Способ получения вяжущего
Иллюстрации
Показать всеРеферат
Изобретение касается нефтепереработки , в частности получения вяжущего для асфальтобетона. Цель - повышение качества целевого продукта. Для этого ведут окисление нефтяного гудрона кислородом воздуха с порционным введением каменноугольной смолы. При этом окисление начинают при 160- , а количество вводимой первой порции смолы определяют уравнением X 0,0018692-Z2 - 0,594337-Z + + 48,1206, где X - количество каменноугольной смолы, мае.% от гудрона; Z - температура начала окисления, С. Количество последующих порций определяют уравнением Y (Z,, - 147):13,25} где Y - количество каменноугольной смолы, мае.% от гудрона; Z - температура в реакторе в момент введения предшествующей порции, С. Общее количество вводимых порций определяется уравнением К 0,001 (Z - 160)2 -0 ,083(Z - 160) + 5,025 + 0.000074 (Z - 160)3 - 0,0044(Z - 160Р + + 0,05(Z - 160) + 0,535 8,616 j , где К - количество порзц-ш; Z - температура начала окисления,0С; п - заданная глубина проникания иглы целевого продукта, 0S1 мм. Эти условия обеспечивают у полученного продукта увеличенную температуру размягчения , пониженную температуру хрупкости и высокие показатели растяжимости , что создает больший температурный диапазон работы асфальтобетона без разрушения. Кроме того, полученные вяжущие имеют лучшую адгезию к каменным материалам, а производительность процесса выше известной . 1 ил., 4 табл.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН щ) С 10 С 3/04
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4666880/04 (22) 27.03.89 (46) 15.04.91. Вюл. N 14 (71) Воронежский инженерно-строительный институт (72) Е.Я. Фарберов (53) 665.642(088.8) (56) Лвторское свидетельство СССР
Р 1062244, кл. С 10 С 3/04, 1988.
Авторское свидетельство СССР
Ф 1213063, кл. С 10 С 3/04, 1984. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЛУЬ|ЕГО (57) Изобретение касается нефтепереработки, в частности получения вяжущего дпя асфальтобетона. Цель — повышение качества целевого продукта.
Для этого ведут окисление нефтяного гудрона кислородом воздуха с порционным введением каменноугольной смолы.
При этом окисление начинают при 160190 С, а количество вводимой первой порции смолы определяют уравнением
Х = 0,0018692 Z — 0,594337.Z +
+ 48, 1206, где Х вЂ” количество каменноугольной смолы, иас.7 от гудрона;
Z — температура начала окисления, С.
Изобретение относится к способу получения вяжущего и Mov.åò быть использовано в нефтеперерабатывающей промышпенности.
Целью изобретения является повышение качества целевого продукта.
Пример. Процесс окисления проводят на промышленной установке бескомпрессорного типа Т-309, Количест- во окисляемого за 1 цикл сырья состав„,Я0„„1641855 А 1
Количество последующих порций определяют уравнением 7 = (Z„— 147): 13,25, где Y — количество каменноугольной смолы, иас. 7 от гудрона; Z < — температура в реакторе в момент введения о предшествующей порции, С. Общее количество вводимых порций определяется уравнением К = 0,001 (Z — 160) 2 — 0,083(Z — 160) + 5,025 + (0Ä000074
"(Z — 160) з — 0,0044 (Z — 160) - +
+ 0,05(Z — 160) + 0,535) 8,6164 — „ п J, где К вЂ” количество порций;
Z — температура начала окисления, С;
n — заданная глубина проникания иглы целевого продукта, 0,1 мм. Эти условия обеспечивают у полученного продукта увеличенную температуру размягчения, пониженную температуру хрупкости и высокие показатели растяжимости, что создает больший температурный диапазон работы асфальтобетона без разрушения. Кроме того, полученные вяжущие имеют лучшую адгезию к каменным материалаи, а производительность процесса выше известной. 1 ил., 4 табл,. ляет 12 т. Смолу вводят из дозатора, смонтированного над реактором. Распределение смолы по поверхности, "фр окисляемого сырья достигают с помощью распределителя, смонтированного внутри реактора в виде перфорированной трубы.
Свойства нефтяного гудрона (ТУ 38101582-75) приведены ниже:
3 1641855 4
Вязкость условная при 80 С, с 36
Температура вспышки, С" 195
1,21
На чертеже представлены кривые, 5 характеризующие окисляемость нафтяного гудрона и гудрона с добавками каменноугольной смолы (КУС), Кривая 1 характеризует окисля» емость нефтяного гудрона без добавки при начальной температуре в реакторе
175 С (сырье перед окислением нагрето до 175 С). Битум с глубиной проникания иглы в пределах 6115
90 мм 0,1 (БНД 60/90) образуется в интервале 10-1 1 ч.
Свойства каменноугольной смолы (ОСТ 1462-80} приведены ниже:
ПлОтнОсть, Г/см
Содержание веществ, нерастворимых в толуоле, мас,% 7 50
ЗОльнОсть р мас е 7а 0,2
Содержание нафталина, 25 мас.7. 7.,33
Вязкость условная при 80 С, Э 2,9
Кривая 2 характеризует процесс окисления при введении смолы в соответствии с известным способом. При введении КУС при начальной температу- ) ре сырья 175 С процесс окисления не ускоряется, а наоборот замедляется.
Аналогичный эффект имеет место при введении трех порций по 4 мас.X u ,четырех по 3 мас.X. Кривые практически налагаются друг на друга и отдель но не приведены.
Кривая 3 характеризует окисля40 емость гудрона при введении этого же количества добавки (12 мас.7}
1440 г четырьмя порциями. Первая порция составляет 300 кг {2,5 мас.%) остальные три по 380 кг. Кривая 3 показывает, что общее время до получения битума БНД 60/90 несколько сокращается, но до глубины проникания иглы 180 мм 0,1 процесс сдвинут вправо от кривой 1, т.е. идет медленнее, чем при окислении сырья в чистом виде.
Кривая 4 характеризует окисление прн первой порции 240 кг (2 мас.%) и Остальных трех по 400 кг ° Положение кривой 4 свидетельствует о высоком эффекте интенсификации процессабитум БНД 60/90 образуется в интервале 5-6 ч, но ярко выраженного торможу ния процесса при достижении глубины проникания иглы 61-90 мм-0,1 не наблюдается. Введение первой порции
s количестве 160 кг (1,3 мас.%), второй 320 кг (2,7 мас.%), а третьей и четвертой по 480 кг (4 мас ° 7) позволяет получать битум БНД 60/90 в интервале 4,5-5,0 ч с достаточно эффективным последующим торможением процесса окисления.
Результаты исследования влияния величин порций и их количества на окисляемость нефтяного гудрона при различных температурах начала окисления приведены в табл. 1 (примеры
3,8,10,11,18,19,20) по предлагаемому способу, остальные — сравнительные, иллюстрирующие влияние отклонений режимных условий на продолжительность процесса).
Как следует из табл. 1, наименьшее время окисления — 6 5 ч при начальной
У температуре 160 С наблюдается в примере 3. При увеличении размера первой порции до 1,2 мас.7 и неизменных остальных порциях продолжительность окисления возрастает до 8 ч и сопровождается менее интенсивным ростом температуры.
При введении первой порции
0,8 мас.7, второй 1,4 мас.% и идентичных третьей, четвертой и пятой (пример 7) продолжительность окисления несколько выше, чем в примере 3, но менее чем в примере 4. При введении первых порций по 1 мас.X и вторых по 1,2 мас.X а третьей и четвертой увеличенных (примеры 5 и 6) наблюдается дальнейшее увеличение продолжительности процесса окисления, а в случае примера 6 и отсутствие торможения при получении готового битума.
