Oksidlangan bitumlar ishlab chiqarish

1.3.4. Bosim
Reaksiya zonasida bosimning oshishi oksidlanish jarayonining kuchayishiga va oksidlangan bitumning sifatini yaxshilashga yordam beradi.
Reaktsiya zonasida bosimning oshishi bilan kislorodning suyuq fazaga tarqalishi yaxshilanadi va oksidlanish davomiyligi kamayadi; neft bug'ining bir qismini gaz fazasidan kondensatsiyalanishi natijasida issiqlik va sovuqqa chidamliligi yaxshilanadi va hosil bo'lgan bitumning plastisiya diapazoni ortadi.
Tizimdagi bosimni to'g'ri tanlash orqali hosil bo'lgan bitumning tarkibi va xususiyatlarini nazorat qilish mumkin.
Uzluksiz kolonna tipidagi zavodda xom ashyoning bitumga oksidlanishining intensivligi reaktorda harorat, havo oqimi va bosimning oshishi bilan ortadi. Past haroratda, o'rtacha havo iste'molida va yuqori bosimda xom ashyoni doimiy oksidlanish natijasida olingan bitumlar eng yaxshi issiqlik qarshiligiga ega.
313 ÷ 482 ° S gacha qizdirilgan siqilgan havodan foydalanish, ayniqsa, yuqori eriydigan bitum ishlab chiqarishda, ularning sifatiga sezilarli ta'sir ko'rsatmasdan, oksidlanish tezligini oshiradi. Reaktordagi suyuqlik ustunining balandligini oshirish yumshatilish harorati va penetratsiya o'rtasidagi munosabatni o'zgartirmasdan bitumning yumshatilish haroratini sezilarli darajada oshiradi, bu vertikal oksidlanish ustunlarining afzalligini tasdiqlaydi. Suyuq faza darajasini oshirish jarayonning samaradorligini oshiradi, chunki bu gaz pufakchalarining yo'l uzunligini oshiradi. Biroq, ushbu turdagi qurilmalar uchun suyuqlik fazasi bilan to'ldirishning ma'lum chegarasi mavjud bo'lib, undan yuqori jarayonning samaradorligi o'zgarmaydi.
Bosim odatda 0,3 dan 0,8 MPa gacha. Bosimning oshishi bilan jarayonning intensivligi oshishiga qaramay, bosimning oksidlanishi uskunaning murakkabligi tufayli keng qo'llanilishini topmadi va odatdagi bosim 0,25 ÷ 0,30 MPa dan oshmaydi .
1.4 Tarkibi, fizik-kimyoviy va operatsion
bitum xususiyatlari
Neft qoldiqlari va bitumning tarkibi va tuzilishini o'rganishga zamonaviy yondashuv L.G. kabi olimlarning tadqiqotlari natijalariga asoslanadi. Gurevich, P.A. Rebinder, I.L. Gurevich, N.I. Chernozhukov, A.S. Kolbanovskaya, R.B. Gunn, S.R. Sergienko, D.A. Rosenthal, N.V. Mixaylov, R. Traksler, G. Mak, J. Preiffer, X. Neyman va boshqalar.
Neft qoldiqlari va bitumlar tarkibiga kislorod, oltingugurt, azot, metallar (vanadiy, nikel, temir, natriy va boshqalar) bo'lgan geteroderivativ birikmalar kiradi.Neft koniga, uning tabiatiga va fizik-kimyoviy xususiyatlariga, shuningdek, qoldiqni olish usuli uning elementar va uglevodorod tarkibi har xil va keng doirada o'zgarib turadi. Neft qoldiqlari va bitumning murakkab gibrid tuzilishi tufayli alohida uglevodorodlarni sof shaklda batafsil ajratib olish qiyin, bu ularni o'rganishga ta'sir qiladi.
Bitumning o'ziga xos xususiyatlari ulardagi molekulalararo o'zaro ta'sirga moyil bo'lgan yuqori molekulyar komponentlarning yuqori konsentratsiyasi bilan bog'liq.
Yog 'bitumlari dispers tizimlar bo'lib, ularda yog'lar va qatronlar dispersiya muhiti, asfaltenlar esa dispers faza hisoblanadi. Agregatsiya va peptizatsiya darajasiga qarab, neft bitumlari turli xil mitselyar tizimlarni hosil qiladi: sols; sols - jellar; jellar.
