автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Интенсификация процесса получения окисленных битумов активацией сырья

i 4 ИЮП tëil?

полоцад ГОСУДАРСТВЕШВД УНИВЕРСИТЕТ

• /

УДС ББЗ. Б37. В. 097UM3.3}

Дамхаа Гани Ахмед.

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСЛЕННЫХ БИТУМОВ АШВАЦЩ ОТЬЯ

Специальность 05.17.0? - химическая технология топлива и газа .

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученоя степени кандидата технических наук

Новоголоцк 1997

Работа выполнена в Полоцком государственном университете

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор БАБЕННЮ З.М. кандидат технических наук доцент ТКАЧЕВ С.М.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, засл. деятель науки России, зав. кафед-роя химическая технологии нефти и газа ГАНГ им. И.М. Губкина, СШЯЕВ З.И. кандидат технических наук, доцент кафедры химическая техники ПТУ, ТЕРЕЕВА З.С.

Оппонирующая организация - ПО "Нафган" (.г. Ново полоцк;.

Защита состоится " " имя 1397 г. в /^ час. на заседании совета по защите диссертация К 0Е.19.01 при ПТУ '.(211440, г.Новополоцк, ул.Блохина, 29; в конференц-зале библиотеки ПГУ.

С диссертациея можно ознакомиться в библиотеке ПГУ. -Автореферат разослан мая 1997 г.

Зчеиш секретарь ¡совета по защите диссертация

А.Г.Назин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационной работы. Нефтяные битумы широко применяются в промышленной и дорожном строительстве. Однако традиционный технологические способы производства битумов не всегда позволяет получать материалы, удовлетворяющие предмв-ляемыи к ним современным требованиям. - "

Коренное улучшение качества вяжущих битумокинеральных покрытия, повышение их долговечности, трещиностойтсти, растяжимости, увеличение производительности их производства, снижение удельных энергозатрат и интенсификация процесса окисления нефтяных остатков являются в настоящей время весьма актуальными-задачами.

Цельп диссертанионноя работы является поиск дешевого, доступного в промшленных масштабах вещества, позволяющего ускорить процесс окисления нефтяных остатков, с получением высококачественной целевоя продукции, и изучение процесса окисления в его присутствии.'

Задачи исследования

1. Разработка принципов активирования сырья битумного производства с целью направленного регулирования происходящих.,фазовых •переходов.

2. Выявление закономерностей изменения технологических свойств нефтяных остатков при изменении их физюсо- химических показателей, определяемых дисперсностью системы.

Научная новизна полученных результатов

1. Теоретически обоснованы и практически отработны реологические методы определения активного состояния нефтяных дисперсных систем СНДС;.

2. Синтезирована новая ахгивиругщая добавка на основе кислого гудрона, являщегося отходом производства.

3. Впервые изучены закономерности процесса окисления гудрона в присутствии сульфонатноя присадки С-150 и синтезированной

добавки на основе кислого гудрона.

4. Изучены закономерности взаимодействия кислых гудронов различных производств с нефтяным гудроном.

5 Сказана связь между интенсификацией окисления и экстремальным изменением дисперсности нефтяного гудрона,' т.е. уменьшением

шаметра дисперсных частиц и увеличением межфазной поверхности, в щроцессе его активации, а также экстремальный снижением вязкости системы и энергии активации вязкого течения гудрона.

Практическая ценность полученных результатов заминается в разработке способа регулирования структуры нефтяных остатков Студроны, окисленныг гудронц) введением в оптимальной конценттра-яии добавок, в качестве которых впрыве были использованы сгулъфо-натная присадка С-150 и новая, синтезированная добавка. Этот способ позволявть сократить продолжительность окисления в 1..45 - 1.5 раза и одновременно улучшить качество товарной продукции. Кроме того, использование кислых гудронов позволяет утилизировать отходы сернокислотной очистки парафинов и масел. Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанных предложений зж ПО "Нафган" составляет в случае использования присадки С-150 и дэбавки на основе кислого гудрона, соответственно 13Б4947.4 и 2277968.8 ТЬС. руб.

Основнье положения диссертации, выносимые на защиту.

