重質油と減圧残渣油を用いて、50～70℃で323種類の異なる蒸気蒸留法と、 酸化、211〜220℃の温度で充填カラムを使用する方法です。蒸気蒸留と酸化の33133つの方法で得られた残留物は、それぞれ非酸化ビチューメンと酸化ビチューメンとして知られています。製品は、GOST 2014-22245、GOST 90-5、ASTM D89.59などのさまざまな標準を使用して評価されました。結果は、酸化ビチューメンの収率が最大55重量%に達したのに対し、非酸化ビチューメンの収率は49重量%であることを示しました。酸化ビチューメンの軟化点は、非酸化ビチューメン（57〜46℃）と比較して49〜47℃です。注目すべきことに、酸化ビチューメンの以前の軟化点と浸透性は、標準に従って、71/50ビチューメンの基準と一致しています。非酸化ビチューメンは軟化点が比較的低く、浸透度が 70～71 と高く、これは 275/200 ビチューメンに相当します。比較すると、充填カラムの使用は蒸気蒸留よりも有利です。これは、ノズルの能力が高く、反応ゾーンでの原料と圧縮空気の接触が強化され、反応時間が 300 時間に短縮されるためです。

イントロダクション

世界的な経済成長により、日常生活のニーズが高まり、道路輸送活動が増加し、道路が破壊されている。¹しかし、新しい道路の建設と再建を改善する必要性が、ビチューメン生産者の主な課題となりました。従来の石油が徐々に消滅していることを考えると、石油業界は、道路インフラの問題を解決するために、ビチューメンの生産を容易にする新しい、しかしより安価な技術を開発するという大きな課題に直面しています。

現在、重油、天然ビチューメン、シェールオイルなどの非在来型炭化水素源が、カナダ、ベネズエラ、ブラジリア、ロシア、チャド、マダガスカルなど多くの国で発見されています。これらの資源の発見により、世界市場におけるエネルギー不足とビチューメンの不足を補うために生産量の増加が促進されます。定義上、重油と天然ビチューメンは、粘度が高く、API 密度が低いこと、ガソリンや灯油などの揮発性留分が非常に低いこと、樹脂とアスファルテンの量が多いことが特徴です。

一般的に、道路用アスファルテンは、生産技術、樹脂の相対濃度、およびアスファルテンによって本質的に評価されます。道路用アスファルテンの各成分は、アスファルテンに相乗効果をもたらす特別な役割を果たします。アスファルテンは、アスファルテンの非ニュートン特性に最も大きく関与する成分であり、アスファルテンの軟化点と剛性に直接影響を及ぼします。樹脂は、鉱物の表面へのアスファルテンの良好な接着と延性 (弾性) を促進します。飽和化合物と芳香族化合物は、粘度などのアスファルテンのレオロジー特性に関与します。

市場における道路用アスファルトの品質に対する需要と要件に関連する課題に対応するには、新しい効率的な技術の開発が必要です。すでに知られている方法には、石油の真空蒸留、空気酸化、真空蒸留後の重質残渣の化合物、選択的抽出、およびタール脱アスファルトプロセスの残渣があります。実際の要件に適応できるより高品質のアスファルトを得るため、また真空残渣の酸化と重質油の改質中に発生する可能性のある反応のメカニズムを指摘するために、道路用アスファルトの製造に関する一連の研究がいくつか実施されました。Abdullin らは、240 ℃から 260 ℃までの「過酸化」と 4 〜 8 時間の酸化時間を使用して石油アスファルトの熱酸化安定性を研究しました。彼らは、軟化温度が酸化時間の関数として 30.5 〜 36 ℃に上昇したと報告しました。0 ℃での粘度温度や延性などの特性は低下しました。 Hilde Soenen らは、実験室の空気吹き込み容器を使用して、大気圧下で 260 °C、空気流量 1 l/min で、ビスブレーキングプロセスとクラッキングプロセスからの 187 つの異なる残留物の酸化プロセスを実験しました。彼らは、EN 190 と EN 36.9 に従って、ビチューメンの針入度は 39.2～1426 ポイント、軟化点は 1427 °C と 113 °C であると結論付けました。Chaala らは、道路用ビチューメンの改質剤として熱分解油を使用して自動車シュレッダー残留物の真空熱分解を行い、ビチューメンの針入度は 204 と 45、軟化点は 45.8 °C と 7 °C、フラース点は - 8.5 °C と - XNUMX °C であることを示しました。彼らはまた、真空ビチューメンと熱分解残渣を混合すると、ビチューメンの組成変化により浸透性が低下し、軟化点が上昇し、これらのビチューメンは高粘度の非ニュートン流体として挙動する可能性があると結論付けました。非酸化ビチューメンについては、Chaaleらが真空熱分解残渣の物理化学的およびレオロジー的分析に基づいて熱分解残渣は 石油ビチューメン.

