关于改质沥青的甲苯不溶物和喹啉不溶物生产控制的改造

对改质沥青的甲苯不溶物和喹啉不溶物生产控制的研究摘要：应用生产数据研究生产控制条件如何影响改质沥青的甲苯不溶物和喹啉不溶物的含量。

关键词：改质沥青、甲苯不溶物、喹啉不溶物、生产控制
前言：
我厂采用的是常压反应对中温沥青进行热处理，生产改质沥青的工艺流程。

对普通中温沥青进行热处理时，沥青中的芳烃分子在热缩聚过程中产生氢，甲烷和水，同时沥青中原有的β树脂的一部分转化为a树脂，苯溶物的一部分转化为β树脂，a成分增长，粘结性增加，沥青得到改质。

因掌握资料有限，我们对如何控制改质沥青甲苯不溶物和喹啉不溶物，一无所知。

为此，我们做了许多努力和偿试，找到了控制甲苯不溶物和喹淋不溶物的规律。

1、开启思路：
中温沥青在反应釜中进行热处理时的化学反应相当复杂，通过对具体的化学反应来研究生产条件对甲苯不溶物（BI）和喹啉不溶物（QI）的影响，显然是不可能的。

借鉴因次分析原理，我们把中温沥青在反应行釜中的热处理过程虚化为如下反应式：
B Z
Q
其中：Z 中温沥青
B 甲苯不溶物（BI ） Q 喹啉不溶物（QI ）
于是，可以建立如下一个反应速率方程式： r z ＝k z C n z
由全混流反应器的设计方程，得下式： C zo X ZF
(R Z ) f
将A rr heniss （反应速率常数与温度的关系）方程引入，得如下方程：
τ．k zo C n zf .exp （－E/ RT ） C zo
式中：τ 反应目的停留时间；
C z 中温沥青的有效浓度； C zo 中温沥青的初始有效浓度；
τ＝
X zf =
C zf 反应器出口中温沥青的有效浓度；
X zf中温沥青的最终转化率；
K z反应速率常数；
K zo反应速率常数的指前因子；
E 反应活化能；
R 理想气体常数；
T 反应温度。

从上式中可以看出，影响反应的转化率因素中，可控因素有：反应温度、反应时间、反应浓度。

按照上面分析的三个可控因素，我们从生产数据中收集整理得如下数据；（下面两组数据均为单釜生产时的数据）
中温沥青软化点85℃
BI 18％左右
QI 6％左右
中温沥青软化点85℃
BI 22％左右
QI 12％左右
2、数据分析
我们将进入反应釜的沥青量按τ＝V R/V o按算为反应停留时间：是如下数据。

中温沥青软化点85℃
BI 18％左右
QI 6％左右
中温沥青软化点 85℃ BI 18％左右 QI 6％左右 将第一组数据绘在二维坐标上
.h
QI ％
τ.h
400℃
从图上可以看出：
温度↑BI↑QI↑
时间↑BI↑QI↑
在实际生产中，这个结论仍然无法解决如何控制BI和QI的问题，但是，当我们把数据重新绘制成下面的二维坐标上时：
Т℃
8h
℃
于是，我们得到一条非常重要的信息：在反应湿度高于380℃时，QI增幅明显加快，而在低于380℃时，QI值增幅速
率变化不明显，换句话说：若B物质作为目的产物时，在低于380℃下生产可获得较高的选择性。

否则，若将Q做为目的产物时，在高于380℃以上生产可获得较高的选择性。

在实际生产中，我们的目的是控制反应过程的选择性并获得一定的收率。

由Y B=S B X（收率与选择性和总转化率的关系）可以看出，当温度确定后（选择性确定），反应的收率由转化率来决定，再由前面的推导式：
τ．k zo C n zf .exp（－E/RT ）
X zf=
C zo
显然，转化率X与反应时间τ呈正比关系。

即：反应时间↑，收率↑。

我们对第二组数据进行分析时，得到的结果与第一组数相同。

从两组数据的对比分析来看，中温沥青中原有的BI和QI几乎对反应过程的选择性没有影响，只不过收率在中温沥青原有的BI和QI基础上进行了简单叠加而己。

3、应用效果
我厂自把上面结论应用到生产中以来，改质沥青BI和
QI 的合格率从0％上升到80％以上。

2003年，我们将反应釜由单釜生产改为两釜串联生产，又收集一组数据如下：
中温沥青软化点 85℃ BI 18％左右 QI 6％左右 我们将上面数据绘在二维坐标上
BI ％
τ（16h ）
℃)
t.℃
380 得到与
前二组数据（单釜生产）相同的结论：
反应过程 Z 在380℃时，形成QI 的选择性 存在一极小值点
. Q
4、结论再假设 B
我们知道：任何类似于Z 的平行反应， Q 其选择性：
r ZB K BO . C B n1 exp （ －E B ／RT ）
r ZQ +r ZB K B O C B n 1 exp ( －E B /R T )＋K Q O C Q n 2.exp （－ E Q ／R T ）
当S B 对T 求导时，S B 没有导数存在，这说明平行反应 B
Z 其选择性S B 与温度T 的关系上不存在极值点。

Q B
换句话说，平行反应Z 不存在一个温度点，使选
S B
11 Q
择性S 达到大值或极小值。

或者说中温沥青在热处理改质时，不可能只发生 这个平衡反应。

结合生产数据，我们做了一个大胆的假设：
中温沥青在低于380℃，只发生平行反应 而在温度高于380℃，才会发生B Q 的反应。

或者说，要使B Q 发生，必须使反应温度达到380℃以上。

这样的假设能很好地与生产数据拟合。

参考文献：
1、郭树才主编：煤化工工艺学，北京：化学工业出版社，1992.5；
2、朱炳辰主编：化学反应工程，北京：化学工业出版社，2001.1；
B
Z Q
B
Z Q。