& es k Statens väg- och trafikinstitut. Uppdragsgivare: Vägverket. Distribution: begränsad. VPlnotat. Nummer: V 58 Datum:

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "& es k Statens väg- och trafikinstitut. Uppdragsgivare: Vägverket. Distribution: begränsad. VPlnotat. Nummer: V 58 Datum:"

Ann-Charlotte Lindgren
för 5 år sedan
Visningar:

VPlnotat Nummer: V 58 Datum: 1988-01-15 Titel: Bitumen och dess kemi.

1 VPlnotat Nummer: V 58 Datum: Titel: Bitumen och dess kemi. Minnesanteckningar från ett - studiebesök vid Neste OY (Finland) Författare: Liliane Berglund Avdelning: Vägavdelningen (Materialsektionen) Projektnummer: Projektnamn:. Bitumens kemiska sammansättning Uppdragsgivare: Vägverket Distribution: begränsad & es k Statens väg- och trafikinstitut a,[vi?/;;]???ali/(. Pa: Linköping. Tel Telex S [1] Besök: Olaus Magnus väg 3Z, Linköping

2 INNEHÅLLSFÖRTECKNING Sida 1 BAKGRUND NNPPNPN WNH KEMISK ANALYS AV BITUMEN Kolonnkromatøgrafl (adsorptionskromatografi) Iatroscan (TLC/FID) Inledande teori Nestes erfarenheter Jämförelse mellan LCPCs och Nestes metoder Nestes erfarenheter av GPC-HPLC GNU-:www N 3 SAMMANFATTNING OCH PERSONLIGA INTRYCK 4 REFERENSER

3 För att få ytterligare information och uppgifter om kemiska analysme» toder av bitumen fick jag tillfälle att göra ett studiebesök på Neste i Finland den 16 december Den person jag mötte var Siv Schuller Kemist i utvecklingsgruppen l BAKGRUND Neste OY grundades 1948 för att trygga Finlands oljeförsörjning. Det är ett statligt ägt bolag, som omsätter 35 miljarder mark per år och har 5200 anställda. Nestes verksamhetsområde omfattar: Oljeraffinering Kemisk industri.rederi Batteritillverkning Forskning och utvecklingsarbetet görs inom "teknologigruppen". De består av 6 forskare och 13 tekniker. Beträffande bitumen och vägbeläggningar läggs tyngdpunkten på - modifierade bitumen -= polymermodifierade bitumen - oxiderade bitumen - emulsioner - dubbar med mindre slitage - systemutveckling på vägsidan

4 2 2 KEMISK ANALYS AV BITUMEN 2.1 Kolonnkromatografi (adsorptionskromatografi) Bitumen består av en mycket stor mängd olika molekyler. Det är omöjligt att studera varenda molekyl, man separerar dem i grupper i stället. Denna gruppering sker på basis av molekylernas polaritet, struktur, kemiska reaktivitet, storlek m m. I Frankrike (LCPC) använder man en modifierad Corbett-metod för att få bitumens generiska komposition (VTI Notat 56). Med denna metod separerar man molekylerna i 4 grupper: Asfaltener - Mättade oljor Resiner Aromatiska oljor Det är huvudsakligen polaritet som skiljer grupperna åt. Neste använder Sawatzkys metod som de har modifierat och separerar bitumen i : - mättade oljor - monoaromatiska - diaromatiska - polyaromatiska - polära komponenter -» asfaltener Det är både molekylernas polaritet och struktur som skiljer grupperna åt. Beträffande den trafitionella kolonnkromatogratin har Neste samma erfarenhet som LCPC; den är tidskrävande (i vecka per prov) och har dålig repeterbarhet

5 [ *I I 1 I I 1 1 I I. I I lngfman_l 5./0 CQHS _L 1570 CSHG Polar MiXthB C 5 Tin (normallcsl inlnormallcgr then methonol. o _ _. 8.. W.i.. 1;. -å gå 0 E m o.. _, :5 -* -C n.. O - a m.3 3 _, O c O 0.. /J få ä l ä.e 2 " 2. S av C q_ T L? I 3 _ 3 (S i.2 en 0 V i n i 1 l A J Elutnon volume (ml l Kromatogram enligt Sawatzkis metod. 2.2 Iatroscan (TLC/FID) TLC står för Thin Layer Chromatography (tunnsiktekromatografi). FID står för Flame ionization detector (flamionisationsdetektor) Inledande teori Kromatografi är en separationsmetod som innebär en uppdelning av ett provs komponenter genom påverkan av såväl en rörlig som en stationär fas. Dessa faser kan var för sig utgöras av engas, en vätska eller ett fast ämne. Beroende på hur man kombinerar dessa erhåller man olika typer av kromatografi, som kan indelas i två huvudgrupper, nämligen gas- och vätskekromatografi. I vätskekromatografi utgöres den rörliga fasen av en vätska, medan den stationära kan vara antingen en vätska (fördelningskromatografi) eller ett fast adsorberande ämne (adsorptionskromatografi). Adsorptionskromatografi är den vanligaste principen vid tunnskiktskromatografi.

