Совершенствование технологии производства нефтяных композиционных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.07, кандидат технических наук Иноземцев, Кирилл Александрович

• Иноземцев, Кирилл Александрович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Иноземцев, Кирилл Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР).

1.1. Производство композиционных материалов на основе битума.

1.2. Разработка состава композиционных строительных материалов специального применения.

1.3. Повышение стойкости композиционных материалов к термоокислительной деструкции.

1.4. Реологические особенности поведения композиционных материалов.

1.5. Реокинетические особенности поведения композиционных материалов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии производства нефтяных композиционных материалов»

В настоящее время в мировой и отечественной науке и практике растёт интерес к композиционным материалам различного применения (мастики, герметики, вяжущие и др.). Наибольшее практическое значение отводится проблеме разработки и внедрения конкурентоспособных материалов с заданными эксплуатационными свойствами вовлечением в переработку тяжелых нефтяных остатков и различных нефтехимических продуктов.

Поскольку такие материалы являются многофазными нефтяными дисперсными системами, процесс разработки рецептуры и технологии их производства является длительным и трудоёмким, а структурно-механические свойства носят, как правило, нелинейный характер. Единая теория совмещения компонентов отсутствует, а применение целиком эмпирического подхода к разработке таких составов нельзя считать оправданным, так как это может привести к отрицательному результату: невозможно прогнозировать весь комплекс механических и химических свойств получаемого материала, и это вызывает необходимость проведения большого объёма опытных работ. Однако, к исследованию рассмотренных систем полностью применимы основные положения физико-химической механики нефтяных дисперсных систем.

Для разработки сбалансированного состава композитов необходимо проводить предварительную оценку принципиальной возможности и целесообразности объединения предполагаемых компонентов, что позволит разработать критерии вовлечения того или иного компонента, обеспечив его совместимость и выполнение определенных функций в готовом материале.

Качественный композиционный материал можно получить из компонентов, каждый из которых сам является целевым продуктом определённого производства, а не отходом. Это в достаточной степени гарантирует отсутствие разброса параметров качества каждого составляющего, что является одной из предпосылок успеха получения готового композита. Тем не менее, необходим тщательный подбор компонентов материала и их предварительная подготовка перед введением в процесс.

Исходя из изложенного, представляется актуальным совершенствование технологии изготовления сложных нефтяных композиционных материалов, которая позволит не только получать новые качественные продукты, удовлетворяющие заданным физико-химическим свойствам согласно областям применения, но и обеспечить их конкурентоспособность по сравнению с известными аналогами.

Заключение диссертации по теме «Химия и технология топлив и специальных продуктов», Иноземцев, Кирилл Александрович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Усовершенствована технология производства новых нефтяных композиционных материалов. Разработана рецептура трех новых композиционных материалов: 1) строительного герметика на основе нефтяного битума; 2) полимер-битумного вяжущего для асфальтобетонных смесей; 3) термоплавкого герметика для стеклопакетов.

2. Впервые применен реокинетический подход к исследованию сложных многокомпонентных высоковязких дисперсных систем, что позволило оптимизировать технологические параметры (температура, время перемешивания и др.), найти корреляции между условиями переработки реакционной смеси и конечными физико-химическими свойствами (нахождение температурно-временных зависимостей для данных видов продуктов, значимого времени достижения их готовности 1к и др.) процесса получения композиционных материалов с заранее заданными эксплуатационными свойствами.

3. Установлены качественные и количественные зависимости между основными физико-химическими свойствами смесей и эксплуатационными характеристиками полученных композитов. Так, применительно к разработанному герметику для стеклопакетов, снижение содержания активной добавки, включающей себя дикарбоновые кислоты, имеющие цепи с концевыми группами со смещением заряда (содержащие гетероатомы), до 10% мае., приводит к снижению адгезии всей композиции.

4. Установлено, что применительно к полученному герметику для стеклопакетов, эфир 3,5-дитретбутил-4-гидроксифенил-пропионовой кислоты и пентаэритрита является более эффективным стабилизатором, чем фенил-/3-нафтиламин, и в концентрации 0,15% мае. способен обеспечить высокую термоокислительную стабильность (неизменность эффективной вязкости во времени).

5. По предложенной рецептуре и технологии на блоке производства композиционных материалов битумной установки ц.№1 ОАО «Московский НПЗ» была выпущена опытная партия вяжущего в количестве 12,5т, приготовлен асфальтобетон и уложен опытный участок автодороги в Ступинском районе Московской области.

