Способ получения асмола и антикоррозионная изоляционная лента
Владельцы патента RU 2746727:
Общество с ограниченной ответственностью "Научно Производственное Объединение Юнисол" (RU)
Изобретение относится к области защиты магистральных трубопроводов от почвенной и электрохимической коррозии, в частности к способу получения асмола для антикоррозионного материала, а также к антикоррозионным изоляционным лентам для защиты магистральных трубопроводов на основе асмола. Способ осуществляют путем взаимодействия битума или асфальта пропановой деасфальтизации гудрона с диметилформамидом в присутствии серной кислоты, при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум или асфальт пропановой деасфальтизации гудрона - 75-85, диметилформамид - 3-5, серная кислота - остальное, при котором на первой стадии перемешивают битум или асфальт пропановой деасфальтизации гудрона и диметилформамид при температуре 120-130°С в течение 1-1,5 ч. Затем к полученной смеси при этой температуре струйно подают серную кислоту в течение 2-3 ч с обеспечением перемешивания ее со смесью в вертикальной и горизонтальной плоскости до достижения температуры смеси 140-145°С. Далее на второй стадии повышают температуру смеси до 150-160°С и перемешивают при этой температуре в течение 1-1,5 ч с образованием целевого продукта. Лента включает основу из полимерной ленты, мастичный слой, содержащий асмол и битум при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум - 10-30; асмол - остальное, а также антиадгезив, выполненный из полиэтилентерефталата. Технический результат заявленной группы изобретений заключается в повышении антикоррозионных свойств изоляционной ленты и замедлении процесса коррозии металлических трубопроводов. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр.
Изобретение относится к области защиты магистральных трубопроводов от почвенной и электрохимической коррозии, в частности к способу получения асмола для антикоррозионного материала - асмольной мастики, сырьевой базой которого являются побочные продукты нефтехимических производств, а также к антикоррозионным изоляционным лентам на основе асмола.
Известен способ получения асмола в три стадии путем взаимодействия битума или асфальта с абсорбентом, получаемым в производстве бутадиена, изопрена, изобутилена, в присутствии серной кислоты, при следующем соотношении компонентов: 75-85 мас. % битума или асфальта деасфальтизации пропаном; 8-22 мас. % абсорбента и серная кислота - остальное. На первой стадии битум или асфальт перемешивают с абсорбентом при температуре 100-115°С, после чего в реакционную смесь прикапывают серную кислоту в течение 5-6 часов до достижения температуры смеси 120-130°С. На второй стадии полученную смесь перемешивают в течение 2-2,5 часов, затем повышают температуру смеси до 135-140°С, после чего перемешивают ее в течение 4-5 часов. На третьей стадии температуру смеси повышают до 145-155°С и при достижении этой температуры смесь перемешивают в течение 4-6 часов с образованием целевого продукта (RU 2443751, МПК С10С 3/02, опубликовано 27.02.2012).
Недостатком известного способа является большая длительность технологического процесса (3 стадии, общее время - 19-20 часов), а также ограниченный диапазон температуры эксплуатации - до +40°С, поскольку при высоких температурах перекачиваемого по трубопроводу продукта - до +60°С, происходит его стекание со стенок трубопровода.
Известен способ получения противокоррозионной мастики на основе асфальтосмолистых олигомеров, включающий взаимодействие битума с тяжелой смолой (кубовый остаток производства изопрена стадии регенерации диметилформамида и серной кислоты), причем процесс включает загрузку битума при температуре 130°С, прикапывание технической серной кислоты 1,5-2 ч при температуре 130°С. Далее проводят стабилизацию продукта при 150°С 4 ч., вводят добавки - масло техническое, бутилкаучук, термоэластопласт - при температуре 140°С. При этом компоненты постоянно перемешивают после каждой операции цикла от 60 до 180 мин. Процесс проводят при следующем соотношении компонентов, мас. %: битум - 72-80; тяжелая смола - 2-3; кислота серная техническая - 4-6; масло техническое - 9-11; бутилкаучук - 1-2; термоэластопласт - 4-6 (RU 2407773, МПК С10С 3/02, опубликовано 27.12.2010).
Недостатком известного способа является низкая технологичность процесса в связи с тем, что кубовый остаток стадии регенерации диметилформамида представляет собой вязкий продукт и требует подогрева при загрузке в реактор для осуществления способа.
