PL218050B1 - Sposób modyfikacji asfaltu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikacji asfaltu za pomocą frakcji dienowej połączony z odzyskiem koncentratu benzenu i toluenu.

Ropa naftowa jest mieszaniną węglowodorów, alkanów (parafin), cykloalkanów (cykloparafm) i olefin, które stanowią jej 80-90%. Skład ropy naftowej jest zmienny i zależy od miejsca jej wydobycia. W ropach pensylwańskich główny składnik stanowią węglowodory parafinowe, zaś ropa kaukaska zawiera głównie do 90% węglowodory naftenowe.

Rafinerie ropy naftowej deklarują, że asfalt - bitum drogowy, będący odpadem po rafinacji ropy naftowej, posiada w swoim składzie chemicznym od 1,6 do 8% związanej siarki. Średnio jest jej około 3-5%.

Asfalt - bitum nie podlega procesowi odsiarczania w takim samym stopniu jak inne produkty naftowe wykorzystywane do celów grzewczych lub paliwowych. Siarka jest zanieczyszczeniem niepożądanym składnikiem asfaltu - bitumu drogowego. Najbardziej odczuwamy jej obecność na otaczarniach, gdy lepiszcze występuje w temperaturach technologicznych oraz podczas układania już samej nawierzchni na drogach. Wydziela się wtedy toksyczny siarkowodór.

Asfalt - bitum wykorzystywany jest w budownictwie drogowym. Wadą asfaltów jest ich podatność na koleinowanie w podwyższonej temperaturze, pękanie w niskich temperaturach oraz wydzielanie toksycznych związków. Aby wyeliminować te wady do asfaltu surowego wprowadzane są różnego rodzaju domieszki, które mają na celu, przede wszystkim, zwiększenie jego sprężystości i elastyczności.

Znany jest dotychczas patent polski nr 183 847, w którym proponuje się wprowadzenie do asfaltu upłynnionego zawierającego rozpuszczalniki organiczne środek modyfikujący składający się z 3-40% wagowych elastomeru termoplastycznego styren-butadien-styren, 5-15% wagowych tiamin tłuszczowych zawierających w łańcuchu alkilowym od 12-22 atomów węgla, 0,8-8% wagowych N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamin zawierających w łańcuchu alkilowym 12-22 atomów węgla oraz do 100% wagowych aromatycznych rozpuszczalników, korzystnie takich jak: ksyleny, toluen, etylobenzen lub ich mieszaniny. Modyfikator ten wyraźnie polepsza właściwości asfaltu nim uszlachetnionego. Natomiast jego wadą jest wydzielanie się pewnych ilości rakotwórczego styrenu i benzenu.

Znane jest inne rozwiązanie według patentu polskiego nr 167 953, którego cechą charakterystyczną jest to, że jako elastomer termoplastyczny stosuje się kopolimer blokowy styren-butadien-styren i/lub styren-izopren-styren w postaci proszku lub granulatu, który dodaje się do kruszywa mineralnego, mineralnego następnie miesza się z lepiszczem asfaltowym w temperaturze od 170 do 220°C przez co najmniej 15 min. Także w tym przypadku opary wydzielające się w trakcie prac zawierają rakotwórcze związki takie jak styren i benzen.

Według patentu polskiego nr 162 870 uszlachetnianie mieszanki asfaltu uzyskuje się poprzez przygotowanie zawierającej powyżej 30 części wagowych asfaltu naftowego i powyżej 30 części wagowych smoły węglowej. Składniki te łączy się, korzystnie przez stapianie w temperaturze 363-383 K, a powstały roztwór bitumiczny stabilizuje się za pomocą 1-60 procent wagowych stabilizatora, którym są polimery chelatujące, oligomery chelatujące lub polimery alifatyczne.