6. Разработаны исходные данные для проектирования, смонтирована и пущена в эксплуатацию опытно-промышленная установка получения композиционных материалов производительностью 200 кг за цикл. Установка состоит из двух основных блоков: блока смешения высоковязких композиций (с новым оригинальным смесительным устройством) и блока подготовки сырья для обеспечения требуемых экологических характеристик получаемых продуктов (проведение таких стадий, как изменение фракционного состава, обезвоживание, деаэрация).

7. Разработана и утверждена нормативная документация (ТУ 5772-001-72744700-2004 «Герметик композиционный термоплавкий для етеклопакетов ГСПК-Д»). Экологическая безопасность его использования подтверждена гигиеническим заключением центра Госсанэпиднадзора. В настоящее время налажено стабильное производство экологически чистого герметика ГСПК-Д, который успешно применяется во многих регионах России вместо импортных аналогов.

8. Проведена экономическая оценка и установлено, что применение ГСПК-Д вместо импортных аналогов (при его цене за килограмм в среднем на 70-100 рублей ниже) позволит удешевить изготовление 1 кв.м. стеклопакета на 25-45 рублей. При стоимости установки для получения ГСПК-Д (производительность 16 т/месяц) =1350 тыс. рублей, срок ее окупаемости составит 3- 6 месяцев. Потребность в таких герметиках в РФ постоянно растет и составляет в настоящее время 300-400 т/месяц.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Иноземцев, Кирилл Александрович, 2006 год

1. Белоконь НЛО., Васькин A.B., Сюткин С.Н. Современные проблемы модифицирования битумов// Нефтепереработка и нефтехимия. 2000. - №1.- с. 72 -74.

2. Абросимов A.A., Белоконь НЛО. Опыт освоения производства композиционных материалов с улучшенными экологическими свойствами на нефтеперерабатывающем предприятии. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1997. - 50с. - (Тем. обзор).

3. Горшепина Г.И., Михайлов II.В. Полимербитумные изоляционные материалы. М.: Недра, 1967, 240с.

4. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М.: Химия, 1973, 429с.

5. Печеный Б.Г. Битумы и битумные композиции. -М.: Химия, 1990, 256с.

6. Колбановская A.C., Михайлов В.В. Дорожные битумы. -М.: Транспорт, 1973, 261с.

7. Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов. -М.: Химия, 1983, 188с.

8. Карпеко Ф.В., Гуреев A.A. Битумные эмульсии. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1998. -191с.

9. Д.А. Розенталь, Л.С. Таболина, В.А. Федосеева. Модификация свойств битумов полимерными добавками. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1988. - 48 с.

10. Александрова С.Л., Карташевский А.И., Тиракьян В.Е. Влияние каучуков различного типа на свойства битумов и некоторые особенности оценки свойств битум-каучуковых смесей. В сб.:Труды БашПИИНП, вып. XV. Уфа, 1976, с. 124.

11. Zenke Т. Verbesserungen des Verformungswiederstandes durch polymermodifizierte

12. Bitumen// FA 7.028. Bundesminister fur Verkehr, Bonn.

13. Гохман JI.M. Улучшение рабочих характеристик дорожных битумов. М.: СоюздорНИИ, 1990.-с. 5.

14. Zenke G. Stationare Mishchwerk. 1979. - №5. - S. 7-20.

15. Zenke G. Asphaltstrasse. 1985. -№1. - S. 5-16.

16. Сюняев З.И. Нефтяной углерод. М.: Химия, 1980, 272с.

17. Карпеко Р.В. Реология полимер-битумных композиций. /Тез. докл. Перв. международн.симпозиума «Наука и технология углеводородных дисперсных систем» -М, ЦПИИТЭнефтехим, 1997, с. 76.

18. Колбановская A.C., Сабсай O.IO. ДАН, 1965, №4, с.882.

19. Технический бюллетень Shell Chemicals, 1992, с. 12.

20. Кузнецов В.К. Содержание и текущий ремонт городских дорог. М.: Альфа-принт -Инженерный центр, 1998. 320с.

21. Gundermann Е. Plaste und Kautschuk, 1969,#1, s.37.

22. Van Beem E.J., Brasser P., J. Inst. Petr., 1973, #566, p.91.

23. Гохман Л.М. Труды СоюздорНИИ, 1975. вып. 80, с. 135-144.

24. Использование материалов на основе битумов в качестве коррозионностойкого покрытия в химической промышленности. (Тем.обзор). М.: НИИТЭХИМ, 1985, 35с.

25. Алексеев A.IL, Леоненко В.В., Сафонов Г.А. В кн.: Теоретические и практические основы физико-химического регулирования свойств нефтяных дисперсных систем. -Томск, Институт химии нефти СО РАН, 1997. - чЛ, с. 6-12.

26. Леоненко В.В., Сафонов Г.А. Некоторые аспекты модификации битумов полимерными материалами// ХТТМ. 2001. - №5. - с. 43-45.

27. Непер Д. Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами. Пер. с англ./ Под ред. Ю.С. Липатова. М.: Мир, 1986. - 487 с.

28. Пат. №1424108 Великобритании, 1976.

29. Заявка №2261326 Франции, 1995.

30. Фролов Ю.Г. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1982, 250с.

31. Мидлман С. Течение полимеров. пер. с англ., М.: Мир, 1971.

32. П.А. Кирпичников, Л.А. Аверко-Антонович, 10.0. Аверко-Антопович. Химия и технология синтетического каучука. Л.: Химия, 1987. -424 с.

33. Тагер A.A. Физикохимия полимеров. М.: Химия, 1978, 544с.

34. Щукин Е.Д., Перцов A.B., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Изд. Моск. университета, 1982,352с.

35. Сафиева Р.З. Физикохимия нефти. «Физико-химические основы технологии переработки нефти». М.: Химия, 1998. 448с.

36. Болдырев А.И. Физическая и коллоидная химия. М.: Высшая школа, 1974. - 504с.

37. Гуреев A.A., Гохман Л.М., Гилязетдинов Л.П. Технология органических вяжущих материалов. М.: МИНХиГП, 1986, 125с.

38. Сюняев З.И. Физико-химические основы реологии и вискозиметрии НДС.// Тез.докл.Респ. научно-технической конференции "Реология и вискозиметрия НДС", Уфа, 1986, с.4.

39. Руденская И.М. Нефтяные битумы. Росвузиздат, 1963,195с.

40. Гиниятуллин В.М., Теляшев Э.Г., Урманчеев С.Ф. К вопросу о механизме изменения вязкости нефтяных дисперсных систем. //Нефтепереработка и нефтехимия: ИТИС. -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1997. №8, с. 18-20.

41. Глаголева О.Ф. Регулирование фазовых переходов в нефтяных системах с целью углубления переработки нефти. Автореф. дис. . д-ра техн. наук. М., 1992, - 48 с.

42. Аладышева Э.А., Власенко Л.Я., Глаголева О.Ф., Шабалина Л.Н. Реологические свойства нефтяных остатков.// Химия и технология топ-лив и масел. 1984. - № 4. - С. 39.

43. Фукс Г.И. Коллоидная химия нефти и нефтепродуктов. М.: Знание, 1984.-64с.

44. Хайбуллин A.A., Гимаев P.II. Неаддитивность структурно-механических свойств нефтяных дисперсных систем, полученных методом компаундирования. // Тез.докл.Респ. научно-технической конференции "Реология и вискозиметрия НДС", Уфа, 1986, с. 14.

45. Таубман А.Б., Бородина В.П., Толстая C.II. Адсорбционная активизация и усиливающее действие минеральных наполнителей в полимерных системах.// Коллоидный журнал, Т.Х, 1948, №2, с. 133.

46. Гюльмисарян Т.Г. Технология производства технического углерода (сажи). М.: МИНХиГП, 1979.-86с.

47. Зиннуров Э.Х., Измайлов Ш.З., Голенковский А.И., Кобляков В.К., Аврас В.Л.

48. Характеристика качеств композиционных паст методом ротационной вискозиметрии.// Тез.докл.Респ. научно-технической конференции "Реология и вискозиметрия НДС", Уфа, 1986.-c.42.

49. Шехтер Ю.Н., Крейн С.Э. Поверхностно-активные вещества из нефтяного сырья. М.: Химия, 1971.-488с.

50. Белоконь II.Ю., Иноземцев К.А., Кошевой Ю.Г., Школьников A.B. Исключение битума из состава композиционных строительных материалов специального применения// Нефтепереработка и нефтехимия. 2004. - №8. - с. 25-28.

51. Гуреев A.A. Физико-химическая технология производства и примене ния нефтяных битумов. Автореф. дис. . д-ра техн. наук. М.: ГАНГ им. И.М. Губкина, 1993. - 52с.

52. Малкин А.Я., Куличихин С.Г. Реология в процессах образования и превращения полимеров. М.: Химия, 1985. - 240с.