Bitumning tarkibiy tarkibi uning kolloid tuzilishini va reologik harakatini va shuning uchun uning texnik xususiyatlarini oldindan belgilaydi.
Bitumni tashkil etuvchi birikmalarning xilma-xilligi tufayli ushbu murakkab aralashmadan har qanday alohida moddalarni ajratib bo'lmaydi. Bundan tashqari, uning tarkibini tashkil etuvchi birikmalarning asosiy qismi gibrid tabiatdagi moddalardir. Bitumdan ko'proq yoki kamroq sof shaklda ajratilishi mumkin bo'lgan yagona birikmalar sinfi parafinlardir.
Bitum tarkibining murakkabligi, shuningdek, ularning molekulyar og'irligi taqsimoti 300 dan 40000 gacha va undan ko'p chegaralarni qamrab olganligi bilan tasdiqlanadi. Bularning barchasi bitumlarni tahlil qilish qiyin, noto'g'ri va faqat ularning tarkibida ko'proq yoki kamroq bir xil bo'lgan xarakterli guruhlarni ajratib ko'rsatishga qaratilgan.
Bitum tarkibini va uning ekspluatatsion xususiyatlariga ta'sirini baholash uchun bitum eruvchanligi bilan farq qiluvchi quyidagi moddalar guruhlariga bo'linadi: moylar, smolalar, asfaltenlar, asfaltogen kislotalar va ularning angidridlari, karbenlar va karboidlar.
Yog'lar bitumning eng engil qismidir. Yog'ni distillash jarayonida distillat fraktsiyalarini tanlash chuqurligining o'zgarishi bilan qatronning yog 'komponentining tarkibi eng sezilarli darajada o'zgaradi.
Yog'larning elementar tarkibi: uglerod - 85 ÷ 88%, vodorod -
-10 ÷ 14%, oltingugurt - 4,5% gacha, oz miqdorda kislorod va azot. Yog'larning molekulyar og'irligi 240 ÷ 800, aromatiklik darajasini tavsiflovchi C : H (atom) nisbati 0,55 ÷ 0,66 ni tashkil qiladi. Yog'larning zichligi < 1 g/sm ³ (< 1000 kg/m ³ ).
Bitumni tashkil etuvchi neft birikmalarining xarakteristikalari: uglerod atomlari soni 26 bo'lgan normal va izo tuzilmali kerosin birikmalari zichligi 0,79 ÷ 0,82 g / sm ³ , molekulyar og'irligi 240 ÷ 600, qaynash nuqtasi 350 ÷ ga teng. 520 ° C, erish nuqtasi 50 ÷ 90 ° S. Naften tuzilmalarida 20 dan 35 gacha uglerod atomlari mavjud; ularning zichligi 0,82 ÷ 0,87 g / sm ³ , monotsiklik molekulyar og'irligi 450 ÷ 620, bisiklik - 430 ÷ 600, polisiklik - 420 ÷ 670. Alifatik zanjirlar mono-dan bisiklikka o'tishda qisqaradi.
Bitumdagi yog 'miqdori, aniqrog'i "yog': asfaltenlar" nisbati ortishi bilan penetratsiya, suyuqlik, uchuvchanlik qiymatlari ortadi va bitumlarning yumshatilish nuqtalari, mo'rtligi va yopishqoqligi pasayadi.
Qatronlar bitumning qattiqligi, plastisitivligi va cho'ziluvchanligini tashuvchilardir. Qatronlar molekulalarining uglerod skeleti, asosan, alifatik yon zanjirli eritilgan aromatik halqalardan tashkil topgan politsiklik tizimdir. Qatronlar elementar tarkibi: uglerod - 79 ÷ 87%; vodorod - 8,5 ÷ 9,5%; kislorod - 1 ÷ 10%; oltingugurt - 1 ÷ 10%; azot - 2% gacha, shuningdek, boshqa elementlar, shu jumladan metallar. Qatronlar molekulyar og'irligi 300 ÷ 2500. Qatronlar asfaltenlarga o'tish aromatik tuzilmalarda uglerod atomlari ulushining ortishi bilan ularning kondensatsiya darajasining oshishi bilan birga keladi. Qatronlar tarkibiga kiruvchi birikmalardagi uglerod atomlari soni 80 ÷ 100. Asfaltenlarga nisbatan qatronlar yon alifatik zanjirlarning soni va uzunligi ko'proq bo'ladi. C nisbati: H = 0,6 ÷ 0,8. Yumshatish harorati 35 ÷ 80 ° S.
