50-70 डिग्री सेल्सियस पर भाप आसवन के दो अलग-अलग तरीकों का उपयोग करके सड़क बिटुमेन 323/362 प्राप्त करने के लिए भारी तेल और वैक्यूम अवशेषों का उपयोग किया गया था। ऑक्सीकरण, 211-220 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर पैक्ड कॉलम का उपयोग करने वाली एक विधि। दो विधियों भाप आसवन और ऑक्सीकरण का उपयोग करके प्राप्त अवशेषों को क्रमशः गैर-ऑक्सीकृत बिटुमेन और ऑक्सीकृत बिटुमेन के रूप में जाना जाता है। उत्पादों का मूल्यांकन GOST 33133-2014, GOST 22245-90 और ASTM D5 सहित विभिन्न मानकों का उपयोग करके किया गया था। परिणामों से पता चला कि ऑक्सीकृत बिटुमेन की उपज 89.59% भार की अधिकतम दर तक पहुंच गई, जबकि गैर-ऑक्सीकृत बिटुमेन की उपज 55% भार है। ऑक्सीकृत बिटुमेन का मृदुकरण बिंदु गैर-ऑक्सीकृत बिटुमेन (49-57 डिग्री सेल्सियस) की तुलना में 46-49 डिग्री सेल्सियस है। उल्लेखनीय रूप से, मानक के अनुसार ऑक्सीकृत बिटुमेन के 47-71 बिंदुओं का पिछला नरमी बिंदु और भेदन क्षमता 50/70 बिटुमेन के मानदंडों के अनुरूप है। गैर-ऑक्सीकृत बिटुमेन में अपेक्षाकृत कम नरमी बिंदु और 71-275 का उच्च प्रवेश मूल्य होता है, जो 200/300 बिटुमेन को संदर्भित करता है। तुलनात्मक रूप से, पैक्ड कॉलम का उपयोग भाप आसवन की तुलना में फायदेमंद है, क्योंकि नोजल की उच्च क्षमता प्रतिक्रिया क्षेत्र में फीडस्टॉक और संपीड़ित हवा के बीच संपर्क को मजबूत करती है और प्रतिक्रिया समय को 4.15 घंटे तक कम कर देती है।
परिचय
दुनिया भर में आर्थिक विकास के कारण दैनिक ज़रूरतें, सड़क परिवहन गतिविधियों में वृद्धि से सड़कें नष्ट हो रही हैं1. हालाँकि, नई सड़कों के निर्माण और पुनर्निर्माण में सुधार की आवश्यकता बिटुमेन उत्पादकों की मुख्य चुनौती बन गई। पारंपरिक तेल के धीरे-धीरे गायब होने को देखते हुए, पेट्रोलियम उद्योगों को एक बड़ी चुनौती का सामना करना पड़ रहा है, जो सड़क बुनियादी ढांचे की समस्याओं को हल करने के लिए नई लेकिन कम महंगी तकनीक विकसित करना है जो बिटुमेन उत्पादन की सुविधा प्रदान करती है।
आजकल, कनाडा, वेनेजुएला, ब्रासीलिया, रूस, चाड और मेडागास्कर जैसे कई देशों में भारी तेल, प्राकृतिक बिटुमेन, शेल तेल जैसे अपरंपरागत हाइड्रोकार्बन स्रोतों की खोज की गई। इन संसाधनों की खोज से विश्व बाजार में ऊर्जा की कमी और बिटुमेन की कमी को संतुलित करने के लिए उत्पादन में वृद्धि को बढ़ावा मिलेगा। परिभाषा के अनुसार, भारी तेल और प्राकृतिक बिटुमेन को उच्च चिपचिपाहट और कम एपीआई घनत्व के साथ अस्थिरता की बहुत कम सांद्रता की विशेषता होती है। आसुत अंश, जैसे गैसोइल और केरोसिन, साथ ही उच्च मात्रा में रेजिन और डामर।
