АНТИСЕПТИК НЕФТЯНОЙ ДЛЯ ПРОПИТКИ ДРЕВЕСИНЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК B27K3/50 B27K3/34 

Изобретение относится к защите древесины от биоповреждений и может быть использовано для пропитки древесины, в частности для пропитки деревянных шпал и брусьев.

Известен пропиточный материал масло каменноугольное для пропитки древесины (ГОСТ 2770), получаемое при коксовании каменного угля на основе 1-ой и 2-ой антраценовой фракции и более легких масел - поглотительного, нафталинового или антраценового фильтрата. Каменноугольное масло является основным защитным средством среди маслянистых антисептиков. Однако данный пропиточный материал обладает рядом недостатков. Во-первых, по токсичности каменноугольное масло относится ко второму классу опасности, что отрицательно сказывается на санитарно-гигиеническом состоянии шпалопропиточных заводов (ШПЗ) и прилегающих территорий. Каменноугольное масло (креозот) имеет неприятный и очень стойкий запах. Во-вторых, температура застывания каменноугольного масла (минус 5-минус 2°С) затрудняет работу в зимний период. Кроме того, каменноугольное масло содержит кристаллический осадок «сырого антрацена» - смеси антрацена, фенантрена, карбазола, - который растворяется в горячем масле только при температуре более 40°С, что затрудняет операции слива налива и ведет к дополнительным энергозатратам на подогрев продукта. В-третьих, каменноугольное масло содержит до 0,3% веществ, не растворимых в толуоле и до 1,5% воды, что отрицательно сказывается на процессе пропитки древесины.

Перечисленные недостатки и ограниченный объем производства масла каменноугольного для пропитки древесины направили исследователей на поиск его заменителей. Была предложена замена каменноугольному антисептику - нефтяной антисептик. Нефтяные антисептики отличаются рядом преимуществ, низкая температура застывания, небольшая вязкость и содержание воды. Нефтяные антисептики, как правило, относятся к малотоксичным веществам (четвертый класс опасности), что важно для санитарно-гигиенического состояния ШПЗ и прилегающих территорий. Среди недостатков нефтяных антисептиков можно отметить меньший уровень фунгицидной токсичности, небольшую плотность по сравнению с каменноугольными антисептиками.

В настоящее время известен «Маслянистый антисептик для пропитки древесины» (патент РФ №2050268, кл. В27K 3/50, 20.12.1995), содержащий продукт высокотемпературной переработки органического сырья - продукт пиролиза нефтяных углеводородов с кинематической вязкостью при 50°С 15-25 мм²/с и дополнительно кубовый остаток ректификации продуктов алкилирования бензола с кинематической вязкостью при 50°С 1,8-4 мм²/с при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Продукт пиролиза нефтяных углеводородов0,1-50,0;Кубовый остаток ректификации продуктов алкилирования бензолаостальное

