способ получения полимерной серы

Формула изобретения

1. Способ получения полимерной серы, включающий измельчение технической серы, ее нагрев до температуры плавления в реакторе и перемешивание с добавлением дициклопентадиена, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют с постоянной скоростью 90 об/мин и включает две стадии, при этом на первой стадии производится внесение дициклопентадиена равными частями и через равные промежутки времени до полного растворения в количестве 2-5 вес. ч. к 95-98 вес. ч. технической серы при температуре 125-130^oС, а в течение второй стадии, превышающей по времени в два раза первую, производят повышение температуры и поддержание ее не выше 140^oС, после завершения второй стадии производится охлаждение расплава при температуре 15-35^oС до получения монолита с последующим его дроблением до дисперсности 0,5-1,0 мм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первая стадия осуществляется в течение не менее 1 ч.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что внесение дициклопентадиена производится равными частями, но не менее четырех.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтехимической промышленности и промышленной технологии производства строительных материалов и дорожных покрытий.

Известен способ получения полимерной серы, заключающийся в том, что расплавленную серу смешивают при 160^oС с винилтолуолом, дипентеном и дициклопентадиеном при их весовом соотношении 42:0,3:9:9 и полученную смесь выдерживают при 140^oС до окончания экзотермической реакции. См. описание к патенту SU 1243626 от 28.01.80, опубликованному 07.07.86, Бюл. 25. Эта смесь используется в качестве связки в асфальтовой смеси и является сложной по составу, способу производства. Сам процесс трудоемок и длителен по производству. Присутствие неприятного запаха делает его не пригодным для производства строительных материалов.

Известен принятый за прототип способ получения полимерной серы, включающий помещение в реактор молотой серы и дициклопентадиена (ДЦПД) в массовом соотношении (65-70): (30-35) соответственно, перемешивание смеси при температуре 13 0-140^oС с последующим добавлением 5% технического углерода и одновременным охлаждением на воздухе. Затем полученную смесь измельчают до получения частиц размером 0,17-0,25 мм. См. описание к патенту Российской Федерации 2136706 от 19.10.98, опубликованному 10.09.99, Бюл. 25.

Хотя данная смесь и является менее сложной по составу, но ее применение ограничено резинотехнической отраслью и ей присущи недостатки аналога, но в меньшей степени. А именно, смесь, участвующая в процессе, является сложной по составу, способу производства. Сам процесс трудоемок и энергоемок. Применим только в резинотехнической отрасли.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение полимерной серы с возможностью применения ее для изготовления строительных материалов и дорожных покрытий, при этом составляющая серы в этих материалах и покрытиях должна иметь как можно больший удельный вес при экологической чистоте производства и экологически чистом применении и отсутствии неприятного запаха, свойственного низшим меркаптанам.

Ожидаемый технический результат заключается в упрощении производства и получении полимерной серы, применяемой для производства строительных материалов и асфальтобетонных покрытий.

Для этого в способе получения полимерной серы, включающем измельчение технической серы, ее нагрев до температуры плавления в реакторе и перемешивание определенное время с добавлением ДЦПД и дальнейшим охлаждением, перемешивание осуществляется с постоянной скоростью 90 об/мин и включает две стадии. В течение первой стадии производится внесение ДЦПД равными частями, но не менее четырех через равные промежутки времени до полного растворения в количестве 2-5 весовых частей к 98-95 весовым частям технической серы при температуре 125-130^oС, а в течение второй стадии, превышающей по времени в два раза первую, производят повышение температуры и поддержание ее не выше 140^oС. Первая стадия осуществляется в течение не менее одного часа, а охлаждение - при температуре 15-35^oС до получения монолита с последующим его дроблением до дисперсности 0,5-1,0 мм.

