Методы извлечения термобитума из горючего сланца Коцебинского месторождения

Статья публикуется по материалам доклада на “Международном научном форуме

Бутлеровское наследие – 2015”. http://foundation. /bh-2015/

Поступила в редакцию 26 декабря 2014 г. УДК 541.128.

Методы извлечения термобитума из горючего сланца Коцебинского месторождения

© Ромаденкина*+ Светлана Борисовна и

Кафедра нефтехимии и техногенной безопасности. Институт химии. Саратовский

государственный университет им. . ул. Астраханская 83, корп. 1.

г. Саратов, 410012. Россия. Тел.: [phone]. E-mail: [e-mail]

_______________________________________________

*Ведущий направление; +Поддерживающий переписку

Ключевые слова: горючий сланец, асфальтобетон, термобитум, способы извлечения.

Аннотация

Разработаны два способа извлечения жидкого термобитума из нефтяного горючего сланца Коцебинского месторождения. Полученный термобитум может быть использован в дорожном строи-тельстве в качестве вяжущего агента в асфальтобетоне, с целью повышения адгезионных свойств к подложке.

Введение

Интерес российских и зарубежных предприятий к горючим сланцам обусловлен доступ-ностью и низкой стоимостью сырья и энергии, с одной стороны, и широким ассортиментом, уникальностью свойств, высокой рыночной стоимостью сланцехимической продукции – с другой.

В литературе [1-3] описано множество способов извлечения керогена и термобитума из сланцев. К числу наиболее эффективных способов относятся: солянокислотная обработка сланцев с целью удаления растворимых в кислоте компонентов (магнезита, сидерита, каль-цита и пирита); флотационное обогащение сланцев; извлечение керогена с помощью органи-ческих растворителей; частичное удаление минеральных компонентов в экзотических раство-рителях, например: в плавиковой кислоте, смешенном гидриде лития и алюминия, терми-ческая обработка и др.

Физико-химической основой для постановки таких экспериментов являлся перевод ке-рогена сланцев из твердого в жидкое состояние практически без тепловых потерь и извлече-ния жидкого термобитума любым доступным способом.

Целью работы являлась разработка доступных способов извлечения жидкого термоби-тума из горючих сланцев Коцебинского месторождения.

Экспериментальная часть

Авторами разработаны два способа извлечения жидкого термобитума из горючих сланцев Коце-бинского месторождения.

Первый способ заключается в проведении процесса пиролиза горючего сланца с целью извле-чения органического вещества. Деструкция керогена горючего сланца Коцебинского месторождения происходит при температуре 180 °С. При температуре 270 °С начинает выделяться жидкий термо-битум в количестве 40 г на 1 кг исходного сланца. Процесс мет быть представлен в виде кинетической схемы разложения керогена при нагревании:

А (тв) →В (ж) + С (г)

где А – кероген, В – термобитумом, а С – газообразная составляющая,

образующаяся в процессе пиролиза сложного углеводородного состава.

Второй способ заключался в переводе твердого керогена в жидкий термобитум практически без энергетических потерь. Таким образом, предложен способ извлечения термобитума из состава сланца, состоящий в нагревании сланца до температуры 270 °С и прессовании остаточной массы при давлении 4-10 кгс/см2. Чем выше давление прессования, тем больше выход жидкого продукта после отжима, то есть выше эффективность способа. Лучшим результатом, достигаемым этим способом, является полу-чение 1.1 мл жидкого термобитума из 8 г исходного сланца, то есть 10%.

Результаты и их обсуждение

Полученные результаты подтверждены результатами термогравиметрического анализа. На рисунке представлены кривые ТГ процессов нагревания исходного сланца (кривая 1) и термобитума, полученного новым способом – отжимом из сланца при температуре 270 °С (кривая 2).

Рисунок. Кривые дифференциально термического анализа горючего сланца (1), термобитума (2)

Как видно из рисунка термобитум, по-лученный по новому способу обладает наи-более высокой теплотворной способностью со стопроцентным превращением его в газо-образные продукты в интервале темпера-туры 270-700 °С. Оставшийся после отжима термобитума твердый обедненный органо-минеральный продукт может быть исполь-зован как в самостоятельном варианте, так и в качестве наполнителя композита с оста-точным термобитумным связующим вещест-вом. Кстати, процесс активации керогена с переводом в жидкий термобитум можно приостановить на стадии извлечения послед-него путем отжима, а клеящие свойства ос-таточного битумного продукта использовать по другому назначению, например, для созд-ания дорожных и строительных компози-ционных материалов.