6 M Swnnåm, _. - *$a.åer-b. m-mw..-_. w, _-" _._.._._.-,. ma...,..._..._ w...- amma _-, _ , i.. ÄTÅÄQQ -i.i M W..., -_.i, i _ YLQH - m -_ - -.V_--.-. W-... v. _,.7 w.f nu.. -v-_rprov i.lnênmqs nuclcqmårhâw. \ behållare. 0,. 9.Er-.ha?in aa Mnmpo n emie 1^ Principskiss för tunnskiktskromatografi. I Iatroscan består den stationära fasen av en eller flera smala stavar övertäckta med en tunn silicagel (silicagel chromarod). Den rörliga fasen utgörs av olika organiska lösningsmedel. Separationsgraden beror på. antalet och typ av lösningsmedel. Iatroscan finns tillgänglig på marknaden sedan 6 är. Trots denna korta tid används latroscanen intensivt, särskilt av oljebolagen, men även av forskningsinstitut. Newman, Howells Associates Ltd (leverantören) följer forskningen med Iatroscan. En lista över publikationer, kan fås på begäran Nestes erfarenhet Neste anskaffade en Iatroscan i augusti En person arbetar med den på heltid. Då ingen metod finns standardiserad, blev det första steget att hitta lämplig lösningsmedelkombination, tid, provmängd, m m. Nu testar de apparatens noggrannhet. De har hittills använt samma bitumen för dessa försök. När de har hittat en tillfredsställande metod, vill de studera hur tillverkningsprocessen påverkar bitumens kemiska sammansättning. Då de känner till räoljans ursprung och den tillverkningsprocess den har genomgått behöver de inte göra ett fingeravtryck på bitumen. Vidare

7 vill de kunna hitta ett samband mellan bitumens kemi och dess mekaniska och fysiska egenskaper Jämförelse mellan LCPCs och Nestes metoder Neste och LCPC använder olika lösningsmedelskombinationer vid analys av bitumen. - LCPC a) Utfällning av asfaltener med n-heptan b) Eluering av demättade oljorna med n-heptan c) Eluering av de aromatiska oljorna med en blandning av toluen och kloroform (90/10 vol-%) A. Mättade oljor B. Aromatiska oljor C. Resiner Kromatogram från Iatroscan enligt "LCPCs" system. - Neste Neste tänker använda följande lösningsmedel a) n-heptan b) En blandning av toluen och heptan (80/20 vol-%) c) En blandning av metanol och diklorometan (5/ 95 vol-%)

8 Crudc pccrogeumf..-_...._.:._ E. 1 i _ - -. Identification. f i å 5 ; z "5. Asáhaltinês 51 a {k ef s*i a ; d. Polar Resins:? e _PoLymNue4earTAfomaeies l ct. Aroma ths i i g ;. e:. Sa tu ra tes 2 g l ; i o :. z _armh_ ;..-_ ! _.. ; t On_ 2 I i L. i 2,, i 2 l i : a * ä. Qi.... i g. : "! 72: u ; -.- : I o _ a *»mm-< o- r ""- 9--" i? Q "-- ""1r-.. _.-_ , _.u _._ I i l - l i. I _--..L-.m _...._. 5 3 l l 2 I 2 l 3. i,. 1 -_.-» -0- to kan _--0_.:-v : : s 2 l 2 i I: 3 s i _:. 5 3 \ 3 1. $ :1: i : " ZLO: i i 3 I 3 f I * : : -. _bo-n ua..- i - b _- -o _ ; l i : l l. I I. 5 I I \ /.. g : - z 1 i l 1- l a...0- o-.a-m a "1 -._ _g Kromatogram från Iatroscan enligt "Nestes" system. 2.3 Nestes erfarenheter av GPC-HPLC Neste har även viss erfarenhet av GPC och HPLC. Till skillnad från LCPC i Frankrike har Neste inte kunnat hitta ett användbart system för att analysera bitumen med GPC (gelfiltreringskromatografi). De har försökt studera molekylernas molviktsfördelning men fick ingen avgörande skillnad mellan olika bitumen. Däremot använder de GPC för att studera polymerfodifierade bitumen (det gör även Nynäs).

9 Vad gäller HPLC (högtryckvätskekromatografi) har de inte heller hittat ett bra sätt att använda den till bitumen. 3 SAMMANFATTNING OCH PERSONLIGA INTRYCK Då de sysslar med andra petroleumprodukter än bitumen, har Neste ett mycket väl utrustat laboratorium. Vår diskussion ägnades dock mest åt Iatroscan. Det är den enda apparat hittills som relativt snabbt ger bitumens generiska komposition. Då den ger en semikvantitativ analys kan man jämföra olika bitumen med varandra. Den kräver mycket lite provmängd (10 1 per rod). Vi skulle kunna använda den för att karakterisera bitumen med l.tkomponenter och på så sätt göra ett "fingeravtryck". 4 REFERENSER Saeatzky H, George A E, Smiley G T, Montgomery D S: "Hydrocarbon-type separation of heavy petroleum fractions in Fuel" vol 55, januari 1976, Quality control of industrial emulsions and lubricants. 3 M Newman. Fingerprinting of Heavy Oil by Iatroscan TLC/FID. J M Newman. "A rapid method for hydrocarbon-type analysis of heavy oils and synthetic fuels by pyrolysis Thin layer chromatography" M A Poirier, A E George (1983). Quantitative analysis of coal-»derived liquids residues by TLC with flame ionization detection, M A Mpoirier, P Rahimi, S M Ahmed (1984). The application of the iatroscan TLC Technique to the analysis of fossil fuels, 3 E Ray, K M Oliver and 3 C Wainwright (1981).

Relevanta dokument

w:väg-och Trafik: Statens väg- och trafikinstitut VZfnotat Nummer : V 134 Datum:

w:väg-och Trafik: Statens väg- och trafikinstitut VZfnotat Nummer : V 134 Datum: VZfnotat Nummer : V 134 Datum: 19901122 Titel: Utredning av plastiska deformationer på E4, Skillingaryd, söder om Jönköping: laboratorieundersökningar av bindemedlet Författare: Liliane Berglund Avdelning: