Метод высокотемпературной деструкции резинотехнических отходов для получения резинобитумных модификаторов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Полученные результаты моделирования подтверждены экспериментально.

Библиографические ссылки

1. Браверман В. Я., Белозерцев В. С., Вейсвер Т. Г. Повышение точности позиционирования луча по стыку при электронно-лучевой сварке в условиях действия магнитных полей // Вестник СибГАУ. 2011. № 4(37). С. 156-159 .

2. Браверман В. Я., Вейсвер Т. Г. Определение отклонения луча от стыка при электронно-лучевой сварке // Тез. докл. XXXIII Всерос. конференции по

проблемам науки и технологий, Миасс : МСНТ, 2013 С. 74.

References

1. Braverman V. Ya., Belozercev V. S., Veisver T. G. Vestnik SibGAU. 2011. № 4 (37), рр. 156-159.

2. Braverman V. Ya., Veisver T. G. Opredelenie otklonenya lucha ot styka pri electronno-luchevoy svarke. XXXIII Vseros. Konferencya po problemam nauki I technology, Miass : MSNT. 2013, p. 74.

© Вейсвер Т. Г., Браверман В. Я., 2013

УДК 678.002.8

МЕТОД ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕСТРУКЦИИ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЗИНОБИТУМНЫХ МОДИФИКАТОРОВ

С. П. Дроздов1, Т. Г. Вейсвер2, В. В. Кутаков2

1 Закрытое акционерное общество «Компомаш - ТЭК» Россия, 127018, г. Москва, 3-й проезд Марьиной рощи, 40. E-mail: info@compomash-tek.ru

2 ОАО «Красноярский машиностроительный завод» Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 29. Е-mail: kras@krasmail.ru

Рассматривается метод высокотемпературной деструкции резинотехнических отходов при механических воздействиях. Проводится сравнительный анализ полученных лабораторных результатов. Метод предполагает процесс, при котором резиновую крошку в смеси с тяжелыми нефтяными остатками в соотношении 10:90-40:60 подвергают термическому окислению воздухом при 250-300 °С или термической обработке при 280-320 °С с последующим окислением воздухом при 230-270 °С при непрерывном перемешивании с получением модифицированного битумного материала. Полученный продукт может использоваться как вяжущий материал в дорожном строительстве, для изоляционных работ и в других областях. Рекомендуемые условия процесса установлены опытным путем.

Работа выполнялась в рамках государственного контракта, финансируемого Министерством образования и науки России, № 14.515.11.0040 от 19 марта 2013 г.

Ключевые слова: резинотехнические отходы, утилизация, деструкция, модификаторы, термокрекинг, адгезия.

METHOD OF HIGH-TEMPERATURE DESTRUCTION OF A RUBBER-TECHNICAL WASTAGE FOR RECEIVING RUBBER-BITUMEN MODIFIERS

S. P. Drozdov1, T. G. Veysver2, V. V. Kutakov2

1Closed Joint Stock Company «Compomash - TEK» 40, 3rd drive of Maryina Roshcha, Moscow, 127018, Russia. E-mail: info@compomash-tek.ru 2 JSC «Krasnoyarsk Machine-Building Plant» 29, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, Russia, 660014. E-mail: kras@krasmail.ru

Решетневскуе чтения. 2013

A method of high-temperature destruction of a rubber-technical wastage by mechanical action. The comparative analysis of the laboratory results. The method assumes process at which comminuted rubber in a mix with heavy petroleum residue in compliance 10:90-40:60 subject to thermal oxidation by air at 250-300 °C or a heat treatment at 280-320 °C with the subsequent oxidation by air at 230-270 °C at the continuous hashing with receiving the modified bituminous material. The received product can be used as cementing material in road construction for insulation works and in other areas. Recommended conditions of process are established by practical consideration.

The project was performed in the state contract, finance by the Ministry of education and science of Russia № 14.515.11.0040, march 19, 2013.

Keywords: rubber-technical wastage, recycling, destruction, modifiers, thermal cracking, adhesion.

Утилизация резинотехнических отходов имеет важное экономическое и экологическое значение. Складирование и захоронение резинотехнических отходов экологически опасно. Наряду с проблемой утилизации резинотехнических отходов, включая изношенные автошины, стоит задача создания качественных износостойких, долговечных дорожных покрытий.

В настоящее время при создании асфальтовых покрытий используют в качестве связующего различные сорта битума. Однако применение обычного, немо-дифицированного битума не позволяет получать дорожные покрытия с нужным комплексом свойств, причем наиболее сильно это проявляется при высоких и пониженных температурах. В связи с этим основным направлением повышения качества и долговечности дорожных покрытий является модификация битума за счет введения в него различного рода добавок, в том числе резиновых модификаторов [1-6].

Метод предполагает процесс, при котором резиновую крошку в смеси с тяжелыми нефтяными остатками в соотношении 10:90-40:60 подвергают термическому окислению воздухом при 250-300 °С или термической обработке при 280-320 °С с последующим окислением воздухом при 230-270 °С при непрерывном перемешивании с получением модифицированного битумного материала. Полученный продукт может использоваться как вяжущий материал в дорожном строительстве, для изоляционных работ и в других областях. Рекомендуемые условия процесса установлены опытным путем.

В основе разрабатываемого процесса лежат известные представления о механизме термической деструкции (термического растворения) органической массы горючего сланца. В принятых условиях протекают процессы распада и ожижения органической массы сланца с образованием радикалов различной молекулярной массы и жидких продуктов, которые содержат в своем составе соединения, обладающие донорно-водородными свойствами, гидропроизводные конденсированных ароматических углеводородов, азотистых и кислородсодержащих производных, а также циклических спиртов. Эти химически активные соединения, образующиеся из органической массы сланца в условиях процесса термохимической переработки, обусловливают деструкцию высококипя-щих углеводородов, входящих в состав гудрона и резиновой крошки по радикально-цепному механизму. На развитие реакций гидрирования соединений исходного сырья и продуктов его распада оказывает значительное влияние минеральная часть горючего сланца, состоящая в значительной степени из алюмосиликатов и солей железа.

При термохимической переработке гудрона, смешанного с измельченными отходами, и в присутствии сланца наряду с глубокой деструкцией высокомолекулярных углеводородов гудрона и резины происходит деструкция содержащихся в них асфальтенов.

Основная часть органической массы сланца (до 90 мас.%) переходит в жидкие и газообразные продукты. В разрабатываемом процессе горючий сланец и продукты его превращения активируют реакции деструкции гудрона и резины, а также являются источником компонентов жидких продуктов процесса.

Основными направлениями исследовательских испытаний являлось решение двух задач:

- изучение влияния соотношений растворяющего агента (мазута) и резины, а также влияние инициатора процесса растворения (сланца) с целью получения гомогенной смеси растворенной резины в мазуте;

- изучение и отработка технологических режимов процесса окисления гомогенной смеси растворенной резины с целью получения качественного битумного вяжущего.

В зависимости от исходного состава нефти на различных заводах получают различные по своему качеству и химическому составу виды мазута. Поэтому объем исследований по определению технологических параметров ведения процесса для получения битумных вяжущих различных рецептур чрезвычайно огромен. Объем исследований был ограничен мазутом марки М-100, полученным на Туапсинском НПЗ.

Для изучения процесса окисления растворенной резины в мазуте использовался реактор, в котором сверху, по трубке подавался воздух. Устройство подачи воздуха в реактор включает четыре отводящих от нижнего конца подающей трубки. Принципиальная схема подачи воздуха соответствовала схеме подачи воздуха в обычную окислительную колонну гудрона, используемую в промышленности. Для учета скорости подачи газа использовался шариковый ротаметр, а непрерывная подача воздуха обеспечивалась небольшим компрессором с ресивером.

Продолжительность процесса или его стадий, так же как и расход воздуха, выбираются исходя из требований к характеристикам получаемого битумного продукта. Увеличение продолжительности обработки воздухом и его расхода приводят к росту температуры размягчения и соответствующим изменениям других характеристик продукта. Рекомендуемый расход воздуха может составлять от 80 до 300 м3/т смеси в час (предпочтительно 200-250 м3/т смесив час).

Для двухстадийного процесса термообработка при температуре выше 320 °С приводит к увеличению доли низкомолекулярных продуктов деструкции

резины и росту потерь органических веществ с отработанным воздухом на второй стадии.

Верхние границы температур обработки воздухом определяются допустимым уровнем уноса органических соединений с отработанным воздухом, который при 300 °С не превышает 1-2 вес.%.