На практике способ получения полимерной серы реализуется следующим образом. Куски технической серы измельчаются до дисперсности 3-5 мм и закладываются в реактор в массе, составляющей 96 весовых частей от предполагаемой добавки. В реакторе техническая сера нагревается до температуры ее плавления 125-130^oС. Далее в полученный расплав, при постоянном перемешивании, добавляется одна весовая часть ДЦПД. Затем через каждые 15 минут добавляется еще по одной весовой части ДЦПД в течение часа. Т.е. при постоянном перемешивании поддерживается температура получаемого расплава в пределах 125-130^oС и при этом на 96 весовых частей технической серы добавляется четыре части ДЦПД. Следующий этап перемешивания, без остановки реактора, осуществлялся при повышении температуры до 130-140^oС и продолжается процесс перемешивания в течение времени, в два раза большего, чем время первого этапа перемешивания - введение ДЦПД. В это время происходит полимеризация серы и при этом цвет расплава меняется от желтого до темно-коричневого. После этого получалась полимерная модифицированная сера, которая сливалась в емкости и охлаждалась при температуре 15-35^oС. Для дальнейшего использования получаемый монолит полимерной серы измельчается по желанию потребителя до дисперсности 0,5-1,0 мм.

Для получения полимерной серы используется стандартное оборудование и технологическая схема может включать бункер для хранения технической серы, поступающей, например, из МНПЗ (Капотня), шаровую мельницу, лоток с нагревательными элементами, насосы и дозаторы, реактор с мешалкой и системой его нагрева и охлаждения, расходный котел и емкости для слива и охлаждения. Техническая сера ГОСТ 121.1-93 поступает в шаровую мельницу, где измельчается до дисперсности 3-5 мм и, поступая затем на лоток с подогревом, предварительно нагревается перед подачей через дозатор в реактор, где она, нагретая до температуры 125-130^oС, перемешивается мешалкой со скоростью 90 об/мин. В реактор может поступать и расплав серы с температурой 125-130^oС. Одновременно с перемешиванием в реактор подается ДЦПД (ТУ 2416-024-05766801-94) в количестве 5% от общего количества массового состава, находящегося в реакторе, серы. ДЦПД подается равными частями через равные промежутки времени до полного растворения его в течение одного часа, т.е. в этом случае вначале и через каждые 12 минут. Так как эта реакция экзотермическая, за счет отвода тепла в реакторе поддерживается температура 125-130^oС. После перемешивания в течение, в этом случае, 12 минут последней порции ДЦПД проходит один час. Затем без остановки процесса перемешивания за счет подвода тепла к реактору температуру расплава доводят до 130-140^oС и продолжается процесс перемешивания в течение времени, в два раза большего, чем время первого этапа перемешивания - введение ДЦПД. В нашем случае этот процесс длится два часа со скоростью перемешивания 90 об/мин. Таким образом, общая длительность процесса перемешивания расплава составляет 3 часа.

Далее расплав модифицированной серы из реактора поступает в расходный котел, откуда затем сливается в емкости и охлаждается естественным путем до температуры естественной среды 15-35^oС. После остывания расплава получается монолит. Для дальнейшего использования получаемый монолит полимерной серы измельчают по желанию потребителя до дисперсности 0,5-1,0 мм и фасуют по желанию потребителя. Возможно использование расплава без охлаждения при подаче его в смеситель для приготовления серобитумного вяжущего. При использовании настоящего процесса в реальных условиях необходимо иметь в виду, что при введение ДЦПД больше 5 весовых частей возникают сложности управлением процесса, особенно контроля и поддержания температур в заданном интервале, что в свою очередь ведет к резкому удорожанию и осложнению процесса производства полимерной серы. При введение ДЦПД меньше 2 весовых частей процесс полимеризации проходит не полностью. При температуре более 130^oС процесс взаимодействия ДЦПД с серой трудно контролировать, т.к. из-за резкого выделения тепла происходит повышение температуры и в связи с этим рост вязкости серы. При температуре менее 125^oС процесс полимеризации не идет. При температуре более 140^oС возможно образование сгустков полимерной серы из-за резкого возрастания ее вязкости. Известно, что критическая точка полимеризации серы 159^oС.

Таким образом, возможно получение полимерной серы для изготовления строительных материалов и дорожных покрытий, при этом составляющая серы в этих материалах и покрытиях может иметь больший удельный вес при экологической чистоте производства и экологически чистом применении и отсутствии неприятного запаха, свойственного низшим меркаптанам. Предлагаемый процесс предполагает упрощение производства и получения полимерной серы со снижением энергозатрат на ее производство за счет оптимизации производства.