ИНВЕСТИЦИОННОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ
ПРОИЗВОДСТВА СЕРОБЕТОНА
Одной из основных проблем Республики Татарстан является все возрастающее количество отходов производства, а также необходимость их уничтожения или утилизации. В данном проекте предлагается решение проблемы утилизации отходов, образующихся при очистке нефти и дизельного топлива от серы и получения на основе этих отходов высококачественного бетона по цене примерно в 5-7 раз ниже и не уступающего по качеству обычному бетону.
Известны апробированные технические решения, позволяющие извлечь серу из углеводородного сырья и продуктов его переработки в виде сероводорода, элементной серы или ее диоксида (гидроочистка, Клауспроцесс и т. п.) В Германии при крупных тепловых станциях действуют промышленные установки десульфуризации дымовых газов. Каждая из них выпускает до 30 тыс. т/год жидкого диоксида серы, серы или серной кислоты.
Основным направлением использования продуктов обессеривания углеводородного сырья во всем мире до сих пор остается их переработка в серную кислоту, гипс или сульфат аммония. Однако низкая стоимость этих продуктов не обеспечивает рентабельности обессеривания. Опытно-промышленная проверка технологических процессов утилизации соединений серы, разработанных Институтом катализа СО РАН на Норильском горном комбинате наглядно показала, с одной стороны, их техническую осуществимость, с другой. недостаточную экономическую эффективность производства серной кислоты или элементной серы. Рентабельным оказался вывоз из Норильска только серы очень высокой чистоты
В последние годы рост объемов мирового производства серы происходит лишь за счет увеличения выпуска газовой серы, в то время как добыча природной серы неуклонно снижается. Не исключена ситуация, при которой сера и продукты ее переработки окажутся на рынке полностью обесцененными
Особенность производства основного количества серы (около 95 %) как побочного продукта при очистке природного газа, добыча которого сохраняется на постоянном уровне, обуславливает фактическую независимость объемов выпуска серы от спроса на нее. Для отечественного рынка отмечается устойчивое преобладание предложения серы над спросом. Для успешной реализации природоохранных мероприятий необходимо обеспечить их максимальную экономическую целесообразность. Это может быть достигнуто при использовании серы и ее соединений в качестве сырья для получения полимерных материалов. Сера и ее соединения играют важную роль в производстве высокомолекулярных продуктов, но в большинстве случаев они являются вспомогательными, а не основными составляющими. В промышленности полимерных материалов сера (или ее соединения) применяется в основном при вулканизации каучуков, а также в производстве хлорсульфированного полиэтилена, полисульфидных синтетических каучуков (тиоколов) и катионитов
Во многих странах мира широкое развитие получили исследования, направленные на создание новых конструкционных и строительных материалов (прежде всего напольных и дорожных покрытий) на основе элементной серы. В этих композициях сера играет роль полимерного связующего, поэтому такие материалы получили названия полимерсерных бетонов, серопластов и т. д.
В начале 80-х гг. в США и Канаде были созданы компании, производящие серный бетон (Sulfurcrete), который используется в качестве покрытий полов на предприятиях, выпускающих и применяющих минеральные кислоты, где обычный бетон на основе портландцемента быстро коррозирует. Опытное производство изделий из серного бетона (тротуарная плитка) осуществлялось в России трестом "Спецфундаментстрой" Норильского горнометаллургического комбината.
В качестве заполнителей серного бетона могут применяться (в зависимости от назначения изделий) кварцевый песок, гравий, щебень, кислотоупорная силикатная мука, молотый кокс или графитовый порошок, известковая мука, золы ТЭЦ и др.
Полимерсерный бетон обладает комплексом положительных свойств. К ним в первую очередь относятся: быстрый набор прочности, связанный только с периодом остывания серо-бетонной смеси; высокая износостойкость и прочность; стабильность в кислых агрессивных средах; низкое водопоглощение и высокая морозостойкость. Особенностью серных бетонов является возможность повторного использования бракованных конструкций путем их дробления, вторичного расплава и формования. В отличие от этого обычные цементные или полимерные бетоны после формования изделия утрачивают вяжущие свойства и могут быть использованы в лучшем случае как заполнители (после измельчения брака).
Серные бетоны применяются при изготовлении не только сборных, но и монолитных конструкций, а также при различных ремонтных работах. По химической стойкости и диэлектрическим показателям в сухом состоянии они не уступают большинству видов полимербетонов, а по стоимости значительно ниже наиболее дешевых из них.