Asfaltenlar, to'q jigarrangdan qora ranggacha bo'lgan qattiq amorf moddalar bitumning tuzilishi va xususiyatlariga katta ta'sir ko'rsatadi.
Asfaltenlar qatronlarni siqish mahsuloti sifatida qaraladi. Boshqa bitum komponentlari bilan solishtirganda, ular oddiy to'yingan uglevodorodlarda, aralash qutbli erituvchilarda erimaydi, benzolda, uning gomologlarida, uglerod disulfidida va uglerod tetrakloridida eriydi. Asfaltenlarning zichligi > 1g/sm ³ . Elementlar tarkibi, og'irligi %: uglerod - 80 ÷ 84, vodorod - 7,5 ÷ 8,5, oltingugurt - 4,6 ÷ 8,3, kislorod - 6 gacha, azot - 0,1. Asfaltenlarning molekulyar og'irligini aniqlash katta qiyinchiliklarga duch keladi, chunki ularning molekulalari assotsiatsiyaga moyil. Shuning uchun, qo'llaniladigan usulga qarab, olingan molekulyar og'irlik qiymatlari juda farq qiladi (900 dan 140 000 gacha). Asfaltenlarning sikllik darajasi va ulardagi aromatik, naftenik va geterotsiklik halqalarning nisbati, halqalarning kondensatsiyalanish darajasi keng diapazonda o'zgarib turadi, asfaltenlarning kimyoviy tarkibi murakkabligi tufayli yetarlicha o'rganilmagan. Asfaltenlar uchun C : H nisbati 0,94 ÷ 1,3 ni tashkil qiladi.
₅ ) erimasligi asosida bitumdan ajratiladi. ÷ S ₇ ). Va ularning erimasligining sababi nafaqat kondensatsiyalangan aromatik tuzilmalarning mavjudligi, balki qutbli guruhlarning mavjudligi ham bo'lishi mumkin. Asfaltenlar bitumning qattiqligi va yuqori yumshatilish nuqtasini aniqlaydi.
Asfaltogen kislotalar va ularning angidridlari bitumning kolloid tuzilishini barqarorlashtiradi va xloroformda eriydi. Asfaltogen kislotalarning zichligi > 1 g/sm ³ .
Karbenlar va karboidlar neft va uning qoldiqlarini yuqori haroratda qayta ishlashning yuqori uglerodli mahsulotlaridir. Karbenlar uglerod to'rt xloridda, uglerod disulfidida karboidlar erimaydi. Bitumning har bir komponentining tarkibi va kimyoviy tarkibi uning fizik va kimyoviy xususiyatlariga ta'sir qiladi.
Tadqiqot natijalari shuni ko'rsatadiki, yog'larning asfaltenlarga nisbati pasayganda, yopishqoqlik ortadi. Aromatik birikmalar va qatronlar bitumning xususiyatlariga deyarli bir xil ta'sir ko'rsatadi. Penetratsiya deyarli aromatik birikmalar va qatronlar miqdoriga bog'liq emas, balki to'yingan birikmalar va asfaltenlarning nisbati bilan belgilanadi; bu nisbat oshgani sayin yumshatilish harorati ko'tariladi. Bitum tarkibida 20% dan kam asfalten mavjud bo'lsa, yumshatilish harorati penetratsiya bilan teskari o'zgaradi; to'yingan birikmalarning asfaltenlarga nisbati oshishi bilan yumshatilish nuqtasi kamayadi.