Осуществление процесса при содержании резиновой крошки в исходной смеси ниже 10 % неэффективно с точки зрения переработки ее больших количеств, при содержании крошки более 40 % трудно гомогенизировать исходную смесь и продукт процесса содержит повышенное количество твердого наполнителя резины, сажи, что затрудняет его непосредственное использование в качестве битумного материала.

Разработанная технология и проведенные исследования на созданном экспериментальном образце установки позволяют оценить качество полученных новых модификаторов и битумов, которые имеют лучшие характеристики в сравнении с существующими и могут обеспечивать увеличение интервала пластичности, снижение температуры хрупкости, улучшение адгезионных свойств и растяжимости. Использование при изготовлении новых модификаторов резиновых чипсов относительно высокой крупности, а также тяжелых нефтяных остатков способствует низкой их себестоимости. Применение процесса термокрекинга при механическом воздействии является оптимальной технологией для получения высокоэффективных битумных вяжущих в виде крекинг-остатка.

Проведенные лабораторные исследования полученной экспериментальной партии продукции подтвердили работоспособность созданного оборудования.

Эффекты от внедрения результатов проекта:

- применение резинобитумных модификаторов позволит улучшить свойства битумов, характеризующие их качество: вязкость, пластичность, температуры размягчения и хрупкости, адгезии; позволит создавать новые марки битумов для различных климатических регионов России с необходимыми интервалами температур размягчения и хрупкости;

- технология получения битумных модификаторов минуя стадию измельчения отходов РТИ позволит до двух раз экономить энергоресурсы.

Проект выполнен в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2013 годы».

Библиографические ссылки

1. Печеный Б. Г. Битумы и битумные композиции. М. : Химия, 2009. 255 с.

2. Поконова Ю. В. Краткий универсальный справочник. СПб. : Синтез, 2012. 345 с.

3. Уилкинсон У. Л. Неньютоновские жидкости. М. : Мир, 2010. 240 с.

4. Гохман Л. М. Улучшение рабочих характеристик дорожных битумов. М. : СоюздорНИИ, 1990. 37 с.

5. Полякова С. В. Применение модифицированных битумов в дорожном строительстве // Наука и техника в дорожной отрасли. 1991. № 1. С. 22.

6. Спейт Дж. Г. Химия и технологии нефти. Нью-Йорк : Марсель Деккер Инк., 2006. 491 с.

References

1. Baked B. G. Bitumy i bitumnye kompozitsii (Bitumen and bituminous composition) M.: Chemistry, 2009. 255 p.

2. Pokonova Y. Kratkiy univestal'nyy spravochnik (Short universal directory). St. Petersburg: IR. Synthesis, 2012. 345 p.

3. Wilkinson W. L. Nen'yutonovskie zhidkosti (Non-Newtonian fluids). Wiley, 2010. 240 p.

4. Gotkham L. M. Uluchshenie rabochih harakteristik dorojnyh bitumov (Improvement of performance characteristics of road bitumens) / L. M. Gokhman // M. : SouzdorNII, 1990. 37 p.

5. Polyakova S. V. Primenenie modificirovannykh bitumov v dorojnom stroitelstve (Application of the modified bitumens in road construction) / S. V. Polya-kova // Nauka i tekhnika v dorojnoy otrasli, 1991. № 1. P. 22.

6. Speight J. G. The Chemistry and technology of petroleum. New York : Marsel Dekker Inc. 2006. 491 p.

© Дроздов С. П., Вейсвер Т. Г., Кутаков В. В., 2013

УДК 678

РОБАСТНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ПРЕЦИЗИОННЫХ АНТЕННЫХ РЕФЛЕКТОРОВ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Е. А. Жирнова, М. Н. Банщикова

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. Е-таП: ezhinova@mail.sibsau.ru

Рассмотрены основные требования к антенным прецизионным рефлекторам. Показано, что отечественные рефлекторы отстают по ключевым характеристикам от зарубежных аналогов. Обоснованы причины применения полимерных композиционных материалов. Выделены основные проблемы изготовления рефлекторов из полимерных композиционных материалов. Рассмотрены преимущества применения робастного проектирования и инжиниринга качества для обеспечения требуемых характеристик антенных рефлекторов.

Ключевые слова: прецизионный антенный рефлектор, рабастное проектирование, инжиниринг качества.