Известен способ получения асмола (ЕА 021692, МПК C09D 195/00, С10С 3/02, опубликовано 31.08.2015), который предназначен для защиты магистральных трубопроводов с температурой эксплуатации до +60°С. Способ включает взаимодействие битума или асфальта пропановой деасфальтизации гудрона с абсорбентом, получаемым в производстве бутадиена, изопрена, изобутилена, которое осуществляют в присутствии серной кислоты в две стадии: на первой стадии битум или асфальт перемешивают с абсорбентом при температуре 100-115°С, после чего в реакционную смесь при этой температуре равномерно распыляют серную кислоту в течение 3-4 часов до достижения температуры смеси 130-140°С, а на второй стадии повышают температуру смеси до 150-160°С и перемешивают в течение 4-6 часов, причем за два часа до окончания второй стадии в реакционную смесь добавляют сажу в качестве тиксотропной добавки, а способ осуществляют при следующем соотношении компонентов, мас. %: битум или асфальт деасфальтизации пропаном - 73-85, абсорбент - 8-15, сажа - 5-15, серная кислота - остальное.
Данное изобретение позволяет повысить технологичность процесса получения асмола, расширить его тиксотропные свойства. Однако, оно не обеспечивает длительного сохранения антикоррозионных свойств в процессе эксплуатации.
Известна антикоррозионная изоляционная лента, включающая основу из полимерной ленты, мастичный слой из асмола, содержащий дополнительно битум, и антиадгезив, выполненный из полиэтилентерефталата (RU 2199051, МПК F16L 58/04, опубликовано 20.02.2003).
Недостаток данной изоляционной ленты - невысокие прочностные характеристики мастичного слоя ввиду того, что адгезионное взаимодействие его с металлом выше, чем когезионная прочность самой мастики. Это приводит к перераспределению мастичного слоя ленты под оберткой при перемещениях трубопровода в процессе эксплуатации, особенно на трубопроводах с температурой перекачиваемого продукта до +50°С, и, как следствие, к недостаточной надежности ленты.
Наиболее близким техническим решением является антикоррозионная изоляционная лента, включающая основу из полимерной ленты, мастичный слой и антиадгезив, причем мастичный слой содержит асмол, битум, дивинилстирольный термоэластопласт, гидравлическое масло в качестве пластификатора и технический углерод при следующем соотношении компонентов, мас. %: битум - 10-30, дивинилстирольный термоэластопласт - 3-6, масло гидравлическое - 10-15, технический углерод - 10-20, асмол - остальное (ЕА 021691, МПК F16L 58/04, опубликовано 31.08.2015).
Данная лента имеет хорошие эксплуатационные характеристики, такие как прочность на удар, адгезия, и др. Однако известная антикоррозионная лента не обеспечивает длительного сохранения эксплуатационных характеристик.
Задачей изобретения является создание надежного антикоррозионного материала и долговечной изоляционной ленты для защиты магистральных трубопроводов от почвенной коррозии.
Технический результат изобретения заключается в повышении антикоррозионных свойств изоляционной ленты и замедлении процесса коррозии металлических трубопроводов за счет усиления поверхностной активности мастики на основе изготовленного по предложенному способу асмола.
Задача решается и технический результат достигается способом получения асмола путем взаимодействия битума или асфальта пропановой деасфальтизации гудрона с диметилформамидом в присутствии серной кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. %: битум или асфальт пропановой деасфальтизации гудрона - 75-85; диметилформамид - 3-5; серная кислота - остальное, при котором на первой стадии перемешивают битум или асфальт пропановой деасфальтизации гудрона и диметилформамид в указанном колифестве при температуре 120-130°С в течение 1-1,5 часа, к полученной смеси при этой температуре струйно подают серную кислоту в течение 2-3 часов с обеспечением перемешивания ее со смесью в вертикальной и горизонтальной плоскости до достижения температуры смеси 140-145°С, на второй стадии повышают температуру смеси до 150-160°С и перемешивают при этой температуре в течение 1-1,5 часа с образованием целевого продукта.
Технический результат достигается также антикоррозионной изоляционной лентой для защиты магистральных трубопроводов, включающей основу из полимерной ленты, мастичный слой, содержащий асмол, полученный предложенным способом, и битум, а также антиадгезив, выполненный из полиэтилентерефталата, при следующем соотношении компонентов мастичного слоя, мас.%: битум - 10-30; асмол, полученный предложенным способом, - остальное.
Технический результат изобретения достигается благодаря следующему.