К недостаткам известного антисептика нефтяного можно отнести следующее. Во-первых, нестабильное качество СТП по температуре вспышки приводит к нестабильной, часто пониженной температуре вспышки в антисептике, что недопустимо при пропитке шпал. Температура защитного средства в течение периода жидкостного давления при пропитке древесины должна быть не менее 90°С и ниже температуры вспышки на 5°С. Во-вторых, относительно высокая температура застывания (до плюс 5°С) осложняет процессы слива и налива, а также хранения в зимний период. В третьих, плотность антисептика меньше и близка по значению к плотности воды. В-четвертых, антисептик, приготовленный по вышеуказанной рецептуре, имеет резкий специфический запах.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является «Антисептик нефтяной для пропитки древесины» (патент РФ №2187429, кл. В27K 3/50, 20.08.2002 г.) с пониженной температурой застывания, содержащий фракции тяжелого газойля каталитического крекинга (140-500°С), и остаток легкого термического крекинга, выкипающий в пределах 380-540°С, в качестве органического депрессатора. К недостаткам известного антисептика нефтяного можно отнести следующее. Во-первых, температура кипения тяжелого газойля достигает 140°С, что приводит к значительному снижению температуры вспышки конечного продукта. Стабилизация тяжелого газойля по температуре начала кипения значительно усложняет технологию изготовления и снижает температуру застывания антисептика. Во-вторых, смешение двух компонентов требует нагревания до температуры 80-90°С, что сопряжено с дополнительными энергозатратами. В-третьих, фракции тяжелого газойля каталитического и легкого остатка термического крекинга являются дефицитными, что вызывает ограниченность сырьевой базы. На данный момент с углублением переработки нефти и введением новых технологий переработки тяжелых остатков, фракции тяжелого газойля каталитического крекинга и легкие остатки термического крекинга подвергаются дальнейшей переработке по экономически более выгодным схемам. В четвертых, технологическая схема большинства ШПЗ рассчитана на пропиточные средства с плотностью больше плотности воды. Это связано с необходимостью быстрого разделения и оседания антисептика при смешивании с водой, которая попадает из древесины во время пропитки. После пропитки излишки антисептика в смеси с водой поступают в бак отстоя, где должно происходить оседание пропитывающего средства, далее антисептик поступает на повторную пропитку. Плотность антисептика по прототипу очень близка к плотности воды, что затрудняет разделение смеси вода-антисептик после цикла пропитки в автоклавах.

Несмотря на то, что антисептик по прототипу имеет низкую температуру застывания (минус 10-минус 35), при температурах, близких к температурам застывания, происходит значительное увеличение вязкости антисептика, что затрудняет процессы слива и налива антисептика в зимний период.

Соответственно задачей настоящего изобретения является расширение сырьевой базы с привлечением отходов нефтехимического производства и дальнейшее снижение температуры застывания антисептика.

Другой задачей настоящего изобретения является создание пропитывающего состава из нефтяного сырья с плотностью больше плотности воды достаточной для уверенного разделения смеси антисептик-вода.

Поставленные задачи решаются тем, что в качестве антисептика для пропитки древесины на основе продуктов нефтяного сырья используют фракцию, выкипающую в пределах 160-360°С, полученную ректификацией абсорбента А-2 или А-8 или смеси, содержащей абсорбент А-2 или А-8, продукт пиролиза нефтяного сырья - смолу пиролиза тяжелую (СПТ), фракцию ароматических углеводородов (ФАУ), отработанное дизельное топливо при следующем соотношении компонентов смеси нефтепродуктов, мас.%:

абсорбент А-2 или А-810-70указанный продукт пиролиза нефтяного сырья10-70фракция ароматических углеводородов10-70отработанное дизельное топливо10-70

Абсорбент марок А-2 и А-8 является попутным продуктом в производстве мономеров для синтетического каучука (бутадиена, изопрена). Абсорбент марки А-8 получают в процессе производства изопрена двухстадийным дегидрированием изопентана. Абсорент А-2 получают в процессе ретификации попутных продуктов производства бутадиена и изопрена. В настоящее время этот продукт выпускается по различным нормативным документам, например абсорбент марки А-2 ТУ 2411-010-4815319-2001, или ТУ 38.103349-85, абсорбент марки А-8 ТУ 38.103349-85. Характеристика указанных марок абсорбента представлена в таблице 1.

Под продуктами пиролиза нефтяного сырья понимают попутные продукты, получаемые при пиролизе бензинового (прямогонный бензин или бензин гидрокрекинга, вакуум-дистиллят прямой перегонки нефти), газового (этан или смесь этана с пропаном) или смеси бензинового и газового сырья. Попутные продукты пиролиза (жидкие продукты пиролиза) образуются в количестве 2-8% (при пиролизе газов), 20-25% (при пиролизе бензина) и 35-40% (при пиролизе вакуум-дистиллята прямой перегонки нефти). Их выпуск осуществляется предприятиями под различными товарными наименованиями и по различным нормативным документам, например смола пиролизная тяжелая (СПТ) ТУ 2451-168-00151727-00, ТУ 38.1021256-89, ТУ 38.1021257-89, жидкие продукты пиролиза (ЖПП) ТУ 38.402-62-144-93 изм.1,2, жидкие продукты пиролиза (ЖПП) марка Е-13 ТУ 38.402-62-130-92 с изм.1-3, фракция жидких продуктов пиролиза (ФЖПП) ТУ 38.402-62-144-93 изм.1, ГОСТ 38-402-62-144-93 изм.1, 2. Предпочтительным для приготовления антисептика использовать в качестве продукта пиролиза нефтяного сырья смолу пиролизную тяжелую (СПТ). Смолу пиролизную тяжелую (СПТ) получают на этиленовых производствах в качестве попутного продукта при пиролизе бензинового или смеси бензинового и газового сырья; она состоит из смеси ароматических углеводородов C₈ и выше, в том числе нафталина, метилнафталинов (Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Изд-во «Гилем», Уфа, 2002 г.).

Характеристика указанного продукта пиролиза нефтяного сырья (смолы пиролизной тяжелой) представлена в таблице 2.

Также для получения антисептика используют фракции ароматических углеводородов (ФАУ) ТУ 2414-00348082088-2001 ЗАО «Каучук» г.Всеволжск и отработанного дизельного топлива (ОДТ) ТУ 6-00-0203335-41-89 ОАО «Казаньоргсинтез».

Под фракцией ароматических углеводородов ФАУ понимают попутный продукт, образующийся в процессе дегидрирования изобутана. Характеристика указанного продукта представлена в таблице 3.

Под отработанным дизельным топливом понимают продукт, образующийся при использовании дизельного топлива в качестве охлаждающего и промывного агента пирогаза при производстве этилена. Характеристика указанного продукта представлена в таблице 4.

Облегчение задачи получения антисептика с заданными показателями по значению вязкости и плотности может быть достигнуто, если предварительно полученную фракцию 160-360°С разделить ректификацией на более легкую и тяжелую, а затем их смешать в необходимой пропорции.

Таким образом, другим вариантом достижения поставленных задач является использование в качестве антисептика нефтяного для пропитки древесины на основе продуктов переработки нефтяного сырья смеси фракций, выкипающих в пределах 160-250°С и 250-360°С, полученных из кубового остатка, выкипающего в пределах 160-360°С от ректификации абсорбента А-2 или А-8, или смеси нефтепродуктов, содержащей абсорбент А-2 или А-8, продукт пиролиза нефтяного сырья - смолу пиролиза тяжелую (СПТ), фракцию ароматических углеводородов (ФАУ), отработанное дизельное топливо при вышеуказанном соотношении компонентов, при этом указанные фракции используют при следующем соотношении, мас.%:

фракция, выкипающая в пределах 160-250°С25-75фракция, выкипающая в пределах 250-360°С25-75

Изменение пропорций смешения легкой и тяжелой фракций позволяет получить антисептик точно по заданным параметрам вязкости и плотности в зависимости от изменения качества сырья и требований шпалопропитывающих заводов.

Процедура получения предлагаемого состава по варианту 1 следующая. В колбу Энглера (125 мл) помещают абсорбент марки А-2 или А-8 (таблица 5, примеры 1-2) или смесь компонентов по изобретению в различных сочетаниях (примеры 3-20). Ректификацию проводят в аппарате для разгонки нефтепродуктов при атмосферном давлении по общепринятой методике ГОСТ 2177. Прибор состоит из расположенного на штативе кожуха с установленной в верней части колбой Энглера, а в нижней части газового или электрического нагревателя. К колбе Энглера присоединяется холодильник, в который подается охладительная вода. Скорость тока воды регулируется так, чтобы температура ее на сливе была не выше +30°С. В шейку колбы с сырьевыми компонентами вставляют ртутный термометр. Под нижний конец трубки холодильника устанавливается мерный цилиндр для приема отогнанного продукта. После сборки аппарата начинают равномерно нагревать колбу так, чтобы до падения первой капли дистиллята прошло 5-10 мин. Перегонку ведут с равномерной скоростью 4-5 мл в минуту. Нагрев ведут до температуры 160°С, после чего нагрев прекращают и дают стечь дистилляту в течение 5 мин. После ректификации кубовый остаток перегонки (фракция 160-360°С), который находится в колбе Энглера, охлаждают до комнатной температуры и подвергают испытаниям. Дистиллят, получаемый при ректификации (фракция 25-160°С), в процессе приготовления состава по изобретению не используется. Фракция 25-160°С может применяться как компонент автомобильного бензина или подвергаться дальнейшей переработке с целью извлечения бензола, толуола и ксилолов.

