антисептик нефтяной для пропитки древесины (варианты)

Формула изобретения

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-8	10-70
указанный продукт пиролиза нефтяного сырья	10-70
фракция ароматических углеводородов	10-70
отработанное дизельное топливо	10-70

2. Антисептик нефтяной для пропитки древесины на основе продуктов переработки нефтяного сырья, отличающийся тем, что 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 смеси нефтепродуктов, содержащей абсорбент А-2 или А-8 10-70 мас.%, смолу пиролиза тяжелую 10-70 мас.%, фракцию ароматических углеводородов 10-70 мас.%, отработанное дизельное топливо 10-70 мас.% при следующем соотношении, мас.%:

фракция, выкипающая в пределах 160-250°С	25-75
фракция, выкипающая в пределах 250-360°С	25-75

Описание изобретения к патенту

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 мм ²/с при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Продукт пиролиза нефтяных углеводородов	0,1-50,0;
Кубовый остаток ректификации продуктов
алкилирования бензола	остальное

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-8	10-70
указанный продукт пиролиза нефтяного сырья	10-70
фракция ароматических углеводородов	10-70
отработанное дизельное топливо	10-70

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°С	25-75
фракция, выкипающая в пределах 250-360°С	25-75

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 1
Физико-химическая характеристика абсорбента марки А-2 и А-8
Наименование показателя	А-2	А-8
1. Фракционный состав:
температура начала кипения, °С, не ниже	65	25
температура конца кипения, °С, не выше	370	380
количество фракции, выкипающей до температуры 185°С, об.%, не ниже	-	65
количество фракции, выкипающей до температуры 300°С, об.%, не ниже	45	-
2.Массовая доля фактических смол при 30-дневном хранении, мг/100 см3	8000	15000
4. Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже	92	минус 55
5. Массовая доля общей серы, %, не более	1,0	-
6. Испытание на медной пластинке	выдерживает	выдерживает
8. Содержание свободной воды, мас.%	отс.	отс.
11. Внешний вид	темная без механических примесей жидкость	жидкость от коричневого до черного цвета
12. Плотность при 15°С, г/см3	0,800-0,950	0,700-0,950

Таблица 2
Физико-химическая характеристика продукта пиролиза нефтяного сырья
Наименование показателя	Смола пиролиза тяжелая (СПТ)
1. Фракционный состав:
температура начала кипения, °С	155
температура 3% отгона, °С	170
2. Вязкость кинематическая при 50°С, мм2/с	30
3. Вязкость кинематическая при 80°С, мм2/с	5
4. Температура вспышки в открытом тигле, °С	106
5. Температура вспышки в закрытом тигле, °С	74
6. Массовая доля механических примесей, мас.%	0,01
7. Массовая доля воды, мас.%	0,5
8. Плотность при 20°С, г/см 3	1,064
9. Массовая доля ионов натрия, %	0,01
10. Массовая доля ионов калия, %	0,001
11. Коксуемость, %	16

Таблица 3
Физико-химическая характеристика фракции ароматических углеводородов (ФАУ)
Наименование показателя	Фракция ароматических углеводородов (ФАУ)
1. Внешний вид	Легкоподвижная жидкость от желтого до коричневого цвета без механических примесей
2. Плотность при 20°С, в пределах	0,8-0,9
3. Массовая доля фактических смол, мг/100 см3, не более	4,0
4. Фракционный состав:
температура начала кипения, °С	50
температура 90% отгона, °С	175
5. Содержание ксилола, мас.%	68-72
6. Содержание бензола, мас.%	6
7. Содержание толуола, мас.%	10-14

Таблица 4
Физико-химическая характеристика отработанного дизельного топлива (ОДТ)
Наименование показателя	Отработанное дизельное топливо (ОДТ)
1. Плотность при (20±1)"С, г/см 3, не более	0,9
2. Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С, не ниже	30
3. Массовая доля воды, %, не более	1,0
4. Массовая доля механических примесей, %, не более	1,0
5. Вязкость кинематическая при (50,0±0,1)°С, мм 2/с (сСт), не более	12
6. Зольность, %, не более	0,2
7. Массовая доля серы, %, не более	0,5

