способ получения строительного и кровельного битума

Формула изобретения

1. Способ получения строительного и кровельного битума путем окисления кислого гудрона кислородом воздуха в присутствии железосодержащего катализатора в виде мелкодисперсного порошка, отличающийся тем, что используют кислый гудрон, имеющий кислотное число 30-70 мг КОН/г гудрона, в качестве катализатора используют мелкодисперсный порошок, полученный при очистке воды и выделенный в устройствах очистки воздуха плавильных установок в количестве 0,9 -10,0 мас. % на исходный кислый гудрон.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что окисление проводят в течение не более 1,4 ч.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что окисление проводят при температуре не более 150^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения битума путем переработки отхода нефтемаслозаводов, образующегося 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. Без добавок, каких- либо компонентов, из КГ не удалось получить продукта, удовлетворяющего требованиям на битумные материалы. 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 получаемого битума этот способ не находит широкого применения (SU 622833 А, 20.07.1978).

Известен способ получения битума путем окисления воздухом прямогонного гудрона, к которому добавляют органическую часть КГ (SU 1214719 А, 28.02.1986). Этот способ характеризуется высокими энергозатратами и длительностью процесса. Более близким к изобретению является способ получения битума из КГ с кислотным числом 12-30 мг КОН/г гудрона путем термоокисления углеводородного сырья кислородом воздуха в присутствии 0,1-0,8 мас.% на сырье железосодержащего катализатора (Гун Р. Б. Нефтяные битумы, М.: Химия, 1973, с. 157-160). Гудрон окисляют в течение 2,5 часов при 200^oС и скорости подачи воздуха 1 л/кг гудрона в минуту, количество окисного порошка 0,4 мас. %. Однако недостатком данного процесса является высокая температура и длительность процесса.

Целью изобретения является получение строительного и кровельного битума из КГ с более высоким кислотным числом (30-70 мг КОН/г гудрона) и снижение энергозатрат на процесс. Поставленная цель достигается при реализации предлагаемого способа получения битума, включающего в себя нейтрализацию КГ гидроксидом кальция и последующее окисление нейтрализованного сырья в битум. Количество гидроксида кальция рассчитывалось исходя из стехиометрического уравнения. Данный процесс от предложенного ранее отличается тем, что используют кислый гудрон с кислотным числом 30-70 мг КОН/г гудрона (ранее использовался КГ с кислотным числом 12-30 мг КОН/г гудрона), и тем, что с целью сокращения энергозатрат и сокращения времени окисления его проводят в присутствии катализатора в количестве 0,9-10 мас.% на исходный гудрон. В качестве катализатора используют мелкодисперсный порошок, полученный при очистке воды и выделенный в устройствах очистки воздуха плавильных установок. Окисление предпочтительно проводят в течение не более 1,4 часа и температуре не более 150^oС.

Мелкодисперсный порошок, выделенный в устройствах очистки воздуха плавильных установок, имеет следующий состав:

Влажность, % - 3,0-4,0

Массовая доля нерастворимых в HCl, % - 22,0-24,0

Массовая доля соединений железа общего, % - 40,0-58,0

Потери при прокаливании 600^oС, % - 3,0-4,0

Никель (Ni²⁺), % - Следы

Медь (Сu²⁺), % - Следы

Хром (Сr²⁺), % - Следы

Цинк (Zn²⁺), % - 5,9-6,5

Цвет - Коричневый

Массовая доля растворимых в воде, % - 4,0-4,5

Данный порошок получен путем выделения пыли с электрофильтров электропечей.

Мелкодисперсный порошок, использованный в качестве катализатора, также получают при очистке воды электрокоагуляционным методом, который включает растворение железных электродов под воздействием электрического тока с образованием гидроксида трехвалентного железа (осадок). На нем адсорбируются ионы тяжелых металлов, содержащиеся в очищаемой воде (Ni²⁺, Cu²⁺, Cr³⁺, Zn²⁺). Осадок подвергается обезвоживанию и сушке в кипящем слое.

Пример 1. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 30-70 мг КОН/г гудрона, которой после нейтрализации гидроксидом кальция окисляют при 90^oС и скорости подачи воздуха 1 л/кг гудрона в минуту, количество добавляемого катализатора 0,9 мас.%, окисление проводят в течение 1 часа. В качестве катализатора используют мелкодисперсный порошок, полученный при очистке воды. В таблице 1 приведен состав данного катализатора.