Процедура получения предлагаемого состава по варианту 2 следующая. В колбу Энглера (125 мл) помещают фракцию 160-360°С, полученную по примеру №19-20. Ректификацию проводят в аппарате для разгонки нефтепродуктов по общепринятой методике ГОСТ 2177. После сборки аппарата, описанного при получении состава по варианту 1, начинают равномерно нагревать колбу так, чтобы до падения первой капли дистиллята прошло 10-15 мин. Перегонку ведут с равномерной скоростью 4-5 мл в минуту. Нагрев ведут до температуры 250°С, после чего нагрев прекращают и дают стечь дистилляту в течение 5 мин. После ректификации дистиллят (фракция 160-250°С) и кубовый остаток перегонки (фракция 250-360°С), который находится в колбе Энглера, охлаждают до комнатной температуры. Полученные фракции 160-250°С (30 мас.%) и 250-360°С^{(70 мас.%) охлаждают и смешивают в колбе 150 мл в соотношениях, указанных в таблице 5, примеры 21-30.}

Исследование свойств полученных образцов антисептика проводили в соответствии с известными методиками: вязкость кинематическая при 80°С по ГОСТ 33; температура застывания по ГОСТ 20287; температура вспышки, определяемая в открытом тигле по ГОСТ 4333; содержание воды по ГОСТ 2477; плотность при 20°С по ГОСТ 3900.

Данные по свойствам известных и предлагаемых составов представлены в таблице 6.

Из таблицы видно, что независимо от того в отдельности использовались сырьевые компоненты (примеры 1, 2) или в смеси (примеры 3-20, 21-24, 27-29) антисептик удовлетворяет требованиям ГОСТ 20022.5-93 «Защита древесины. Автоклавная пропитка маслянистыми защитными средствами» и в некоторых случаях превосходит прототип по температуре застывания (примеры 1-4, 7-8, 11-16, 19-22, 26-28). Взаимозаменяемость компонентов для приготовления составов положительно сказывается на гибкости процесса их приготовления, исходя из наличия (или отсутствия) того или иного продукта.

Из таблиц 5 и 6 следует, что в отдельности полученные фракции 160-250°С и 250-360°С не удовлетворяют всем требованиям ГОСТ 20022.5-93 и поэтому не могут быть использованы в качестве антисептика самостоятельно (примеры 21, 25, 26, 30). При добавлении в легкую фракцию уже 25% тяжелого остатка получается антисептик удовлетворительного качества (примеры 22, 27). Увеличение содержания тяжелого остатка более 75% нежелательно по причине значительного увеличения вязкости антисептика (примеры 24, 29).

Из таблицы 6 видно, что плотность антисептика по изобретению во всех вариантах больше плотности воды и по своему значению превосходит прототип. Исключением являются примеры 21, 26, где рассматривается фракция 160-250°С, не может быть использована в качестве антисептика самостоятельно.

Таким образом, предлагаемые составы успешно решают задачу увеличения плотности антисептика при одновременном расширении сырьевой базы и улучшении технико-экономических показателей процесса за счет вовлечения отходов производства и повышения гибкости процесса приготовления составов.

