Получения битума из шлама гидрогенизации КАРАЖЫРИНСКОГО угля
, , .
Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Алматы
Е-mail: *****@***ru
В Республики Казахстан имеются богатые запасы углеводородных горючих полезных ископаемых. Если запасы нефти сосредоточены, в основном, на западе, то месторождения твердого углеводородного сырья – угля встречаются в различных регионах нашей страны и интенсивно разрабатываются. Превращение угля являющегося в настоящее время лишь топливом и источником энергии, в ценное сырье и получение из него различных химических продуктов имеют большое практическое значение.
В настоящее время актуальной проблемой является переработка отходов получения качественных моторных топлив путем каталитической гидрогенизации угля. Кроме того растет спрос на широко используемый во многих отраслях промышленности битум. При получении жидких продуктов путем каталитической гидрогенизации угля образуется остаток - «угольная нефть», состоящая из смеси высококипящих углеводородов. Получение из этого остатка битума и битумных композиций путем углехимического синтеза позволяет решить экономические и экологические проблемы регионов, где производится добыча угля.
В качестве объекта исследования взят пастообразный шлам «угольной нефти», образующийся после вакуумной отгонки по фракциям массы гидрогенизата, полученного ожижением угля месторождения Каражыра.
Шлам «угольной нефти» состоит из органической (48,15-48,90 масс.%) и минеральной (~51,5 масс. %) частей, поэтому его использовали для получения битума.
С целью установления соответствия с марками дорожных битумов были определены физико-механические показатели полученного битума из «угольной нефти». Физико-механические показатели полученного битума соответствуют требованиями стандарта, поэтому его можно отнести к жидким дорожным битумам марки МГ 70/130. Групповой состав битума был определен адсорбционно-хроматографическим методом Маркуссона.
Повышенное содержание смол (21,75 масс.%), асфальтена (13,48 масс.%) в битуме, общее количество углеводородов (62,64 масс.%), в том числе парафино-нафтеновых углеводородов (29,33 масс.%) понижает вязкость битума и оказывает отрицательное влияние на его физико-механические показатели. Содержание карбена и карбоида составляет 2,13 масс.%. Повышенное содержание парафино-нафтеновых углеводородов в составе битума подтверждается наличием в его ИК-спектрах интенсивных полос поглощения, соответсвующих колебаниям групп - СН3 (2926,8 см-1, 2947 см-1, 2917,8 см-1, 2903,2 см-1) и - СН2 (2858,8 см-1, 720,5см-1)
Битум состоит из асфальтена (13, 48 масс. %), смол (21,75 масс. %) и углеводородов (62,64 масс. %). Поэтому он отличается от полученного из нефти битума по количеству основных структурообразующих компонентов. Такие показатели, как соотношение количества асфальтена к сумме количеств асфальтена и смол, соотношение количества асфальтена к сумме количеств асфальтена углеводородов и смол низкие, поэтому битум нельзя отнести ни к одному из структурных типов дорожных битумов.
Для увеличения качеств полученных битумов был проведен процесс окисления шлама «угольной нефти». Процесс окисления отходов нефти широко применяется в производстве высококачественных дорожных и строительных битумов, обладающих специальными реологическими и эксплутационными свойствами. Нами было проведено окисление шлама «угольной нефти» путем продувания 1 кг сырья 1,4 м3 воздуха на лабораторной установке в периодическом режиме при 2200С в течение 5 часов. Физико-механические показатели битума представлены в таблице 1.
Таблице 1. Физико-химические показатели битума
Показатели | Битум | Битум марки БНД130/200 | Методы испытания |
Пенетрация при 250С, 0,1мм | 190 | 131-200 | ГОСТ11501 |
Температура размягчения по К и Ш, 0С | 46 | 40 | ГОСТ11506 |
Температура хрупкости (по Фраасу),0С | - 30 | -18 | ГОСТ11507 |
Индекс пенетрации | +2,1 | 46-190 | ГОСТ22245 |
Интервал пластичности | 55,3~760С | 46-190 | ГОСТ22245 |
Как видно из таблицы, значения физико-механических показателей полученного битума соответствуют требованиям стандарта, поэтому его можно отнести к вязким дорожным нефтяным битумам марки БНД 130/200.
В соответствии со значением индекса пенетрации (+2,1) он относится к битумам группы III, реологическое состояние которых соответствует битумам типа гель. Интервал растяжимости битума широк (76-55,30С), поэтому его деформационная способность высокие. Был определен химический групповой состав битума Содержание смол, углеводородов, асфальтена, карбена, карбоида в составе битума равно соответственно 38,0 масс. %, 38,5 масс. %, 22,3 масс. %, 1,2 масс. %. Повышенное содержание конденсированных полициклоароматических углеводородов, бензольных смол увеличивает дисперсную степень битума. Количество асфальтена в вязком дорожном нефтяном битуме марки БНД 130/200 увеличилось с 13,48 масс. % до 22,3 масс. %. В химическом групповом составе жидкого дорожного битума марки МГ 70/130 содержание парафино-нафтеновых углеводородов высоко (29,33 масс. %), поэтому во время процесса окисления количество этих углеводородов уменьшается из-за образования асфальтенов и смол.
Данные ИК-спектрального анализа подтверждает увеличение количества структурообразующих компонентов: смол и асфальтена наличие интенсивных полос поглощения, соответствующих колебаниям ароматической групп 910-650 см-1 , С-О-С- групп простых эфирове 1200-1000 см-1, имеющихся во всех карбонильных соединениях групп С=О, т. е 1900-1580 см-1.
Значение соотношения количества асфальтена и смол в битуме составляет 0,41, а соотношения количества асфальтена к сумме количеств углеводородов и смол 0,31, поэтому его можно отнести к дорожным битумам структурного типа III. Полученный вязкий дорожный нефтяной битум марки БНД 130/200 может быть использован в качестве покрытия дорог для легких автомобилей в дорожно-климатических зонах II и III в холодные времена года при среднемесячной температуре от –100С до –200 С [1-3].
Список литературы
, Дорожные битумы. – М.: Транспорт, 1973. – 255 с. Қайырбеков Ж.Қ., Әубәкіров Е. А., Смағұлова Н. Т.»Көмірлі мұнай» қалдықтарын іске асыру жолдары // Вестник КазНУ. Серия химическая. – 2002. – № 5. – 11-16 бб. Қайырбеков Ж.Қ., Әубәкіров Е. А., Смағұлова Н. Т., Мылтықбаева Ж. К. Қаражыра кен орнының көмірін кешенді өңдеу //Вестник КазНУ. Серия химическая. – 2004. – № 4. – 44-46 бб.