53. Белоконь Н.Ю., Иноземцев К.А. Реокинетические закономерности высокотемпературного диспергирования эластомеров в окисленном битуме// ХТТМ. -2002. -№3. с. 38-40.

54. Т.В. Башкатов, ЯЛ. Жигалин. Технология синтетических каучуков. М.: Химия, 1980. -334 с.

55. О.Б.Литвин. Основы технологии синтеза каучуков. М.: Химия, 1959. 523 с.

56. Материалы резинового производства: Справочник резинщика. / Под ред. Захарченко П.И. и др. М.: Химия, 1971,608 с.

57. Разумовский С.Д., Заиков Г.Е. Озон и его реакции с органическими соединениями. -М.: Наука. 1974. -322с.

58. Адгезия. Клеи, цементы, припои./ Под ред. Дебройна II. и Гувинка Р. М.: Изд.ин.лит, 1954, 584 с.

59. Кардашов Д.А. Синтетические клеи. М.: Химия, 1968.

60. Старение и стабилизация полимеров/ под ред. д.х.н. М.Б. Неймана. М.: Наука, 1964. -332 с.

61. Старение и стабилизация полимеров/ под ред. д.х.н. A.C. Кузьминского. М.: Химия, 1966.-209 с.

62. Белокоиь Н.Ю., Иноземцев К.А., Кирсанов В.В. О старении окисленных битумов из сырья, содержащего остатки висбрекинга// Нефтепереработка и нефтехимия. 2005. -№6.-с. 29-31.

63. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика новая область науки. -М.: Знание, 1958.-64с.

64. Сюняев З.И. Нефтяные дисперсные системы. М.: МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, 1981.- 84с.

65. Сюняев З.И. Прикладная физико-химическая механика нефтяных дис персных систем. М.: МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, 1982. - 99с.

66. Сюняев З.И. Физико-химическая технология переработки нефти. // Химия и технология топлив и масел. 1986. - № 8. - С. 5 - 7.

67. Сюняев З.И, Сюняев Р.З., Сафиева Р.З. Нефтяные дисперсные систе мы.-М.: Химия, 1990.-223с.

68. Сюняев Р.З., Сафиев ОТ. Влияние сил межмолекулярного взаимодей ствия на средние размеры ядер частиц дисперсной фазы. / ЖФХ, 1984. -Т. 58. №9.-С. 2301 - 2309.

69. Сюняев Р.З., Сафиев О.Г. Экстремальное изменение радиусов частиц в нефтяных дисперсных системах. // Изв. вузов, сер. Нефть и газ. — 1984. -№2. -С. 50-54.

70. Сюняева Р.З. Исследование и регулирование межмолекулярных взаимодействий при обратимых фазовых переходах в нефтяных дисперсных системах. Дис. . канд. хим. наук.-М., 1982,- 164с.

71. Малкип А.Я. в кн.: Инженерно-химическая наука для передовых технологий. - М.: НИФХИ, 1998.-c.249.

72. Андреев A.B., Белокоиь ILIO., Бурлаков СЛ., Иноземцев К.А. Реокинетика окисления висбрекинг-остатка до битума// Нефтепереработка и нефтехимия. 2002. -№9. - с. 26-28.

73. Синтетический каучук. / иод ред. И.В. Гармонова. М.: Химия, 1983. - 560 с.

74. Догадкин Б.А., Донцов А.А., Шершпев В.А. Химия эластомеров. М.: Химия, 1981 — 376 с.

75. Барштейп Р.С., Кириллович В.И., Носовский Ю.Е. Пластификаторы для полимеров. -М.: 1982.

76. Козлов П.В. Физико-химические основы пластификации полимеров. М.: 1982.

77. Наполнители для полимерных композиционных материалов./ Справочное пособие. Пер. с англ, под ред. Бабаевского П.Г. М.: Химия, 1981. 736с.

78. Печковская К.А. Сажа как усилитель каучука.- М.: Химия, 1968. 216с.

79. Горбунов Б.Н., Гурвич Я.А., Маслова И.П. Химия и технология стабилизаторов полимерных материалов.- М.: Химия, 1981. 368 с.

80. Реотест 2.1. Цилиндрический и конусно-пластиночный ротационный вискозиметр. -Инструкция по эксплуатации.

81. Прут Э.В. в кн.: Инженерно-химическая наука для передовых технологий. НИФХИ, 1998, с.99.

82. Coran A.Y. In: Thermoplastic Elastomers. A comprehensive Review. Hanser Publ., Munich, 1987, p. 134.

83. Виноградов Г.В., Малкин А.Я. Реология полимеров. М.: Химия, 1977. - 438с.