Выявлено, что в присутствии таких сульфонатсодержащих веществ, хак присадка С-150 и кальциевые соли сульфокислот, полученные с аспользованием отходов сернокислотной очистки масел и парафинов, удается повьеить скорость окисления гудрона в 1,45-1,5 раза. Зстановлены наиболее приемлемые концентрации вводимых добавок. Показано, что в их присутствии происходит активация сырья, о чем свидетельствует экстремальное изменение его дисперсности и вязкости. В результате использования предложенных добавок, наряду с увеличением производительности установки по продукту, улучшаются газкие показатели качества битумов, как растяжимость и температура хрупкости. Кроме того, получаемый таким способом битум обладает гтлее вьсокоя термической стабильностью.

Личный вклад соискателя. Соискателем проведены исследования по интенсификации процесса получения битумов. С этой целью зшервьв в качестве акгивирухщей добавки предложено использовать сугаьфонатнув присадку С-150 и сульфонатсодержащве вещество, полу-жнное на осюве кислых гудронов, что позволяет частично решить запрос утилизации этих отходов производства. Автором установлено, чпо при введении в нефтяной гудрон вше названных добавок его дисперсность, вязкость и энергия активации вязкого течения яэменяптся экстремально. Этому явлении дано научное объяснение.

Изучены все стадии синтеза 'добавки на основе кислых гудронов. Предложены и экономически обоснованы рекомендации по модернизации действующих битумных установок.

Апробация результатов диссертации.

Материалы диссертационной работы неоднократно докладывались и обсуждались на университетских научно-технических конференциях (.г.Новошлоцк. 1994-1996; и международной научной конференции "Проблемы промышленной экологии и комплексная утилизация отходов производства" Сг. Витебск. 1995)

Опубликованность результатов.

По материалам диссертации опубликованы тезисы докладов-3. две статьи, одна в печати, отчет по научно - исследовательсой работе, два учебно- методических пособия и получено положительное решение по заявке на изобретение.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на /^йгграницах машинописного текста, содержит 16 таблицы. 27 иллюстрации», две. приложений. Библиография включает 121 источник научно- технической литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

В первой главе представлены обобщенные современные воззрения на структуру и свойства нефтяных остатков, в частности, гудронов и битумов. Опираясь на концепцию теории регулируемых фазовых переходов и рассматривая объект исследования как НДС. показано, что в основе процесса ее активирования лежит перераспределение углеводородов между дисперсионной средой и дисперсной фазой, осуществляемое в результате целенаправленного регулирования межмолекулярных взаимодействий CMifiy в ШС.

Во второй главе описаны объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования были вьбраны гудрона смеси западно-сибирских нефгей. полученные на установках ABT 1 и 2 ПО "Нафтан", г. Новополоцк. Физико-химические характеристики используемого сырья представлены в таблице 1.

В качестве добавок к нефтяным остаткам использовались сульфо-натная присадка С-150. полученная путем сульфирования тглубокоочи-

данной масляной фракции, и синтезированная нами добавка на осно ве кислых гудронов, являщхся отходами установки "Парехс" (обоз начим КГ-IJ и производства сулъфонатных присадок (КГ-2;.

Таблица i

Физико- химическая характеристика используемых гудронов

Показатели Един, измерен. гудрон N1 '' (АВТ-1) гудрон N2 (АВТ-2)

1 2 "3 4

Плотность при 20 "С КГ/М3 383 985

Температура размягчения •с 13 24

Условная вязкость щм ВО 'С •с 25 29,5

Температура вспышси в открытом

тигле 'с 252 266

Коксуемость % мае. 9,7 9.9

Содержание серы 7. мае. 2,85 2,91

Углеводородный состав У. мае.

парафино-нафгеновье 37,9 32,6

ароматические, в том числе 39,3 44,9

- моноциклические 5,6 5,9

- бициюшческие...... 12,1 14,2

' - полициклические 12,6 12,2

Смолы 12,8 12,9

Асфальтены 10,0 10,2

йодное число г 1^1 ООг 3,8 4,0

Для изучения закономерностей процесса окисления использовал] лабораторную установку периодического действия колонного типа. . , В третьей главе приведены результаты исследований по влиянм продолжительности и температуры на скорость окисления гудрона, Температура, неодинаково ускоряет разные стадии процесс! окислительной поликонденсации и полимеризации углеводородов, поэтому ее! изменение влияет на состав и свойства получазсщихс; битумов. Чтобы,, наиболее полно охватить весь диапазон температу] окисления гудрона, опыты проводились при 180 , 210 , 230 , 2В0 з 300 *С. На основании полученных .результатов были выбраны услова проведения последущих экспериментов, а именно: температура окис-

ления 250 *С и продолжительность - 5 часов.