При введении смолы по примеру 4, но с первой порцией уменьшенной до
0,8 мас.X (пример 8), процесс близок к процессу но примеру 3, но отличается несколько большим временем окисления - 6,8 ч. При начальной температуре 175 С наименьшая продолжиО тельность процесса (5,0 ч) наблюдается при режимах введения, соответствующих примерам 10 и 11, т.е. при величине первой порции 1,3-1,4 мас.%, а второй 2,6-2,7 мас.7. Как при увеличении размера первой порции до
1,5 мас.% (пример 12)» так и при увеличении размера второй до 2,9 мас.X
16418
30 (пример 13) наблюдается увеличение времени окисления до 6,0 ч. В то же время при наилучших величинах первой и второй порций 1,3 мас. и 2,7мас.%, но при некотором уменьшении третьей
5 и четвертой порций (пример 14) процесс окисления аналогичнее процессам ! в примерах 10 и 11, и отличается лишь несколько большим временем окисления (увеличено на 0,2 ч). Уменьшение первой порции до 1,1 мас. при сохранении размеров второй, третьей и четвертой сохраняет эффект торможения, но влечет за собой увеличение 15 времени окисления до 5,4 ч.
При начальной температуре 190 С наименьшее время окисления имеет место при размерах порций, соответствукнцих примерам 18-20. Уменьшение 20 до 2,5 мас. (пример 17) или увеличение до 3,0 мас., (пример 21) размера первой порции влечет за собой увеличение продолжительности окисления. Таким же образом влияет пре- 25 вышение величины 3,7-3,8 мас. для второй порции (пример 22).
Следовательно, во всех случаях преобладающее значение имеют размеры первых двух-трех порций, Закономерность дпя величин первых порций при различных температурах в реакторе иная, чем при определении величины последуюших порций (см. табл. 1) .
Например, при температуре в реакторе в момент введения первой порции
196 С (примеры 18 и 19) наилучшие о результаты получены при количестве порции 2,7-2,8 мас. .. При большей температуре — 199 С в момент введе40 ния второй порции (примеры 10 и 11) наилучшие результаты получены при величине порции 2,5-2,6 мас., а третья порция для этих же процессов составляет уже 4 мас., хотя температура в момент введения составляет 200 С, б т.е. увеличена лишь на 1 С. В то же время при температуре начала окисления 200 С (при температуре в реакторе 200 С) в момент введения четвер.той порции (пример 3) наилучший эффект получен при величине порции
3,5 мас., а не 4 мас. .
Величину первой порции (Х) определяют уравнением 55
Х = 0,0018692Z — 0 594337Z +
+ 48, 1206, где Z - температура начала окисления, С, 55
6 а количество побледуючих порций уравнением
Е,1 — 14 7
13. 25 где Z1 — температура в реакторе в момент введения предшествующей порции, С.
Наличие эффекта торможения процесса и эффекта интенсификации позволяет сделать вывод, что количество введенных порций добавки обеспечивает наилучшие условия для получения вяжущего марки БНД 60/90.
Результаты исследований по опре делению количества порций, необходимых для получения битумов других марок при различных температурах начала окисления сырья в реакторе приведены в табл. 2. Величины порций определяют по указанным зависимостям.
Анализ табл. 2 показывает, что наименьшее время окисления при наличии эффекта торможения при получении заданной марки битума наблюдается при количествах порций, которые представлены в табл. 3.
Анализ табл. 3 показывает, что количество порций смолы, необходимых для получения битумов различных марок в зависимости от начальной температуры окисления, определяют по уравнению К = 0,001(Z - 160) — 0,083 (2 — 160) + 5,025 + (0,000074
«(2 — 160) — 0,0044(Z — 160) +
+ 0,05(Z — 160) + 0,535)x (8,6164— — +n ).
Ниже приведены варианты расчета порций, Для получения битумов при температуре начала окисления 160 С в формулу количества порций подставляют значение Z = 160.
