Методы исследования и влияние нефтяных остатков на свойства строительного битума

АННОТАЦИЯ

Состав и характеристика компонентов используемых для получения нового состава кровельной битумной композиции. Приведены методы исследования битумной композиции после добавления нефтяного шлама, фенольного экстракта и отработанного отбеливающей глины. Получены микрофотографии 10%-ных растворов нефтяного шлама и фенольного экстракта в толуоле, а также оптические микрофотографии растворов отработанного отбеливающей глины и нефтяного остатка в толуоле. Получены результаты состава и свойств битума марки БН 90/10 с отдельными компонентами нефтяного остатка. Характеристика релаксационных процессов в исследованных композициях. Основные свойства битумных композиций модифицированных нефтяными остатками.

ABSTRACT

The composition and characteristics of the components used to obtain a new composition of the roofing bitumen composition. Methods for studying the bitumen composition after adding oil sludge, phenolic extract and spent bleaching clay are presented. Micrographs of 10% solutions of oil sludge and phenolic extract in toluene were obtained, as well as optical micrographs of solutions of spent bleaching clay and oil residue in toluene. The results of the composition and properties of PB 90/10 bitumen with individual components of the oil residue were obtained. Characterization of relaxation processes in the investigated compositions. Basic properties of bitumen compositions modified with oil residues.

Ключевые слова: Фенольный экстракт, отработанная отбеливающая глина, нефтяной шлам, толуол, дивинилстирол, битум.

Keywords: Phenolic extract, waste bleaching clay, oil sludge, toluene, divinyl styrene, bitumen.

На сегодняшний день большое внимание уделяется переработке нефтепродуктов и приобретению новых видов продукции. Эти продукты являются для получения композиционного строительного битума. Разработка технологических процессов получения композиционных строительных битумов с высокими физико-химическими свойствами с опорой на научно обоснованные показатели и исследования по повышению эффективности их использования [1-3].

В мировом масштабе для получения и использования композиционного строительного битума, обладающего высокими эксплуатационными характеристиками, необходимо обосновать следующие научные решения: определение физико-химических свойств местного нефтяного остатка, отработанного отбеливающей глины, нефтешлама и фенольного экстракта; разработка технологии производства композиционного строительного битума на основе местного сырья; определение физико-химических и эксплуатационных свойств компонентов полученного композиционного строительного битума, проведение промышленных испытаний разработанного композиционного строительного битума [4-6].

Компоненты, которые будут добавлены для получения нового состава битума [7]:

1) Отработанная отбеливающая глина (ООГ) – адсорбент, используемая при адсорбционной очистки масленого сырья на предприятии ООО «Ферганский нефтеперерабатывающий завод». Отбеливающая глина, используемая в качестве отходов в процессах нефтепереработки, содержит 35-40% (по весу) смол и масел. Поэтому было решено добавить этот компонент в строительный битум.

2) Фенольный экстракт (ФЭ) – остаток установки фенольной очистки масел на предприятие ООО «Ферганский нефтеперерабатывающий завод». Было решено добавить этот компонент в строительный битум в связи с тем, что экстракт содержит 28-32% (по массе) асфальто-смолистых, боковых цепей и соединений серы смолы и улучшает эксплуатационные свойства строительных битумов.

3) Нефтяной шлам (НШ) представляет собой сложное физико-химическое соединение, состоящее из нефтепродуктов, механических (глина, оксиды металлов, песок) смесей и воды. В связи с тем, что асфальт-смолистые, боковые и гудронно-серные соединения в нефтешламе составляют 25-35% (по массе) и улучшают эксплуатационные свойства строительных битумов, было решено добавить этот компонент в строительный битум.

МЕТОДЫ.

Оптическая микроскопия. Микроструктуру модифицированных БК изучали и фотографировали на микроскопе МИМ-7 в соответствии с ГОСТ 22023-76. Фотоснимки делали в проходящем свете при увеличении 125^х.

Пенетрация (П) - определялась согласно ГОСТ

Рисунок 1. Микроскоп

11501-92, характеризует твердость битума и измерялась как глубина погружения (проникновения) колиброванной иглы в образец битума под действием определенного груза в течение заданного времени при фиксированной температуре. Фиксируется в десятых долях мм.

Дуктильность - это способность битумов растягиваться в нить. Определялась как величина длины нити, образовавшейся к моменту разрыва при фиксированных нагрузках и температуре 25 °С (Д25) (ГОСТ 11505-88).

Рисунок 2. Дуктилометр

Растяжимость (дуктилъностъ) битума характеризуется расстоянием, на которое его можно вытянуть в нить до разрыва.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ.

Известно, что на растворимость нефтяных остатков в битуме влияет не только параметр растворимости, но и ряд других факторов: молекулярная масса, молекулярно-массовое распределение, кристалличность и др.

На рис.3 приведены микрофотографии 10%-ных растворов НШ и ФЭа в толуоле, соответственно. В обоих случаях наблюдаются включение набухших нефтяных остатков по всему объему раствора.

a) НШ; b) ФЭ.

Рисунок 3. Оптические микрофотографии растворов нефтяных остатков в толуоле (концентрация 10%) (увеличение 125 ^х)

Растворение ООГ в толуоле осуществляется при 1=100 °С. На рис.4 а,b представлены растворы 2,5% и 10%)-ных концентраций ООГ в толуоле, где видны равномерно распределенные нитеобразные включения остатка.

