Разработка научно-технологических основ производства современных битумных материалов как нефтяных дисперсных систем

• Автор: Евдокимова, Наталья Георгиевна
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 417 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1 НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДИФИКАЦИИ

СВОЙСТВ БИТУМНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Состояние и перспективы развития битумного производства в России

1.1.1 Состояние битумного производства в РФ и за рубежом

1.1.2 Проблемы и задачи, конфликты интересов в процессах производства и

маркетинга нефтяных битумов

1.2 Битумы - как типичные нефтяные дисперсные системы

1.2.1 Групповой химический состав битумов

1.2.2 Регулирование дисперсности битумных материалов
1.2.3 Структура битумов и её влияние на эксплуатационные свойства
1.3 Основные принципы и закономерности организации работы производственнотехнологического комплекса битумного производства с использованием
технологий компаундирования и введения добавок
1.3.1 Компаундирование и введение добавок - универсальный способ регулирования свойств нефтяных дисперсных систем и получения
товарных нефтепродуктов
1.3.2 Научно-технологические принципы организации стадии подготовки сырья битумного производства
1.3.3 Активирование основного физико-химического процесса производства окисленных битумов
1.3.4 Закономерности и технологические решения на стадии производства товарной продукции. Модификаторы качества
1.3.5 Технологические приёмы производства битумов дорожных марок повышенной долговечности
1.3.6 Модифицирование битумов полимерными материалами как способ создания инновационных дорожных вяжущих
1.3.7 Технологии модифицирования и разработка рецептур битумных эмульсий
Выводы к главе
Глава 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ СЫРЬЯ И
ПРОДУКЦИИ БИТУМНОГО ПРОИЗВОДСТВА
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Принципы подбора сырья и добавок для подготовки сырья битумного
производства

2.1.1 Принципы подбора сырья для производства битумных материалов. Свойства сырья битумного производства
2.1.2 Критерии подбора добавок для стадии подготовки сырья битумного производства. Физико-химические свойства добавок
2.2 Принципы регулирования основной стадии окисления физико-химического процесса битумного производства
2.2.1 Добавки, влияющие на скорость реакции окисления нефтяного сырья
2.2.2 Изменение технологических параметров окисления
2.2.3 Регулирование выхода и качества битумов
2.3 Критерии выбора компонентов для стадии производства товарной битумной продукции
2.3.1 Критерии подбора компонентов и свойства нефтяных битумов для
производства компаундированных битумных материалов
2.3.2 Критерии подбора и физико-химические свойства добавок для стадии
производства товарной битумной продукции. Физико-химические
свойства добавок
2.3.3 Критерии подбора компонентов для получения модифицирующих добавок
к нефтяным битумам. Свойства используемых компонентов
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.4 Экспериментальные методы исследования свойств битумов, битумных эмульсий
и сырья битумного производства
2.4.1 Стандартные методы исследования свойств сырья битумного
производства, битумных материалов и битумных композиций
2.4.2 Разработанные и модифицированные методики исследования свойств
битумных материалов и сырья битумного производства
2.4.2.1 Модифицированная методика определения размеров частиц
дисперсной фазы фотоэлектроколориметрическим методом
2.4.2.2 Модифицированная методика определения седиментационной
устойчивости нефтяных дисперсных систем
2.4.2.3 Разработанная методика исследования диэлектрических свойств нефтяных остатков и битумов
2.4.2.4 Методики исследования адгезионных свойств нефтяных
битумов
2.4.2.4.1 Количественный метод определения показателя адгезии
2.4.2.4.2 Разработанный диэлектрический метод определения адгезионных свойств