Таблица 5
Данные о содержании ингредиентов в исследуемых составах
№ примера	Содержание 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)
	абсорбент		ТСП	ФАУ	ОДТ	160-250°С	250-360°С
	А-2	А-8
1	100		-	-	-	-	-
2	-	100	-	-	-	-	-
3	70	-	10	10	10	-	-
4	-	70	10	10	10	-	-
5	10	-	70	10	10	-	-
6	-	10	70	10	10	-	-
7	10	-	10	70	10	-	-
8	-	10	10	70	10	-	-
9	10	-	10	10	70	-	-
10	-	10	10	10	70	-	-
11	49	-	17	17	17	-	-
12	-	49	17	17	17		--
13	17	-	49	17	17	-	-
14	-	17	49	17	17	-	-
15	17	-	17	49	17	-	-
16	-	17	17	49	17	-	-
17	17	-	17	17	49	-	-
18	-	17	17	17	49	-	-
19	25	-	25	25	25	-	-
20		25	25	25	25	-	-
21	-	-	-	-	-	100	-
22	-	-	-	-	-	75	25
23	-	-	-	-	-	50	50
24	-	-	-	-	-	25	75
25	-	-	-	-	-	-	100
26						100	-
27						75	25
28						50	50
29						25	75
30						-	100

Таблица 6
Данные о свойствах известных и предлагаемого составов
№ примера (по табл.6)	Наименование показателя
	Вязкость кинематическая при 80°С, мм2/с, по ГОСТ 33	Температура застывания, °С, по ГОСТ 20287	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С, по ГОСТ 4333	Содержание воды, %, по ГОСТ 2477	Плотность при 20°С, г/см3, ГОСТ 3900
По ГОСТ 2770 с изм. 1-4 «Масло каменноугольное для пропитки древесины»	-	-	110	Не более 1,5	Не более 1,13
По ГОСТ 20022.5-93 «Защита древесины. Автоклавная пропитка маслянистыми защитными средствами».	Не более 5	-	Не менее плюс 95	Не более 5	-
По прототипу	3,81-4,04	минус 10-35	120-152	0,1-0,5	0,998-1,001
1	4,95	Минус 50	97	0,3	1,120
2	4,52	Минус 52	95	0,12	1,05
3	4,75	Минус 49	106	0,25	1,081
4	4,70	Минус 52	104	0,21	1,070
5	4,40	Минус 31	135	0,09	1,035
6	4,31	Минус 35	132	0,09	1,031
7	3,5	Минус 59	102	0,07	1,017
8	3,4	Минус 60	100	0,08	1,015
9	4,5	Минус 17	118	0,3	1,041
10	4,3	Минус 19	114	0,27	1,037
11	4,3	Минус 45	108	0,14	1,072
12	4,0	Минус 47	105	0,11	1,050
13	4,3	Минус 43	119	0,1	1,028
14	4,2	Минус 45	115	0,09	1,024
15	3,8	Минус 49	105	0,09	1,020
16	3,7	Минус 51	103	0,07	1,015
17	4,5	Минус 15	112	0,21	1,033
18	4,3	Минус 17	110	0,19	1,030
19	4,2	Минус 37	110	0,1	1,045
20	4,1	Минус 40	106	0,09	1,040

Таблица 6 (продолжение)
Данные о свойствах известных и предлагаемого составов
№ примера (по табл.6)	Наименование показателя
	Вязкость кинематическая при 80°С, мм2/с, по ГОСТ 33	Температура застывания, °С, по ГОСТ 20287	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С, по ГОСТ 4333	Содержание воды, %, по ГОСТ 2477	Плотность при 20°С, г/см 3, ГОСТ 3900
По ГОСТ 2770 с изм. 1-4 «Масло каменноугольное для пропитки древесины»	-	-	110	Не более 1,5	Не более 1,13
По ГОСТ 20022.5-93 «Защита древесины. Автоклавная пропитка маслянистыми защитными средствами».	Не более 5	-	Не менее плюс 95	Не более 5	-
По прототипу	3,81-4,04	Минус 10-35	120-152	0,1-0,5	0,998-1,001
21	1,1	Минус 50	75	0,05	1,001
22	2,5	Минус 45	96	0,07	1,015
23	4,3	Минус 35	107	0,1	1,036
24	5,2	Минус 17	126	0,12	1,047
25	19	Минус 5	140	0,1	1,112
26	1,0	Минус 52	70	0,06	1,000
27	2,4	Минус 43	95	0,08	1,010
28	4,1	Минус 37	105	0,1	1,030
29	5,1	Минус 20	120	0,11	1,042
30	17	Минус 7	135	0,1	1,062