上記の研究では、著者らは、温度、気流、圧力、時間、原材料などのすべてのパラメータを考慮し、柱や付属品を含む機器の性能を向上させて生産コストを削減する以外の道路用アスファルトを製造するさまざまな方法を提案した。. 第二に、前述の研究では、異なる方法で得られた製品の比較は行われていない。しかし、この研究では、特別に充填された酸化カラムを使用して原料と注入された圧縮空気との接触面積を増やし、生産コストを削減し、その後、蒸気蒸留によって得られた酸化ビチューメンと非酸化ビチューメンを比較することに焦点を当てている。. 得られた製品の性能を評価するには、針をビチューメンに刺してマークを判定したり、針入度計でビチューメンの硬さを判定するなど、さまざまな方法が不可欠です。さらに、ボールとリング法で軟化温度を測定してビチューメンの最大動作温度を判定し、延性は 0 °C に設定された延性計で判定し、脆化温度は Fraass 法で取得し、レオロジー測定 (ビチューメンの粘度と接着能力) を行い、SARA (飽和物、芳香族、樹脂、アスファルテン) 分析でビチューメンの組成を判定します。

結果と議論

水蒸気蒸留法（非酸化ビチューメンの製造）

テーブル類 1 および 2 図は、重質油を蒸留した後に得られた生成物の結果を示しています。結果によると、カラムの底部（302〜340 °C ± 2 °C）と上部（150〜201 °C ± 1 °C）の温度上昇により、ビチューメンの収率がそれぞれ 55% ± 0.3 から 47% ± 0.2 に減少しています。一方、この温度上昇により、ビチューメンの浸透は 275 単位から 71 単位に減少しています。ビチューメン収率の減少は、高分子成分（樹脂とアスファルテン）の蒸発と凝縮などの反応により発生しました。ビチューメンの収率とその特性は、主にカラムの底部温度によって促進され、過熱水蒸気の温度によって決まります。注目すべきことに、カラムの底部の温度が約 300 °C の場合、底部に収集された生成物 (非酸化ビチューメン) は粘性のあるプラスチックのように見えますが、温度が 340 °C 以上に上昇すると、非酸化ビチューメン残渣は 71 単位まで低い浸透を示します。このように、カラムの底部温度を変えると、異なる浸透を持つ必要なビチューメン残渣を得ることができます。したがって、期待されるビチューメンの特性は主にカラムの底部の温度、できれば 300 °C 以上によって決まることに注意する必要があります。温度は、非酸化ビチューメンを生成するための重質油の蒸気蒸留プロセスにとって依然として重要な要素です。並行して、軽質炭化水素 (合成油) は、軽質炭化水素の蒸気の結果としての凝縮であり、カラムの横で得られます。結果は、軽質合成油 I の収率がサンプル 1 と 2 では 34% から 37% に増加し、サンプル 23 では 3% に減少したことを示しました。合成油 II は、温度の上昇とともに、サンプル 11、14、30 でそれぞれ 1% から 2% および 3% まで指数関数的に増加しました。これは、重質油中の軽質留分の割合が中質留分よりも低い理由を説明しています。カラムの上部温度によって上部生成物の量を制御することができ、カラムの下部温度によって非酸化ビチューメンの量と品質を制御できます。