आम तौर पर, सड़क बिटुमेन का मूल्यांकन अनिवार्य रूप से उत्पादन की तकनीक, रेजिन और डामर की सापेक्ष सांद्रता द्वारा किया जाता है। सड़क बिटुमेन में संबंधित घटक बिटुमेन को सहक्रियात्मक प्रदर्शन देते हुए एक विशेष भूमिका निभाते हैं। एस्फाल्टीन बिटुमेन के गैर-न्यूटोनियन चरित्र के लिए सबसे भारी और जिम्मेदार घटक है, और उनका बिटुमेन के नरम बिंदु और कठोरता पर सीधा प्रभाव पड़ता है। रेजिन खनिजों की सतह पर बिटुमेन के अच्छे आसंजन और लचीलापन (लोच) को बढ़ावा देते हैं। संतृप्त और एरोमैटिक्स बिटुमेन की चिपचिपाहट जैसी रियोलॉजिकल संपत्ति के लिए जिम्मेदार हैं।
बाज़ार में सड़क कोलतार की गुणवत्ता की माँगों और आवश्यकताओं से जुड़ी चुनौतियों का सामना करने के लिए नई कुशल तकनीकों का विकास आवश्यक है। पहले से ही ज्ञात तरीकों में तेल का वैक्यूम आसवन, वायु ऑक्सीकरण, वैक्यूम आसवन के बाद भारी अवशेषों का एक यौगिक, चयनात्मक निष्कर्षण और टार डेस्फाल्टिंग प्रक्रिया से अवशेष शामिल हैं। व्यावहारिक आवश्यकताओं के अनुकूल बिटुमेन की बेहतर गुणवत्ता प्राप्त करने के साथ-साथ वैक्यूम अवशेषों के ऑक्सीकरण और उन्नयन के दौरान होने वाली प्रतिक्रियाओं के तंत्र को इंगित करने के लिए सड़क बिटुमेन के उत्पादन पर कई श्रृंखलाबद्ध कार्य किए गए हैं। भारी तेल। अब्दुल्लिन एट अल. 240 से 260 घंटे के ऑक्सीकरण समय के साथ 4 से 8 डिग्री सेल्सियस तक "अति-ऑक्सीकरण" का उपयोग करके पेट्रोलियम बिटुमेन की थर्मल-ऑक्सीडेटिव स्थिरता का अध्ययन किया गया। उन्होंने बताया कि ऑक्सीकरण समय के कारण नरम तापमान 30.5-36 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ गया। चिपचिपापन-तापमान और 0 डिग्री सेल्सियस पर लचीलापन जैसे गुणों में कमी आई है। हिल्डे सोनेन एट अल। वायुमंडलीय दबाव के तहत 260 डिग्री सेल्सियस पर प्रयोगशाला वायु-उड़ाने वाले बर्तन और 1 एल/मिनट के वायु प्रवाह का उपयोग करके विज़ब्रेकिंग प्रक्रिया और क्रैकिंग प्रक्रिया से दो अलग-अलग अवशेषों की ऑक्सीकरण प्रक्रिया का प्रयोग किया गया। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि ईएन 187 और ईएन 190 के अनुसार बिटुमेन की सुई प्रवेश 36.9-39.2 अंक और नरम बिंदु 1426 डिग्री सेल्सियस और 1427 डिग्री सेल्सियस है। चाला एट अल। सड़क बिटुमेन के लिए संशोधक के रूप में पायरोलाइटिक तेल का उपयोग करके ऑटोमोबाइल श्रेडर अवशेषों का वैक्यूम पायरोलिसिस किया गया, और उन्होंने संकेत दिया कि बिटुमेन की सुई प्रवेश 113 और 204 है, नरम बिंदु 45 डिग्री सेल्सियस और 45.8 डिग्री सेल्सियस था और फ्रास बिंदु - 7 था डिग्री सेल्सियस और - 8.5 डिग्री सेल्सियस। उन्होंने यह भी निष्कर्ष निकाला कि, वैक्यूम बिटुमेन और पायरोलाइटिक अवशेषों को मिलाने से बिटुमेन की संरचना में परिवर्तन के कारण प्रवेश क्षमता कम हो सकती है और नरम बिंदु बढ़ सकता है, फिर ये बिटुमेन उच्च चिपचिपाहट के साथ गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ के रूप में व्यवहार कर सकते हैं। गैर-ऑक्सीकृत बिटुमेन के पक्ष में, चाले एट अल को छोड़कर, कुछ कार्य और साहित्य प्रस्तुत किए गए थे। वैक्यूम पायरोलिसिस से अवशेषों के भौतिक-रासायनिक और रियोलॉजिकल विश्लेषण के अनुसार, उन्होंने घोषणा की कि पायरोलाइटिक अवशेष को माना जाता है पेट्रोलियम बिटुमेन.
