Tungolje og vakuumrester ble brukt for å oppnå veibitumen 50/70 ved bruk av to forskjellige metoder for dampdestillasjon ved 323–362 °C og ved å oksidasjon, en metode som bruker pakket kolonne ved en temperatur på 211–220 °C. De oppnådde restene ved bruk av to metoder for dampdestillasjon og oksidasjon er kjent som henholdsvis ikke-oksidert bitumen og oksidert bitumen. Produktene ble evaluert ved hjelp av forskjellige standarder, inkludert GOST 33133-2014, GOST 22245-90 og ASTM D5. Resultatene viste at utbyttet av oksidert bitumen nådde en maksimal hastighet på 89.59 vekt%, mens utbyttet av ikke-oksidert bitumen er 55 vekt%. Mykgjøringspunktet for oksidert bitumen er 49–57 °C sammenlignet med ikke-oksidert bitumen (46–49 °C). Bemerkelsesverdig nok er det tidligere mykgjøringspunktet og penetreringsevnen til 47–71 punkter oksidert bitumen i samsvar med normene til 50/70 bitumen, i henhold til standarden. Den ikke-oksiderte bitumenen har et relativt lavt mykningspunkt og en høyere penetrasjonsverdi på 71–275, som refererer til 200/300 bitumen. Til sammenligning er bruken av en pakket kolonne fordelaktig enn dampdestillasjonen, på grunn av dysernes høye evne til å styrke kontakten mellom råstoff og komprimert luft i reaksjonssonen og reduserer reaksjonstiden til 4.15 timer.
Introduksjon
Daglige behov, på grunn av den verdensomspennende økonomiske veksten, øker veitransportaktiviteter som ødelegger veiene1. Nødvendigheten av å forbedre bygging og rekonstruksjon av nye veier ble imidlertid hovedutfordringen for bitumenprodusenter. Gitt den gradvise forsvinningen av konvensjonell olje i tillegg, står petroleumsindustrien overfor en stor utfordring som er å utvikle nye, men rimeligere teknikker som letter bitumenproduksjon for å avhjelpe problemer med veiinfrastruktur.
I dag ble ukonvensjonelle hydrokarbonkilder som tungolje, naturlig bitumen, skiferolje oppdaget i mange land som Canada, Venezuela, Brasilia, Russland, Tsjad og Madagaskar. Oppdagelsen av disse ressursene vil fremme veksten i produksjonen for å balansere energiunderskuddet og bitumen i verdensmarkedet Per definisjon er tungolje og naturlig bitumen preget av høy viskositet og lav API-tetthet med en svært lav konsentrasjon av flyktige stoffer. destillatfraksjoner, som gassolje og parafin, samt høye mengder harpikser og asfaltener.
Vanligvis vurderes veibitumenet i hovedsak av produksjonsteknologien, den relative konsentrasjonen av harpikser og asfalten. De respektive komponentene i veibitumenet spiller en spesiell rolle og gir en synergistisk ytelse til bitumenet. Asfalten er de tyngste og ansvarlige komponentene for en ikke-newtonsk karakter av bitumen, og de har direkte innflytelse på mykningspunktet og stivheten til bitumen. Harpiksene fremmer god vedheft av bitumen til overflaten av mineralene og av duktilitet (elastisitet). Mettede og aromatiske forbindelser er ansvarlige for bitumenets reologiske egenskaper, slik som viskositet.
For å møte utfordringene knyttet til kravene og kravene til kvaliteten på veibitumen på markedet, er utvikling av nye effektive teknikker nødvendig. Blant de allerede kjente metodene er vakuumdestillasjon av olje, luftoksidasjon, en forbindelse av tunge rester etter vakuumdestillasjon, selektiv ekstraksjon og resten fra tjæreasfalteringsprosessen. Flere serier av arbeider med produksjon av veibitumen er utført for å oppnå en bedre kvalitet på bitumen som kan tilpasses praktiske krav, samt for å peke på mekanismen for reaksjonene som kan oppstå under oksidasjon av vakuumresten og oppgradering av tung olje. Abdullin et al. studerte den termisk-oksidative stabiliteten til petroleumsbitumen ved å bruke «overoksidasjon» fra 240 til 260 °C med oksidasjonstiden fra 4 til 8 timer. De rapporterte at mykningstemperaturen økte fra 30.5–36 °C som en funksjon av oksidasjonstiden. Egenskapene som viskositet-temperatur og duktiliteten ved 0 °C er redusert. Hilde Soenen et al. eksperimenterte med oksidasjonsprosessen av to forskjellige rester fra visbreaking-prosessen og cracking-prosessen ved bruk av laboratorieluftblåsebeholderen ved 260 °C, og luftstrøm på 1 l/min, under atmosfærisk trykk. De konkluderte med at nåleinntrengningen av bitumen er 187–190 poeng og mykningspunktet 36.9 °C og 39.2 °C i henhold til EN 1426 og EN 1427. Chaala et al. utførte vakuumpyrolyse av bilkvernerrester ved å bruke den pyrolytiske oljen som modifiseringsmiddel for veibitumen, og de indikerte at nålepenetrasjonen til bitumen er 113 og 204, mykgjøringspunktet var 45 °C og 45.8 °C og Fraass-punktet var -7 °C og -8.5 °C. De konkluderte også med at blanding av vakuumbitumen og den pyrolytiske resten kan redusere penetreringsevnen og øke mykningspunktet på grunn av sammensetningsendringen av bitumen, da kan disse bitumenene oppføre seg som ikke-newtonske væsker med høy viskositet. På siden av ikke-oksiderte bitumener ble det presentert få verk og litteratur, bortsett fra Chaale et al. i henhold til dens fysisk-kjemiske og reologiske analyser av rester fra vakuumpyrolyse, erklærte de at den pyrolytiske resten anses å være petroleumsbitumen.