Таблица 1Физико-химическая характеристика абсорбента марки А-2 и А-8Наименование показателяА-2А-81. Фракционный состав:  температура начала кипения, °С, не ниже6525температура конца кипения, °С, не выше370380количество фракции, выкипающей до температуры 185°С, об.%, не ниже-65количество фракции, выкипающей до температуры 300°С, об.%, не ниже45-2.Массовая доля фактических смол при 30-дневном хранении, мг/100 см³8000150004. Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже92минус 555. Массовая доля общей серы, %, не более1,0-6. Испытание на медной пластинкевыдерживаетвыдерживает8. Содержание свободной воды, мас.%отс.отс.11. Внешний видтемная без механических примесей жидкостьжидкость от коричневого до черного цвета12. Плотность при 15°С, г/см³0,800-0,9500,700-0,950

Таблица 2Физико-химическая характеристика продукта пиролиза нефтяного сырьяНаименование показателяСмола пиролиза тяжелая (СПТ)1. Фракционный состав: температура начала кипения, °С155температура 3% отгона, °С1702. Вязкость кинематическая при 50°С, мм²/с303. Вязкость кинематическая при 80°С, мм²/с54. Температура вспышки в открытом тигле, °С1065. Температура вспышки в закрытом тигле, °С746. Массовая доля механических примесей, мас.%0,017. Массовая доля воды, мас.%0,58. Плотность при 20°С, г/см³1,0649. Массовая доля ионов натрия, %0,0110. Массовая доля ионов калия, %0,00111. Коксуемость, %16

Таблица 3Физико-химическая характеристика фракции ароматических углеводородов (ФАУ)Наименование показателяФракция ароматических углеводородов (ФАУ)1. Внешний видЛегкоподвижная жидкость от желтого до коричневого цвета без механических примесей2. Плотность при 20°С, в пределах0,8-0,93. Массовая доля фактических смол, мг/100 см³, не более4,04. Фракционный состав: температура начала кипения, °С50температура 90% отгона, °С1755. Содержание ксилола, мас.%68-726. Содержание бензола, мас.%67. Содержание толуола, мас.%10-14

Таблица 4Физико-химическая характеристика отработанного дизельного топлива (ОДТ)Наименование показателяОтработанное дизельное топливо (ОДТ)1. Плотность при (20±1)"С, г/см³, не более0,92. Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С, не ниже303. Массовая доля воды, %, не более1,04. Массовая доля механических примесей, %, не более1,05. Вязкость кинематическая при (50,0±0,1)°С, мм²/с (сСт), не более126. Зольность, %, не более0,27. Массовая доля серы, %, не более0,5

Таблица 5Данные о содержании ингредиентов в исследуемых составах№ примераСодержание сырьевых компонентов для получения фракции 160-360°С в смеси до ректификации, мас.% (Вариант 1)Соотношение фракций, полученных ректификацией кубового остатка 160-360°С, мас.% (Вариант 2)абсорбентТСПФАУОДТ160-250°С250-360°СА-2А-81100 -----2-100-----370-101010--4-70101010--510-701010--6-10701010--710-107010--8-10107010--910-101070--10-10101070--1149-171717--12-49171717 --1317-491717--14-17491717--1517-174917--16-17174917--1717-171749--18-17171749--1925-252525--20 25252525--21-----100-22-----752523-----505024-----257525------10026     100-27     752528     505029     257530     -100

Таблица 6Данные о свойствах известных и предлагаемого составов№ примера (по табл.6)Наименование показателяВязкость кинематическая при 80°С, мм²/с, по ГОСТ 33Температура застывания, °С, по ГОСТ 20287Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С, по ГОСТ 4333Содержание воды, %, по ГОСТ 2477Плотность при 20°С, г/см³, ГОСТ 3900По ГОСТ 2770 с изм. 1-4 «Масло каменноугольное для пропитки древесины»--110Не более 1,5Не более 1,13По ГОСТ 20022.5-93 «Защита древесины. Автоклавная пропитка маслянистыми защитными средствами».Не более 5-Не менее плюс 95Не более 5-По прототипу3,81-4,04минус 10-35120-1520,1-0,50,998-1,00114,95Минус 50970,31,12024,52Минус 52950,121,0534,75Минус 491060,251,08144,70Минус 521040,211,07054,40Минус 311350,091,03564,31Минус 351320,091,03173,5Минус 591020,071,01783,4Минус 601000,081,01594,5Минус 171180,31,041104,3Минус 191140,271,037114,3Минус 451080,141,072124,0Минус 471050,111,050134,3Минус 431190,11,028144,2Минус 451150,091,024153,8Минус 491050,091,020163,7Минус 511030,071,015174,5Минус 151120,211,033184,3Минус 171100,191,030194,2Минус 371100,11,045204,1Минус 401060,091,040