В настоящее время определились два основных направления применения серы в строительстве. Первое - получение полимерсерных бетонов по асфальтовой технологии из смесей серы с минеральными заполнителями. Благодаря незначительным отличиям технологии серных бетонов от технологии асфальтобетона производство этого вида СКМ может быть налажено на существующих асфальтовых заводах. Для дорожных покрытий в Канаде применяют битумно-серные бетоны (отношение битума к сере 1:1), а для наиболее ответственных участков. серные бетоны, не содержащие битума. Такие покрытия более прочны, обладают хорошим сцеплением, имеют минимальное водопоглощение и значительно большую долговечность. Большинство этих ограничений снимаются при применении модифицированной серы. Суть модифицирования заключается в химической реакции модифицирующего агента и бирадикалов полимерной серы с образованием межцепных связей. Низкая теплопроводность серы открывает дополнительные возможности применения СКМ.
Основные преимущества серных бетонов • высокая прочность;
• коррозионная стойкость;
• низкое водопоглощение;
• водонепроницаемость;
• морозостойкость;
• быстрый набор прочности;
• отвердение на морозе;
• повторное использование;
• хорошая адгезия.
Назначение
Использование серы в промышленном и дорожном строительстве, строительстве гидротехнических сооружений, в коммунальном хозяйстве для утилизации и захоронения отходов газоперерабатывающих и мусоросжигательных заводов.
Области использования
1. Дорожное строительство – возможность изготовления дорожного покрытия из отходов. При применении серобетона в дорожном строительстве, возможно использование только отходов (серы и доломитовой муки). При этом прочность и долговечность покрытия увеличиваются.
2. Подземные конструкции - сваи; фундаменты; подпорные стены; ограждающие конструкции тоннелей; стены опускных колодцев; конструкции отдельно стоящих заглубленных закромов для хранения негорючих сыпучих материалов.
3. Изделия - элементы заборов; подоконные доски; трубы для самотечных и напорных систем канализации; трубопроводы, транспортирующие агрессивные и токсичные сточные воды; тротуарные плиты, ступени и дорожные покрытия.
4. Полы - в производственных, складских, животноводческих зданиях и сооружениях всех степеней стойкости.
5. Кровля - (верхний элемент покрытия) с уклоном до 2,5% в зданиях всех степеней огнестойкости любого назначения.
Черепица для кровли зданий V степени огнестойкости любого назначения.
6. Несущие и ограждающие - конструкции зданий V степени огнестойкости.
7. Элементы покрытий - плиты, настилы, прогоны, балки, фермы, арки, рамы.
8. Некоторые сравнительные характеристики серобетона
по данным иностранных источников
характеристики | цементонтобетон | серобетон |
прочность на сжатие | 20-40 МРа | 85-102 МРа |
Предел прочности | 2-4 МРа | 13-22 МРа |
Прочность на сгиб | 3-7,5 МРа | 10-30 МРа |
Время набора на прочность | 28 суток | 1-1,2 час |
Коэфф. Терм. Расширения (1 млн. СМ. С) | 27,5-32,5 | 0,25-2,5 |
Коэфф. Теплопроводности (кал\см. сек) | 1,2-1,4 | 0,05-0,11 |
Химическая стойкость | низкая | высокая |
водопроницаемость | 1\1 млн. см. сек | водонепроницаем |
На сегодняшний день разработаны технологии получения новых материалов на основе серы, смонтирована установка для производства серных композиций, получены и исследованы в специализированных лабораториях опытные образцы серобетона и сероасфальтобетонных покрытий. Ведутся работы по внедрению новых технологий - проведены работы по изготовлению изделий из серобетона.
Разработанные технологии интересны тем, что позволяют получить новые материалы по ценам ниже традиционных. В связи с этим можно рассчитывать, что новые материалы, учитывая их явные преимущества перед бетонами на портландцементе и асфальтобетонными покрытиями, будут иметь достаточно стабильный сбыт за счет вытеснения с рынка ряда изделий из обычного бетона и значительную долю асфальтобетонных покрытий. В новом материале вместо цемента используется сера с добавкой – модификатором (разработанным нами).
Следует заметить, что задумка использовать серу в строительстве, появилась еще 100 лет назад, но без модификатора бетон оказался недолговечным и непрочным. Преимущества материала – его низкая водопроницаемость и высокая коррозийная стойкость, что особенно важно для кислотной среды. В 10%-ной серной кислоте серобетон стоит три года, сохраняя свойства. Серобетон быстро набирает прочностные характеристики (2-3 часа, обычный бетон – 28 дней): прочностные показатели серобетона на сжатие, изгиб намного лучше, чем у обычного бетона, высокая инертность, нулевая водопроницаемость, высокий коэффициент сцепления.
