Способ получения вяжущего

 

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