Используемый в процессе получения асмола диметилформамид (C3H7ON), который является полярным апротонным растворителем, способствует активации реакционной способности серной кислоты, которая в свою очередь способствует образованию азотсодержащих групп, которые совместно с сульфогруппами из серной кислоты обеспечивают комплексное взаимодействие с битумом. Учитывая, что при подземной коррозии трубопроводов происходят электрохимические процессы на поверхности раздела «металл - электролит», имеет место два сопряженных процесса: переход ионов металла в раствор - окислительный или анодный, и обратный - переход этих ионов из раствора на поверхность металла -восстановительный. На поверхности металла получается энергетическая неоднородность в результате образования анодных и катодных участков. В предложенном изобретении для выравнивания энергетической неоднородности поверхности металла применяется бифункциональное изоляционное покрытие на основе асмола. Сульфокислотные группы асмола обладают кислотными свойствами, в то же время азотсодержащие группы асмола - основными акцепторными свойствами. Селективно сорбируясь на разнопотенциальных участках поверхности металла, они выравнивают их энергетическую неоднородность и обеспечивают антикоррозионному изоляционному материалу на основе асмола высокую поверхностную активность. Это приводит к снижению разности потенциалов анодных и катодных участков корродирующей поверхности металла и соответственно к замедлению или полному прекращению процесса электрохимической коррозии.
Способ получения асмола осуществляют следующим образом.
В реактор, снабженный перемешивающим устройством и рубашкой для обогрева, закачивают расчетное количество разогретого до температуры 120-130°С битума или асфальта пропановой деасфальтизации гудрона, затем подают расчетное количество диметилформамида.
На первой стадии тщательно перемешивают указанные компоненты в течение 1-1,5 часа, к полученной смеси при этой температуре струйно подают серную кислоту в течение 2-3 часов, при этом перемешивают ее со смесью в вертикальной и горизонтальной плоскостях, обеспечивая проникновение серной кислоты во все слои и эффективное взаимодействие с реакционной смесью, до достижения температуры смеси 140-145°С.
На второй стадии повышают температуру смеси до 150-160°С и перемешивают при этой температуре в течение 1-1,5 часа. Происходит стабилизация реакционной смеси с образованием целевого продукта.
Примеры осуществления способа
Пример 1
В нагретый реактор закачали расчетное количество битума, нагретого до 120°С и диметилформамида без предварительного нагрева. Диметилформамид (C3H7ON) - готовый продукт, выпускаемый по ГОСТ 20289. На первой стадии смесь перемешивали при температуре 120°С в течение 1 часа. Затем к полученной массе при этой же температуре в реактор струйно подавали расчетное количество серной кислоты в течение 2 часов, тщательно перемешивая ее в вертикальной и горизонтальной плоскости для полного и эффективного проникновения во все слои реакционной смеси, до достижения температуры смеси 140°С. На второй стадии температуру смеси повышали до 150°С и перемешивали ее в течение 1 часа с образованием целевого продукта - асмола.
В процессе использовали компоненты в следующем соотношении, мас. %: битум - 87; диметилформамид - 5; серная кислота - 8.
Пример. 2
Процесс получения асмола на первой стадии аналогичен описанному в примере 1. На второй стадии в смесь добавляли расчетное количество дивинилстирольного термоэластопласта, смесь нагревали до температуры 150°С и перемешивали в течение 1 часа.
В процессе получения асмола использовали компоненты в следующем соотношении, мас. %: битум - 85; диметилформамид - 5; дивинилстирольный термоэластопласт - 4; серная кислота - 6.
Пример 3
Процесс получения асмола на первой стадии аналогичен описанному в примере 1, но с использованием асфальта вместо битума. На второй стадии температуру смеси повышали до 155°С, добавляли расчетное количество сажи в качестве тиксотропного компонента, рапсового масла и дивинилстирольного термоэластопласта, перемешивали в течение 1,5 часа, а процесс получения асмола проводили при следующем соотношении компонентов, мас. %: асфальт - 85; диметилформамид - 4; сажа - 3; рапсовое масло - 3; серная кислота - 5.
Авторами был также получен асмол по приведенному аналогу - ЕА 021692, при соотношении компонентов реакционной смеси, мас. %: битум - 80; абсорбент - 10; серная кислота - 5; сажа - 5.
Для сравнения характеристик асмола по аналогу и предложенному изобретению были определены следующие показатели: глубина проникновения иглы по ГОСТ 11501, температура хрупкости по Фраасу по ГОСТ 11507, водопоглощение и кислотность. Для сравнения защитной способности мастичных композиций согласно ГОСТ Р 51164 были определены также их адгезия, площадь отслаивания покрытия при катодной поляризации.
Результаты испытаний представлены в таблице 1.
Как видно из данных таблицы 1, асмол по предложенному изобретению обладает значительно более высокой коррозионной стойкостью.