Таким образом, экспериментально доказана возможность извлечения чистого термоби-тума из сланца. Получившийся термобитум может быть использован в дорожном строи-тельстве в качестве вяжущего агента в асфальтобетоне, с целью повышения адгезионных свойств к подложке. В асфальтобетон можно добавлять натуральный сланец и сланцевый битум для частичной замены дорожного битума. В перспективе можно будет отказаться от дорожного битума и перейти на сланцевый, с целью уменьшения себестоимости продукта.

Рассмотрим применение горючего сланца и термобитума Коцебинского месторождения в дорожном строительстве, а именно в асфальтобетоне.

Существует два вида дорожных покрытий – это асфальтобетоны и бетонные покрытия.

Большинство дорог строятся с асфальтобетонным покрытием, которое имеет ряд преи-муществ над другими покрытиями. Главное отличие асфальтобетона от других покрытий состоит в его термопластичности, то есть размягчении и снижении прочности до 0.8-1.0 МПа в жаркие летние дни, когда температура покрытия поднимается до 50 °С, и повышении твёр-дости и прочности до 10.0-15.0 МПа при отрицательной температуре в зимнее время года.

Табл. 1. Состав асфальтобетона Состав Процентное содержание (масс.) № 1 №2 №3 № 4 Дорожный битум 8 8 6 6 Доломитовый наполнитель 10 - - - Сланец как наполнитель - 10 12 10 Сланцевый термобитум - - 2 2 Щебень 55 55 55 55 Песок 27 27 25 27

Табл. 2. Характеристики асфальтобетона Показатели Образцы №1 №2 №3 №4 Предел прочности при сжатии, кПа 9.5 8.0 6.2 5.4 Морозостойкость (количество до разрушения) 10 10 8 5

Согласно ГОСТу асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны разделяются по виду ми-неральной составляющей (каменного материала) разделяются на щебеночные (состав: щебень, песок, минеральный порошок, битум), гравийные (гравий, песок или песчано-гравийный мате-риал, минеральный порошок и битум) и песчаные (песок, минеральный порошок, битум) [4].

В табл. 1 представлены составы асфальтобетонов с доломитным и сланцевым наполни-телем. В качестве матрицы был взят дорожный битум БНД 60/90. Сланец вводился в битум в разных массовых соотношениях. Для лучшего склеивания дополнительно к сланцу добавлял-ся жидкий термобитум в количестве 2 % масс.

Полученные образцы асфальтобетона проверялись на эксплуатационные параметры: прочности при сжатии и морозостойкость, показатели представлены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что образец со сланцевым наполнителем в количестве 10 % масс. имеет меньший предел прочности при сжатии и соизмеримое значение по морозостойкости по сравнению с асфальтобетоном с доломитным наполнителем. Когда в образцы вводится не только горючий сланец, но и жидкий термобитум, то эксплуатационные характеристики асфальтобетона ухудшаются [5].

При проведении дальнейших исследований можно отказаться от дорожного битума и перейти на сланцевый термобитум, с целью уменьшения себестоимости продукта.

Выводы

Экспериментально доказана возможность извлечения чистого термобитума из сланца. Получившийся термобитум может быть использован в дорожном строительстве в качестве вяжущего агента в асфальтобетоне, с целью повышения адгезионных свойств к подложке.

Благодарности

Результаты работы получены в рамках выполнения государственного задания №4.1212. 2014/К Минобрнауки Роcсии.

Литература

[1]  , , Русьянова по химии и технологии твердых горючих ископаемых. СПб.: Компания Синтез. 1996. 363с.

[2]  Патент РФ № 000 С10В53/06 Способ безотходной переработки горючих сланцев. , , и др. Опубл. 10.10.2007.

[3]  Патент РФ № 000, МПК С10С3/04. Способ получения битума. , , Руденский . 10.01.2004.