ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2286998
СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ ШИН
Имя изобретателя: Андрейков Евгений Иосифович (RU); Амосова Инна Сергеевна (RU); Чупахин Олег Николаевич (RU)
Имя патентообладателя: Учреждение Институт органического синтеза Уральского отделения Российской академии наук (RU)
Адрес для переписки: 620219, г.Екатеринбург, ул. С. Ковалевской/Академическая, 22/20, ИОС УрО РАН, директору ак. В.Н.Чарушину
Дата начала действия патента: 2004.12.24
Изобретение предназначено для
утилизации резиновой крошки, полученной из
отработанных шин. 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
с получением модифицированного битумного
материала. Полученный продукт по
изобретению имеет адгезию к мрамору и
граниту 100%, пониженную температурную
зависимость показателя "пенетрация" и
может использоваться как вяжущий материал
в дорожном строительстве для изоляционных
работ и в других областях.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение предназначено для
утилизации отработанных шин, а именно
резиновой крошки, полученной путем
измельчения шин.
Постоянно увеличивающееся
количество отработанных шин создает
серьезные экологические проблемы. Одним из
направлений утилизации резиновой крошки,
получаемой путем измельчения из изношенных
шин, является получение с ее использованием
модифицированных битумных материалов,
которые могут применяться в дорожном
строительстве, для изоляционных покрытий и
в других направлениях.
Известно использование мелкодисперсной
резиновой крошки как добавки к дорожным
битумам. Сущность метода заключается во
введении резиновой крошки в жидкий битум и
эффективной гомогенизации системы при
температурах 150-250°С. [Б.Г.Печеный. Битумы и
битумные композиции. М., Химия. 1990. С.119;
Патент РФ 2164927].
Недостатками метода, которые
обусловливают небольшие масштабы его
использования, являются необходимость
применения мелкодисперсной резиновой
крошки, имеющей высокую стоимость, а также
сильное влияние на свойства композиции
режимов гомогенизации и характеристик
исходной крошки. В температурном интервале
150-250°С идут как процессы набухания и
пластификации резины, так и ее частичной
деструкции. Соотношение этих процессов и,
следовательно, свойства конечного продукта
зависят от многих факторов и трудно
регулируются.
Известны способы утилизации резиновой
крошки с получением битумных материалов, в
которых отработанная резина термически
деполимеризуется в высококипящих нефтяных
продуктах при повышенных температурах до 454°С,
по аналогии с процессом ожижения углей [US
4211576]. В патенте [GB 2024245] термическое
растворение резиновой крошки проводится
при температурах 100-500°С в нефтяных остатках
с целью получения исходного сырья для
процесса коксования.
Существенным признаком этих патентов,
общим с признаками предлагаемого
изобретения, является термическая
обработка резиновой крошки в высококипящих
продуктах при повышенных температурах, т.е.
в условиях, при которых обеспечивается
полная деполимеризация и растворение
каучуковой составляющей шин в растворителе.
К недостаткам этих способов относятся
необходимость использования высоких
температур и получение продукта
растворения шин в маслах, который является
промежуточным продуктом для получения
товарной продукции либо смешением с
битумом [US 4211576], либо последующим
коксованием [GB 2024245].
С целью получения хорошо
гомогенизированных, стабильных при
хранении битумных материалов используется
обработка смесей тяжелых нефтяных остатков
и резиновой крошки воздухом. В способе [WO
9520623] получают модифицированный битум
обработкой смеси тяжелых нефтяных остатков
и резиновой крошки при температурах не выше
252°С (485 F) воздухом в течение 2-8 часов. Расход
воздуха составляет 45 м3/т смеси·час,
максимум 57 м3/т смеси·час, отношение
резиновая крошка: растворитель 1-27:99-63. Может
использоваться резиновая крошка
крупностью 200-20 меш, т.е. не более 0,83 мм. Время
процесса варьируется с целью получения
битумного продукта нужного качества,
который может использоваться для дорожного
строительства или как изоляционный
материал.
Существенными признаками этого способа,
взятого за прототип, общими с предлагаемым
изобретением являются: обработка воздухом
смеси нефтяного продукта и резиновой
крошки, использование в качестве нефтяного
продукта тяжелых нефтяных остатков и
получение в процессе товарного битумного
продукта.
Недостатком этого способа является
необходимость использования в процессе
мелкодисперсной резиновой крошки,
полученной из отработанных шин, имеющей
высокую стоимость.
Задачи предлагаемого изобретения
1. Утилизация отработанных шин путем
получения битумных продуктов из тяжелых
нефтяных остатков и резиновой крошки,
полученной из отработанных шин, крупностью
5-10 мм и более.
2. Получение битумных материалов с
адгезией к мрамору и граниту 100%, а также с
пониженной температурной зависимостью
показателя "пенетрация" для
обеспечения их большей эксплуатационной
устойчивости к перепадам температур.
Задачи решаются за счет того, что смесь
нефтяного остатка с резиновой крошкой,
полученной из отработанных шин, при
соотношении резиновая крошка:нефтяной
остаток 10:90-40:60 обрабатывается воздухом в
интервале температур 250-280°С в
одностадийном или двухстадийном процессе.
В одностадийном процессе проводится
обработка смеси воздухом в интервале
температур 250-300°С, предпочтительно при 260-270°С,
в течение 1-8 часов. В двухстадийном процессе
смесь подвергается термической обработке в
интервале температур 280-320°С,
предпочтительно при 300-310°С, в течение 0,5-1
часа и затем обрабатывается воздухом в
интервале температур 230-270°С в течение 1-6
часов.
