Способ получения битума

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л С 10 С 3/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4855519/04 (22) 31,07,90 (46) 15.09.92. Бюл, М 34 (71) Научно-исследовательский институт строительных материалов при Томском инженерно-строительном институте (72) О.П,Ким и О.А.Трифонов (56) Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов.- M.: Химия, 1983, с.48 — 51.

Авторское свидетельство СССР

N 663322772233, кл. С 10 С 3/03, 1978.

Изобретение относится к способам получения битумов путем окисления гудронов воздухом и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности, Известен способ получения битума путем окисления гудрона воздухом, Основными недостатками известных способов являются длительность процесса окисления (превращение гудрона в битум), большая энергоемкость процесса, недостаточно полное использование окислителя— кислорода воздуха, что ведет к большому расходу воздуха.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату заявленному изобретению является способ получения битумов окислением тяжелых нефтяных остатков, например, гудронов в присутствии инициаторов, например, хлорного железа. Сущность этого способа заключается в том, что с целью упрощения процесса, последний проводят путем смешения исходного сырья с 70 — 807-ным раствором хлорного железа при 150 — 200 С с последующим окислением реакционной смеси кислородсодержащим газом при температуре 240 — 260 С, ав> Ыао 1 761 774А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМА (57) Использование: нефтепереработка.

Сущность изобретения; гудрсн окисляют воздухом. Перед окислением воздух с температурой не более 40 С подвергают обработке в токе коронного разряда напряженностью 1,5 — 60,0 кВ/см. 2 табл.

Недостаток указанного способа состоит в том, что окисление ведется при высокой температуре (240-260 С), а процесс превращения гудрона в битум длителен. Кроме того, технология получения битума указанным способом сложна (необходимы операции по введению и смешению раствора хлорного железа с гудроном, при определенном температурном режиме), а активизаторы, введенные в гудрон, не полностью разлагаясь в процессе окисления, вызывают структурные изменения, ускоряющие процесс старения битума при дальнейшем его использовании, Целью предлагаемого изобретения является снижение времени окисления и улучшение качества целевого продукта.

Поставленная цель достигается путем предварительной обработки воздуха, имеющего температуру не более 40 С, поступающего в зону окисления гудрона, в поле коронного разряда напряженностью 1,5 — 60 кВ/см.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что при получении битума путем окис3

1761774 пения гудрона воздухом, последний перед подачей в зону окисления обрабатывают в поле коронного разряда 1,5- 60 кВ/см.

При обработке воздуха коронным разрядом за счет процессов ионизации, протонизации и свечения молекулы кислорода возбуждаются и подвергаются диссоциации и синтезу по следующей схеме:

Ог+ e 20+ е

О + 02 --О*э+ M —. Мз+ M и 0*2+ 02-.- О 3+ О; где М вЂ” любая третья частица, 0*z,О*з — возбужденная молекула кислорода и озон.

Полученные в результате обработки воздуха коронным разрядом озон (Оз) и атомарный кислород (О) более реакционноспособны, чем молекула кислорода, т.к, имеют неспаренные электроны, и поэтому они выступают в качестве инициаторов химических реакций при взаимодействии с углеводородными системами (гудронами):

О з+ RH+ М - и родукты + М

О + RH+ M

Известно также, что озон обладает более сильным окисляющим действием, чем кислород. Кроме того, большое количество заряженных частиц (обладающих определенной энергией) при подаче их в зону окисления вызывают возбуждение атомов и молекул углеводородов, что способствует ускорению сложных процессов окисления и превращения гудронов в битум.

Таким образом, в результате обработки воздуха коронным разрядов образуются озон, атомарный кислород и заряженные частицы, которые интенсифицируют процесс окисления гудрона и улучшают свойства целевого продукта.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение имеет следующий положительный эффект; предварительная обработка воздуха коронным разрядом приводит к уменьшению времени и температуры окисления гудрона, повышению качества битума.

При изучении других известных технических решений в данной области признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают техническому решению соответствие критерию "существенные отличия", В качестве исходного сырья для окисления был использован гудрон со следующими характеристиками:

Плотность при 20 С, г/см 0,9767

Температура размягчения по КиШ, C 16

Глубина проникания иглы при 25 С, 0,1 мм Более 300

Групповой химический состав,мас,%: а) масла 60

5 в.т.ч, парафинонафтеновые 14,2 циклоароматические моно- 1 6,7 би- 25,9 поли- 3,2

10 б/смолы 36,9 в/асфальтены 3,1

Ниже приведены примеры получения битумов по трем способам: по способу на основе аналога; по способу на основе про15 тотипа; в) по предлагаемому способу.

B металлическую окислительную установку колонного типа емкостью 39 л, снабженнуюю электроподогревателем, загружают гудрон, нагретый до 70 С. Температуру про20 цесса окисления постепенно повышают до

250 С и осуществляют контроль с помощью реле и контактного термометра, Окисление производят воздухом в течение 16 ч, Полученный битум обладает следующими свой25 ствами (см. табл,1).

В окислительную колонну загружают гудрон, предварительно смешанный с 80%ным раствором хлорного железа в расчете

0,3 мас,% на сырье при температуре 170 С.

30 Затем температуру процесса постепенно доводят до 250 С при одновременной подаче воздуха. Битум,окисленный в течение 13 ч характеризуется свойствами, представленными в табл. 1, 35 В окислительную колонну заливают гудрон 170 С, затем температуру окисления доводят до 220 C. Воздух, подаваемый в зону окисления, предварительно обрабатывают коронным разрядом при напряженности 20

40 кВ/см. В результате после 9,5 ч окисления битум обладает свойствами, приведенными в табл.1.

Показатели битумов, полученных по каждому из трех способов, соответствуют

45 вязкому дорожному битуму марки БНД

60/90 по ГОСТ 22245-76.

Однако битум, приготовленный предложенным способом, при одинаковой температуре размягчения с битумами, 50 полученными известными способами, обладает повышенными пластичностью и морозоустойчивостью, Улучшение качества битума достигается за счет сокращения времени пребывания исходного сырья в зоне

55 реакции окисления и снижения температуры процесса.

Описанным способом окисления нефтяных остатков можно получить дорожные вязкие битумы, строительные битумы, биту1761774

Таблица1

Бит м пол ченный по способ

Показатель предлагаемы -; известн ый известный

Глубина проникания иглы при Т, С (мм)

65

21

26

Температура размягчения по КиШ, С

48

Растяжимость, см

53

Температура хрупкости, С

-13

-15

-18

Сцепление с мрамором выдержи вают

Изменение температуры размягчения после п or ева, С мы кровельные и другие битумы, получающиеся окислением, Для установления рациональных параметров обработки коронированием были проведены специальные испытания по приготовлению битумов предложенным способом, результаты которых отражены в табл.2, При этом параметры обработки варьировались в следующих пределах:

Напряженность поля 1,0- 65 кВ/см

Температура воздуха 0 - 45 С

Время 9,5 ч, Из табл,2 видно, что температура размягчения битума, приготовленного предложенным способом, зависит от напряженности поля коронного разряда и температуры воздуха, подаваемого для коронирования.

Наилучшие результаты достигаются при напряженности поля 1,5 - 60 кВ/см и температуре воздуха не выше 40 С.

Таким образом, можно сделать следующие выводы по предлагаемому способу получения битумов.

Обработка воздуха коронным разрядом

5 перед подачей его в зону окисления существенно уменьшает время и температуру окисления гудрона.

Битумы, приготовленные предложенным способом, обладают высокими пластич10 ностью и морозоустойчивостью.

Наилучшие результаты от реализации способа достигаются при напряжении поля коронного разряда — 1,5- 60 кВ/см и температуре воздуха не выше 40 С.

15 Формула изобретения

Способ получения битума путем окисления гудрона воздухом, о т л и ч а ю щ и й, тем, что, с целью снижения вре;, : . .и окисл . ния и повышения качества целевого прод»::

20 та, воздух с температ,р >и не более 40 С предварительно подвергают обработке в токе коронного разряда напряженностью 1,5-60,0 кВ/см, 1761774

Таблица2

Составитель О.Ким

Редактор Т,Самерхэнов Техред М.Моргентал Корректор И. Шулла

Заказ 3234 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101