Способ получения битума из кислого гудрона электрохимическим способом

Использование: нефтеперерабатывающая и строительная отрасли промышленности. Сущность изобретения: кислый гудрон разогревают, проводят выпаривание воды электрохимическим способом, нейтрализацию кислого гудрона и затем окисляют кислородом воздуха. При этом нейтрализацию и окисление осуществляют также электрохимическим способом с проведением разогрева кислого гудрона, выпаривания воды, нейтрализации и окисления в одном аппарате. Технический результат: снижение времени производства, повышение качества битума. 1 табл.

 

Изобретение относится к производству строительных материалов путем переработки отхода нефтемаслозаводов, образующихся при очистке дистиллятных масел концентрированной серной кислотой или олеумом.

В настоящее время этот продукт, так называемый кислый гудрон (КГ), разной степени кислотности сбрасывают в пруды-накопители, и практически не перерабатывается. Утилизация КГ решает важную задачу по созданию безотходного производства и охране окружающей среды.

Известен способ получения битума дорожного и строительного путем совместной переработки КГ (с кислотным числом 12-30 мг КОН/г гудрона) и прямогонного гудрона (10% КГ и 90% прямогонного гудрона), однако вследствие более низкого, чем из прямогонного гудрона, качества и повышения себестоимости получаемого битума этот способ не находит широкого применения. (А.с. СССР №165975, кл. С 10 С 3/04, авт. Фролов А.Ф. и др. 1964 г.).

Известен способ получения битума путем нейтрализации КГ водным раствором щелочи, последующей осушкой и окислением кислородом воздуха при 160-190°С в течение 4-5 часов с получением продуктов окисления. (А.с. СССР №617937, кл. С 10 С 3/04, авт. Фролов А.Ф. и др. 1976 г.).

Эти способы характеризуются высокими энергозатратами и длительностью процесса. В обоих этих способах разогрев КГ осуществляется тепло-электро-нагревателями (ТЭН), вмонтированными во внутреннее пространство содержащей его емкости. Вследствие низкой теплопередачи масса КГ прогревается длительно от поверхности ТЭНов к внутренней поверхности емкости, что существенно удлиняет операцию разогрева для достижения необходимой температуры и вязкости сырья для передачи на последующую операцию. В данных изобретениях используется нейтрализующий агент, что ухудшает характеристики получаемых битумных вяжущих. Кроме того, получение битума данными способами предусматривает наличие четырех стадий - разогрев (3 часа), выпаривание воды, нейтрализацию и окисление, которые требуют наличия нескольких аппаратов, что ведет к удорожанию процесса производства битумных вяжущих.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения битума из КГ, включающий в себя разогрев КГ, выпаривание воды путем использования электропроводности КГ и размещения электродов в емкости для его разогрева, нейтрализацию и дальнейшее окисление КГ кислородом воздуха. (Патент №2227802, кл. С 10 С 3/04, авт. Филиппова О.П., Макаров В.М. и др., 2003 г.).

Но недостатком данного изобретения является то, что сохраняющаяся электропроводность кислого гудрона после проведения разогрева не используется полностью.

Задача изобретения - сокращение времени процесса получения битума из кислого гудрона и повышение его качества. Поставленная задача решается за исключения добавки нейтрализующего агента и проведения разогрева КГ, выпаривания воды, нейтрализации и окисления в одном аппарате. Электроды помещаются непосредственно в массу кислого гудрона, на них подается напряжение переменного (50 В) или постоянного (24 В) тока. Сила тока составляет 12 А. Температура проведения процесса окисления 95°С. Данный процесс сопровождается интенсивным выделением водорода на поверхности катода, который выполняет роль флотирующего газа. Выделение водорода на катоде является многостадийным процессом, включающим следующие стадии: транспортирование молекул воды (содержание которой в кислом гудроне составляет 20-30%) или ионов гидроксония Н₃O⁺ к поверхности катода; превращение иона Н₃О⁺ в адсорбированный на поверхности металла атом водорода: Н₃О⁺+e↔Н_адс+Н₂О; образование молекул водорода из адсорбированных на поверхности металла атомов водорода. Таким образом, за счет диффузии водорода происходит перемешивание кислого гудрона и осуществляется нейтрализация кислых компонентов. На аноде происходит выделение атомарного кислорода, который является сильнейшим окислителем, в итоге благодаря электропроводности кислого гудрона в течение 1,5 часа удается получить окисленный битум с показателями, соответствующими битуму нефтяному строительному БН 70/30 (ГОСТ 6617-76*).

ПРИМЕР 1. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 30-70 мг КОН/г гудрона, который загружается в емкость объемом 200 л, оборудованную устройством для электролиза. Обечайка металлической емкости является катодом. В центр емкости помещается анод из нержавеющей стали. На электроды подается напряжение. Величина напряжения, сила тока, температура КГ и время разогрева контролируются приборами. Далее разогретый кислый гудрон подавался в реактор, где проводилась нейтрализация и последующее окисление нейтрализованного сырья. В качестве нейтрализующего агента использовалась воздушная гашеная известь (гидроксид кальция), соответствующая ГОСТ 9179-77 в количестве 10 мас. частей на 100 мас. частей КГ. Окисление проводилось кислородом воздуха, который подавался в реактор при скорости подачи воздуха 1 л/кг гудрона в минуту.

ПРИМЕР 2. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 30-70 мг КОН/г гудрона, который загружается в реактор объемом 400 л, оборудованный устройством для электролиза. В центр емкости помещаются анод и катод из нержавеющей стали. На электроды подается напряжение переменного тока (50 В), сила тока 12 А. Разогрев осуществляется в течение 0,5 часа при температуре 60°С. Окисление происходит за счет атомарного кислорода, выделяющегося на аноде при температуре 95°С и времени проведения процесса 1,5 часа.

Результаты проведенных экспериментов представлены в таблице.

Показатели полученных битумных вяжущих и требования ГОСТа на битум строительный БН 70/30 (ГОСТ 6617-76*)
Показатели	Битум по примеру 1	Битум по примеру 2	Битум нефтяной строительный БН 70/30
1. Растяжимость при 25°С, см. не менее	Отсутств.	8,8	3
2. Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм	170	37	21-40
3. Температура размягчения по КиШ, °С	47	72	70-80
4. Массовая доля водорастворимых соединений, %	0,48	0,23	0,30
5. Кислотное число, мг КОН/г	0,5	0,1	-
6. Массовая доля воды, %	0,8	Следы	Следы

Таким образом, используя свойство КГ проводить электрический ток, возможно сократить время процесса разогрева, выпаривания воды, нейтрализации и окисления сырья. Полученный продукт имеет более высокие показатели растяжимости, меньшее содержание воды и водорастворимых соединений.

Способ получения битума из кислого гудрона, включающий его разогрев, выпаривание воды электрохимическим способом, нейтрализацию кислого гудрона и последующее окисление кислородом воздуха, отличающийся тем, что нейтрализацию и окисление осуществляют также электрохимическим способом с проведением разогрева кислого гудрона, выпаривания воды, нейтрализации и окисления в одном аппарате.