СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНОГО ЦЕМЕНТА Российский патент 2000 года по МПК C01B17/00 C04B28/36 

Изобретение относится к области производства композиционных материалов на основе серного цемента для изготовления строительных материалов и может быть использовано в промышленно-гражданском и дорожном строительстве.

Известен способ получения серного цемента (сополимерной или модифицированной серы) ("Серополимерный бетон. Руководство по производству". Институт серы США. 1994 г.) путем химического взаимодействия серы с дициклопентадиеном (ДЦПД), приводящего к образованию сополимерной серы, состоящей из длинных цепочек полисульфидов. Реакция полимеризации серы с ДЦПД происходит при перемешивании серы и модификатора в интервале температур 130-149,5^oC в течение 30-40 мин. Такой серый цемент, при горячем смешении с инертными составляющими, не образует серобетон, в котором имеется модифицированная сера. При отвердении образуется прочный серобетон, не реагирующий на изменения температуры и других воздействий окружающей среды.

Недостатками известного способа являются длительность процесса и высокая токсичность ДЦПД. Предельно допустимая концентрация ДЦПД составляет 1 мг/м³ и, кроме того, ДЦПД взрыво-и пожароопасен.

Наиболее близким аналогом к описанному способу (прототипом) является способ получения сополимерной серы (патент Великобритании N 1576515, МПК C 01 В 17/00), где в качестве модификатора используется олефиновый углеводородный полимерный материал, полученный из нефти. Способ заключается в перемешивании серы с химическим модификатором при температуре 130-149,5^oC в течение 15-40 мин. Нарушение режима дозирования химического вещества или нагрева реактора и смеси выше 150^oC приводит к экзотермической реакции. При этом происходит сильное выделение сероводорода, вспенивание смеси и ухудшение продукта. Особенно актуально вышеописанное в том случае, когда предлагается готовить концентрат, в котором химическое вещество предварительно реагирует с меньшим количеством серы, чем необходимо в готовой смеси. Для повышения огнестойкости серного цемента вводят добавки, например, 1,5,9 циклододекатриена или продукта реакции дифеноксифосфиновой кислоты с серой и метилстиролом.

Недостатками данного способа являются сложность дозирования химических веществ, а также необходимость соблюдения температурного режима, поскольку передозировка добавок или перегрев реактора выше 150^oC приводит к экзотермической реакции, что в свою очередь ведет к усиленному образованию и выделению сероводорода, вспениванию смеси и ухудшению качества продукта.

Целью настоящего изобретения является интенсификация процесса получения серного цемента и упрощение технологии его производства.

Поставленная цель достигается тем, что получение серного цемента осуществляют обработкой однородного раствора серы и модификатора вращающимся электромагнитным полем аппарата вихревого слоя В 150К-01 при температуре 140-150^oC в течение 5-20 с. При этом соотношение компонентов раствора следующее, мас.%:
Сера - 90-98
Модификатор - 2 - 10
Химическое взаимодействие серы с модификатором в аппарате вихревого слоя происходит без заметного увеличения теплового эффекта, что значительно упрощает технологию производства серного цемента и не приводит к выбросу вредных веществ, например сероводорода.

В качестве модификатора могут быть использованы нефтяные остатки атмосферной перегонки парафинистых нефтей, а также остаток их вакуумной перегонки с плотностью близкой к 1000 кг/м³, иодным числом 0.7 мг на 100 г КОН, например мазут.

Для повышения иодного числа (т.е. для увеличения содержания олефиновых углеводородов) модификатора перед смешением с серой нефтяной остаток предварительно обрабатывают при температуре 300-350^oC в течение 10-60 с вращающимся электромагнитным полем в аппарате вихревого слоя В150К-01. При этом иодное число обработанного мазута увеличивается по сравнению с исходным в 2,5-5 раз.

Использование нефтяного остатка в качестве модификатора обусловлено его химическим взаимодействием с серой, которое выражается в присоединении его к концам полимерной серы, насыщении ее связей, обрыве процесса полимеризации и стабилизации ее в этом состоянии. Такие условия создаются в аппарате вихревого слоя серии В150К-01, в рабочей зоне которого создается мощное вращающееся электромагнитное поле, которое подхватывает помещенные в ней ферромагнитные мелкие стержни (иголки), заставляя их вращаться. В результате взаимодействия поля с иголками генерируется ряд эффектов (магнитострикция, кавитация, электролиз, образование микродуги и др.), которые совместно с ударами иголок интенсифицируют проведение реакции серы с модификатором, разрывая мономолекулярные связи и стимулируя образование серного цемента.