I de ovennevnte studiene foreslo forfattere forskjellige metoder for å produsere veibitumen med hensyn til alle parametere som temperatur, luftstrøm, trykk, tid og råmaterialer bortsett fra å forbedre utstyrsytelsen inkludert kolonne og tilbehør, for å redusere produksjonskostnadene. For det andre ble det ikke gjort noen sammenligning på de oppnådde produktene ved forskjellige metoder i de nevnte arbeidene. Imidlertid fokuserer dette arbeidet på å bruke en spesialpakket oksidasjonskolonne for å øke kontaktflaten mellom råstoffet og den injiserte trykkluften for å redusere produksjonskostnadene, etterfulgt av sammenligning av oksidert med ikke-oksidert bitumen oppnådd ved dampdestillasjon. For evaluering av ytelsen til oppnådde produkter er forskjellige metoder som penetrering av nålen inn i bitumenet for å bestemme merket og stivheten til bitumenet av penetrometeret avgjørende. I tillegg er mykningstemperaturen målt med kule- og ringmetoden for å bestemme den maksimale bitumendriftstemperaturen, duktiliteten bestemmes av et duktilometer satt til 0 °C, sprøhetstemperaturen oppnås ved Fraass-metoden de reologiske målingene (viskositet og adhesjonsevne av bitumen) samt å bestemme sammensetningen av bitumen ved hjelp av SARA (mettede, aromatiske, harpikser og asfaltener) analyse.
Resultater og diskusjoner
Dampdestillasjonsprosess (produksjon av ikke-oksidert bitumen)
tabeller 1 og 2 vis resultatene av de oppnådde produktene etter dampdestillasjon av tungolje. Resultatene avslører at økningen i temperatur på bunnen (302–340 °C ± 2 °C) og toppen (150–201 °C ± 1 °C) av kolonnen reduserer utbyttet av bitumen fra 55 % ± 0.3 til 47 % ± 0.2 hhv. På den annen side reduserer denne temperaturøkningen penetrasjonen av bitumen fra 275 til 71 enheter. En nedgang i bitumenutbytte skjedde på grunn av reaksjoner som fordampning og kondensering av høymolekylære komponenter (harpikser og asfaltener). Utbyttet av bitumen og dets egenskaper fremmes for det meste av bunntemperaturen i kolonnen og bestemmes av temperaturen til den overopphetede vanndampen. Bemerkelsesverdig nok, når temperaturen i bunnen av kolonnen er rundt 300 °C, ser det bunnsamlede produktet (ikke-oksidert bitumen) ut til å være som tyktflytende plast, mens det med en økende temperatur til 340 °C og mer, det ikke-oksiderte bitumenrester har lav penetrasjon til 71 enheter. Variering av bunntemperaturen i kolonnen bidrar således til å oppnå den nødvendige bitumenresten med forskjellig penetrering. Derfor bør det nevnes at de forventede bitumenegenskapene hovedsakelig avhenger av temperaturen i den nederste delen av kolonnen, helst over 300 °C. Temperaturen er fortsatt en nøkkelfaktor for prosessen med dampdestillasjon av tungolje for produksjon av ikke-oksidert bitumen. Parallelt er de lette hydrokarboner (syntetiske oljer) den resulterende kondensasjonen av dampen av lette hydrokarboner; de er hentet ved siden av søylen. Resultatet viste at utbyttet av den lette syntetiske oljen I økte i prøve 1 og 2 fra 34 til 37 % og sank til 23 % i prøve 3. Den syntetiske oljen II økte eksponentielt fra henholdsvis 11 til 14 % og opp til 30 % i prøve 1, 2 og 3, med en økning i temperatur. Dette forklarer hvorfor hastigheten på lette fraksjoner i tungoljen er mindre enn de midtre fraksjonene. Topptemperaturen i kolonnen gjør det mulig å kontrollere mengden av toppproduktene, mens bunntemperaturen i kolonnen sikrer kontrollen av mengden og kvaliteten på det ikke-oksiderte bitumenet.
