Těžký olej a vakuové zbytky byly použity k získání silničního asfaltu 50/70 pomocí dvou různých metod parní destilace při 323–362 °C a oxidace, metoda využívající plněnou kolonu při teplotě 211–220 °C. Získané zbytky pomocí dvou metod parní destilace a oxidace jsou známé jako neoxidovaný bitumen a oxidovaný bitumen. Produkty byly hodnoceny pomocí různých norem včetně GOST 33133-2014, GOST 22245-90 a ASTM D5. Výsledky ukázaly, že výtěžnost oxidovaného asfaltu dosáhla maximálního množství 89.59 % hm., zatímco výtěžek neoxidovaného asfaltu je 55 % hm. Bod měknutí oxidovaného asfaltu je 49–57 °C ve srovnání s neoxidovaným asfaltem (46–49 °C). Je pozoruhodné, že předchozí bod měknutí a propustnost 47–71 bodů oxidovaného bitumenu jsou v souladu s normami pro bitumen 50/70, podle normy. Neoxidovaný bitumen má relativně nízký bod měknutí a vyšší hodnotu penetrace 71–275, což odpovídá bitumenu 200/300. Ve srovnání s tím je použití plněné kolony výhodnější než parní destilace, vzhledem k vysoké schopnosti trysek posílit kontakt mezi surovinou a stlačeným vzduchem v reakční zóně a zkrátit reakční dobu na 4.15 hodiny.
Úvod
Každodenní potřeby v důsledku celosvětového hospodářského růstu zvyšují aktivity silniční dopravy ničící silnice1. Hlavní výzvou výrobců asfaltů se však stala nutnost zlepšit výstavbu a rekonstrukci nových komunikací. Vzhledem k postupnému vymizení konvenční ropy, která se k tomu přidala, stojí ropný průmysl před velkou výzvou, kterou je vývoj nových, ale méně nákladných technik, které usnadní výrobu bitumenu za účelem nápravy problémů silniční infrastruktury.
V současnosti byly v mnoha zemích jako Kanada, Venezuela, Brasília, Rusko, Čad a Madagaskar objeveny nekonvenční zdroje uhlovodíků, jako je těžká ropa, přírodní bitumen, ropa z břidlic. Objev těchto zdrojů podpoří růst výroby s cílem vyrovnat energetický deficit a deficit bitumenu na světovém trhu Podle definice se těžký olej a přírodní bitumen vyznačují vysokou viskozitou a nízkou hustotou API s velmi nízkou koncentrací těkavých látek. destilační frakce, jako je plynový olej a petrolej, stejně jako velké množství pryskyřic a asfaltenů.
Obecně se silniční asfalt posuzuje v podstatě technologií výroby, relativní koncentrací pryskyřic a asfaltenu. Příslušné složky v silničním asfaltu hrají zvláštní roli a poskytují asfaltu synergický výkon. Asfalt je nejtěžší a odpovědnou složkou pro nenewtonovský charakter bitumenu a má přímý vliv na bod měknutí a tuhost bitumenu. Pryskyřice podporují dobrou přilnavost bitumenu k povrchu minerálů a tažnost (elasticitu). Nasycené a aromatické látky jsou zodpovědné za reologické vlastnosti bitumenu, jako je viskozita.
Pro splnění výzev spojených s požadavky a požadavky na kvalitu silničního asfaltu na trhu je nezbytný vývoj nových účinných technik. Mezi již známé metody patří vakuová destilace oleje, oxidace vzduchem, sloučenina těžkých zbytků po vakuové destilaci, selektivní extrakce a zbytek z procesu odasfaltování dehtu. Bylo provedeno několik sérií prací na výrobě silničního asfaltu s cílem získat lepší kvalitu asfaltu přizpůsobitelného praktickým požadavkům a také poukázat na mechanismus reakcí, které mohou nastat během oxidace vakuového zbytku a zušlechťování asfaltu. těžký olej. Abdullin a kol. studovali tepelně-oxidační stabilitu ropného bitumenu pomocí „přeoxidace“ od 240 do 260 °C s dobou oxidace od 4 do 8 hodin. Uvedli, že teplota měknutí se zvýšila z 30.5–36 °C jako funkce doby oxidace. Vlastnosti jako viskozita-teplota a tažnost při 0 °C se snížily. Hilde Soenen a kol. experimentoval s oxidačním procesem dvou různých zbytků z procesu visbreakingu a procesu krakování pomocí laboratorní vzduchové foukací nádoby při teplotě 260 °C a průtoku vzduchu 1 l/min za atmosférického tlaku. Došli k závěru, že jehlová penetrace bitumenu je 187–190 bodů a bod měknutí 36.9 °C a 39.2 °C podle EN 1426 a EN 1427. Chaala et al. provedli vakuovou pyrolýzu zbytků automobilových drtičů s použitím pyrolytického oleje jako modifikátoru silničního asfaltu a uvedli, že jehlová penetrace asfaltů je 113 a 204, bod měknutí byl 45 °C a 45.8 °C a Fraassův bod byl -7 °C a -8.5 °C. Došli také k závěru, že smíchání vakuového bitumenu a pyrolytického zbytku může snížit penetrabilitu a zvýšit bod měknutí v důsledku změny složení bitumenu, pak se tyto bitumeny mohou chovat jako nenewtonské kapaliny s vysokou viskozitou. Na straně neoxidovaných bitumenů bylo prezentováno málo prací a literatury, kromě Chaale et al. podle svých fyzikálně-chemických a reologických analýz zbytku z vakuové pyrolýzy prohlásili, že pyrolytický zbytek je považován za ropný bitumen.
