ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНО-НЕФТЕШЛАМОВОЙ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ

АННОТАЦИЯ

В настоящее время в мире существует необходимость исследования по решению определенных проблем в современном производстве окисленных битумов, основной из которых является низкое качество сырья. Обоснова необходимость решения следующих научных задач: прежде всего изучение состава высоко парафинистого нефтяного сырья; оптимизирование процесса окисления тяжелых фракций нефтей; разработка универсальной технологической установки процесса получения связующих битумов с оптимальными качественными их показателями; утилизация высоко парафинированных нефтяных отходов.

ABSTRACT

Currently, there is a need in the world for research to solve certain problems in the modern production of oxized bitumen, the main one of which is the low quality of raw materials. The need to solve the following scientific problems is substantiated: firs of all, studying the composition of highly paraffinic petroleum feedstock; optimization of the oxidation process of heavy oil fractions; development of a universal technological installation for the production of binder bitumen with optimal quality indicators; recycling of highly waxed oil waste.

Ключевые слова: асфальтобетонные покрытия, нефтешлам, низкомолекулярного полиэтилене (НПЭ), госсиполовой смолы, госсиполополимерной композиция, нефтеминералных смеси.

Keywords: asphalt concrete coatings, oil sludge, low molecular weight polyethylene (LPE), gossypol resin, gossypol polymer composition, petroleum mineral mixtures.

Введение

В настоящее время, в условиях независимого развития Республики Узбекистан особую роль играют строительство автодорожных коммуникаций, в которых наибольшее применение получили асфальтобетонные покрытия из-за их достаточной механической прочности, способности к допускаемым упругим и пластическим деформациям, проявления хорошего сцепления с автомобильными шинами и т.д. [1, с.73]. В этой связи замена остаточных нефтепродуктов другим местным сырьём, хотя бы частично, могут решить вопрос импорте замещения, а при использовании отходного сырья в виде нефтешлама и полимерная композиция модифицированный госсиполовой смолы с низкомолекулярного полиэтилене (НПЭ), гипаном дополнительно позволит решить также вопрос экологии. Кроме того, с переходом на рыночные отношения, когда проблема дефицитности импортного сырья все больше осушается в производственной сфере, необходимо при менять местное сырье и отходы производства [2, с.107].

Хотя асфальтобетонные покрытия зарекомендовали себя с хорошими прочностными и эксплуатационными характеристиками, но для их получения осушается дефицит остаточных нефтепродуктов с большим содержанием асфальтенов так как на нефтеперерабатывающих заводах Узбекистана преимущественно, используется газоконденсат с добавкой нефтей из других регионов, а также из других стран. При таком технологий нефтепереработки остаточные нефтепродукты мало пригодны для получения битума используемого в качестве вяжущего при строительстве дорог на основе асфальто-бетонных покрытий.

Об использовании полимерной композиции модифицированной госсиполовой смолы в составе нефтеминеральных композиций до 1% от общей массы нефтеминеральных смеси, на основе остаточных нефтепродуктов, в качестве поверхностного активного вещества подробно описано в работе[3, с.187]. Возможность использования госсиполовой смолы как одним из компонентов асфальтобетона за счет модификации его свойств рассмотрены в работах.

Если процесс модификации свойств госсиполополимерной композиции смолы осуществлять в направление получения шламов для  дорожных покрытий,  то особый интерес представляет, когда объекты исследования в химмотологии, как и в любой другой науке можно представить в виде системы, состоящей из элементов взаимосвязанных структурно и функционально. Функционально параметры системы описываются математическими уравнениями. Для выявления функциональных связей в сложных системах широко используют методы математического моделирования [4, с.89], в которых задача сводится к построению алгоритма, имитирующего поведение отдельных элементов системы.

Математическая модель является результатом до реализации процесса и представляет собой, его четкое формальное описание с необходимой степенью приближения к реальности. В этой связи представляет существенный практический интерес на базе анализа априорной информации по шламовых композициям и возможности модификации свойств госсиполовых смол различных масложировых комбинатов и реализацией небольшого количества экспериментов, разработка математической модели взаимосвязи между технологическими параметрами и основными физико-химическими характеристиками получаемых модифицированных госсиполо-нефтешламовой полимерной композиции нефтеминералных смеси.