При выборе добавок для активирования сырья с целью интенсификации процесса получения битумов учитывался их химический состав и прогнозировались те изменения в структуре НД:, которьв могли привести к положительным результатам в их присутствии.

Влияние сульфонатной присадки С-150, представляющей-собой кальциевые соли сульфокислот, на процесс окисления гудрона N 1 кислородом воздуха представлено в таблице 2. Как видно из нее, в присутствии данной добавки существенно возрастает скорость окисления Св 1,5-1,9 раза;, судя по росту температуры размягчения. Наиболее сильные изменения в свойствах окисленного гудрона наблю-

Таблица 2

Влияние присадки С - 150 на процесс окисления гудрона N 1 кислородом воздуха (температура 250 "С, продожительность 5 часов, расход воздуха 500 мл^сг сырья в мюО

Концентра- Температура Пенетрацкя Растяжи- Температу-

ция добав- размягчения, при 25 'С, мость при ра хрупко-

ки, % мае. 'С 0,1 мм 25'С, СМ сти, *с

0,0 25 208 88 - 32

0,5 34 247 > 100 - 35

2,0 32 224 95 - 34

5,0 32 230 34 - 35

10,0 31 214 90 - 34

даются при добавлении к сырью 0,5 % мае. присадки С-150. Одновременный рост температуры размягчения и пенетрации приводит к повышению индекса пенетрации, что является желательный при производстве битумов.

Цель дальнейших исследований заклиналась в изучении закономерностей синтеза на основе кислых гудронов сульфонатсодер-жащего вещества, способного ускорять процесс окисления нефтяных остатков кислородом воздуха.

На рис.1 приведены зависимости температур размягчения и пенетрации гудронов N 1 и N 2 от количества сульфирующего агента КГ- 1 без окисления. Эти показатели качества были определены

Б

сразу после смешения реакционной массы. Результаты проведенных нами экспериментов показали, что при окислении реакционной массы кислородом воздуха ее адгезионные свойства не улучшается. Кроме того, свойства нефтяного гудрона, обработанного кислым гудроном, подвержены быстрому изменению с течением времени. Причем, чех больше количество кислого гудрона, тем более нестабильной получается реакционная смесь. Наиболее резко ее свойства изменяются в первые сутки.

т.°с

Р, 0,1тш

140

К ^ < ч —

N Ч N

Ч < 1 р

5

О 2 4 в

10 12 14 1в

С.'^тас.

О 2 4 0 8 10 12 14 16

С, тас.%

Рис.1. Изменение температур размягчения гудронов N 1 и 2 (.Т) и величины пенетрации СР) в зависимости от количества сульфирулпего агента КГ-1 СС)..

Проведенный анализ изменения группового состава реакционной смеси при увеличении количества подаваемого на смешение с гудроном N 1 КГ-1 свидетельствует о том, что под действием серной кислоты происходит снижение содержания, масел и одновременный рост концентрации асфальтенов и смол. Аналогичная закономерность прослеживается и в случае взаимодействия гудрона N2 с КГ-1 и КГ-2. Вероятно, серная кислота превращает полициклические ароматические углеводороды, входящие в состав масел, в смолы и асфальтены. Это приводит к росту твердости и температуры размягчения, ухудшению адгезионных свойств реакционной массы за

счет относительного увеличения концентрации в масляной части парафиновых углеводородов. Для устранения этого недостатка предложена нейтрализация реакционен смеси гидроксидом кальция. При этом удается полностью восстановить ее адгезионные свойства и повысить пенетрацию и растяжимость.

Изучение процесса окисления гудрона N 1 кислородом воздуха проводили в присутствии добавок на основе кислых гудронов, полученных путем смешения их с нефтяным гудроном, с последующей нейтрализацией этой смеси гидроксидом кальция. В дальнейшем нейтрализованную смесь гудрона с кислым гудроном установки "Парекс" для краткости будем называть НКГ-1, а с кислым гудроном производства сульфонатных присадок - НКГ-2. Окисление проводили при температуре 250 *С. Продолжительность окисления составляла 5 часов при расходе воздуха 500 мл в минуту. Окислению подвергались образцы массой 500 г, приготовленные путем смешения при 130-150"С гудрона Nie НХГ-1 и гудрона н 1 с НКГ-2.