Пример 2. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 30-70 мг КОН/г гудрона, который после нейтрализации гидроксидом кальция окисляют при 90^oС и скорости подачи воздуха 1 л/кг гудрона в минуту, количество добавляемого катализатора 1,5 мас.%, окисление проводят в течение 1 часа. В качестве катализатора используют мелкодисперсный порошок, полученный при очистке воды.

Пример 3. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 30-70 мг КОН/г гудрона, который после нейтрализации гидроксидом кальция окисляют при 90^oС и скорости подачи воздуха 1 л/кг гудрона в минуту, количество добавляемого катализатора 1,2 мас.%, окисление проводят в течение 1 часа. В качестве катализатора используют мелкодисперсный порошок, полученный при очистке воды.

Пример 4. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 30-70 мг КОН/г гудрона, который после нейтрализации гидроксидом кальция окисляют при 90^oС и скорости подачи воздуха 1 л/кг гудрона в минуту. В качестве катализатора используют оксид железа, выделенный в устройствах очистки воздуха плавильных установок, количество добавляемого катализатора составляет 2 мас.%. Окисление проводят в течение 1 часа.

Пример 5. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 30-70 мг КОН/г гудрона, который после нейтрализации гидроксидом кальция окисляют при 90^oС и скорости подачи воздуха 1 л/кг гудрона в минуту. В качестве катализатора используют оксид железа, выделенный в устройствах очистки воздуха плавильных установок, количество добавляемого катализатора составляет 10 мас.%. Окисление проводят в течение 1 часа.

Пример 6. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 30-70 мг КОН/г гудрона, который после нейтрализации гидроксидом кальция окисляют при 90^oС и скорости подачи воздуха 1 л/кг гудрона в минуту. В качестве катализатора используют оксид железа, выделенный в устройствах очистки воздуха плавильных установок, количество добавляемого катализатора составляет 5 мас.%. Окисление проводят в течение 1 часа.

Пример 7. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 30-70 мг КОН/г гудрона, который после нейтрализации гидроксидом кальция окисляют при 90^oС и скорости подачи воздуха 1 л/кг гудрона в минуту, количество добавляемого катализатора 1,2 мас.%, окисление проводят в течение 0,5 часа. В качестве катализатора используют мелкодисперсный порошок, полученный при очистке воды.

Пример 8. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 30-70 мг КОН/г гудрона, который после нейтрализации гидроксидом кальция окисляют при 90^oС и скорости подачи воздуха 1 л/кг гудрона в минуту, количество добавляемого катализатора 1,2 мас.%, окисление проводят в течение 1,5 часа. В качестве катализатора используют мелкодисперсный порошок, полученный при очистке воды.

Пример 9. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 30-70 мг КОН/г гудрона, который после нейтрализации гидроксидом кальция окисляют при 50^oС и скорости подачи воздуха 1 л/кг гудрона в минуту, количество добавляемого катализатора 1,2 мас.%, окисление проводят в течение 1 часа. В качестве катализатора используют мелкодисперсный порошок, полученный при очистке воды.

Пример 10. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 30-70 мк КОН/г гудрона, который после нейтрализации гидроксидом кальция окисляют при 150^oС и скорости подачи воздуха 1 л/кг гудрона в минуту, количество добавляемого катализатора 1,2 мас.%, окисление проводят в течение 1 часа. В качестве катализатора используют мелкодисперсный порошок, полученный при очистке воды.

Пример 11. В качестве исходного сырья используют КГ с кислотным числом 30-70 мг КОН/г гудрона, который после нейтрализации гидроксидом кальция окисляют при 90^oС и скорости подачи воздуха 1 л/кг гудрона в минуту, окисление проводят в течение 1 часа без катализатора. Результаты эксперимента (примеры 1-11) представлены в таблице 2.

В таблице 2 представлены приоритетные свойства строительных и кровельных битумом по ГОСТ 6617-76* и по ГОСТ 9548-74, а также свойства полученных битумом.

Таким образом, применение в качестве катализатора железосодержащего мелкодисперсного порошка, полученного при очистке воды и выделенного в устройствах очистки воздуха плавильных установок, позволяет получить битумы кровельные и строительные из кислого гудрона с кислотным числом 30-70 мг КОН/г гудрона, который ранее не использовался. Способ дает возможность расширить сырьевые ресурсы за счет использования прудового кислого гудрона, с кислотным числом 30-70 мг КОН/г гудрона, а также решить вопросы охраны окружающей среды за счет ликвидации прудов-накопителей кислого гудрона.