W patencie polskim nr 161 537 przedstawiony jest sposób uszlachetniania asfaltu polegający na tym, że do mieszaniny składającej się z 30-60% wagowych gorącego asfaltu ponaftowego i 0,1-10% wagowych żywicy silikonowej lub jej roztworu lub żywic otrzymywanych z frakcji ubocznych powstających przy produkcji silikonów, korzystnie żywic metylosilikonowych wprowadza się układ dyspersyjny składający się z 2-15% wagowych plastyfikatory naftowego, 0,3-5% wagowych emulgatora anionowego, korzystnie w postaci płynnych amin odpadowych z olejów roślinnych, 3-10% wagowych lateksu butadienowego-styrenowego i 0-3% wagowych dodatków stabilizująco-wiskozujących w postaci kopolimeru estrów kwasu metakrylowego i styrenu lub roztworów polimetakrylanów w olejach mineralnych, mineralnych tym przypadku także w oparach występuje rakotwórczy styren i benzen.

Inny sposób wytwarzania uszlachetnionej masy asfaltowej przedstawiony jest według patentu polskiego nr 159 521, który polega na mieszaniu 40-60 części wagowych mieszaniny asfaltu przemysłowego kruchego PK-70 z asfaltem izolacyjnym PS-85/25 w proporcji wagowej tych dwóch składników, odpowiednio od 1:2,5 do 2,8:1, 25-43 części wagowych frakcji naftowej o zakresie temperatury wrzenia 130-260°C, 2-5 części wagowych włóknistego pyłu celulozowego i 10-20 części wagowych mączki serycytowej lub popiołów lotnych i 0,2-1 części wagowych fenoksyetanolu (Rokafenol F-1) lub 0,2-1 części wagowych mieszaniny eteru glikolowego fenolu z eterem glikolowym fenylofenolu (Roksol OF-2).

PL 218 050 B1

Podobnie, wykorzystanie kauczuku butadienowego-styrenowego jako dodatku uszlachetniającego przedstawione jest w patencie polskim nr 159 309, natomiast dodatek mieszaniny mono- i dwusterów kwasu oleinowego i sorbetu przedstawiono w patencie polskim nr 156 054.

Inny sposób wytwarzania asfaltu o niskiej wrażliwości termicznej opisano w patencie polskim nr 191 553, który polega na tym, że asfalt drogowy lub surowiec do wytwarzania asfaltu drogowego, to jest pozostałość próżniową po destylacji ropy naftowej lub mieszaninę pozostałości próżniowej z ekstraktami po selektywnej rafinacji olejów mineralnych lub z ciężkimi destylatami olejowymi z próżniowej destylacji ropy naftowej, miesza się z 20-80% masowymi asfaltu utlenionego do temperatury mięknienia wg Pik 64-120°C, korzystnie 80-110°C, zawierającym w swoim składzie 15-40 masowych asfaltenów rozpuszczalnych w n-heptanie. Natomiast według patentu polskiego nr 191 982 zaproponowano dodatek parafiny FT z syntezy Fischera-Tropscha w ilości 0,1-10%.

Inny sposób wytwarzania uszlachetnionego asfaltu przedstawiono w patencie polskim nr 184 043, który polega na tym, że środek uszlachetniający składa się z 0,5-20% wagowych olejów wysokowrzących w temperaturze krzepnięcia nie wyżej niż 10°C, 0,05-5% wagowych N,N-di(polioksyetyleno)alkiloamin posiadających w łańcuchu alkilowym 12-22 atomów węgla i zawierających 4-15 grup oksyetylenowych w cząsteczce, 0,025-5% wagowych elastomeru termoplastycznego styren-butadien-styren oraz do 100% wagowych alkiloamidopoliamin i/lub 2-alkiloimidazoplin posiadających w łańcuchu alkilowym 12-22 atomów węgla.

W patencie polskim nr 171 725 zaproponowano jako dodatek uszlachetniający kopolimer blokowy, o strukturze liniowej rozgałęzionej lub gwieździstej: styren-butadien-styren lub styren-izopren-styren, mieszane w odpowiedniej proporcji.

Inny sposób wytwarzania uszlachetnionego asfaltu odpornego na termiczną deformację opisano w patencie polskim nr 182 706, który polega na wprowadzeniu do asfaltu 0,2-15% wagowych kopolimeru winylowego z dostępnymi grupami epoksydowymi, zawierającego etylen i 0,1-15% wagowo, w przeliczeniu na kopolimer, przyłączonego etylenowo nienasyconego monomeru, o 4-21 atomach węgla, zawierającego grupy epoksydowe; 0,02-5% wagowo kwasu wywołującego wiązania chemiczne pomiędzy asfaltem i dostępnymi grupami epoksydowymi; i ewentualnie 0,5-20% wagowo oleju.