Результаты эксперимента представлены в таблице 3. Они свидетельствуют о высокой эффективности сульфонатсодержащих добавок НКГ-1 и НКГ-2, которыз практически не уступают присадке С-150. Однако в отличие от нее наиболее высокие показатели достигаются при введении в евдье 2,0 % мае. НКГ. что может быть обменено разной щелочностью и молекулярной массой активирующих веществ. При использовании указанного количества добавки получается битум с наиболее высокой температурой размягчения, пенетрациея, растяжимостью и низкой температурой хрупкости. Проведенное изучение полученных образцов окисленного продукта показало, что содержание в них водорастворимых не превышает 0,2 % мае., а испытание на сцепление с мрамором они вьщерживаюг и соответствуют по ГОСТУ 11508-74 образцу 1.

. Анализ изменения состава смеси гудрона Nie НКГ-1 в процессе окисления свидетельствует об относительном росте содержания асфа-льтенов и смол, при этом наблвдается снижение кислотного числа. Получение результаты в значительной степени схожи с изменениями состава гудрона N 1 при его окислении в присутствии присадки С-150. Это говорит о близости процессов, приводящих к ускорению окисления нефтяных остатков при добавлении к ним кальцкеых солея сульфокислот.

/. :: ТЛ0ЛИ1М Э

Влияние добавки НКГ-1 и НКГ-2 в гудрон М1на процесс его окисления кислородом воздуха.

1 НКГ -1 НКГ -2. : !

1 Концентрация

1 1

1 добавки, в пере- Темпера- Пвнетра- Растяжи- Темпера- Темпера- Пенетра- 1 Растяжи- Темпера-1

счете на кислый тура раз- ция. при мость. тура хру- тура раз- ция, при 1 мость. тура хру-1

1 гудрон, X мае. мягчения. 25 С при 25 С пкоста, ; мягчения. 25 С |при 25 С пкости, 1

'С 0.1мм см С С 0.1мм 1 см С 1

1 0 25,0 208 88 -32 ; 25.0 208 1 88 -32 I

1 • 0.5 30.0 230 91 - 32,0 225 1 94 -33 I

1 1.0 33,0 233 — ; - 33.5 237 1 >100 - 1

1 2.0 35.0 234 98 -34 34.0 241 1 >100 -35 1

1 4,0 34.0 239 90 - 32.5 230 1 94 - 1

1 5.0 33.0 214 - -32 33.5 210 1 95 -34 1

1 10.0 • 38.5 228 85 .. ... . -32 _____ ____ 35.0 202 1 90 1 -34 I —|

Четвертая глава посвящена методах определения активного состояния. Щ. <;гудрон) на стадии подготовки садья и: после его окисления с целью интенсификации технологического'' - процесса. Для идентификации активированного состояния существуют возможности либо непосредственного определения изменения дисперсности, либо регистрации изменения определенного физита-химического свойства НД:. например, динамической ВЯЗКОСТИ.; ■ - . .

Для определения дисперсности исходного и окисленного; Гудрона использовали фотоэлектрогалориметричесхий метод, предложенный профессором Гилязединовым Л. П.

Изменение дисперсности гудрона N 1 при введении в' него различных количеств присадки С-150 и НКГ-1 гасит экстремальный характер. Причем минимальные размеры дисперсных частиц к максимальная их поверхность достигаются при добавлении в гудрон 0.3 у. мае. присадки С-150 (рис. 2 а) и 2.0 % мае. НКГ-1 Срис.2 б; Таким образом, хожно сделать вывод, что введение в

(1, 10'-7т в, т'2/г {1,10*-7/п ' в, т'2/г

(я) ~(б)

Рис. 2. Изменение диаметра С а; дисперсных частиц гудрона N 1 * их площади поверхности С в; в зависимости от количества присадки С-150 (а; к НКГ-1(б;. нефтяной остаток вкяназванных добавок' приводит х дроблению дисперсных частиц, уменьшению размеров их ядер при неизменной

массе дисперсной фазы, в результате чего растет площадь ее поверхности, на которой в основной и протекает окисление углеводородов. Следует отметить, что концентрация вводимых добавок, при которой образуются дисперсные частицы минимальных размеров, хорошо соотносится с результатами экспериментов по окислению гудрона.