84. Малкин А.Я., Чалых А.Е. Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерения. М.: Химия, 1979.-304с.

85. Белоконь НЛО., Компанеец В.Г., Шабалина J1.H. Изучение реологических свойств некоторых композиционных материалов на основе тяжелых нефтяных остатков. // ХТТМ, 1998, №3. с.37-39.

86. Нестеров А.П., Белоконь НЛО. Влияние концентрации дисперсной фазы на реологические характеристики вязкого течения НДС /Тез. докл. Республиканской конференции «Реология и вискозиметрия НДС». Уфа, 1986. - с.36.

87. Руденский А.В., Руденская И.М. Реологические свойства битумпо-минеральных материалов. М.: Высш.школа, 1971. - 131с.

88. Белоконь НЛО. Разработка технологии производства нефтяных композиционных материалов с улучшенными экологическими свойствами. Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1998,- 26с.

89. Колбаиовская А.С. Исследование дисперсных структур в нефтяных битумах с целыо получения оптимального материала для дорожного строительства. Дис. д-ра техн. наук. М. - 1993. - 374 с

90. Богуславский A.M., Богуславский Л.А. Основы реологии асфальтобетона. М.:1. Высшая школа, 1972. 199с.

91. Методические рекомендации по применению асфальтобетонных смесей с полимерными отходами промышленности. М.: СоюзДорНИИ, 1986. 16с.

92. Дорожные пластбетоны. Под ред. Г.К. Сюньи. М.: Транспорт, 1976. 338с.

93. Дорожный асфальтобетон. Под ред. Л.Б. Гезенцвея. М.: Транспорт, 1976. 336с.

94. Гохман Л.М., Гурарий Е.М. Исследование влияния соотношения фаза: среда в битумах на их свойства. /Совершенствование технологии строительства асфальтобетонных и черных покрытий. М.: СоюзДорНИИ, 1981. с. 14.

95. Капустин В.М., Кукес С.Г., Бертолусини Р.Г. Нефтеперерабатывающая промышленность США и бывшего СССР. М.: Химия, -1995. - 304с.

96. Плановский А.Н., Михайлов Г.Г., Карасев И.Н. / Массообменные процессы и аппараты химической технологии. М.: МИХМ, 1976. вып.69. - с.93.

97. Уилкинсон УЛ. Неньютоновские жидкости. Гидромеханика, перемешивание и теплообмен. Пер. с англ, под ред. A.B. Лыкова. М.: Мир, 1964. с. 164.

98. Стереорегулярные каучуки. / под ред. У. Солтмена. М.: Мир, 1981, т.2. - 512 с.

99. Лихтерова Н.М., Лунин В.В., Торховский В.Н., A.B. Фионов A.B., Колин А. Превращение компонентов тяжелого нефтяного сырья под действием озона. // ХТТМ, 2004, №4. с.32-37.

100. Фукс И.Г. Вязкость и пластичность нефтепродуктов. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. - 328с.

101. Митюк Д.Ю., Шалыт С.Я., Огнева Л.Г. Исследование процессов агрегирования ПАВ в углеводородных средах. // Тез. докл. II Респ. конф. по физико-химической механике дисперсных систем и материалов, Одесса, 1983. с.97-98.

102. Арутюнов И.А., Заглядова С.В., Люсова Л.Р., Глаголев В.А., Попов A.A. Адгезионные композиции на основе полихлоропрена. // Производство и использование эластомеров, 2005, №4. с.2-7.

103. Список используемых сокращений1. ТУ технический углерод;

104. ПБВ полимер-битумное вяжущее;

105. НДС нефтяная дисперсная система;

106. ВМС высокомолекулярные соединения;

107. ДСТ дивинилстирольный термоэластопласт;

108. СКЭПТ синтетический каучук этиленпропиленовый тройной (третий мономер дициклопентадиен ДЦПД);

109. КОРТМ кубовый остаток ректификации талового масла;

110. СКДСН синтетический каучук бутадиеновый регулярного строения;

111. НМПБ-Н низкомолекулярный полибутадиеновый каучук регулярного строения;1. БК бутилкаучук;1. ДОФ диоктилфталат;1. ДБФ дибутилфталат;1. ДБС дибутилсебацинат;1. ДОС диоктилсебацинат;

112. КиШ температура размягчения но методу кольца и шара; ПТР - показатель текучести расплава; Сэвилен - сополимер этилена и винилацегата;

113. ГСПК-Д товарная марка разработанного герметика для стеклопакетов.