Применение методов многомерной математической статистики при оптимизации процесса получения нефтеминералных смеси для дорожных покрытий обосновано ещё тем, полимерной композиции модифицированного госсиполовую смолу можно представить из данных полученных авторами работ [5, с.110] с позиции коллоидной как сложную многокомпонентную смесь, проявляющую в зависимости от совокупности воздействия внешних условий свойства молекулярного раствора или дисперсной системы. Исследование фракционного состава госсиполовой смолы показали [6, с.106], что оно состоит из фракции предельные и непредельные жирных кислоты, фенола и ароматического альдегида. Наличие реакционноспособных активных функциональных фенольных и альдегидных групп в структуре госсиполивой смеси позволяет его модифицировать с полимерный молекулами тегах как НПЭ и ГИПАН. Каждая в отдельности может представляет из себя дисперсную среду с определенными свойствами, использование которых позволит целенаправленно изменят его свойства. Оптимизировать процесс получения полимерной нефтешламовой композиции для дорожных покрытий, взамен битума в качестве модификатора использован ГИПАН или низкомолекулярного полиэтилена (НПЭ) и мраморный пудра. Присутствии воздуха и температуры ^оС, при активном перемешиванием лопастной мешалкой со скоростью оборотов 80-110 об/мин. На основании проведенных экспериментальных исследований и серии предварительных лабораторных испытаний определены основные уровни и шаги варьирования, по каждому фактору представлен в таблице 1.

Таблица 1.

Основные уровни и шаги варьирования

Результаты проведенных исследовании после реализации польного трехфакторного эксперимента сведены в таблице № 1.

При получении нового композиционного материала на основе госсиполовой смолы одним из основных факторов процесса принято температура в пределах 120 – 140 ⁰С при соотношении добавляемых модифицирующих компонентов в виде НПЭ от 0,01-0,03 %  и мраморный пудра от 2,98-4,98%.

За параметры оптимизации выбраны качественные характеристики битумной композиции: глубина проникновения иглы, мм при 25 ⁰С; температура размягчения по кольцу и шару, ⁰С и растяжимость, см при 25 ⁰С.

У₁=190,50-3,75Х₁-22,00Х₃,

где  Х₁ – температура проведения процесса;

Х₂ – содержание мраморный пудра в составе композиции;

У₁ – параметр оптимизации по глубине проникновения иглы в полученную нефтеминералных смеси композицию на основе нефте шлама.

Значимость коэффициентов уравнения регрессии определялась по критерию Стьюдента при числе оценок дисперсий равное 5, значение /в/> S_в×t равно 2,79. при табличном значении t равное 4,30, значение критерия адекватности – Фишера равняется 14,39 при критическом значении F_кр=19,30. С оценкой дисперсии адекватности S_ад² равное 48,57 и числе степеней свободы равное 5.

А при принятии за параметр оптимизации температуру размягчения по кольцу и шару (У’₂) уравнение регрессии имеет следующий вид:

У’₂ =37,22+1,16Х₁+2,44Х₃ +1,01Х₁Х₂ +1,04Х₁ Х₃,

при F_р критерии Фишера 3,74<F_кр =19,16

Как свидетельствует результаты проведенных исследовании и расчета математической модели У₁, основное влияние на вязкостные характеристики НМС композиции по глубине проникновения иглы, мм оказывают Х₁ – температура проведения опыта и содержание мраморный пудра в композиционной смеси. А при параметре оптимизации У₂ – температура размягчения по кольцу и шару все факторы кроме Х₂ оказались значимыми, но содержание НПЭ Х₂ оказывает воздействие или парное взаимодействие с темпрературой проведения процесса. Такое же влияние при парном взаимодействие с Х₁ – температурой проведения процесса оказывает и содержание мраморный пудры в композиционной смеси.

Получить адекватное уравнение по У₃ – растяжимости, см при 25 ^оС не представлялось возможным, хотя получились положительные результаты по воспроизводимости результатов по числу оценок дисперсии (критерия Кохрена) и выявления значимости коэффициентов уравнения регрессии по критерию Стьюдента. Очевидно отсутствует соответствующая зависимость между параметрами оптимизации (функции отклика) и факторами (факторного пространства). Полученные уравнения можно использовать для управления процессом получения АБ госсиполосмоловой композиции с использованием ЭВМ.

