СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО
METHOD OF PRODUCING BINDER

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к способам получения вяжущего, которое может быть использовано в дорожном строительстве.
Из области техники известен способ получения вяжущего путем окисления тяжелого нефтяного остатка (гудрона) и резиновой крошки при 240°С («Повышение качества битумов, полученных из гудрона», реферативная информация «Строительство и эксплуатация автомобильных дорог». №1, 1979, с.8). Однако качество полученного при этом вяжущего недостаточно вследствие низкого показателя сцепления вяжущего с минеральной частью, например с песком. Кроме того, технология процесса усложнена за счет применения специальных приспособлений для равномерного распределения резиновой крошки в массе гудрона.
Наиболее близким к изобретению техническим решением, принятым за прототип, является способ получения вяжущего путем смешивания тяжелых нефтяных остатков, в виде прудового кислого гудрона, с резиновой крошкой и нагреванием полученной смеси до заданной температуры (Авторское свидетельство СССР №1402607, опубл. 15.06.88). Исходный гудрон имеет определенную кислотность, а перед смешиванием его разогревают горячей струей прямогонного гудрона или горячим рециркулятором кислого гудрона со скоростью 50-90°С в час. Резиновую крошку используют в заданном количестве.
Недостатком прототипа является недостаточно высокое качество вяжущего вследствие недостаточно равномерного растворения резиновой крошки в смеси тяжелых нефтяных остатков, т.к. нагревания недостаточно для полного разрушения резиновой крошки.
В основу изобретения положена задача разработать такой способ получения вяжущего, в котором за счет нагрева смеси тяжелых нефтяных остатков с резиновой крошкой путем термолиза и выполнения его в два этапа в присутствии дистиллятного растворителя и активирующей добавки, происходит активное разрушение резиновой крошки и химическое ее взаимодействие с тяжелыми нефтяными остатками, что повышает качество вяжущего битумных композитов и ускоряет процесс термолиза.
Задача решается тем, что предлагается способ получения вяжущего путем нагрева тяжелых нефтяных остатков в присутствии заданного количества резиновой крошки при заданной температуре и в течение заданного времени, в котором, согласно изобретению, нагрев ведут путем термолиза в два этапа, термолиз на первом этапе осуществляют при 100-250°С в присутствии дистиллятного растворителя, взятого в соотношении с резиновой крошкой 1:0,1-1, в течение 15-60 минут в присутствии активирующей добавки, затем термолиз осуществляют на 2-м этапе при 350-450°С в течение 10-60 минут в среде тяжелого нефтяного остатка при постепенном испарении дистиллятного растворителя.
В заявленном способе осуществление нагрева путем термолиза в два этапа при заданных температуре и времени в присутствии дистиллятного растворителя и активирующей добавки позволяет на первом этапе осуществить полное разрушение резиновой крошки и химическое соединение с тяжелыми нефтяными остатками, а на втором этапе - активировать процесс термолиза.
Использование активирующей добавки ускоряет как процесс термолиза, так и процесс испарения дистиллятного растворителя. В качестве активирующей добавки могут быть использованы горючие сланцы и/или природные или синтетические цеолиты.
Способ осуществляют следующим образом. Резинотехнические изделия, например автопокрышки, измельчают в ножевой дробилке до кусков размером 60 мм, затем в высокоскоростной молотковой дробилке с одновременным вытягиванием металлического и текстильного корда доводят до размера частиц менее 5 мм с удалением остатков металлокорда и текстильного корда. Полученную крошку смешивают с дистиллятным растворителем (фракция с точкой кипения 300-400°С от 2-й ступени термолиза, отработанные масла, вакуумный газойль, экстракт селективной очистки масел), активириующей добавкой, например с горючими сланцами и/или природными или синтетическими цеолитами, и при перемешивании проводят термолиз при температуре 100-250°С в течение 15-60 мин. Затем добавляют тяжелый нефтяной остаток (ТНО), в качестве которого используют мазут, гудрон, смолы пиролиза, асфальт деасфальтизации, крекинг-остатки, температуру повышают до 350-450°С и при барботаже воздуха, например кислородом, проводят термолиз при постепенном испарении дистиллятного растворителя в течение 10-60 мин. Получают вяжущее, используемое далее для получения высококачественных асфальтобетонных дорожных покрытий.