Таблица 6 (продолжение)Данные о свойствах известных и предлагаемого составов№ примера (по табл.6)Наименование показателяВязкость кинематическая при 80°С, мм²/с, по ГОСТ 33Температура застывания, °С, по ГОСТ 20287Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С, по ГОСТ 4333Содержание воды, %, по ГОСТ 2477Плотность при 20°С, г/см³, ГОСТ 3900По ГОСТ 2770 с изм. 1-4 «Масло каменноугольное для пропитки древесины»--110Не более 1,5Не более 1,13По ГОСТ 20022.5-93 «Защита древесины. Автоклавная пропитка маслянистыми защитными средствами».Не более 5-Не менее плюс 95Не более 5-По прототипу3,81-4,04Минус 10-35120-1520,1-0,50,998-1,001211,1Минус 50750,051,001222,5Минус 45960,071,015234,3Минус 351070,11,036245,2Минус 171260,121,0472519Минус 51400,11,112261,0Минус 52700,061,000272,4Минус 43950,081,010284,1Минус 371050,11,030295,1Минус 201200,111,0423017Минус 71350,11,062

Изобретение относится к защите древесины от биоповреждений и может быть использовано для пропитки древесины. Описан антисептик нефтяной для пропитки древесины на основе продуктов переработки нефтяного сырья, по первому варианту антисептик представляет собой фракцию, выкипающую в пределах 160-360°С, полученную ректификацией абсорбента, А-2 или А-8 или смеси нефтепродуктов, содержащей 10-70 мас.% абсорбента А-2 или А-8, 10-70 мас.% продукта пиролиза нефтяного сырья - смолы пиролизной тяжелой, 10-70 мас.% фракции ароматических углеводородов, 10-70 мас.% отработанного дизельного топлива, по второму варианту антисептик содержит смесь фракций, выкипающих в пределах 160-250°С и 250-360°С, полученных из кубового остатка, выкипающего в пределах 160-360°С, от ректификации абсорбента А-2 или А-8 или вышеописанной смеси нефтепродуктов при соотношении фракций 25-75:25-75 (мас.%). Технический результат - предлагаемые составы имеют улучшенные физико-химические свойства - плотность больше плотности воды, низкую температуру застывания, одновременно позволяют расширить сырьевую базу и улучшить технико-экономические показатели процесса за счет вовлечения отходов производства и повышения гибкости процесса приготовления составов. 2 н.п. ф-лы, 6 табл.

1. Антисептик нефтяной для пропитки древесины на основе продуктов переработки нефтяного сырья, отличающийся тем, что представляет собой фракцию, выкипающую в пределах 160-360°С, полученную ректификацией абсорбента А-2 или А-8 или смеси нефтепродуктов, содержащей абсорбент А-2 или А-8, продукт пиролиза нефтяного сырья - смолу пиролиза тяжелую, фракцию ароматических углеводородов, отработанное дизельное топливо при следующем соотношении компонентов смеси нефтепродуктов, мас.%:

абсорбент А-2 или А-810-70указанный продукт пиролиза нефтяного сырья10-70фракция ароматических углеводородов10-70отработанное дизельное топливо10-70

фракция, выкипающая в пределах 160-250°С25-75фракция, выкипающая в пределах 250-360°С25-75