Способ получения битума

 

Способ применим в области строительных материалов при получении нефтяных строительных битумов. Способ включает нагревание гудрона, содержащего 5-15 мас.% добавки следующего состава, мас.%: бихромат аммония 1,0-4,0; хлорид натрия 1,0-4,0; аммиачная селитра - остальное. Достигается снижение объема вредных выбросов и упрощение технологического процесса.

Изобретение относится к области применения строительных дорожных материалов, а именно к битумам нефтяным полутвердым или вязким, применяемым в качестве вяжущего материала при строительстве дорожных и других покрытий.

Как известно, вязкие дорожные битумы изготовляют из "окисленных и неокисленных продуктов прямой перегонки нефти и компаундированием окисленных и неокисленных продуктов" (ГОСТ 22245 - 76. Битумы нефтяные дорожные вязкие).

Известен способ получения битума путем окисления продувкой воздухом нагретого гудрона с разжижителем, где в качестве разжижителя используют древесную смолу (Пат. РФ N 2030438 МКИ 6 C10 C 3/04).

В патенте РФ N 2009160 МКИ 5 C 10 C 3/04 предлагается также способ получения нефтяного битума окислением кислородом воздуха смеси, состоящей из гудрона нефти, в которую входят асфальтены, смолы, парафины и пр. (Патент РФ N 2041915 МКИ 6 C 10 C 3/04).

Основным недостатком указанных изобретений является значительный вынос с воздухом из продуваемой массы вредных веществ, загрязняющих атмосферу, а также наличие сложного оборудования, требующего затрат на обслуживание и ремонт.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения битума окислением нефтяного гудрона путем продувки воздухом при 180 - 250^oC в присутствии добавки (патент РФ N 2024573 МКИ 5 C 10 C 3/04). В качестве добавки в известном способе используют продукт термической олигомеризации тяжелой смолы пиролиза газообразного и/или жидкого углеводородного сырья.

Недостатком данного способа является выделение большого количества экологически вредных компонентов, включая канцерогены. Введение в качестве добавки продуктов термической олигомеризации способствует увеличению объема вредных выбросов. Кроме того, для продувания воздухом гудрона требуется специальное сложное оборудование, что приводит к энергозатратам.

Задачей предлагаемого способа является снижение объема вредных выбросов и упрощения технологического процесса.

Задача решается тем, что в отличие от известных способов в качестве добавки к гудрону используют смесь кислородсодержащих веществ в количестве 5 - 15% мас. , при следующем содержании компонентов, (% мас.): бихромат аммония 1,0 - 4,0 хлорид натрия 1,0 - 4,0, аммиачная селитра остальное.

При существующем способе получения битума кислород воздуха используется не полностью, что заставляет значительно увеличивать расход воздуха для продувки гудрона. При этом значительно возрастает количество вредных продуктов, выбрасываемых в атмосферу. На действующих установках количество выбрасываемых газов достигает 400 м³ на тонну гудрона.

Аммиачная селитра при нагревании разлагается согласно уравнению (Производство аммиачной селитры в агрегатах большой единичной мощности / М. Е.Иванов, В.М.Олевский, Н.Н.Поляков и др. - М.: Химия, 1990. - С. 236): NH₄NO₃ = N₂O + 2H₂O.

Образующаяся в результате реакции закись азота при температуре 180 - 250^oC является более активным окислителем, чем кислород, поэтому процесс окисления гудрона протекает интенсивнее, чем при продувании воздухом.

Расчеты показывают, что количество выделившихся газов при окислении гудрона аммиачной селитрой составляется около 90 м³ на тонну гудрона, что более чем в 4 раза ниже расхода воздуха при существующем способе.

Добавки бихромата аммония и хлорида натрия служат катализаторами термического разложения аммиачной селитры и ускоряют процесс газовыделения.

При использовании аммиачной селитры в качестве окисляющего агента не требуется специального оборудования для прокачки воздуха через гудрон, таким образом, при условии использования топлива для подогрева гудрона полностью исключается потребление электроэнергии.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Гудрон подогревают до температуры 160 - 180^oC, помещают в него предлагаемую конденсированную добавку и выдерживают при 180 - 200^oC до окончания реакции. Температуру в процессе реакции поддерживают регулированием нагрева.

Пример 1.

Гудрон в количестве 85 г разогревают до 180^oC, помещают в него 15 г добавки, содержащей 14,24 г аммиачной селитры, 0,38 г бихромата аммония, 0,38 г хлорида натрия, и выдерживают при 200^oC до прекращения выделения газа.

Характеристики полученного битума (в соответствии с ГОСТ 6617-76 для битумов нефтяных строительных): глубина проникновения иглы - 10, при 25^oC, температура размягчения по КиШ - 90^oC, растяжимость - 3 см при 25^oC.

Пример 2.

Гудрон в количестве 95 г разогревают до 180^oC, помещают в него 5 г добавки, содержащей 4,76 г аммиачной селитры, 0,12 г бихромата аммония, 0,12 г хлорида натрия, и выдерживают при 200^oC до прекращения выделения газа.

Характеристики полученного битума в соответствии с ГОСТ 9548-74 для битумов нефтяных кровельных: глубина проникновения иглы - 140 при 25^oC, температура размягчения по КиШ - 46^oC.

Изменение количества добавки кислородсодержащих веществ за пределы заявленных концентраций приводит к несоответствию полученного битума государственным стандартам. Уменьшение содержания бихромата аммония и хлорида калия за пределы заявленных концентраций не изменяет качественные показатели, но приводит к неприемлемому увеличению времени окисления гудрона; увеличение указанных показателей также не влияет на качество продукции, но приводит к перерасходу материалов, поскольку дальнейшее повышение содержания катализаторов не ускоряет реакцию окисления.

Предлагаемый способ позволяет не только снизить объем вредных выбросов в атмосферу, но также уменьшить энергозатраты. Данное изобретение может применяться для производства битумов в областях и районах с ограниченной подачей электроэнергии, т.к. предлагаемый способ позволяет получить продукт без использования компрессоров для продувки воздуха.

Формула изобретения

Способ получения битума, включающий нагревание гудрона, содержащего конденсированную добавку, отличающийся тем, что в качестве добавки используют смесь кислородосодержащих веществ в количестве 5-15 мас.% при следующем содержании компонентов, мас.%: бихромат аммония 1,0-4,0; хлорид натрия 1,0-4,0; аммиачная селитра - остальное.