Качество полученного серного цемента оценивали по методике получения полимерной серы Казанского химико-технологического университета, где по разнице содержания общей серы, определяемой сжиганием навески в токе кислорода, и экстрагированной серы, определяемой экстракцией исходной навески гексаном, находили количество полимерной серы, которая и определяла свойства серного цемента.

Пример 1.

Используют газовую серу Астраханского газоконденсатного месторождения, имеющую следующую характеристику:
Содержание серы, мас.% - 99,98
Количество золы, % - 0,02
Плотность, кг/м³ - 1860
Содержание сероводорода, мас.% - 0,001
Применяют модификатор, мазут - остаток атмосферной перегонки стабильного конденсата Астраханского газоконденсатного месторождения, предварительно пропущенный через аппарат вихревого слоя при температуре 300-350^oC в течение 10-60 с. Модификатор имеет следующую характеристику:
Плотность, кг/м³ - 899 - 960
Вязкость при 60^oC сст - 33,2 - 40,5
Иодное число, мг на 100 г КОН - 1,86 - 3,50
Газовую серу в количестве 1800 г разогревают до температуры 140-150^oC, вводят модификатор в количестве 2% от массы серы, разогретый также до 120-150^oC, перемешивают в течение 1-2 мин до образования однородного раствора и помещают в капсулу аппарата вихревого слоя на 5 с. Полученный серный цемент разливают в формы и после охлаждения в течение суток анализируют на содержание полимерной серы.

Содержание полимерной серы составляет 15%.

Пример 2.

Условия опыта аналогичны примеру 1. Вводимый модификатор составляет 5% от массы серы. Продолжительность пребывания серы в аппарате составляет 10 с.

Содержание полимерной серы составляет 72%.

Пример 3.

Условия опыта аналогичны примеру 1. Вводимый модификатор составляет 10% от массы серы. Продолжительность пребывания смеси в аппарате составляет 20 с.

Содержание полимерной серы составляет 21%.

Таким образом, введение модификатора в количестве 2-10 мас.% и обработка смеси в аппарате под воздействием переменного электромагнитного поля в течение 5-20 с обеспечивают получение серного цемента с содержанием полимерной серы 15-72%, что является достаточным для получения высококачественных серных бетонов. Полученный серный цемент имеет следующую характеристику:
Содержание полимерной серы, мас.% - 15-72
Плотность, кг/м³ - 1789
Содержание сероводорода, мас.% - Отсутствие
и может без дополнительной переработки применяться в качестве вяжущего при изготовлении серобетонных изделий.

Таким образом, предлагаемый способ получения серного цемента в аппарате вихревого слоя позволяет сократить продолжительность реакции по сравнению с прототипом более чем в 100 раз, что приводит к значительной экономии энергозатрат. Использование в качестве модификатора серы тяжелого остатка, представляющего собой сложную смесь высокомолекулярных соединений, позволяет получать качественный серный цемент без специальных дорогостоящих и дефицитных добавок, что также приводит к значительному удешевлению серного цемента и упрощению технологии его производства.

Изобретение относится к области производства композиционных материалов на основе серного цемента для изготовления строительных материалов и может быть использовано в промышленно-гражданском строительстве. Однородный раствор серы и модификатора обрабатывают вращающимся электромагнитным полем аппарата вихревого слоя В150К-01 при температуре 140-150^oС в течение 5 - 20 с. Соотношение компонентов раствора, мас.%: сера 90 - 98; модификатор 2 - 10. В качестве модификатора используют нефтяной остаток, например мазут. Модификатор может быть использован без предварительной обработки или предварительно обработанный вращающимся электромагнитным полем при температуре 300 - 350^oС в течение 10 - 60 с. Технический результат - интенсификация процесса получения серного цемента и упрощение технологии его производства. 1 с. и 2 з.п. ф-лы.

1. Способ получения серного цемента путем взаимодействия серы и модификатора на основе нефти при температуре 140 - 150^oС, отличающийся тем, что на однородный раствор серы и модификатора в течение 5 - 2 с воздействуют вращающимся электромагнитным полем в аппарате вихревого слоя при следующем соотношении, мас.%:
Сера - 90 - 98
Модификатор - 2 - 10
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют модифицированный нефтяной остаток, например мазут, предварительно обработанный вращающимся электромагнитным полем. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что обработку нефтяного остатка вращающимся электромагнитным полем проводят в течение 10 - 60 с при температуре 300 - 350^oС.