Указанный в изобретении технический результат достигается также предложенной антикоррозионной изоляционной лентой, существенным отличительным признаком которой по сравнению с прототипом является содержание в составе мастичного слоя ленты компонента - диметилформамида с азотсодержащими группами, обеспечивающими при взаимодействии с серной кислотой улучшение защитных свойств: прочностных характеристик, гибкости при минус 20°С, сохранение адгезии в агрессивной среде.
Антикоррозионную изоляционную ленту изготавливают следующим образом.
На полимерную основу наносят расплав мастичного слоя, содержащего предложенную в изобретении смесь компонентов, затем поверх мастичного слоя наносят антиадгезив для предотвращения слипания при смотке ленты в рулон. Для защиты трубопровода его обматывают изоляционной лентой, при этом в процессе обматывания антиадгезив снимают с поверхности мастичного слоя.
Мастичный слой содержит асмол, полученный по предложенному в изобретении способу, и битум. Указанное в сущности изобретения соотношение компонентов обусловлено следующим.
Оптимальное количество битума 10-30 мас. %. наиболее целесообразно для того, чтобы совместно с асмолом они взаимно стабилизировали друг друга, что способствует повышению долговечности ленты. Добавление в мастичный слой диметилформамида менее 3% не обеспечивает асмолу высокую поверхностную активность и эффективное замедление процесса электрохимической коррозии. Увеличение содержания диметилформамида свыше 5% нецелесообразно, т.к. это практически не изменяет поверхностную активность мастичного слоя.
Пример изготовления антикоррозионной изоляционной ленты согласно предложенному изобретению
Состав ленты:
полимерная основа из поливинилхлоридной ленты (ГОСТ 16272-79);
мастичный слой, содержащий, мас.%: битум - 20; асмол, полученный по предложенному в изобретении способу - 80.
антиадгезив на основе полиэтилентерефталата марки АА-2 по ТУ 5459- 055-39160180-2000.
Была также изготовлена изоляционная лента по прототипу, мастичный слой которой содержит, мас.%: битум -10; термоэластопласт - 6; пластификатор - 10; технический углерод - 10; асмол- 64.
Для сравнения защитной способности полученных лент были определены следующие показатели: температура размягчения по кольцу и шару согласно ГОСТ 11506, адгезия, прочность покрытия при ударе, гибкость ленты при минус 20°С и устойчивость адгезии в агрессивной среде в течение 30 суток. Результаты испытаний представлены в таблице 2. 
Как видно из данных таблицы 2 физико-механические и защитные свойства ленты по предложенному изобретению имеют улучшенные показатели:
- температура размягчения мастичного слоя на ленте выше, чем по прототипу, это связано с увеличением прочностных (когезионных) характеристик мастики;
- при проверке гибкости ленты при минус 20°С не наблюдается образование трещин и отслоений, лента пластичная при высоких прочностных свойствах;
- адгезия ленты сохраняется в течение 30 дней выдержки образца в 3% растворе NaCl, тогда как по прототипу адгезия в этих условиях уменьшается;
- прочность ленты при ударе выше по изобретению, что также подтверждает более высокие защитные свойства.
Таким образом, изобретение позволяет повысить антикоррозионные свойства изоляционной ленты и существенно замедлить процесс коррозии металлических трубопроводов за счет усиления поверхностной активности мастики на основе изготовленного по предложенному способу асмола.
1. Способ получения асмола путем взаимодействия битума или асфальта пропановой деасфальтизации гудрона с диметилформамидом в присутствии серной кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум или асфальт пропановой деасфальтизации гудрона - 75-85; диметилформамид - 3-5; серная кислота - остальное, при котором на первой стадии перемешивают битум или асфальт пропановой деасфальтизации гудрона и диметилформамид в указанном количестве при температуре 120-130°С в течение 1-1,5 ч, к полученной смеси при этой температуре струйно подают серную кислоту в течение 2-3 ч с обеспечением перемешивания ее со смесью в вертикальной и горизонтальной плоскости до достижения температуры смеси 140-145°С, на второй стадии повышают температуру смеси до 150-160°С и перемешивают при этой температуре в течение 1-1,5 ч с образованием целевого продукта.
2. Антикоррозионная изоляционная лента для защиты магистральных трубопроводов, включающая основу из полимерной ленты, мастичный слой, содержащий асмол, полученный по п.1, и битум, а также антиадгезив, выполненный из полиэтилентерефталата, при следующем соотношении компонентов мастичного слоя, мас.%: битум - 10-30; асмол, полученный по п.1, - остальное.
