Способ получения минерального вяжущего на основе серы и устройство для его осуществления Российский патент 2021 года по МПК C04B28/36 C08G75/10 C08L95/00 C01B17/00 C08K3/06 

Описание патента на изобретение RU2758907C2

Изобретение относится к области производства дорожных и строительных композиционных материалов, а именно к способу получения минерального вяжущего на основе модифицированной серы.

Известен способ получения серобитумного вяжущего (см. патент РФ №2565179, кл. С04В 26/26 (2006.01), опубл. 20.10.2015), который включает смешивание расплавленного продукта нефтепереработки - тяжелого нефтяного остатка и серы, причем тяжелый нефтяной остаток содержит продукты крекинга. Процесс ведут поэтапно, осуществляя на первом этапе низкотемпературное осернение продукта путем интенсивного перемешивания с элементарной серой, которую добавляют в количестве 5-50 мас. %, в течение 8-15 мин при температуре 115-120°С, после чего на втором этапе осернение осуществляют при повышении температуры до 140-270°С, продолжая перемешивание в течение 60-660 мин, обеспечивая при этом полный переход элементарной серы в химически связанное состояние. Изобретение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики дорожных и кровельных битумов, снизить их себестоимость и исключить выделение вредных газов при устройстве дорожных покрытий. Известное решение обладает высокой трудоемкостью и длительным процессом получения серобитумного вяжущего.

Из уровня техники известен способ получения модифицированного битумного вяжущего для дорожных покрытий (варианты) (см. патент РФ №2630529, кл. C10G 1/10 (2006.01), опубл. 11.09.2017). Способ получения модифицированного битумного вяжущего для дорожных покрытий включает предварительный нагрев сырья до 70-90°С и активацию в кавитаторе гидроударном. Затем сырье помещают в нагревательную печь и доводят температуру сырья до 250-300°С. Термохимическая обработка включает предварительное окисление сырья подогретым до 250-300°С кислородом воздуха в барботажной окислительной колонне непрерывного действия с последующей его перегонкой в атмосферно-вакуумной колонне при температуре 250-300°С с отделением топливного газа и атмосферно-вакуумного дистиллята. Полученный в результате перегонки тяжелый вакуумный остаток подают в реактор-смеситель, доводят его до 130-180°С, после чего в него вводят модификаторы, в качестве которых используют: резиновую крошку в количестве 5-20 мас. % от массы тяжелого вакуумного остатка; органоминеральную битумосодержащую добавку в количестве 1-12 мас. % от массы тяжелого вакуумного остатка и гранулированный синтетический корд в количестве 1-10 мас. % от массы тяжелого вакуумного остатка. Компоненты перемешивают и доводят температуру смеси до 300-350°С. Затем смесь охлаждают до 250-300°С, повторно ее активируют, пропуская через второй кавитатор гидроударный, и доокисляют во второй барботажной доокислительной колонне непрерывного действия при температуре 250-300°С подогретым кислородом воздуха с отгонкой дистиллята до получения целевого продукта. При использовании в качестве сырья битума температуру сырья в нагревательной печи доводят до 130-180°С. Известное решение позволяет получать высококачественный модификатор и модифицированные вяжущие, применяемые вместо дорожных битумов или в смеси с дорожными битумами в дорожном строительстве для получения дорожных покрытий с повышенными эксплуатационными свойствами. При этом изобретение имеет существенный недостаток, который заключается в необходимости проведения операции перемешивания компонентов при очень высоких температурах.

Наиболее близким техническим решением, принятым заявителем в качестве прототипа, является способ получения модифицированной серы, используемой при производстве сероасфальта, (см. патент РФ №2296785, кл. C08L 95/00 (2006.01), опубл. 10.04.2007). В известном решении в жидкую серу при температуре 140-150°С подают углеаммонийную соль в количестве 150-250 г на 1 т серы, перемешивая с помощью циркуляционного насоса в течение 20-30 минут, после чего смесь охлаждают до 115-120°С и дополнительно вводят дициклопентадиен 10-20 кг на 1 т серы и битум в количестве 2-4% от веса серы и ведут перемешивание смеси в течение 40-50 минут при температуре 135-140°С, которая поддерживается за счет экзотермичности химических реакций. После завершения реакции сополимеризации модифицированную серу охлаждают до 120-125°С и подают на кристаллизацию в барабанный кристаллизатор для получения чешуированного продукта, пригодного для производства сероасфальта. Решение обеспечивает повышение скорости протекания реакции, снижение содержания в продукте сероводорода и повышение прочности сероасфальта. Недостаток известного решения - многостадийный и длительный процесс получения модифицированной серы, обладающий сложностью контроля.

Задача, решаемая предлагаемой группой изобретений, заключается в разработке способа получения минерального вяжущего на основе серы и устройства для его осуществления, обладающих простотой производства и высоким быстродействием.

