Giáo trình sản phẩm dầu mỏ thương phẩm - Chương 6

Giới thiệu chung về Bitum Bitum là một sản phẩm được ứng dụng nhiều trong thực tế cho các công trình giao thông, thuỷ lợi, xây dựng, công nghiệp . . . Bitum đã xuất hiện từ lâu, nó có thể thu nhận từ công nghiệp chế biến than hoặc công nghiệp chế biến dầu mỏ. Khi ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ đã phát triển mạnh mẻ thì các sản phẩm từ công nghiệp chế biến dầu mỏ nói chung và Bitum nói riêng có thể thu được với số lượng lớn và giá cả rẻ nhất....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình sản phẩm dầu mỏ thương phẩm - Chương 6 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Chương VI BITUM 6.1. Thành phần hoá học của Bitum 6.1.1. Giới thiệu chung về Bitum Bitum là một sản phẩm được ứng dụng nhiều trong thực tế cho các công trình giao thông, thuỷ lợi, xây dựng, công nghiệp . . . Bitum đã xuất hiện từ lâu, nó có thể thu nhận từ công nghiệp chế biến than hoặc công nghiệp chế biến dầu mỏ. Khi ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ đã phát triển mạnh mẻ thì các sản phẩm từ công nghiệp chế biến dầu mỏ nói chung và Bitum nói riêng có thể thu được với số lượng lớn và giá cả rẻ nhất. Vì vậy, ngày nay Bitum được dùng trong thực tế phần lớn chỉ thu nhận từ dầu mỏ. Mặc dù Bitum đã được biết đến từ lâu nhưng thành phần hoá học và cấu trúc của nó vẫn chưa được xác định một cách rỏ ràng bởi đây là những hợp chất có cấu trúc rất phức tạp, ngoài ra nó còn phụ thuộc vào nguồn thu nhận. Tuy nhiên, bằng các phương pháp phân tích hiện đại như phân tích khối phổ, phân tích phổ hồng ngoại, phân tích sắc ký kết hợp với các phương pháp phân chia vật lý chưng cất, trích ly, hấp thụ, hấp phụ . . . thì thành phần Bitum ngày càng được xác định rỏ dần, đó là các hợp chất hydrrocacbon đa vòng ngưng tụ cao hoặc hydrocacbon ngưng tụ cùng lưu huỳnh, oxy, nitơ các kim loại. Vì vậy, khi nghiên cứu Bitum cũng tương tự như khi nghiên cứu nhiên liệu đốt lò người ta không phân chia thành phần hoá học của Bitum theo họ hydrocacbon và phi hydrocacbon như thông thường mà ở đây người ta dựa vào đặc điểm của các nhóm chất mà chúng có ảnh hưởng lên các tính chất sử dụng của Bitum. 6.1.2. Thành phần hoá học của Bitum Cũng giống như tất cả các sản phẩm dầu mỏ khác, trong thành phần của Bitum chứa nhiều các hợp chất của cacbon và hydro, nhưng trong Bitum thì hàm lượng các hợp chất dị nguyên tố (hợp chất ngoài cacbon và hydro còn chứa thêm các nguyên tố khác như lưu huỳnh, oxy, nitơ) cũng chứa một hàm lượng đáng kể. Bởi vậy, thành phần hoá học của Bitum rất phức tạp, do đó quá trình nghiên cứu nó thường dựa trên ThS. Trương Hữu Trì Trang 134 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm việc phân tách Bitum thành các nhóm chất nhờ vào khả năng hoà tan của chúng trong các dung môi khác nhau. Sau đây ta sẽ nghiên cứu các quá trình này. 6.1.2.1. Quá trình xử lý Bitum bằng dung môi Dựa vào việc lựa chọn các dung môi, ta có thể tách Bitum thành các nhóm chất khác nhau theo trọng lượng phân tử của chúng. Khi cho Bitum hoà tan trong dung môi sulfua cacbon (CS2) thì ta thu được một hàm lượng nhỏ (thường không quá 2%) chất rắn không tan, chất này được gọi là cacboit. Thực tế thì cacboit không hoà tan trong bất kỳ dung môi nào, nó là một dạng của cacbon trong thiên nhiên như cacbon graphit. Trong dầu mỏ nguyên khai không có mặt của dạng hợp chất này, chúng chỉ xuất hiện trong quá trình chế biến, nhất là các quá trình với sự có mặt của oxy ở nhiệt độ cao. Cho Bitum hoà tan trong dung môi tetracloruacacbon (CCl4), phần không tan thu được tiếp tục hoà tan trong dung môi sulfua cacbon (CS2), khi đó ta thu được hai phần. Phần thứ nhất không tan trong dung môi sulfua cacbon (CS2) đó chính là cacboit, phần thứ hai tan trong dung môi sulfua cacbon (CS2) được gọi là cacben (thường thì hàm lượng của cacben không quá 0.2%). Cũng tương tự như cacboit, cacben không có trong dầu mỏ nguyên khai chúng chỉ hình thành trong quá trình chế biến. Nếu cho Bitum vào tan trong dung môi là các hydrocacbon no nhẹ như pentan, hexan, heptan, octan thì phần tan trong các dung môi này được gọi là malten phần không tan là một chất rắn màu đen được gọi là asphalten. Trọng lượng của asphalten lớn hơn của malten. Tuy nhiên ranh giới này không được rỏ ràng, trọng lượng phân tử của malten nằm trong khoảng từ 400 đến 11000, còn trọng lượng phân tử của asphalten từ 800 đến 100000 tuỳ thuộc vào dung môi hoà tan và nguồn gốc dầu mỏ. Ngoài các loại dung môi trên thì người ta còn có thể dùng một số dung môi khác để tiến hành trích ly Bitum. Khi dùng butanol-I để hoà tan Bitum sau đó dùng heptan và aceton ở nhiệt độ thấp để tiếp tục trích ly thì ta sẽ thu được các sản phẩm như sơ đồ sau: ThS. Trương Hữu Trì Trang 135 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm BITUM Trích ly bằng Butanol-I Asphalten Dầu Trích ly bằng Trích ly bắng aceton ở - 32oC heptan Dầu Naphten Asphalten Nh ự a Dầu parafin Như vậy, chỉ cần một quá trình trích ly đơn giản ta có thể thu được ba nhóm chất khác nhau đó là asphalten, nhựa, và dầu. Với cùng một loại nguyên liệu thì hàm lượng các hợp chất này cũng thay đổi nhiều chúng phụ thuộc vào loại dung môi trích ly và điều kiện tiến hành. Ví dụ: với nguyên liệu là dầu của Mêxico, khi dung môi là pentan thì lượng asphalten thu được là: 33.5% nhung khi dung môi là n-heptan thì hàm lượng này chỉ có 25.7%. khi nhiệt độ trích ly tăng lên thì lượng asphalten thu được sẽ giảm. 6.1.2.2. Quá trình xử lý Bitum bằng dung môi và chất hấp phụ Khi cho các nhóm chất thu được bằng phương pháp trích ly như trên chảy qua các cột hấp phụ như đất sét, sicagel . . . thì dầu, nhựa đôi khi cả asphalten sẻ được tách ra, như vậy nhờ vào quá trình này ta có thể thu dược các họ Parafinc, Naphtenic, Aromatic một hay nhiều vòng, các hợp chất phức hợp của lưu huỳnh . . . Ngoài ra thì người ta có thể kết hợp các phương pháp nêu trên với việc chưng cất chân không để phân chia Bitum thành các nhóm chất nhỏ hơn, tuy nhiên không bao giờ thu được các hợp chất ti ...