 0,0677 65,7
0 30 60 90 12042
44
46
48
50
52
54
56
58
3% 5% 7% 10% 15% 20%
Тем
пера
тура
раз
мяг
чени
я, º
С
Время, мин
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.
Количество серы, % масс на полу-
гудрон
Содержа-ние
осернен-ного
гудрона в ПБ, %
масс
Темпера-тура
размягчения, оС
Пенетрация при 25 оС, х 0,1 мм
Пенет-рация при 0
оС, х 0,1 мм
Тем-пера-тура хруп-кости,
оС
Адге-зия
Потеря массы после
прогрева, %, Δm
Изменение температу-
ры размягче-ния после прогрева,
Δtр , оС
Интер-вал
пластич-ности,
оС
гудрон -47 75 25 -19,8 2 0,0315 5 66,8
43 60 33 -27,5 1-2 0,0180 6 70,5
1021,05 48 60 22 -16,8 2 0,4373 8 64,8
25 44 83 30 -22,6 2 0,2945 7 66,6
1520 47 68 25 -19,5 2 0,3783 7 66,5
23 44 90 27 -21 2 0,2151 8 65
2019,55 47 65 24 -18,1 2 0,4628 9 65,1
22 43 80 30 -23,5 2 0,6745 10 66,5
Таблица 2 - Физико-химические свойства серобитумов, полученных на основе осерненного гудрона
Адгезия серобитумов
0 5 10 15 20 25 3070
75
80
85
90
95
100
Концентрация серы в битуме, % масс.
Адг
езия
, % м
асс.
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
Количе-ство
серы, % масс
на переок-ислен-
ный битум
Показатели качества переокисленного битума,
модифицированного элементарной серой
Полугудрона +
НПС(5%),% масс.
на битум
Показатели качества битумов марки БНД 60/130 и БНД 90/130
Температура
размягчения, оС
Пенетра-ция при
25оС, х 0,1 мм
Пенетрация при 0оС, х
0,1 мм
Темпера-тура
хрупкости, оС
Потеря массы после
прогрева, %, Δm
Адгезия Интервал пластич-ности, оС
Темпе-ратура размяг-чения,
оС
Пенет-рация
при 25оС, х 0,1 мм
Пенет-рация
при 0оС, х 0,1 мм
0 55 38 13
Полугудрона 48,5% на битум
43 78 27 -21 0,0386 2 64
Полугудрона 26,6 % на битум
47 60 38 Ниже -28 0,0189 2 Выше 75
3 55 43 1556 43 100 52 Ниже -28 0,0012 1-2 Выше 71
40 48 87 44 Ниже -28 0,0026 1 Выше 76
5 55 38 1352 44 100 49 Ниже -28 0,0063 1 Выше 72
24 48 64 39 Ниже -28 0,0030 1 Выше 76
7 53 44 1444 43 110 45 -26,3 0,0380 1-2(2) 69,3
24 47 90 42 Ниже -28 0,0061 1 Выше 75
10 52 45 1448 44 93 37 -25,1 0,0103 1 69,1
24 47 75 50 Ниже -28 0,0065 1 Выше 75
15 52 48 1546 43 120 46 -25,8 0,0082 1 68,8
36 47 93 48 Ниже -28 0,0148 1 Выше 75
20 51 45 1646 43 120 45 -25,1 0,0046 1 68,1
36 48 95 51 Ниже -28 0,0151 2 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
Совмещение компонентов при 140оС в течении
4 часов
Плавление серы при t=140оС
Полисульфид
Нагревание КОРСа(ДЦПД)
при t=140оС
0 1 2 3 4 5 6 710
20
30
40
50
60
70
80
90
ПС 1 ПС 2 ПС 3 ПС 4
Тем
пера
тура
кап
лепа
дени
я, º
С
Время, ч
0 1 2 3 4 5 6 72030405060708090
100
ПС 1 ПС 2 ПС 3Тем
пера
тура
кап
лепа
дени
я, º
С
Время, ч
Рисунок 3 - Зависимости температуры каплепадения полисульфида на основе КОРСа от
времени перемешивания
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
Температура размягчения 43оС
В переокисленный битум
Температура размягчения 60оС
Таблица 4 – Свойства образцов битумполисульфидных вяжущего на основе КОРСа с БНД 90/130
Соотношение сера : КОРС,
%
Соотношение битум :
полисульфид, %
Температура размягчения
, оС
Пенетрация при 25оС,
х 0,1 мм
Пенетрация при 0оС, х
0,1 мм40 : 60 50 : 50 24 335 173
70 : 30 28 290 90
80 : 20 30 132 49
90 : 10 34 160 66
50 : 50 50 : 50 28,5 - -
70 : 30 34 - -
60 : 40 50 : 50 28,5 - -
70 : 30 28,5 - -
Дорожное вяжущее в соответствии с ГОСТ 22255-90 получить не удалось
Таблица 5 – Свойства битумполисульфидных вяжущих на основе переокисленного битума
Соотношение сера : КОРС,
%
Соотношение переокисленн
ый битум : полисульфид,
%
Температура
размягчения, оС
Пенетрация при 25оС, х 0,1 мм
Пенетрация при 0оС, х 0,1 мм
Потеря массы после прогрева, % ,
Δm
Интервал
пластичности,
оС
Изменение температур
ы размягчения
после прогрев, Δtр , оС
Температура
хрупкости, оС
Адгезия
30 : 7085 : 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
40 : 6080 : 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 : 5050 : 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
60 : 4056 : 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
Таблица 6 –Физико-химические свойства битумсульфидных вяжущих на основе ДЦПД
Соотношение сера :
ДЦПД, %
Соотношение переокисленный
битум : полисульфид, %
Температ
ура
размягчен
ия, оС
Пенетрац
ия при
25оС, х
0,1 мм
Пенетрац
ия при
0оС, х 0,1
мм
Температура
хрупкости, оС
Изменение температуры размягчения
после прогрев, Δtр ,
оС
Адгезия Потеря массы после
прогрева, %, Δm
Инт. пласт
50:50
80 : 20 43 130 46 -24,9 7 1-2 1,27 67,9
76,7 : 23,348 110 35 -22,9 2,5 1-2 1,31 70,9
73,4 : 26,6
60:40
80 : 20 43 170 63 -26,5 8 1-2 0,37 69,5
76,7 : 23,347 145 51 -25,2 4 1-2 0,35 72,2
73,4 : 26,6
40:60
80 : 20 47 68 20 -14,5 13 1-2 1,82 61,5
- 43 80 24 -19,8 9 1-2 2,44 62,8
73,4 : 26,6
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)
Абсолютные показатели Серобитум БПВ 1 БПВ 2
Суточная производительность, т 382,27
383,23
383,23
Дни работы 260,00
Мощность установки по сырью 100 000,00
Выход целевой продукции, % 99,39
99,64
99,64
Цена 1т, руб 8,15
7,88
8,38
Себестоимость целевой продукции, руб 7,77
7,51
7,98
Прибыль, тыс. руб 38832,10 37528,56
39921,89
Рентабельность продукции, % 5,03
5,02
5,02
Таблица 7– Технико – экономически показатели
Рисунок 7 –Изменение рента-бельности и цены для серобитумов.
Рисунок 5 –Изменение рента-бельности и цены для БПВ1.
Рисунок 6 –Изменение рента-бельности и цены для БПВ 2.
1 2 3
-
10.00
20.00
30.00
рентабельность цена
1 2 3
-
10.00
20.00
30.00
40.00
рентабельность цена
1 2 3
-
10.00
20.00
30.00
рентабельность цена
Тенденции изменения рентабельности и цены на 3 года