Изучение дисперсности битумов, полученных окислением смесей гудрона с НХГ-1 или присадкой С-150, свидетельствует о том, что экстремумы изменения размеров дисперсных частиц у них немного смещаются, по сравнению с неокисленными смесями, в область более высоких концентраций добавок, вероятно, в результате увеличения количества асфальтенов и смол.

С целью исследования зависимостей, косвенно характеризующих дисперсность НДС и перераспределение углеводородов в них от внешних воздействия, проведены реологические исследования, позволяющие не только найти активированное состояние системы, но и количественно оценить энергию ЮШ входящих в нее компонентов.

Для смеси гудрона Nie присадкой С-150 и гудрона Nie НКГ-1 определяли динамическую вязкость на консистометре Гепплера. Исследования проводили в интервале температур 20-45 'С-Полученные результаты температурной зависимости динамической вязкости исходного гудрона N 1 и его смесей с активирующими добавками до и после окисления кислородом воздуха имеют общие черты в характере изменения динамической вязкости под действием температуры. Поэтому на рис. 3 приведено изменение динамической вязкости гудрона в присутствии различных количеств присадки С-150 только лишь в зависимости от температуры. Так, при росте температуры до 25-30 "С наблюдается резкое снижение динамической вязкости всех образцов. Затем на вязхостно-температурных кривых наблюдается перегиб и при дальнейшем росте температуры скорость снижения динамической вязкости существенно падает. В исследованом интервале температур вязкостно-температурные зависимости изученных образцов могут быть условно разделены на две области. Первой - до 25-30*С - соответствует связанно-дисперсное состояние НДС, что проявляется в повывенной вязкости образцов и бьстром ее снижении при росте температуры. Во второй области Свыше 25-30 *с; НДС находится в свободно-дисперсном состоянии, то есть дисперсные частицы имеют относительно малые размеры ядер и широкие адсорб-

ционвд-сольватнъв оболочки. В этой состоянии они не взаимодействуют непосредственно друг с другом. Как видно из рис. 3, влияние добавок наиболее наглядно проявляется во второй области. Поэтому для изучения влияния концентрации активирующих добавок на величину динахичесюя вязкости гудрона была вьйрана температура 30 "С. Следует заметить, что выявленная закономерность изменения динамической вязкости гудрона при введении в него различных

1400

0.0 X I

о.е я I М1| М Я | 10 Х|

20 22 24 го гв 30 33 34 Зв 38 40 43 44 4в

Температура 'С

Рис.3 Изменение динамической вязкости гудрона N 1 в присутствии различных количеств присадки С-150 в зависимости от температуры

количеств веществ сохраняется и при других более высоких температурах. На рис. 4 представлены зависимости динамической вяз-каст и гудрона N 1 от количества вводимых в него добавок С-150 к НКГ-1. Видно, что в присутствии данных веществ вязкость системы изменяется полиэкстрехальга. Причем, при введении 0,5 % мае. присадки С-150 и 2,0 % мае. НКГ-1 в гудрон наблвдается экстремальное снижение его вязкости. Это, с одной стороны, говорит об изменении состава дисперсной фазы и дисперсионной среды, а с другой - кожно предположить, что вследствие снижения вязкости гудрона улучшается диффузия кислорода воздуха к окисляемым молекула*, в результате чего повыдается скорость их окисления. При этих же концентрациях достигается наименьшая энергия активации вязкого течения гудрона. В дальнейшем данное количество добавки будем условно называть оптимальным.

присадки С-150 (а) и НКГ-1 (б).

Пятая глава посвяшена разработке основ активациом технологии получения битумов в присутствии сульфонатсодержа! соединения. Достижение активного состояния сырья для произволе битумов, как было показано ранее, возможно либо компаундирован: гудрона с сульфонатной присадкой С-150, либо введением в » добавки НКГ-1. Смешивание таких сульфонатсодержащих соедине: с гудроном в количествах соответственно 0,5 и 2.0 7. мае. сырье приводит к снижении ' размеров дисперсньк „ час надмолекулярной структуры, увеличению межфазной поверхности перераспределению углеводородов между фазами. При э' наблюдается резкое снижение вязкости системы, приводящее улучшению диффузии кислорода. Все это отражается на скорост» продолжительности окисления. Соответствущие исследования с це. , получения дорожного битума марки БНД - 60^90, окисление, провод при равных 'условиях до получения продукта, с .темпе рату размягчения 48 *С. В качестве сырья использовался гудрон N 1. который для активирования вводились добавки в оптихаль количестве. Результаты исследований, приведеннье в таблице 4 и