Как показано обработкой продукта
процесса растворителем, тетрагидрофураном,
в заявляемых условиях происходит полная
деструкция макромолекулярной трехмерной
структуры резины и продукт реакции
представляет собой тонкодисперсную
суспензию нерастворимого в
тетрагидрофуране наполнителя шинной
резины, сажи и неорганических добавок в
гомогенном растворителе, состоящем из
продуктов совместного окисления гудрона и
соединений, полученных при термическом
сольволизе резины. Степень конверсии
резиновой крошки в растворимые продукты
составляет 65-70 вес.%. Проведение процесса в
условиях, обеспечивающих полное
термическое растворение каучуковой
составляющей шинной резины, позволяет
использовать в качестве сырья дешевую
крупную крошку (в примерах использовалась
резиновая крошка крупностью 5-10 мм, можно
ожидать тождественных результатов и для
более крупной крошки). Полученные битумные
композиции, модифицированные
тонкодисперсной сажей, приобретают
вследствие структурирующего влияния
последней новые полезные свойства, в
частности, битумы имеют пониженную
температурную зависимость показателя "пенетрация".
Рекомендуемые условия процесса
установлены опытным путем, а также
определяются нижеизложенными
представлениями о процессе.
При обработке смеси нефтяного остатка и
резиновой крошки воздухом при температуре
ниже 250°С и термообработке при температуре
ниже 280°С не происходит полного растворения
каучуковой составляющей шинной резины, что
является необходимым условием
эффективности предлагаемого способа.
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% не
эффективно 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.
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·час (предпочтительно 200-250 м3/т
смеси·час).
В качестве исходного сырья используются
резиновая крошка или кусочки резины,
полученные из отработанных автошин после
отделения металлического корда, крупностью
до 10 мм и более, и тяжелые нефтяные остатки:
гудроны, асфальт пропановой
деасфальтизации, остаток висбрекинга и
другие нефтяные продукты, имеющие высокую
температуру начала кипения.
Процесс проводится при атмосферном
давлении и массовом отношении резиновая
крошка:нефтяной остаток 10:90-40:60.
Заявляемый способ поясняется следующими
примерами.
Пример 1. Смесь 71 г гудрона и 36 г резиновой
крошки обрабатывают при 260°С в течение 1,5
часов воздухом. Расход воздуха 240 л/ час·кг.
Полученный продукт имеет следующие
характеристики:
- температура размягчения по "кольцу и
шару" 43°С;
- пенетрация, 10-1 мм, 104 при 25°С и 52 при
0°С;
- отношение значений пенетрации при 25 и 0°С
равно 2,0;
- растяжимость (5 см/мин) 23 см при 25°С;
- адгезия к граниту и мрамору 100%.
Содержание нерастворимых в
тетрагидрофуране веществ (исчерпывающая
экстракция в аппарате Сокслета) 12,6 вес.%.
Конверсия резиновой крошки в растворимые
продукты 62,6 вес.%.
Пример 2. Смесь 73 г гудрона и 36 г резиновой
крошки нагревают при перемешивании до 300°С
и выдерживают при этой температуре в
течение 30 минут, затем обрабатывают в
течение 2,5 часов воздухом при температуре
250-260°С. Расход воздуха 240 л/час·кг.
Полученный продукт имеет следующие
характеристики:
- температура размягчения по "кольцу и
шару" 50°С;
- пенетрация, 10 -1 мм, 48 при 25°С и 33 при
0°С;
- отношение значений пенетрации при 25 и 0°С
равно 1,45;
- растяжимость (5 см/мин) 30 см при 25°С;
- адгезия к граниту и мрамору 100 %.
Содержание нерастворимых в
тетрагидрофуране веществ (исчерпывающая
экстракция в аппарате Сокслета) 12,3 вес.%.
Конверсия резиновой крошки в растворимые
продукты 62,8 вес.%.
В примерах использовали резиновую крошку,
не содержащую металлического корда,
размером 5-10 мм, полученную измельчением
отработанных шин.
Поскольку особенностью предлагаемого
изобретения является полное растворение
каучуковой составляющей шин, можно ожидать
положительных результатов при
использовании более крупной крошки, что
является предпочтительным с точки зрения
экономики.
Исходный гудрон имел следующие
характеристики:
- температура размягчения по "кольцу и
шару" 34°С;
- пенетрация, 10-1 мм, 177 при 25°С и 68 при
0°С;
- отношение значений пенетрации при 25 и 0°С
равно 2,6;
- растяжимость (5 см/мин) 65 см при 25°С.
Варьируя условия процесса, прежде всего
длительность обработки, можно получать
битумные материалы с различными значениями
температуры размягчения и других
характеристик, требуемых для их
использования в качестве связующих
материалов в дорожном строительстве, при
изоляционных работах и в других областях.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ утилизации отработанных шин
путем термической обработки и обработки
воздухом резиновой крошки, полученной
измельчением шин, в высококипящих нефтяных
остатках, отличающийся тем, что термическую
обработку и обработку воздухом проводят
совместно в интервале температур 250-300°С при
соотношении резиновая крошка : нефтяной
остаток 10:90-40:60.
2. Способ утилизации отработанных шин
путем термической обработки и обработки
воздухом резиновой крошки, полученной
измельчением шин, в высококипящих нефтяных
остатках, отличающийся тем, что процесс
проводят в две стадии: первая стадия -
термическая обработка при 280-320°С, вторая
стадия - обработка воздухом при 230-270°С при
соотношении резиновая крошка : нефтяной
остаток 10:90-40:60.
Версия для печати
Дата публикации 10.12.2006гг
вверх
|