उपर्युक्त अध्ययनों में, लेखकों ने उत्पादन की लागत को कम करने के लिए कॉलम और सहायक उपकरण सहित उपकरण प्रदर्शन में सुधार को छोड़कर तापमान, वायु प्रवाह, दबाव, समय और कच्चे माल जैसे सभी मानकों को ध्यान में रखते हुए सड़क बिटुमेन के उत्पादन के विभिन्न तरीकों का प्रस्ताव दिया।. दूसरे, उल्लिखित कार्यों में विभिन्न विधियों से प्राप्त उत्पादों की कोई तुलना नहीं की गयी। हालाँकि, यह कार्य उत्पादन लागत को कम करने के लिए फीडस्टॉक और इंजेक्टेड संपीड़ित हवा के बीच संपर्क सतह को बढ़ाने के लिए एक विशेष रूप से पैक किए गए ऑक्सीकरण कॉलम का उपयोग करने पर केंद्रित है, इसके बाद भाप आसवन द्वारा प्राप्त गैर-ऑक्सीकृत बिटुमेन के साथ ऑक्सीकरण की तुलना की जाती है।. प्राप्त उत्पादों के प्रदर्शन के मूल्यांकन के लिए विभिन्न विधियां जैसे बिटुमेन में सुई का प्रवेश, पेनेट्रोमीटर द्वारा बिटुमेन के निशान और कठोरता को निर्धारित करना आवश्यक है। इसके अलावा, अधिकतम बिटुमेन ऑपरेटिंग तापमान निर्धारित करने के लिए बॉल और रिंग विधि द्वारा नरम तापमान मापा जाता है, लचीलापन 0 डिग्री सेल्सियस पर सेट डक्टिलोमीटर द्वारा निर्धारित किया जाता है, भंगुरता तापमान फ्रैस विधि द्वारा रियोलॉजिकल माप (चिपचिपापन और आसंजन क्षमता) द्वारा प्राप्त किया जाता है बिटुमेन) के साथ-साथ SARA (संतृप्त, एरोमैटिक्स, रेजिन और एस्फाल्टीन) विश्लेषण द्वारा बिटुमेन की संरचना का निर्धारण करना।
नतीजे और चर्चाएं
भाप आसवन प्रक्रिया (गैर-ऑक्सीकृत बिटुमेन का उत्पादन)
टेबल्स 1 और 2 भारी तेल के भाप आसवन के बाद प्राप्त उत्पादों के परिणाम दिखाएँ। परिणाम बताते हैं कि स्तंभ के नीचे (302-340 डिग्री सेल्सियस ± 2 डिग्री सेल्सियस) और शीर्ष (150-201 डिग्री सेल्सियस ± 1 डिग्री सेल्सियस) के तापमान में वृद्धि से बिटुमेन की उपज 55% ± 0.3 से घटकर 47 हो जाती है। % ± 0.2 क्रमशः। दूसरी ओर, तापमान में इस वृद्धि से बिटुमेन का प्रवेश 275 से घटकर 71 इकाई हो जाता है। उच्च आणविक घटकों (रेजिन और एस्फाल्टीन) के वाष्पीकरण और संघनन जैसी प्रतिक्रियाओं के कारण बिटुमेन उपज में कमी आई। बिटुमेन की उपज और इसके गुण अधिकतर स्तंभ के निचले तापमान द्वारा बढ़ावा दिए जाते हैं और अत्यधिक गर्म पानी की भाप के तापमान से निर्धारित होते हैं। उल्लेखनीय रूप से, जब स्तंभ के निचले भाग का तापमान लगभग 300 डिग्री सेल्सियस होता है, तो नीचे एकत्रित उत्पाद (गैर-ऑक्सीकृत बिटुमेन) चिपचिपा प्लास्टिक जैसा प्रतीत होता है, जबकि तापमान 340 डिग्री सेल्सियस और उससे अधिक तक बढ़ने पर, गैर-ऑक्सीकृत होता है। बिटुमेन अवशेष 71 इकाइयों तक कम पैठ प्रस्तुत करता है। इस प्रकार, स्तंभ के निचले तापमान को अलग-अलग करने से अलग-अलग प्रवेश के साथ आवश्यक बिटुमेन अवशेष प्राप्त करने में मदद मिलती है। इसलिए, यह उल्लेख किया जाना चाहिए कि अपेक्षित बिटुमेन गुण अधिकतर स्तंभ के निचले हिस्से के तापमान पर निर्भर करते हैं, अधिमानतः 300 डिग्री सेल्सियस से ऊपर। गैर-ऑक्सीकृत बिटुमेन के उत्पादन के लिए भारी तेल के भाप आसवन की प्रक्रिया के लिए तापमान एक महत्वपूर्ण कारक बना हुआ है। समानांतर रूप से, हल्के हाइड्रोकार्बन (सिंथेटिक तेल) हल्के हाइड्रोकार्बन की भाप के परिणामस्वरूप संघनन होते हैं; वे स्तम्भ के किनारे से प्राप्त किये गये हैं। परिणाम से पता चला कि हल्के सिंथेटिक तेल I की उपज नमूना 1 और 2 में 34 से 37% तक बढ़ गई और नमूना 23 में 3% तक कम हो गई। सिंथेटिक तेल II की उपज क्रमशः 11 से 14% और 30% तक बढ़ गई। तापमान में वृद्धि के साथ नमूने 1, 2, और 3। यह बताता है कि भारी तेल में हल्के अंशों की दर मध्य अंशों से कम क्यों होती है। स्तंभ का शीर्ष तापमान शीर्ष उत्पादों की मात्रा को नियंत्रित करने की अनुमति देता है जबकि स्तंभ का निचला तापमान गैर-ऑक्सीकृत बिटुमेन की मात्रा और गुणवत्ता का नियंत्रण सुनिश्चित करता है।