2.4.2.5 Предлагаемая методика определения эффекта активирования и
модифицирования нефтяных дисперсных систем (НДС)
2.4.2.6 Модифицированная методика исследования долговечности
битумов
2.4.2.7 Разработанная методика определения устойчивости битумной
эмульсии при хранении
2.4.3 Разработанные методики получения и исследования свойств битумноминеральных смесей на основе модифицированных битумов
2.4.3.1 Методика приготовление образцов битумно-минеральных
смесей
2.4.3.2 Методика определение предела прочности битумноминеральной смеси
2.4.4 Предлагаемый метод определения состава газов при получении окисленных и компаундированных битумов
2.5 Разработанные методики получения модифицирующих добавок
2.5.1 Методика получения пластифицирующих добавок (ПД) на основе кубового остатка дистилляции фталевого ангидрида (КОФА) и тяжелого остатка ректификации 2-этилгексанола (ТПРД)
2.5.1.1 Методика получения пластифицирующих добавок (ПД) на
основе КОФА и ТПРД без катализатора при атмосферном давлении и под вакуумом
2.5.1.2 Методика получения пластифицирующих добавок (ПД) на
основе КОФА и ТПРД с использование серной кислоты в качестве катализатора
2.5.1 Методика получения пластифицирующих добавок (ПД) на
.3 основе КОФА и ТПРД с использованием тетрабутоксититана
(ТБТ) в качестве катализатора
2.5.2 Методика получения нефтеполимерных смол (НПС) на основе кубового остатка ректификации стирола (КОРС)
2.5.3 Методика получения комбинированных добавок на основе отработанной резины и смолы пиролиза (Р+ТСП)
2.5.4 Методика получения модифицирующих добавок на основе низкомолекулярного полиэтилена (ПМПЭ)
2.6 Лабораторные методики получения битумных материалов
2.6.1 Окисление сырья в битум
2.6.2 Модифицирование свойств битумов и выбор условий проведения процесса
2.6.3 Лабораторные методы получения битумных эмульсий

Свойства нефтяных битумов зависят главным образом от их химического состава, который обусловлен природой нефтяного сырья и технологией производства битумов.
Нефтяные битумы представляют собой сложную систему, состоящую из высокомолекулярных углеводородов и смолисто-асфальтеновых соединений (САВ) [55, 56] с небольшим количеством кислород-, серо-, азотсодержащих веществ и металлов [8, 9]. Химический состав битумов очень сложен, перечень найденных в битуме соединений составляет более 300 наименований.
Различная растворимость компонентов битума в органических растворителях позволила получить сведения о его групповом составе и свойствах веществ, входящих в эти группы. Общепринятым методом фракционирования битума является осаждение не растворимой в низших алканах части (асфальтенов) и разделение растворимой фракции (мальтенов) методом жидкостной хромотографии на углеводороды и смолы [57]. Так в [8] показана номенклатура групп компонентов битумов согласно Маркуссону: карбоиды (часть битумов, не растворимая ни в каких растворителях); карбены (растворимые в сероуглероде, но не растворимые в четыреххлорнстом углероде); асфальтены (получаются после отделения от битума карбенов и карбоидов осаждением индивидуальными парафиновыми углеводородами); мальтены. По методике ВНИИНП-СоюзДорНИИ [8], битумы разделяют на асфальтены, смолы и масла (сумму масел и смол называют мальтенами). Свойства этих групп наиболее подробно описаны в работах С. Р. Сергиенко, А. С. Колбановской, Д. А. Розенталя, Р. Б. Гуна, 3. И. Сюняева, 10. В. Поконовой и др.
Масла в битуме понижают температуру его размягчения, твердость, увеличивают текучесть и испаряемость. Масла состоят из парафиновых, парафино-нафтеновых, нафтеновых и ароматических соединений [11, 12]. В битумах в среднем содержится 45-65% масел.
При значительном содержании парафина (более 4% мае.) снижается растяжимость битумов, увеличивается хрупкость при отрицательных температурах (парафин кристаллизуется, и битум сравнительно быстро теряет пластические свойства). Нафтеновые углеводороды представлены соединениями, различающимися в первую очередь по количеству циклов в молекуле, которые чаще всего сконденсированы между собой [61]. С ростом молекулярной массы нафтенов повышается содержание в них полициклических молекул. В состав битумов входят парафино-нафтеновые соединения [11, 62-66], в молекулах которых до шести колец, и они имеют от 20 до 35 углеродных атомов в боковых цепях [61]. Содержание парафинонафтеновой фракции в высокомолекулярной части нефти может меняться от 13,9 до 61,5% мае.
Ароматическая часть битумов представлена моно- (МЦА), би- (БЦА) и полициклическими (ПЦА) ароматическими углеводородами [64, 67-70, 87]. Ароматические кольца входят в состав гибридных конденсированных структур, включающих три и более