Таблицач.4

Физико- химические свойства битумов, полученных окислением гудрона N 1 кислородом воздуха при 250 *С

1 "■ '■■' 1 Сырье для (получения битума 1 Температура| размягчения, I •С 1 Пенэтрация при 25 'С 0.1мм ---- Растяжимость при 25 *С см , Температура хрупкости, •С '"■м ......... Содержание водорастворимых, X мае. I Индекс 1 пенетраиии1

Ii) гудрон N 1 48 I 72 59 -16 0.13 -0.8 I

|2Э гудрон Nie 1 0.5 X мае. при-1 садки С-150 48 1 85 64 -19 0.16 0.7 I

13) гудрон Nie 1 2 X мае. . НКГ-1 I 48 I > 84 65 -18 0.2 0.3 1 1 1

рис. 5. показали, что во всех опытах в случае активированного сырья происходит сокращение времени в среднем на 30 - 40 "/.. При этом расход воздуха сокращается с 450 до 315 л/кг в случае добавки 2.0 % мае. ЖГ-1 и до 285 л-осг при введении в гудрон Т,°С

УХ* 1

л

/

/ i L^ 1 ' I

V |

i

1 1 1 i

О 2 4 в в 10 12 14 те

Продолжительность окисления, час

Рис.5 Изменения температур размягчения СТ; окисленного гудрона Ш. гудрона с 2,0 •/. мае. НКГ-1 С2; и гудрона с 0,5 7. мае. присадки С-150 СЗ). 0,5 У. мае. присадки С-150. Кроме того, при этом наблюдается улучшение качества битумов.

Для полученных образцов оценивали термостабильность по ГОСТу 18180-72 в условиях, имитирующих хранение битумов (без перемешивания). Кроме температуры размягчения и пенетрации, изучалось изменение компонентного состава битумов до и после термообработки в течение 5 часов при 163 ± 1 "Си толщине слоя 4 мм.

Полученные результаты свидетельствует, что компонентный состав битумов после испытания на термостабильность мало отличается от исходных образцов. По-видимому, окисление не играет главную роль в этот период процесса старения вяжущего, в то же время термообработка битумов приводит к значительному росту их твердости С снижению пенетрации; и небольшому повшекиг температуры размягчения. Причем у битума, полученного из не активированного гудрона, изменение свойств происходит более интенсивно, чем у активированного сульфонатсодержащиму веществами.

Изменение размеров дисперсных частиц исследованных образцов свидетельствует о том, что битумы, полученные из активированного гудрона,-'имеют меньшие размеры дисперсных частиц, чем битумы из не активированного гудрона. Так, у первых относительный размер дисперсных частиц находится на уровне 1.95 - 2.0 * 10~7м, а у последнего - равен 2.4 * 10_7м. Возможно, большая •термостабильность битумов, полученных окислением активированного гудрона, объясняется тем, что процесс "старения" не столько связан с изменением компонентного состава, сколько с ростом размеров дисперсных частиц. По-видимому, в течение первых 5 часов выдержки при 1БЗ ± 1 "С в битумах преобладают коагуляционныз взаимодействия, приводящие к укрупнению дисперсных частиц.

Как было показан) вине, введение в сырье определенного количества сульфонатсодержащих веществ позволяет повьсить скорость окисления нефтяных остатков, не изменяя по существу аппаратурное оформление и технологический режим процесса. На основании полученных результатов предложены два варианта технических решения по модернизации битумной установки ПО "Нафтан" с целью интенсификации процесса окисления нефтяного сырья. На данное технологическое решение подана заявка на изобретение Республики Беларусь N 950722, приоритет от 14.06.95г. Оба варианта по интенсификации процесса окисления с использованием присадки С-150 и НХГ-1 обясновоны технологически и экономически. Ожидаемый экономический эффект составит 1364947,4 и 2077968.8 тыс.руб, соответственно.