В результате К = 5,025 + 0,535 " (8,6164 — п) .
Затем задаются средними значениями глубины проникания иглы (т.е. значениями n) для различных марок:
БНД 40/60 и = n = 50
БНД 60/90 п = и = 75;
БНЛ 90/130 п = n = 110.
Подставляя в формулу значение и, получают количество порций: для БНД 40/60 = 5,8517, т.е.
6 порций;
БНД 60/90 = 5.0015, т.е. 5 порций1
БНД 90/130 = 4,0236, т.е. 4 порции.
1641855
Количество первой порции независимо от марки получаемого битума при этой начальной температуре будет: х = 0,0018692 160 — 0,594337Х
17160 + 48,1206 = 47,8515 — 95 0939 — 48,1206 = 0,8782, т.е. 0,9 мас.X.
Аналогичным образом делают матрицы для расчета при других температурах о начала окисления, например для 175 С
К = 4,005 + 0,545 (8,6164 —;,1п ), подставляя значения и (среднее значение п для нужной марки) определяют
М количество порций. Затем считают количество первой порции.
Величина промежуточных порций индивидуальна для каждого реактора и определяют ее в зависимости от роста те1агературы по уровню
К1 — 147
13р25
В табл. 4 приведены свойства вяжуВгНх (битумов), полученных по известному и предлагаемому способам. Данные табл. 4 свидетельствуют о том, что битумы, полученные при пониженных температурах начала окисления имеют увеличенную температуру размягчения, ь пониженну10 температуру хрупкости и высокие показатели растяжимости.
Улучшение этих показателей обеспечивает больший температурный диапазон работы асфальтобетона на основе этого битума без разрушения, Битумы, полученные по предлагаемому способу, имеют лучшие адгезионные свойства.
Наряду с увеличенной адгезией к каменным материалам битумы (вяжущие), полученные по предлагаемому способу более устойчивы к старению, так как во каменноугольной смолы, мас.7 от гудрона; Z — температура в реакторе в момент введения предшествующей порции,бСв при общем количестве вводимых порций, определяемом уравнением I< = 0,001(Z — 160)2 — 0,083 х
35 х (Z — 160) + 5,025. + 1 0,000074(Z
160)3 — 0,0044(Z — 160)2 + 0,05 "
«(Z — 160) + 0,535(х (8,6164 — Qn j, где К вЂ” количество порций; Z — температура начала окисления, С; n — за40 данная глубина проникания иглы целевого продукта, 0,1 мм.
Таблица 1
Прн- мер реакторе в момент введения т порций>аС
Время окисления до получения битума
ВИД 60/90> ч
Величина порций, мас.X
Температура сырья в реакторе перед началом окисления, Ос аличие торемпература в ояения при олучепии итума
Нефтяной
Нефтяной
3,5 4,0
3 5 4,0
4,0 4,0
4,0 4 0
3,5 4,0
Нефтяной
4,О
4,0
4>0
4,0
3,7
4,0
Нефтяной
200
Есть
197 гоо
198 !
99
200
177
17З
178
177
176
176
193
186
193
192
191
193
2,3
2 3
2,5
3,0
2,3
2 ° 3
Нет
Есть
200 200
200 200
198 200
200 200
200 200
200 200
Есть
199
199
199
199
199
4,0
4,0
4,0
4,0
3,7
4,0
Слабо вь>равеио
Есть
200
200
Есть
4 0
4,0
4 О
4 О
2
4
Б
8
1О
11
12
t3
14
16
17
18
19
19О
Исходный
Исхолиый
1,0 1,2
1,2 1,2
1,О 1,2
1,О 1,2
0,8
0,8 1,2
Исходнъ>й
1,3 2,7
1,4 2,6
1,5 2,5
1,3 2>9
1,3 2,7
1,1 2,7
Исходный
2,5 3,7
2,7 3,7
2,8 3,7
2,8 3,8 гудрон гудрон
165 гулрон
18З
183
183
183
183
183 гудрон
196
196
196
196
-после прогрева их температура размягчения.изменяется на 3 С, в то время как у полученных по известному способу на 4-5 С. Улучшенные адгезнв онные свойства и пбвышенная устойчивость к старению обеспечивает удлинение срока службы асфальтобетона на этом битуме.
