Способ получения битума из кислого гудрона

Предложен способ получения битума из кислого гудрона с использованием модифицирующей добавки. Для улучшения эксплуатационных характеристик получаемого битума предложена модифицирующая добавка - технический углерод. Способ получения битума из кислого гудрона включает его разогрев, нейтрализацию и окисление, осуществляемые электрохимическим способом, дополнительно вводится модифицирующая добавка - технический углерод в количестве 1-3 мас.% на 100 мас.% окисляемого сырья. 1 табл.

 

Изобретение относится к производству строительных материалов путем переработки отходов 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, где с течением времени происходит вымывание кислоты атмосферными осадками, а также выделение SO₂ и SO₃. В результате этого загрязняются водный и воздушный бассейны. Утилизация КГ решает важную задачу по созданию безотходного производства и охране окружающей среды.

Известен способ получения битума путем смешения кислых отходов нефтепереработки с нагретыми высококипящими нефтепродуктами с получением реакционной массы и газобитумной пены с последующим ее разрушением. Но данный способ не нашел применения из-за сложного и дорогостоящего аппаратурного оформления. (А.с. СССР №973589, Кл. С10С 3/04, А.Д.Рудковский и др., 1982 г.).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения битума из кислого гудрона, включающий его разогрев, нейтрализацию и окисление, осуществляемые электрохимическим способом с проведением разогрева кислого гудрона, нейтрализации и окисления в одном аппарате. (Патент РФ №2005106623. Способ получения битума из кислого гудрона электрохимическим способом. Кл. С10С 3/04, 2006 г.).

Задача изобретения - получение битума из КГ с характеристиками строительного битума при использовании в качестве модифицирующей добавки технического углерода.

Поставленная задача решается путем электрохимического окисления КГ с применением модифицирующей добавки - технического углерода в количестве 1 мас.% за счет использования электропроводящих свойств кислого гудрона, а также исключения добавки нейтрализующего агента и проведения разогрева КГ, нейтрализации и окисления в одном аппарате с использованием модифицирующей добавки. 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 97°С. Данный процесс сопровождается интенсивным выделением водорода на поверхности катода, который выполняет роль флотирующего газа. 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 качестве модифицирующей добавки вводится технический углерод (т/у). Поверхностный слой сажевых частиц по строению и составу отличается от их основного объема. Поэтому любое взаимодействие между сажей и такой гетерогенной системой, как кислый гудрон, осуществляется по поверхности контакта. Первичные агрегаты сажи имеют чаще всего линейно-цепочечную и разветвленно-цепочечную форму. При введении сажи в кислый гудрон происходит только частичное разрушение первичных агрегатов, которые в связи с этим могут оказывать влияние на ход электрохимического окисления кислого гудрона и на свойства получаемых материалов. При контакте свежеобразовавшихся частиц т/у с кислородом окисление неоднородной поверхности происходит преимущественно по дефектным участкам и заканчивается образованием шероховатости, а это значит данные участки энергетически неоднородны. Наличие данных энергетически активных участков обуславливают адсорбционное взаимодействие сажи с макромолекулами кислого гудрона. Первые порции макромолекул КГ оккупируют участки с наиболее высокой энергией, следующие порции адсорбируются на наиболее активных из оставшихся участков и так далее до тех пор, пока не будут покрыты все активные участки. Введение большого количества (5-10%) т/у в кислый гудрон приводит к формированию в узлах пространственной сетки рыхлых эластомерных переходных слоев, а наличие «невостребованных» активных участков ограничивает подвижность адсорбированных молекул и образование мономолекулярного слоя. Далее процесс электрохимического окисления замедляется, а получаемый продукт не соответствует предъявляемым требованиям. Поэтому оптимальное количество вводимого технического углерода не должно превышать 1 мас.%.

Наличие т/у в композиции уменьшает долю подвижной фазы в кислом гудроне и снижает вероятность контактов между макромолекулами КГ, в итоге это приводит к снижению температуры размягчения получаемого продукта. (Таблица 1). Как показал эксперимент, с увеличением доли т/у в композиции (5,7,10%) температура размягчения и глубина проникания иглы практически не изменяются, вероятно это происходит из-за того, что несмотря на увеличение степени структурированности материала, количество связанного техуглерода остается постоянным.

Модифицирующая добавка позволяет сократить процесс электрохимического окисления КГ и расширить эксплуатационные характеристики получаемого битума. В итоге благодаря электропроводности кислого гудрона и с применением модифицирующей добавки в течение 60 мин 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 58,5 мг КОН/г гудрона, проводим процесс электрохимического окисления кислого гудрона без добавок технического углерода в течение 60 мин при температуре процесса 97°С.

ПРИМЕР 2. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 58,5 мг КОН/г гудрона, проводим процесс электрохимического окисления кислого гудрона в присутствии модифицирующей добавки - технического углерода в количестве 1 мас.% (модифицирующая добавка вводится в начале процесса), в течение 60 мин при температуре процесса 97°С.

ПРИМЕР 3. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 58,5 мг КОН/г гудрона, проводим процесс электрохимического окисления кислого гудрона в присутствии модифицирующей добавки - технического углерода в количестве 3 мас.% (модифицирующая добавка вводится в начале процесса) в течение 60 мин при температуре процесса 97°С.

ПРИМЕР 4. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 58,5 мг КОН/г гудрона, проводим процесс электрохимического окисления кислого гудрона в присутствии модифицирующей добавки - технического углерода в количестве 5 мас.% (модифицирующая добавка вводится в начале процесса) в течение 60 мин при температуре процесса 97°С.

ПРИМЕР 5. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 58,5 мг КОН/г гудрона, проводим процесс электрохимического окисления кислого гудрона в присутствии модифицирующей добавки - технического углерода в количестве 7 мас.% (модифицирующая добавка вводится в начале процесса) в течение 60 мин при температуре процесса 98°С.

ПРИМЕР 6. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 58,5 мг КОН/г гудрона, проводим процесс электрохимического окисления кислого гудрона в присутствии модифицирующей добавки - технического углерода в количестве 10 мас.% (модифицирующая добавка вводится в начале процесса), в течение 60 мин при температуре процесса 97°С.

Результаты проведенных экспериментов представлены в таблице 1.

Таблица 1.
Результаты эксперимента получения битума строительного с различным содержанием модифицирующей добавки - т/у и без нее.
Наименование показателя	Битум из кислого гудрона	Битум нефтяной строительный БН 70/30 ГОСТ 6617-76*
0% т/у	1% т/у	3% т/у	5% т/у	7% т/у	10% т/у
1. Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм	244	24	25	29	30	32	21-40
2. Температура размягчения по кольцу и шару, °С	43	71	74	54	53	52	70-80
3. Масс. доля водорастворимых соед., %	0,33	0,35	0,33	0,36	0,31	0,33	0,30
4. Массовая доля воды, %	Следы
Температура вспышки °С, не ниже	232	243	246	245	244	243	230
Растяжимость при 25°С, см, не менее	-	11,4	11,2	11,3	8,8	6,4	3

Таким образом, использование технического углерода в качестве модифицирующей добавки в количестве 1-3 мас.% позволяет получить битум, по своим показателям соответствующий строительному битуму. (Битум нефтяной строительный БН70/30 ГОСТ 6617-76*)

Способ получения битума из кислого гудрона, включающий его разогрев, нейтрализацию и окисление, осуществляемые электрохимическим способом, отличающийся тем, что дополнительно вводится модифицирующая добавка - технический углерод в количестве 1-3 мас.% на 100 мас.% окисляемого сырья.