Таким образом, анализ полученных данных показывает, что наибольшее растворение НОа и его компонентов происходит при их концентрациях до 2,5% в растворителе. При большем содержании остатка в толуоле наблюдается помутнение растворов, что свидетельствует о неполном их растворении (см. рис.4 с,d).

а) 2,5% ООГ; b) 10% ООГ; c) 2,5% НО; d) 10% НО

Рисунок 4. Оптические микрофотографии растворов ООГ и НО в толуоле (увеличение 125 ^х)

Данные табл.1 показывают влияние отдельных компонентов НОа: ФЭ, НШ и ООГ при концентрациях 5, 10 и 15% на свойства битума БН-90/10.

Таблица 1.

Состав и свойства БН 90/10 с отдельными компонентами НО

Целью данных исследований являлось изучение кинетики изменения релаксации напряжения в расплавах битума БН-90/10 и составов, модифицированных индивидуальными остатками и смесевым НО. Для сравнительных оценок были сняты релаксационные кривые битума БН-70/30 (строительный).

Спектры энергий активации сдвига и объемов кинетических единиц (табл.2) рассчитывались по методикам

Таблица 2.

Характеристики релаксационных процессов в исследованных композициях

По показателям дуктильности и интервала пластичности (табл.3) смесь остатков в интервале концентраций 5-10% несколько превосходит значения показателей битума БН-90/10, модифицированного НО.

Таблица 3.

Состав и основные свойства битумных композиций, модифицированных нефтяными остатками.

Подобные закономерности проявляются по показателю дуктильности, которая с повышением концентрации НОов в битуме БН-90/10 резко падает более чем в 10 раз.

Определение оптимальных составов НО для получения битумных композиций в лабораторных условиях проводилось с использованием в качестве компонентов НО: ФЭ, ООГ и НШ в интервале от 0 до 10%.

Поэтому нами принято НО-2 при следующем содержании: ООГ - 50%, ФЭ-25%, НШ-25%.

ВЫВОД

1. Как свидетельствует приведенные результаты что растворимость нефтяных остатков в битуме влияет не только параметр растворимости, но и ряд других факторов: молекулярная масса, молекулярно-массовое распределение, кристалличность и др.

2. При исследовании 10%-ных растворов нефтяного шлама и фенольного экстракта в толуоле, в обоих случаях наблюдался включение набухших нефтяных остатков по всему объему раствора.

3. Исследования показали, что наибольшее растворение НОа и его компонентов происходит при их концентрациях до 2,5% в растворителе.

4. При большем содержании остатка в толуоле наблюдается помутнение растворов, что свидетельствует о неполном их растворении.

5. По показателям дуктильности и интервала пластичности (табл.3) смесь остатков в интервале концентраций 5-10% несколько превосходит значения показателей битума БН-90/10, модифицированного НО.

6. Исследования показали, что для получения битумных композиций в лабораторных условиях проводилось с использованием в качестве компонентов НО: ФЭ, ООГ и НШ в интервале от 0 до 10%, поэтому нами принято использовать НО-2 при следующем содержании: ООГ - 50%, ФЭ-25%, НШ-25%.

Список литературы:

1. Корнеев, А.Д. Строительные композиционные материалы на основе шлаковых отходов / А.Д. Корнеев, М.Ю. Гончарова, Е.А. Бондарев. Липецк, 2002. 120 с
2. Сулименко, Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе: учеб.для вузов / Л.М. Сулименко. М.: Высш.шк., 2005. 334 с.
3. Исакулов, Б.Р. Использование отходов нефтегазовой промышленности в производстве строительных материалов /Б.Р.Исакулов //Материалы международной научно-практической конференции Оренбургского государственного университета. Оренбург, 2010. С. 120–123.
4. Бикмухаметова Г.К., Абдуллин А.И., Емельянычева Е.А., Сибгатуллина Р.И., Муллахметова Л.И., Мустафина А.М. Природные битумы. Перспективы использования//Вестник Казанского технологического университета. 2016.№18..
5. Шион Жак; Моризюр Мари- Франсуаз. Битумные композиции и способ их получения//Патент РФ №2181130, 2002..
6. Жи Жонг Лианг; Раймонд Т. Вудхэмс. Способ получения битумной композиции и битумная композиция//Патент РФ №2162475, 2001.
7. Аликабулов Ш.А., Ҳамидов Б.Н. Возможности получения строительных битумов улучшенного качества// «Инновационное развитие нефтегазового отрасли, современная энергетика и их актуальные проблемы» материалы международной конференции 26 май, 2020 г, Ташкент, Узбекистан, 498-499 б.
8. https://works.doklad.ru/view/VtNrlO8yzSI/all.html.

СПИСОК УСЛОВНЫХ ЗНАКОВ И ТЕРМИНОВ

БН    - битум нефтяной;

ФЭ    - фенольный экстракт;

НШ   - нефтяной щлам;

ООГ  - отработанная отбеливающая глина;

НО    - нефтяной остаток;

П       - пенетрация;

Р       - груз;

Х       - продолжительность проникновения иглы;

Т       - температура;

ДСТ  - дивинилстирол