Из нового материала также можно изготавливать различные строительные изделия - плиты, сваи, фундаментные блоки и даже памятники. Памятник в 1,5 человеческих роста может простоять 300 лет. Изделия из серобетона можно изготавливать также с добавлением красителей.
Описание производства серобетонной смеси.
Необходимое оборудование
1.реактор плавления серы
2. грохот, разогрев и удаление влаги инертных материалов
3. реактор смешения инертных материалов и серы
4. транспортеры подачи исходных материалов
5. формовочное оборудование типа карусели и виброплощадка
6. ангары для исходных материалов.
7. обогреваемые трубы
Технологическая схема производства изделий из серного бетона подразумевает следующую последовательность. В реактор плавления серы засыпают серу и разогреваем до 140 С, вводим 1% от количества серы, катализатор. В это же время в грохот подаются инертные материалы и разогреваются до 130-140 С. Затем подготовленные материалы подаем в реактор смешивания, где так же поддерживается температура 140 С. Далее через разгрузочный лоток производится раздача (укладка) серобетонной смеси в формооснастку и производится виброуплотнение смеси. Разогревание реакторов плавления серы и смесителя, а так же разогрев инертных материалов производится жидкотоплевными горелками, контроль за температурой производится автоматически термопарами. В работе установки участвуют 2 оператора и 2 формовщика.
Серный бетон и его технология выгодно отличается от бетона на портландцементе:
· быстрым набором прочности, что обеспечивает высокий оборот формооснастки и повторной формовки;
· безотходностью технологического процесса, ввиду возможности повторного использования брака (некондиционной продукции) путем ее повторного плавления и формовки;
· твердением при низких, отрицательных температурах и подводой;
· более высокими физико-механических и эксплуатационно-техническими показателями: прочностью при сжатии ( до 80-100МПа) и изгибе,
· морозостойкостью и стойкостью к агрессивных средам, низким водопоглащением и истираемостью,
· способностью к эффективной пигментации и окрашиваемостью.
При этом применение дешевой серы и возможность замены природных заполнителей техногенными отходами промышленности позволяет получить недорогие высокоэффективные бетоны и изделия.
Ниже приведен состав бетона на портландцементе ; серного бетона на технической сере приведена стоимость 1м3 бетона приведенных составов.
Состав и стоимость 1м3 бетона на портландцементе.
Табл.1
Наименование компонентов | Стоимость компонентов (руб. тонна) | Содержание в 1м3 бетонной смеси | Стоимость бетона. Руб. м3. |
Портландцемент М400 | 4500 | 400 | 1800 |
Песок кварцевый | 300 | 650 | 195 |
Гравий дробленый | 800 | 1100 | 880 |
вода | 150 | 150 | |
итого | 2925 |
Состав и стоимость 1м3 серобетона на технической сере. Табл.2
Наименование компонентов | Ст-ть компонентов Руб. тонна | Сод-е в 1м3 бетонной смеси кг. На тонну | Ст-ть бетона руб.1м3 |
сера | 500 | 350 | 175 |
Отсев дробления карбонатного щебня | 100 | 400 | 40 |
Песок кварцевый | 300 | 250 | 75 |
итого | 290 |
1 куб. м -- = 2,1т
Время производственного процесса 15-40 мин. взависимости от варианта и объема.
План организации производства серобетона
1. проведение ниокр.
2. Организация предприятия.
3. Создание опытно-промышленного производства и обеспечение производственного процесса.
4. Маркетинговые исследование.
5. Организация малого предприятия.
6. предварительная сертификация. Строисертификаты, санитарно-гигиенические сертификаты
7. организация-аренда лаборатории и проведение полных лабораторных исследований
8. закупка рециклера ПМ-107.
9. организация производственной площадки.
10. опытно-промышленный запуск—около 2месяцев.
11. сертификация промышленной продукции.
12. организация опытно-промышленного производства и обеспечение производственного процесса.
13. маркетинговые исследования и рассмотрение вопросов промышленного сбыта.
14. подбор вариантов стационарного оборудования в строительном и дорожном направлении.
Техническое обеспечение
1. закупка 20 тонн серы.
2. закупка 60 тонн доломитовой муки.
3. закупка катализатора.
4. закупка дизельного топлива.
5. написание ТУ и технологических регламентов лабораторных и опытно-промышленных.
6. подготовка всех пакетов документов необходимых для организации производства.
Стоимость создания установки объема 5-8 м3по производству серобетона 10-12 млн. руб. При стоимости 1т СБ 1500 - 2000руб. срок окупаемости составляет около 1-1,5 года.
Автор проекта Иванов ВБ. Руководитель направления Валиев ТШ.
.
