Дошлов И.О¹, Букреев А.В².

¹Магистрант первого года обучения ИРНИТУ

²Начальник смены гидрокомплекса Хабаровского НПЗ

(Научный руководитель: профессор Дошлов О.И)

Модифицированные дорожные битумы из нефтей Восточной Сибири и Дальнего Востока с применением серы в качестве модификатора

Актуальной задачей данной работы является получение товарных нефтебитумов с заданными физико-химическими свойствами, позволяющими производить дорожные покрытия повышенной долговечности, устойчивые к трещинообразованию, морозоустойчивые и, как следствие, требующие более редкого планового ремонта и замены, а следовательно, снижение затрат на содержание дорожного полотна в надлежащем состоянии в условиях Сибири и Дальнего Востока.

Перспективным направлением повышения качества дорожных битумов является использование серы для их модификации. Техническая сера является недорогим и многотоннажным побочным продуктом промышленности. 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.

Самые крупные производители серы во всем мире – это США, Канада, Россия, Польша, Мексика, Франция. В России, Франции и Канаде в основном получают серу в результате очистки природного газа и нефтепродуктов, в других странах – преимущественно из природных залежей. В России источником серы является также ее производство из руды автоклавной выплавки. Распространены отходы, получаемые при производстве серы методом фазового обмена. Эти отходы называют серным гранулитом. Они представляют собой тонкодисперсный минеральный материал серорудной породы с вкраплением серы (15 – 30 %). В конце XX в. объем мирового производства серы в процессе ее утилизации в различных отраслях промышленности составлял более 10 млн т в год. Количество неутилизированной серы достигало около 25 млн т.

В России значительное количество попутной серы скопилось в отвалах предприятий: ООО «Астраханьгазпром», ОАО «Норильский никель», ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод» (г. Ревда, Свердловская обл.). Образуются серные отходы на нефтеперерабатывающих предприятиях: ОАО «Омский НПЗ» (около 60 тыс. т серы в год), ОАО «Башкортостаннефтезавод». В Татарстане ежегодно образуется более 35 тыс. т серных отходов на Минибаевском ГПЗ, ОАО «ТАИФ-НК», Нижнекамского ОАО «ТАНЕКО» выход серы составляет 260 тыс. т в год. С вводом в строй на ОАО АНХК НК «Роснефть» установки по производству технической серы (75 тыс. тонн в год) наш регион будет полностью оснащен данным продуктом для дорожного строительства.

Переработка дешевой попутной серы в эффективные дорожно-строительные материалы экономически целесообразна и позволила бы также решить экологическую проблему во многих регионах.

Одним из наиболее эффективных направлений применения серы в дорожном строительстве является модификация нефтяных дорожных битумов и получение на их основе сероасфальтобетонов. [2]

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

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 ºС, 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 вяжущее, 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 асфальтобетона.[3]

Одним из эффективных методов модификации битумов является смешение битумов с серой и полимерно-битумным вяжущим (ПБВ). В результате термической сополимеризации серы со смесью ПБВ получаются полисульфиды (ПС), которые при нормальной температуре представляют собой каучукоподобную массу и характеризуются высокой температурой размягчения (до 112 °С), низкой температурой хрупкости (до – 30 °С) и эластичностью (до 71 %).

СПБВ по сравнению с исходным битумом характеризуются улучшенными низкотемпературными свойствами и эластичностью (табл. 1). Асфальтобетоны на СПБВ по прочностным характеристикам превосходят асфальтобетоны на обычном битуме (табл. 1).

Санитарно-гигиеническая оценка технологии и переработки СПБВ показала, что количество сероводорода, выделяющегося при нагревании СПБВ до температуры 165 – 170 °С, составляет 14 мг/м3 воздуха рабочей зоны, что практически соответствует требованиям ПДК (10 мг/м3).

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

Таким образом, на основании лабораторных и опытно-производственных работ нами установлена целесообразность применения серы в смеси с полимерно-битумными вяжущими для модификации битума. Применение серы в асфальтобетоне позволяет уменьшить расход битума и снизить стоимость вяжущего, понизить температуры нагрева компонентов и их смесей. Применение полимерно-битумного вяжущего позволяет снизить на 8-10˚C показатель, который является очень важным для дорог первой климатической зоны – температуру хрупкости.

На Ангарском и Хабаровском нефтеперерабатывающих заводах вводятся в строй установки по производству серы из нефтяного сырья – поэтому актуальность этой проблемы значительно возрастает.

Литература

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.