ВЫВОДЫ

1. Изучены закономерности активирования сульфонатсодержащими веществами нефтяного гудрона с целью интенсификации процесса его окисления кислородом воздуха. г. Впервые синтезирована активируицая добавка (НКГ; на основе кислых гудронов, являщихся отходом ряда производств нефтепе-рерабатывапцрй промыпленности. и изучены условия ее получения. 3. Впервые установлено, что при введении в гудрон 0.5 % мае. присадки С-150 или 2.0 % мае. НКГ удается перевести его в активное состояние, о чем свидетельствует экстремальное изменение его вязкости, размеров дисперсных частиц, а также энергии активации вязкого течения.

. .. ^ _ . f 16

4. Выявлено, что при окислении, гудрона в активном состоянии продолжительность процесса.снижается в 1,43-1,5 раза.

5. Предложен возможный механизм действия кальциевых солей сульфо-кислот на гудрон, в результате чего дисперсные частицы переходят:'В критическое состояние, вызывая перераспределение углеводородов между фазами, увеличение поверхности окисления и снижение вязкости НДС, способствующее ускорению диффузии кислорода возхуха к молекулам нефтяного сырья.

6. Показано, что полученные по акгнвационной технологии битумы обладают лучшими эксплуатационными свойствами, такими как пенет-рация, растяжимость, морозостойкость, устойчивость к термооки-

.. слительному "старению", чем битум, окисленный по традиционной

■1 технологии.

■■ 7. На основании полученных результатов разработаны предложения по активации сырья битумной установки N 2 ПО "Нафтан" введением в него кальциевых солея сульфозсислот. Ожидается, что при их внедрении рентабельность производства возрастет в случае- использования присадки С-150 с 5 до 25,5 у. , а синтезированной добавки НКГ - с 5 до 36,6 У..

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Даммаж Г.А., Вайенко Э.М., Ткачев С.М. Использование кислого гудрона для активации процесса получения нефтяного битума, ✓v Проблемы промшленноя экологии и комплексная утилизация отходов: Тез. докл. международной конференции. - Витебск,

W .. 1935.- е.. 124-125.

2. Даммаж Г.А., Байенко Э.М., Ткачев С.М. Изучение закономерно-

стей окисления гудрона в присутствии кальциевых солей сульфо-кислот. Вестнюс Полоцкого государственного университета N 1 - 1395, - С. 113-117.

3. Заявка на изобретение Республики Беларусь N 550722, приоритет от 14.06.1995 г. Байенко Э.М, Даммаж Г.А., Ткачев С.М.

-4. Даммаж Г.А., Бабенко Э.М., Ткачев С.М., Покровская C.B. О межмолехулярных взаимодействиях при активации нефтяного гудрона сулъфонатсодержащими веществами. Весц! БАН N 11997. - С. 112-114.

5. Даммаж Г.А., Покровская C.B., Ткачев С.М. Исследование рео-

логических свойств тяжелых нефтяных остатков и твердых нефтепродукте. / Зчебно - методические пособия для студентов специальности Т 15.02, - ПГУ.- Новополоцк.- 199?,- 15 с.

6. ДаммамГ.А., Покровеская C.B., Ткачев С.М. Определение параметров темных частиц дисперсной фазы в нефтяных системах. / Эчебно - методические пособия для студентов специальности Т 15.02, - ÎirS.- Новополоцк.- 1997,- 14 с.

7. Даммам Г.А., Бабенко Э.М., Ткачев С.М., Глистовченко C.B. Активация сырья производства нефтяного битума продуктом полученный на основе кислого гудрона tt Сборник научных трудов ВГТЭ,- 1977 г.С в печати

Резиме Даммам Гаки Ахмед

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСЛЕННЫХ БИТЫКОБ АКТИВАЦИЕИ СЫРЬЯ

Кличевые слова: гудрон, кислый гудрон, битум, окисление, интенсификация, сульфоиатная присадка,' сульфокислоты, кальциевые соли, дисперсность, дисперсные частицы, дисперсная фаза, дисперсионная среда, сложная структурная единица, сольватная оболочка, диаметр дисперсных частиц.

Объекты исследований: гудроны Западно- Сибирских нефтей, окисленные гудроны, битумы, кислые гудроны. сульфонатная присадка С-150.

Цель работы: поиск демевого, доступного в промышленных масштабах вещества, позволяющего ускорить процесс окисления нефтяных остатков, с получением высококачественной целевой продукции и изучение процесса окисления в его присутствии.