Mo'rtlik harorati, penetratsiya kabi, aromatik birikmalar va qatronlar yig'indisiga bog'liq emas, lekin asosan to'yingan birikmalarning asfaltenlarga nisbati bilan belgilanadi. Past qiymatlar oralig'ida (-18 ° C) mo'rtlik harorati amalda to'yingan birikmalar tarkibiga bog'liq. Plastisite diapazoni asosan "(aromatik birikmalar + qatronlar) : asfaltenlar" nisbati bilan belgilanadi. Ushbu nisbat qiymatining oshishi bilan, shuningdek, to'yingan birikmalar tarkibidagi plastisiya oralig'i kamayadi. Bitumlarning 25 ° C da cho'zilishi odatda 100 смto'yingan birikmalarning asfaltenlarga nisbati 2,3 ga teng bo'lsa, yuqoriroqdir. Ushbu nisbatning pasayishi cho'zilishning keskin kamayishiga olib keladi va nolga, o'sish esa, ayniqsa, 15 ° C da asta-sekin kamayishiga olib keladi.
Bitumlarning xususiyatlariga ularning tarkibiy qismlarining xususiyatlari ta'sir qiladi. Asfaltenlarning tuzilishi va tuzilishi hal qiluvchi rol o'ynaydi va asosan bitum ishlab chiqarish texnologiyasiga va ahamiyatsiz ravishda xom ashyoning tabiatiga bog'liq. Aromatik birikmalar va qatronlarning kondensatsiyalanish darajasi bitumning xususiyatlariga ta'sir qiladi. Bitum tarkibida 40% gacha qatronlar bo'lganligi sababli, ularning xususiyatlari uning cho'zilishi, yopishishi va birlashishiga hal qiluvchi ta'sir ko'rsatadi.
komponentining xususiyatlaridan sezilarli darajada ta'sirlanadi . Yog'larning yopishqoqligi oshishi bilan bitumning yumshatilish harorati va mo'rtligi oshadi, penetratsiya kamayadi va cho'zilish maksimal darajadan o'tadi. Yog'larning aromatikligi, ya'ni aromatik halqalardagi uglerod atomlari sonining molekuladagi uglerod atomlarining umumiy soniga nisbati muhim rol o'ynaydi . Erituvchi quvvat koeffitsienti aromatiklik o'lchovi sifatida olinadi. Malten fraktsiyasi tarkibidagi parafinik birikmalar asfaltenlarga nisbatan erish qobiliyatiga ega emas; naftenik birikmalarning erish kuchi uchta aromatiklarga qaraganda bir necha marta kamroq. Bitumning moy komponentining aromatikligining oshishi va asfaltenlarning qatronlar nisbatining pasayishi bitum tizimining strukturasining mustahkamligini zaiflashtiradi. Bu yog' fraktsiyalarida asfalten mitsellalarining ko'proq tarqalishi natijasida yuzaga keladi , ular yuqori eritish qobiliyatiga ega. Natijada, bitum eritma holatiga o'tadi va o'zining viskoelastik xususiyatlarini yo'qotadi , bu esa 0 ° C da yumshatish va penetratsiya haroratining pasayishiga , mo'rtlik haroratining oshishiga olib keladi . penetratsion indeksning oshishi, ya'ni yopishqoqlik-harorat egri chizig'ining keskinligi oshishi.
Bitum tarkibidagi kerosin birikmalari tashqaridan bitumga kiritilgan kerosin uglevodorodlaridan farq qiladi, bu ularning bitum xususiyatlariga turli xil ta'sir qilishiga sababdir. Kristalli moddalar sifatida qattiq parafinlar plastik va yopishtiruvchi xususiyatlarga ega emas; bitumni yupqa plyonka bilan qoplagan holda, ular uning cho'zilishiga putur etkazadi va mineral materiallar yuzasiga plastisitivlik, mustahkamlik va yopishishning harorat oralig'ini kamaytiradi. Qattiq parafinlarning oksidlangan yo'l bitumining xususiyatlariga ta'siri bo'yicha so'nggi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, bitumning xususiyatlari nafaqat ushbu komponentlarning tarkibiga, balki ularning molekulalarining tuzilishiga ham bog'liq.
Mikroskop ostida tekshirilganda kerosin kristallari yog'lar va qatronlarda topilmaydi, bu ularning ushbu komponentlarda yaxshi eruvchanligi bilan izohlanadi. Bu kerosin bitumining salbiy xususiyatlariga oid eskirgan qarashlarni shubha ostiga qo'yadi . Bitumni sovutish natijasida kerosinlar uzoq vaqt davomida eritmada qoladilar .
Bitumning asosiy ekspluatatsion xususiyatlariga quyidagilar kiradi: