вопросы утилизации серы с применением ее в дорожном строительстве

Дошлов И.О¹., Букреев А.В².

¹ аспирант кафедры физики, ФГБОУ ВО «ИРНИТУ», г. Иркутск, e-mail:
doshlov125@mail.ru

² начальник смены гидрокомплекса Хабаровского НПЗ

(Научный руководитель: профессор кафедры химической технологии
Дошлов О.И.)

С развитием проектов в области производства сжиженных углеводородных газов проблема хранения и реализации серы обостряется. Ежегодно на предприятиях нефтегазового комплекса производится свыше 7 млн. тонн серы в год, профицит серы составляет до 2 млн. тонн в год. Уже семь лет Россия будет крупнейшим производителем серы, это около 9-11 миллионов тонн. И сегодня главная задача – это ее эффективное применение.

Некоторые нефтегазовые компании ищут способы переработки серы в продукты, сбыт которых в большей степени ориентирована конечного потребителя. Несмотря на крупнотоннажность целевых сегментов (асфальтобетонные смеси, серное вяжущее, серобетон) сера не нашла в них такого широкого применения как в традиционных сегментах потребления – фосфорной кислоте, фосфорных удобрениях и агрохимии.

Более 90% производимой в мире серы перерабатывается в серную кислоту. При этом, более 56% потребляемой в мире серной кислоты находит применение в производстве фосфорной кислоты и фосфатных удобрений. Около 10% потребляемой в мире серной кислоты и серы используется в производстве различной агрохимии (инсектицидов, фунгицидов, гербицидов, кормов), 11% востребовано в производстве широкого ряда химикатов, 3% в отрасли резинотехнических изделий и пластмасс, 2% в целлюлозно-бумажной промышленности, 6% в нефтепереработке, 2% в производстве пигментов и 7% в горнорудной промышленности для выщелачивания руд.

Перспективным направлением использования серы является повышение качества дорожных битумов их модификации. Техническая сера является недорогим и многотоннажным побочным продуктом промышленности. Переработка дешевой попутной серы в эффективные дорожно-строительные материалы экономически целесообразна и позволила бы также решить экологическую проблему во многих регионах. Имеется достаточный мировой опыт использования серы в дорожном строительстве, указывающий на более высокие физико-механические и реологические свойства серополимерно-битумных вяжущих (СПБВ) и смесей на их основе по сравнению с обычными битумами и асфальтобетонами.[1] Применение технической серы для модификации битумов экономически целесообразно и позволяет также решать экологические проблемы во многих регионах РФ.

СПБВ можно приготовить двумя способами:

- эмульгированием расплавленной серы в битуме в коллоидной мельнице (зазор 0,04 см, частота вращения ротора 7000 об/мин, температура 140 – 150 ˚С, длительность эмульгирования 8 мин) или в статическом смесителе. Приготовление СБВ как в коллоидной мельнице, так и в статическом смесителе дает возможность равномерно диспергировать серу до размера 5 – 20 мкм в битуме и получать вяжущие, а также смеси на его основе, обладающие высокими показателями свойств;

- смешением расплавленной серы и битума в заданных количествах в лопастной мешалке и немедленной подачей этого вяжущего на объединение с минеральными компонентами асфальнобетона.

СПБВ и смеси на их основе обладают более высокими показателями физико-механических и реологических свойств по сравнению с обычными битумами и асфальтобетоном.[2] Использование серы целесообразно не только с точки зрения экономии дефицитного битума, но и энергорескрсов за счет снижения температуры приготовления и укладки материалов с серой.[3]

Таблица 1

Свойства серополимерно-битумных вяжущих

Показатель	Содержание модификатора, % по массе				Битум БНД 90/130
	20	40	60	80
Глубина проникания иглы при 0˚С, 0,1 мм	45	48	50	51	40
Температура хрупкости, ˚С	- 26	- 27	- 29	- 31	- 25
Растяжимость при 25˚С, см	13	17	25	26	55
Эластичность при 25˚С, %	5	25	37	45	6

В результате лабораторных и опытно-производственных работ нами установлена целесообразность использования серы в смеси с полимерными добавками для модификации битума.[4] Для исключения выделения вредных токсичных сернистых газов необходимо выдерживать определенные температуры приготовления СПБВ. Использование серы в асфальтобетоне позволяет значительно снизить расход битума и уменьшить стоимость вяжущего, понизить температуры нагрева компонентов и их смесей. Применение полимерных добавок позволяет снизить на 8-10˚С показатель, который является очень важным для дорог первой климатической зоны – температуру хрупкости.

Список использованных источников

1. Галдина В.Д. «Серобитумные вяжущие»: монография. – Омск: СибАДИ, 2011. – 124 с.

2. Дошлов О.И. Модифицированные нефтяные битумы для дорожного строительства / О.И. Дошлов, Ю.В. Чулочников, А.И. Козиенко // Учебное пособие. – ИрГТУ. – ИРДУЦ. – Иркутск. – 1997;

3. Колбановская А.С., Михайлов В.В. Дорожные битумы. – М.: Транспорт, 1973.

4. Дошлов О.И., Калапов И.А. «Новый материал для дорожного и гражданского строительства – полимерно-битумное вяжущее», 2014, стр. 476, сборник тезисов 68 международной молодежной научной конференции «Нефть и газ – 2014» (14-16 июня 2014г., г. Москва).