W opisie patentowym USA nr 5 331 028 opisano kompozycje PMA zawierające asfalt, kopolimer etylenowy zawierający reszty glicydylowe oraz kopolimer blokowy styrenu i sprzężonego drenu. Kompozycja ta według twórców patentu posiada podwyższoną odporność termiczną, zaś w opisie patentowym USA nr 5 306 750 zaproponowano jako dodatek uszlachetniający termoplastyczny polimer o udoskonalonych właściwościach wytrzymałościowych przy jego niskich stężeniach. Polimery te są dobrze znane z patentów USA nr 4 070 532 i nr 4 175 428. Są one głównym składnikiem modyfikatora ELVALOYTMAM produkowanego przez firmę DuPont.

Opatentowana jest również modyfikacja stosowania polimerów według patentów USA nr 5 288 392, nr 4 882 373, nr 5 070 123, nr 5 095 055 oraz patentu niemieckiego nr 22 551 713, polegającej na obróbce kwaśnej, najczęściej z dodatkiem kwasów HCl i H3PO4.

W polskim zgłoszeniu patentowym nr 373 932 twórcy proponują otrzymywanie modyfikowanego asfaltu naftowego, który zawiera od 0,5% do 30% wagowych frakcji oleju popirolitycznego, będącej produktem ubocznym pirolizy oleinowej benzyn, charakteryzującej się temperaturą wrzenia powyżej 300°C i temperaturą mięknienia powyżej 50°C.

Istotą sposobu modyfikacji asfaltu za pomocą frakcji dienowej połączonej z odzyskiem koncentratu benzenu i toluenu jest to, że do reaktora zawierającego asfalt rozgrzany do temperatury 140°C wprowadza się za pomocą pompy dozującej frakcję dienową w ilości objętościowej 1-4%, korzystnie 1%, następnie miesza się je intensywnie przez 2 godziny, zaś ulatniające się opary kieruje się do chłodnicy, w której następuje skroplenie benzenu, toluenu i ksylenów.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że produkcja asfaltu nie powoduje emisji rakotwórczych związków benzenu i styrenu.

P r z y k ł a d

Do reaktora z mieszadłem mechanicznym zawierającym rozgrzany asfalt do temperatury 140°C ₃ o objętości 1 m³ wprowadzono za pomocą pompy dozującej 10 litrów frakcji dienowej. Na wylocie gazów zamontowano chłodnicę wodną. Po 2 godzinach mieszania asfaltu z frakcją dienową pobrano próbki asfaltu i przeprowadzono jego ocenę. Ocenę przeprowadzono badając trzy parametry: penetrację, temperaturę mięknienia PiK i temperaturę łamliwości. Po przeprowadzonych badaniach stwierdzono, że penetracja asfaltu po dwóch godzinach mieszania z frakcją dienową spadła średnio o 8 x

PL 218 050 B1

0,1 mm, łamliwość wg Frassa o 2°C, natomiast temperatura mięknienia wzrosła o 6°C. W związku z tym można stwierdzić, że parametry fizykomechaniczne asfaltu uległy znaczącej poprawie.

T a b e l a 1

Charakterystyka emisji gazów po 5 min., 1 godz. i 2,5 godz.

Czas mieszania	5 min	1 h	2,5 h
CPD	970	261	120
Benzen	85	75	55
Toluen	70	67	40
Styren	69	46	29
Metylostyren	86	11	ND
DCPD	440	79	27

₃

Równocześnie przeanalizowano koncentrat, którego objętość wyniosła 5,5 dm³. Skład koncentratu: 41% benzenu, 32% toluenu i 27% o.m.p-ksylenów.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób modyfikacji asfaltu modyfikowanego za pomocą frakcji dienowej połączony z odzyskiem koncentratu benzenu i toluenu, znamienny tym, że do reaktora zawierającego asfalt rozgrzany do temperatury 140°C wprowadza się pompą dozującą frakcję dienową w ilości objętościowej 1-4% korzystnie 1%, a utleniające się gazy przechodzą przez chłodnicę pozwalającą na skroplenie benzenu, toluenu i ksylenów.