Аппаратура: установка периодического дейстзия, реактор колонного типа, консистометр Гепплера. Фотоэлектрокалориметр. пенетрометр, дуктилометр.

Настоящая диссертационная' работа посвящена вопросу'интенсификации процесса получения окисленных битумов с использованием зле-

- IB -

""ментов активационной технологии. В ней предложено проводить окисление гудрона в присутствии таких сульфонатсодержащих веществ как присадка С- 150 и нейтрализованная смесь нефтяного и кислого гудронов. Данное предложение обосновано с научной и практической точек зрения. Выявлены закономерности изменения свойств исходного сырья и полученных продуктов в процессе активации, а также предложен технологический режим процесса окисления.

Рэзпме Дамаж Ган! Ахмед

1нтзнс1ф1кацыя працэса атрымання ак!сленых б1тумау актывацыяй сырав1иы

Клвчавыя словы: Гудрон, К1слы Гудрон, Б1тум. Йк1сленне, 1нтзнс1ф1кацыя, Сульфанатная прысадка, сульфак1слоты. кальциевая сол1, дысперснасць, дысперсныя часц!нк1, дысперсная фаза, дыспер-с!йная асяродзе, складаная структурная адз!нка, сальватная аба-лонка. дыяметр дисперсных часц1нак.

йб.ект даследаванняу: гудроны Заходня- С1б1рск1х нафтау, ак!сленыя гудроны, б1тумы, к1слыя гудроны. сульфанатныя прысадки С-150.

Мэта працы: пожук таннага, дастунага у прамысловых мавтабах рэчава. якое дазваляе паскорыць працэс ак1слення нафтавых астат-кау з атрыманнем высакаякаснай мэтавай прадукцы1 I вывучэнне пра-цзсу ак!слення у яго прысутнасц!.

йпаратура: устанойка перыядычнага дзеяння. реактар калоннага тыпу, Фотазлектракаларыметар, пенетрометар, дукц1лометар.

Сапраудная дысертацыйная праца прысвечана пытаннв 1нтзн-с1ф!кацы! працэса атрымання ак1сленых б1тумау з выкарыстаннек злементау актывацыйнай тзхналог11 у ей прапанавана праводз!ць ак!сленне гудрона у прысутнасц! так1х сульфанатзмявчавчых рэчы-вау як прысадка С- 150 I нейтрал!заваная суиесь нафтавага I к!слага гудронау. Дадзеная прапанова абаснавака з навуковай i практычнай кропк! зроку. Выяуленыя заканамернасц1 вымярзння улас-ц!васцяу зыходнай сырав1ны 1 прадуктау, як!я атрыкоуваЕЦЦа у пра-

U3ca aKTHBaual, a TaK caMa npanawaBaHH T3XHajiariMHH pa««* npaua-ca aKlcjie^Ha.

r

SUMMARY Dauas Hani Ahaed

INTENSIFICATION OF THE PROCESS OF PRODUCING OXIDISED BITUMEN BY ACTIVATING FEED STOCK.

Key words: tar, acid tar, bituaen, oxidation. Intensification, sulphonate additive, sulphonlc acid, calclua salts, dispersivity, dispersion particles, dispersion phase, dispersion Kediui, petroleua dispersion ' systea, coiponnd structural unit, solvatatlon shell, dlaaeter of dispersion particles.

Research objects: tars froi western Siberian petroleua, oxidised tars, bituaen, acid tars, sulphonate additive C- 150.

Ala of the work: search for cheap, available In Industrial scales substance, which helps to Increase oxidation process of petroleua residual, with producing high quality end product and studlng oxidation process in Its presence. ,

Apparatus: installation of periodic operation, reactor of coluan type, Heppler conslstoaeter, photoelectric calorlaeter, per.etroaeter, ductlloaeter.

The present thesis Is devoted to the question of Intensification of the process of producing oxidised bltuaen by using eleaents of activated technology.

In it is suggested the use of oxidised tar toqether with sulphate-containing eleaents such as additive C—150 and neutralised alxture of petroleua and oxidised tar. The suggestion is based on scientific and practical point of view.

The regularity of property changes of initial feed stock and end products In the process of activation has been revealed, also suggested technological aode of oxidation process. —^fijJ-ja^