Способ получения вяжущего для дорожных покрытий

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ путем окисления кислородом воздуха в реакторе нефтяного гудрона с добавкой 15 мас.% каменноугольной смолы высокотемпературного коксования, о т л и-, чающийся тем, что, с целью упрощения технологии процесса и снижения энергетических затрат, каменноугольную смолу.добавляют в 3-4 прие-/ ма непосредственно в реактор.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

44 .А

09) (11}

3(59 С 10 С 3/04, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 а ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) .3459720/23-04 (22) 25.06.82 (46) 23.12.83. Бюл. В 47 72) Е.Я.Фарберов и В.П.Лаврухин (71) Воронежский ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-строительный институт (53) 665.45(088.8) .(56) 1. Лаврухин B.Ï. и др. Исполь эование каменноугольной смолы при приготовлении асфальтобетонной смеси.-"Автомобильные дороги", 1979, Р 7, с. 27-29 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО

ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ путем окисле- ния кислородом воэдуха в реакторе нефтяного гудрона с добавкой 10-

15 мас.Ъ каменноугольной смолы высокотемпературного коксования, о т л ич а ю щ и и с.я тем, что, с целью упрощения технологии процесса и снижения энергетических затрат, каменно- угольную смолу. добавляют в 3-4 прие- ма непосредственно в реактор.

1062244

Изобретение относится к способам получения вяжущего и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности и промышленности строительных материалов,.

Наиболее близким к изобретению 5 является способ получения вяжущего для дорожных покрытий путем окисления кислородом воздуха в реакторе нефтяного гудрона с добавкой 1015 мас.Ъ каменноугольной смолы высокотемпературного коксования.

Способ заключается в том, что гудрон, нагретый до необходимой для .его окисления температуры 180-185ОC при постоянном перемешивании смеси циркуляционным насосом, вводят смолу высокотемпературного коксования.

Затем готовый компаунд подают на окисление в установку компрессорного или бескомпрессорного типа f1) .

Недостатком способа является то, что не все смолы высокотемпературного коксования могут быть использованы по упомянутой технологии. Некоторые смолы либо инициируют процесс окисления весьма }.еэначительно, либо наоборот замедляют его. При этом и в первом и во втором случае дно реактора эашлаковывается осадком, что выьодит иэ строя окислительные установки. 30

Целью изобретения является упрощение технологии процесса и снижение энергетических затрат.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения вяжущего для дорожных покрытий путем окисления кислородом воздуха в реакторе нефтяного гудрона с добавкой

10-15 мас.Ъ каменноугольной смолы высокотемпературного коксования, каменноугольную смолу добавляют в

3-4 приема непосредственно в реактор.

Свойства каменноугольных смол высокотемпературного коксования, выпускаемых металлургическими заводами, регламентируются требованиями, 45 приведенными в табл. 1, лительиому воздействию, поскольку

10 окисляемые в компаунде с гурдоном (замедляют или ускоряют процесс).

После оценки их термоокислительной активности определяется возможность 5 порционного введения смол.

Для определения термоокислительной активности смол последние окисляют в лабораторной окислительной установке при температуре 280 С и расходе воздуха 5 л/кг MHH. За критерий активности принимают глубину .проникания иглы при 25ОC (П ) после

30 мин окисления.

Результаты приведены в табл. 2.

25 Таблица 2

П Активность смол

Завод-поставщик смол высокотемпературного коксо-, вания

22 Высокоактивные

Магнитогорский

Череповецкий

Руставский

Нижне-Тагильский

69 Среднеактивные

150

Челябинский

240

Новолипецкий

Малоактивные

Орско-Халилоьский

Таблица 1

Показатели

1,22

9,00

0,2

10,0

2,5-4,2

4,0

Плотность в пересчете на безводную смолу при 20О С, г/см 3

Содержание веществ, нерастворимых в толуоле, в пересчете на безводную смолу, Зольность в пересчете на безводную смолу, Ъ Содержание нафталина, Ъ вязкость условная при 80 C Э

Содержание воды, Ъ

Используемые смолы отвечают требованиям стандарта, кроме содержания воды, что легко устраняется обезвоживанием.

Окисленные в течении 30 мин при

180ОС смолы не представляют интереса как дорожно-строительный материал.

Смолы окисляют с единственной целью— определить их отношение к термоокисони оказывают различное действие

По результатам определения П . смолы условно разделяют на три группы. Смолы с глубиной проникания менее 50 дмм относит к группе высокоактивных, 50-150 дмм — к группе среднеактивных и более 150 — к группе малоактивных.

На фиг. 1 приводится зависимость изменения глубины проникновения иглы (П ) от времени окисления гудрона и компаундов (смеси гудрон + смола, приготовленной заранее, до окисления) с содержанием 10% смол различных металлургических заводов. Приведенные кривые характеризуют кинетику окисления по иэвс стному способу.

Компаунды, содержащие смолы

Нижне-Тагильского и Орско-Халиловского металлургических заводов, окисляются значительно быстрее гудрона.

1062244

Кривые, характеризующие их кинетику окисления (соответственно 2 и 3), сдвинуты на фиг ° 1 влево, т.е. в сторону уменьшения времени.

Например, для окисления гудрона до битума с глубиной проникновения иглы П25 = 90 требуется 125 мин (кривая 1), а при окислении компаундов, содержащих смолы Нижне-Тагильского и Орско-Халиловского заводов (кривые 2 и 3 фиг. 1), до аналогичной глубины. требуется 90 мин и

85 мин соответственно. В то же время содержание в компаунде такого же количества (10%) смолы Руставского завода оказывает меньшее инициирующее воздействие. Этот компаунд до глубины П =90 окисляется 115 мин.

При этом на дне реактора образуется осадок. Кривая 5 фиг. 1, характеризующая кинетику окисления компаунда, содержащего 10 мас.Ъ смолы Магнито- . ,горского завода, сдвинута от кривой

1, характеризующей кинетику окисления гудрона, вправо, т.е. в сторону увеличения времени окисления. При этом, также как и при окислении компаунда с Руставской смолой, на дне реактора образуется до 8 мас.Ъ осадка. Такое же (замедляющее) действие оказывает смола Череповецкого завода, окисляемая в количестве

10 мас.Ъ, в смеси с гудроном. Количество образующегося на дне реактора осадка — до 9 мас.Ъ.

- Действие смолы Череповецкого завода аналогично действию смолы Магнитогорского комбината, поэтому на фиг. 1 дополнительной кривой не приводится. При введении смол, относящихся к группе высокоактивных, т.е. смол, замедляющих процесс окисления, как Йагнитогорского завода, или оказывающих незначительное инициирующее воздействие, как Руставского завода, порциями непосредственно в окисляемый гудрон, вместо незначительного ускорения с осадкообразованием или замедления с ссадкообразованием наблюдается значительное ускорение процесса окисления гудрона.

Пример 1. Предварительно обезвоженные н нагретые до 140-150 С смолы Руставского и Магнитогорского заводов вводят в окисляемый при

200 С в реакторе гудрон. Смолы каждого иэ заводов до 10 мас.В вводят порциями в 3-4 приема в четырех вариантах: 3+3+4. 4+3+3, 4+2+2+2, 2+2+2+4. Первую порцию вводят одновременно с пуском воздуха, остальные — через равные промежутки времени в течение 1 ч.

При таком способе получения вяжущего окислением гудрона с каменноугольной смолой Магнитогорского завода вместо замедления процесса, наблюдаемом при окислении компаунда (смеси гудрон+смола, приготовленной заранее), содержащее такое же количество смолы, время окисления гудрона сокращается. Например, для достижения глубины окисления соответствующей П =90 при окислении гудрона беэ добавки требуется 125 мин, а при введении указанным способом 10 мас.В смолы такая же глубина окисления ,достигается на 75 мин (фиг. 2, кри10 вая 3).

Аналогичная картина наблюдается при использовании смолы Руставского завода. При окислении гудрона с

10 мас.% смолы по известному способу (компаунд, приготовленный заранее) глубина окисления, соответствующая

П 90 достигается эа 115 мин (фиг.1, крйвая 4), а при введении того же количества (10 мас.%) смолы порциями

20 идентичная глубина окисления достигается эа 65 мин (фиг. 2, кривая 2).

Образование осадка, имевшее место при окислении гудрона с указанными смолами по известному способу (компаунд), .полностью исключается при введении смол порциями.

Исключенйе осадка и значительное

45 инигиирование процесса окисления наблюдается при применении всех смол относящихся к группе высокоактивных, в т.ч. и смолы Череповецкого завода, в примере не разбираемой.

Введение равного количества смолы и три или четыре приема оказывает одинаковое ииициирующее воздействие.

Прн введении смол малой и средней активности (Орско-Халиловского и

Нижне-Тагильского заводов) в окисляемый гудрон укаэанным способом возрастания иницинрующего эффекта, сравнительно с окислением компаунда, не наблюдается.

Пример 2. В условиях, идентичных окисленным в примере 1, в окисляемый гудрон вводят смолы Магнитогорского и Руставского заводов порциями, но первая порция вводится не одновременно с пуском воздуха для окисления, а спустя 20 мин. Остальные порции вводят в течение 40 мин через равные промежутки времени.

При введении указанных смол порциями не с момента начала окисления, а спустя 20 мин, наблюдается возрастание эффекта инициирования. Для получения вяжущего с глубиной проникновения П =90 при применении смолы

Магнитогорского завода требуется

65 мин (фиг. 3, кривая 3) вместо

75 мин при окислении по варианту, изложенному в примере 1. При введении смолы Руставского завода аналогичным образом для достижения глубины окисления Пу = 90 требуется

60 мин вместо 65 мин при окислении по варианту, изложенному в примере 1.

1062244

Смолы вводились в 3-4 приема общим количеством 10 мас.Ъ по вариантам, приведенным в примере 1. Выявлено, что количество порций 3 и 4 при равном общем количестве вводимой смолы на скорость окисления влияния 5 не оказывают.

Экспериментально установлено, что максимальное количество вводимых за одну порцию высокоактивных смол не должно превышать 4 мас.Ъ, Введение уже 5 мас.Ъ смолы за один прием влечет за собой образование осадка.

Поэтому количество смолы, вводимой за один прием, должно составлять

3-4 мас.Ъ. Вводить смолу меньшими порциями нерационально, так как инициирующий эффект, как установлено, не возрастает, а количество порций увеличивается что несколько усложняет технологию.

Введение в окисляемый гудрон смол малой и средней активности ОрскоХалиловского и Нижне-Тагильского заводов соответственно порциями по варианту, изложенному в примере 2, дает возрастание ициирующего эффекта сравнительно с эффектом инициирования при окислении по известному способу (окисление компаунда).

При окислении компаундов., содержащих 10 мас.Ъ смол Орска-Халиловско-30 го и Нижне-Тагильского заводов до

П =-90 требуется .соответственно

85 мин и 90 мин (фиг. 1, кривая 3, кривая 2). При введении такого же количества смол по схеме 3+3+4 мас.Ъ 5 (первая порция вводится спустя

20 мин после пуска воздуха, а остальные — как описано выше), время окисления сокращается до 70 мин и 80 мин соответственно. ь

Общее количество смолы, вводимой в окисляемый гудрон порциями, не должно превышать 15 мас.Ъ, так как насыщение сырья избыточным количеством добавки приводит к тому, что часть каменноугольной смолы не вэаи- 45 модействует с гудроном, а окисляется самостоятельно. Следствием этого может быть осадок или неоднородное вяжущее.

B окисляемый гудрон вводят 15 мас.Ъ, 50 и 18 мас.Ъ смолы Магнитогорского завода по схемам 4+4+4+3 и 4+4+4+3+3 соответственно.

Первая порция вводится спустя

20 мин окисления, остальные в тече- 55 ние 40 мин через равные промежутки времени. Время достижения глубины окисления, соответствующей П = 90, в обоих случая равно 60 мин, но при содержании смолы 18 мас.Ъ на дне реактора образуется до 2 мас.Ъ осадка. Увеличение продолжительности времени, за которое вводят 18 мас.Ъ снижает эффект инициирования.

Введение 9 мас.Ъ смолы по схеме

3+3+3 снижает инициирующий эффект сравнительно с введением 10 мас.Ъ смолы. При применении, например, смолы Магнитогорского завала время для получения глубины окисления .

П =90 по варианту, изложенному в примере 2, составляет 75 мин вместо

65 мин.

Следовательно, приведенный в формуле размер.одной порции 3-4 мас.Ъ при 3-4 порциях можно назначать схему введения различного количества смолы, например, мас.Ъ:

10 3+3+4

12 4+4+4

15 4+4+4+3

15 4+3+4+4

Можно также делить общее количество вводимой смолы на равные порции.

На фиг. 4 и 5 приводится кинетика

П от времени окисления гудрона с добавкой 10Ъ смол соответственно

Орска-Халиловского и Нижне-Тагильского заводов, введенных описанным способом и кинетика окисления компаунда с 10Ъ тех же смол (кривые 3 и 2 состветственно).

Как видно из анализа кривых, введение смол малоактивных (кривая

3 ) и среднеактивных (кривая 2 ) порциями спустя 20 мин после начала окисления увеличивает их инициирующее воздействие на 10-15Ъ, в то время как при введении порциями беэ индукционного периода такого эффекта не наб люда ется.

Таким образом, при введении смол по предлагаемо ;. способу не происходит выпадение осадка, исключается операция приготовления компаунда, появляется возможность использования смол высокотемпературного коксования любой термоокислительной активности, что приводит к расширению сырьевой базы примерно на 40Ъ.

Процесс окисления гудрона при таком способе объединения его co смолой, сокращается на 15-40Ъ сравнительно с времением окисления компаунда в зависимости от применяемых смол.

1062244

I а 210

3 iso

Ц. ф

Ъ

40 60 Ю - 100 120 NO М 0

Вреия окисления, наи. яю юо C t®

1062244

78

1. а 150

ФО дд 80 1дО 110 149 160

8репе окисления,@мм40at.4

1062244

27

24

0 100 120 ИО и 0

Зреем Окисления, нин

Фиа.5

Составитель E. Горлов

Редактор Н. Данкулич Текред Л.Микеш Корректор А, Ильин

Заказ 10157/27 Тираж 503 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4