Формула из обр eт ения
Способ получения вяжущего путем окисления нефтяного гудрона кислородом воздуха при повьпиенной температуре в присутствии каменноугольной смолы, вводимой порциями, о т л нч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества целевого продукта и увеличения производительности процесса, окисление начинают прн 160190ОС, количество первой порции определяют уравнением Х = 0,0018692Z2 — 0,5943372 + 48,1206, где X — количество каменноугольной смолы, мас..Е, от гудрона," Z — температура начала окисления, С, количество последующих порций определяют уравне2 -147 няеи у =
13,25 где 7 — количес т18,0
14,0
6,5
8,0
7,5
8,5
7,0
6,8
11,О
5,0
5,0
Б,О
6,0
5 ° 2
5,4
9,0
4 ° 7
4,5
4 5
4,5
1641855
Тенперетуре в реакторе е нонент введения порций,еС
Вреня окн пения до получе ни я бнтуне
БНД 60790 ч
Тснперетуре сырья в реекторе перед нечелон окисления, ос
Принер
Наличие торнояения при получения биттне
196 200 200
196 200 200
Слабо ныревспо
6,0
9 0
3,0 3,7 4,0
2,8 4,0 4 0
190
Таблица 2 емя окис- Наличие тормовения ения, ч арка получаемого Количест битума порций
При- Начальная мер температура о сырья, С
KcTb
Слабо выравнено
Нет
Есть
Слабо выравено
Нет
Есть
Слабо выражено
Нет
Есть
Слабо выра2кено
Нет
Есть
Нет
Нет
Есть
Нет Нет
Есть
Нет
Нет
Есть . Нет
Пет
ЕСТЬ
Есть
Нет
Таблица 3
Марка би- Начальная тума температур окисления, о оличество орций
БНЛ 90/130
БНЛ 90/130
БНД 90/130
БНД 60/90
БНЛ 60/90
БНД 60/90
БЕЕД 40/60
БНД 40/60
БНД 40/60
190
3
5
3
5
2
4 б
8
1О
11
12
13
14
16.
17
18
19
20 ,. 21
22
23
24
26
160 !
190
ВНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
БНД
90/130
90/130
90/130
60/90
60/90
60/90
40/60
40/60
40/60
90/130
90/130
90/130
60/90
60/90
60/90
40/60
40/60
40/60
90/130
90/130
90/130
60/90
60!90
60/90
40/60
40/60
40/60
4 с
5
4 б
5
3
4
3
5
6
2
3
4
3
5 0
5,5
5 0
6,5
7,0
6,0
7,0
7,5
6,5
4,0
5,5
3,5
5 0
6,0
4,6
5,7
6,0
5,0
3,5
4,0
3,5
4,0
5,0
3,5
4,5
5,0
4,5
Продолжение табл. 1
12
Та блица 4
1641855
Битум, приготовленный по способу
Показатели предлагаемому
130 БНД 60/90 БН известному
БНД 90/ Д 40./60
БНД 90/130 БНД 60/90 БНД 40/60
69
118
122
53
51
56
-23
-19
-17
-13
54
45>
61
77
62
51
4 3 3 3
2 110
4 6 R
11 н о и A о к н б я а н и
Редактор N. Лазоренко
Заказ 1124 Тираж 345 Подписное г-.
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101
Глубина проникания иглы, мм
Температура размягчения по К и Ы, С
Температура хрупкости, С
Растяжимость, см, при 25 С
Сцепление с песком, Е
Изменение температуры размягчения после прогрева, О С
Составитель Н, Королева
Техред Л,Олийнык Корректор И. Эрдейи