Ve výše zmíněných studiích autoři navrhli různé způsoby výroby silničního asfaltu s přihlédnutím ke všem parametrům, jako je teplota, proudění vzduchu, tlak, čas a suroviny, kromě zlepšení výkonu zařízení včetně kolony a příslušenství, aby se snížily výrobní náklady.. Za druhé, ve zmíněných pracích nebylo provedeno žádné srovnání získaných produktů různými metodami. Tato práce se však zaměřuje na použití speciálně plněné oxidační kolony ke zvýšení kontaktní plochy mezi surovinou a vstřikovaným stlačeným vzduchem, aby se snížily výrobní náklady, s následným srovnáním oxidovaného a neoxidovaného bitumenu získaného destilací vodní párou.. Pro hodnocení výkonnosti získaných produktů jsou zásadní různé metody, jako je penetrace jehly do asfaltu pro stanovení značky a tuhosti asfaltu penetrometrem. Kromě toho je teplota měknutí měřena metodou koule a prstence pro stanovení maximální provozní teploty asfaltu, tažnost je stanovena duktilometrem nastaveným na 0 °C, teplota křehkosti je získávána Fraassovou metodou, reologická měření (viskozita a adhezní schopnost bitumen) a také stanovení složení bitumenu analýzou SARA (nasycené, aromatické, pryskyřice a asfalteny).
Výsledky a diskuse
Proces parní destilace (výroba neoxidovaného bitumenu)
Tabulky 1 si 2 ukazují výsledky získaných produktů po parní destilaci těžkého oleje. Výsledky ukazují, že zvýšení teploty dna (302–340 °C ± 2 °C) a vrcholu (150–201 °C ± 1 °C) kolony snižuje výtěžnost asfaltu z 55 % ± 0.3 na 47 %. % ± 0.2 v uvedeném pořadí. Na druhou stranu tento nárůst teplot snižuje penetraci bitumenu z 275 na 71 jednotek. Snížení výtěžnosti bitumenu nastalo v důsledku reakcí, jako je odpařování a kondenzace vysokomolekulárních složek (pryskyřice a asfalteny). Výtěžnost bitumenu a jeho vlastnosti jsou většinou podporovány teplotou dna kolony a určovány teplotou přehřáté vodní páry. Je pozoruhodné, že když je teplota ve spodní části kolony kolem 300 °C, produkt shromážděný na dně (neoxidovaný bitumen) se zdá být jako viskózní plast, zatímco s rostoucí teplotou na 340 °C a více nezoxidovaný bitumenový zbytek představuje nízkou penetraci do 71 jednotek. Měnící se teplota dna kolony tedy pomáhá získat požadovaný bitumenový zbytek s různou penetrací. Proto je třeba zmínit, že očekávané vlastnosti bitumenu závisí především na teplotě spodní části kolony, nejlépe nad 300 °C. Teplota zůstává klíčovým faktorem pro proces parní destilace těžkého oleje pro výrobu neoxidovaného asfaltu. Paralelně jsou lehké uhlovodíky (syntetické oleje) výslednou kondenzací páry lehkých uhlovodíků; byly získány stranou sloupu. Výsledek ukázal, že výtěžnost lehkého syntetického oleje I vzrostla ve vzorcích 1 a 2 z 34 na 37 % a klesla na 23 % ve vzorku 3. Syntetický olej II exponenciálně vzrostl z 11 na 14 % a až na 30 % v roce vzorky 1, 2 a 3 se zvýšením teploty. To vysvětluje, proč je podíl lehkých frakcí v těžkém oleji nižší než podíl středních frakcí. Horní teplota kolony umožňuje řídit množství horních produktů, zatímco spodní teplota kolony zajišťuje kontrolu množství a kvality neoxidovaného bitumenu.