При выполнении данного раздела работы учитывалось, что в нас­тоящее время в производстве нефтяных битумов уделяется внимание получению модифицированных битумных материалов. Главной целью модифицирования является получение асфальтобетон на основе нефтешлам или материалов на их основе, кото­рые позволили бы: расширить интервал пластичности нефтешлам композиции; усилить адгезию к металлическим и минеральным материлам; увеличить устойчи­вость к старению; обеспечить коллоидную и механическую прочность; расширить рабочий интервал температур; обеспечить экологическую безопасность получения и применения модифицированных нефтешлам композиции и др.

Регулировать свойства шлама возможно, изменяя дисперсную структуру АБ добавками. В результате подбора наилучшего соотно­шения битум-добавка можно достичь по необходимости улучшения одного или нескольких свойств готового битумного материала, добавка - мо­дификаторы грубо можно классифицировать как пластифицирующие, струк­турирующие и комбинированные. Это обусловлено их химической приро­дой и способностью распределяться в АБ. Структурирующие добавки образуют самостоятельную дисперсную фазу, увеличивают температуру размягчения и хрупкости, снижают пенетрацию. Пластифицирующие до­бавки дополняют дисперсионную среду всей системы, тем самым снижа­ют температуру размягчения и хрупкости, увеличивают ненетрацшо. Основные критерии подбора добавки - это хорошая совместимость ее с АБ, высокая температура кипения или приемлемая температура плавления, доступность, дешевизна, нетоксичность, технологичность, возможность улучшать физико-химические и эксплуатационные свойства шлама [7, с. 34,35].

В этом направление для нас представлял значительный интерес использование в качестве добавки специально-термообработанную госсиполовою смолу (CTГC), то есть госсиполовую смолу. Модифицированную гипаном и оксидом кальция при температуре 150-160°С.  Полученные результаты проведенных исследований при добавке ПКМГС в нефтяном шлам в таблице 2.

Таблица 2.

Сравнительные характеристики свойств нефтеминеральных смес (НМС) при различных соотношениях ПКМГС (полимерная композиция модифицированной госсиполовой смолы)

Результаты проведенных исследований показало, что физико-механические свойства асфальтобетона улучшится с повышением содержания полимерной композиции модифицированной госсиполовой композиции ПКМГС-1, ПКМГС-2, ПКМГС-3 при соотношение НМС/ПКМГС 90:10.

При этом установлены состав и свойства промысловых нефтешламов, которые содержат до 10-12 % высших парафинов, 25-30 % конденсированных нафтенов, до 40 % конденсированных ароматических углеводородов, до 10 % высших масленых фракции, до 15 % асфальтенов и до 5 % нефтяных смол.

Из осушенных резервуарных нефтешламов термическим методом выявлены (14%) и исследованы углеводородные фракции с температурой кипения до 320⁰С, которые представляют собой жидкости темно-коричневого цвета, со специфическим запахом.

Список литературы:

1. Тошматов Д.А., Юсупов Ф.М., Байматова Г.А. Нефт қуйқаси асосида нефтминералли аралашма олиш технологиясини ва унинг таркибини ишлаб чиқиш. Композиционные материалы Узбекский научно-технический и производственный журнал. №4,Ташкент 2018. - 73 ст. [в Узбекистане]
2. Гезенцвей Л.Б. Дорожный асфальтобетон М. «Транспорт» 1985. – 107 ст.
3. Тошматов Д.А., Байматова Г.А., Юсупов Ф.М., Қаххоров У.Р., Мирзақулов Ғ. Окислительная переработка нефтешламов. Научно-технический журнал ФерПИ. Фергана 2019. -185-189 ст. [в Узбекистане]
4. Саутин С.Н., Пунин А.Е. Мир компьютеров и химическая технология Л. Химия 1991. -89 ст.
5. Фатхуллаев Э., Джалилов А.Т., Минскер К.С., Марьин А.П. Комплексное использование вторичных продуктов переработки хлопчатника при получении полимерных материалов. Ташкент ФАН 1988. -110 ст. [в Узбекистане]
6. Кутьин А., Теляшев Э.Г., Хайриддинов И.Р., Везиров Р.Р., Викторова Г.Н., Ризванов Т.М. Современные технологии производства дорожных битумом. III Конгресс нефтгазпромышленников России 2001, г. Уфа. – 34-35 ст. [в России]
7. Toshmatov D.A., Yusupov F.M., Baymatova G.A. Processing of oil sludge for the construction of interfiled roads. European Science Review 11-12, Vienna 2018. -86 ст. [в Австралии]