Заявленный способ можно продемонстрировать на примерах по получению вяжущего по заявленной технологии при различных соотношениях компонентов, различных температурных и временных диапазонах термолиза, различном соотношении дистиллятного растворителя и резиновой крошки.
Пример 1. В реактор загружают 100 кг экстракта селективной очистки масел, 100 кг резиновой крошки (соотношение растворитель: резиновая крошка 1:1), 20 кг горючего сланца (10% от реакционной смеси) и нагревают с перемешиванием 60 мин при температуре 100°С. Затем температуру реакционной смеси повышают до 350°С, добавляют 100 кг мазута и при барботаже воздуха нагревают еще 60 мин с отгонкой растворителя. Получают однородное битумное вяжущее без образования окатышей с температурой кипения более 360°С с выходом 80,9%.
Пример 2. В реактор загружают 100 кг отработанного моторного масла, 10 кг резиновой крошки (соотношение растворитель: резиновая крошка 1:0,1), 15 кг цеолита NaX (13,6% от реакционной смеси) и нагревают с перемешиванием 15 мин при температуре 250°С. Затем температуру реакционной смеси повышают до 450°С, добавляют 120 кг гудрона и при барботаже воздуха нагревают еще 10 мин. Получают однородное битумное вяжущее без образования окатышей с температурой кипения более 360°С с выходом 96,8%.
Пример 3. В реактор загружают 100 кг вакууммного газойля (фр. 380 -520°С), 15 кг резиновой крошки (соотношение растворитель: резиновая крошка 1:0,15), 15 кг горючего сланца (13% от реакционной смеси) и нагревают с перемешиванием 45 мин при температуре 150°С. Затем температуру реакционной смеси повышают до 425°С, добавляют 100 кг асфальта деасфальтизации и при барботаже воздуха нагревают еще 30 мин. Получают однородное битумное вяжущее без образования окатышей с температурой кипения более 360°С с выходом 88,8%.
Пример 4. В реактор загружают 100 кг фракции с точкой кипения 300-400°С от 2-й ступени термолиза, 20 кг резиновой крошки (соотношение растворитель: резиновая крошка 1: 0,2), 20 кг природного цеолита клиноптилолита (16,6% от реакционной смеси) и нагревают с перемешиванием 50 минут при температуре 180°С. Затем температуру реакционной смеси повышают до 415°С, добавляют 50 кг крекинг-остатка и 50 кг смолы пиролиза и при барботаже воздуха нагревают еще 40 мин с отгонкой растворителя. Получают однородное битумное вяжущее без образования окатышей с температурой кипения более 360°С с выходом 91,9%.
В таблице 1 приведены данные по условиям проведения опытов и качеству полученных при этом вяжущих.
Из таблицы 1 следует, что вяжущее дорожных битумов, полученное согласно настоящему изобретению, по всем показателям качества превосходит вяжущее битума БНД 90/130 по ГОСТ 9128-97.
В таблице 2 приведены характеристики асфальтобетона для верхнего слоя покрытия.
Таблица 2
Показатель
Асфальтобетон на БНД 60/90(5%)
Асфальтобетон на вяжущем по настоящему изобретению (5%)
Требования ГОСТ 9128-97
Прочность при сжатии,
МПа,
при 50°С
1,3
2,2
1,3
при 20°С
4,5
5,7
2,5
при 0°С
13,7
10,0
9,0-11,0
Модуль упругости при
-
сжатии, МПа, при 50°С
120
200
при 0°С
2000
640
Прочность на сдвиг (раскол) при 0°С, МПа
3,6
3,7
-
Водостойкость
0,8
1,00
0,85-0,95
Водостойкость при
0,65
0,98
0,75-0,9
длительном водонасыщении
Водонасыщение, %
1,8
1,7
1,5-4,0
Коэффициент водостойкости
0,87-0,95
0,95-1
-
Количество циклов нагружения до падения модуля упругости в 2 раза, тыс.цикл.
40-60
120-150
Коэффициент сцепления с колесом
0,27-0,29
0,40-0,45
-
Из таблицы 1 следует, что асфальтобетонное дорожное покрытие, полученное с использованием вяжущего материала, согласно заявленной технологии, по всем показателям превосходит асфальтобетон, полученный на БНД 60/90, а также требования ГОСТ 9128-97.
Анализ представленных результатов показывает, что заявленный способ позволяет получить вяжущее с повышенными физико-механическими свойствами, которые позволят использовать его для приготовления материалов, широко применяемых в дорожном строительстве.