Техническим результатом группы изобретений является упрощение способа получения минерального вяжущего на основе серы и устройства для его осуществления.

Дополнительный результат, достигаемый группой изобретений - ускорение процесса получения минерального вяжущего на основе серы.

Сущность изобретения заключается в следующем. Согласно предлагаемому способу получения минерального вяжущего на основе серы, обеспечивается перемешиванием в реакторе при помощи погружного насоса, оснащенным рабочим колесом, по меньшей мере, в одном из реакторов очищенной от механических примесей и нагретой до температуры 119-125°С жидкой серы, с количеством модификатора 0,5-1,5%, дозированным от массы жидкой серы и нагретым до рабочей температуры жидкой серы 119-125°С, подаваемого из дозировочной емкости модификатора в рабочее колесо погружного насоса реактора по спиралевидной линии трубопровода подачи модификатора. По завершению реакции смесь серы и модификатора посредством трубопровода с завихрителем потока серы по линии трубопровода для подачи минерального вяжущего на основе серы направляют в накопительную емкость. Из накопительной емкости готовый продукт с помощью погружного насоса направляют на фильтрацию, при температуре 128-132°С, а затем направляют на грануляцию с последующей подачей на упаковку.

Устройство для осуществления способа включает, по меньшей мере, один реактор, внутри которого установлен погружной насос с рабочим колесом, и накопительную емкость, внутри которой установлен погружной насос. Рабочее колесо погружного насоса реактора выполнено с возможностью передачи в реактор смеси серы и модификатора через периодически перекрываемые в нем прорези. Рабочее колесо погружного насоса реактора подсоединено трубопроводом, снабженным завихрителем потока, к линии трубопровода для подачи минерального вяжущего на основе серы на второй вход реактора и накопительной емкости. Реактор также снабжен трубопроводом подачи модификатора из дозировочной емкости модификатора и дозатора модификатора. Линия трубопровода для подачи жидкой серы подключена к первому фильтру тонкой очистки, выход которого подключен к первому теплообменнику. С выхода первого теплообменника жидкая очищенная сера подается на первые входы реактора и накопительной емкости. Выходы реактора и накопительной емкости объединены линией трубопровода аварийного слива.

Погружной насос накопительной емкости соединен с линией трубопровода для подачи готовой продукции (минерального вяжущего на основе серы) к блоку грануляции. Линия трубопровода для подачи готовой продукции подключена ко второму фильтру тонкой очистки, выход которого подключен ко второму теплообменнику. С выхода второго теплообменника готовая продукция подается на блок грануляции, снабженный приемным бункером с упаковкой.

Устройство снабжено блоком управления, имеющим в своем составе двухходовые и трехходовые краны, посредством которых обеспечивают регулирование подачи и аварийного слива жидкой серы и минерального вяжущего на основе серы в реакторе и накопительной емкости, подачу модификатора - в дозировочную емкость и в реактор.

Предлагаемая группа изобретений поясняется представленным чертежом, на котором изображена схема устройства для осуществления способа получения минерального вяжущего на основе серы. Устройство содержит: два фильтра тонкой очистки (11, 12); два теплообменника (21, 22); дозатор модификатора (3); дозировочные емкости модификатора (41,…, 4n); погружные насосы (51,…,5n, 5n+1); реакторы (61,…, 6n); накопительную емкость готовой продукции (7); блок грануляции (8); приемный бункер гранул вяжущего (9) с упаковкой (10); двухходовые краны (111,…, 11n), предназначенные для управления подачей модификатора в соответствующие реакторы (61,…, 6n); двухходовые краны (121,…, 12n, 12n+1), предназначенные для управления подачей жидкой серы в соответствующие реакторы и накопительную емкость; трехходовые краны (131,…, 13n), предназначенные для управления подачей минерального вяжущего в соответствующие реакторы; трубопровод с завихрителем потока серы (141,…, 14n); трубопровод подачи модификатора (151,…, 15n); двухходовые краны (161,…, 16n), предназначенные для регулирования подачи модификатора из дозировочной емкости модификатора (41,…, 4n) в трубопровод подачи модификатора (151,…, 15n); двухходовые краны (171,…, 17n, 17n+1), предназначенные для регулирования аварийного слива из реакторов (61,…, 6n) и накопительной емкости (7); рабочее колесо (181,…, 18n, 18n+1), установленное на погружном насосе в каждом реакторе (61,…, 6n) и в накопительной емкости готовой продукции (7).

Трехходовые краны (131,…, 13n), а также двухходовые краны (111,…, 11n), (121,… 12n, 12n+1), (161,…, 16n) и (171,…,17n, 17n+1) вместе образуют блок управления устройством, с помощью которого возможна регулировка подачи минерального вяжущего на основе серы, модификатора и жидкой серы в заданные реакторы и в накопительную емкость, а также аварийный слив из реакторов и накопительной емкости.

При этом линия трубопровода I предназначена для подачи жидкой серы; линия трубопровода II - для подачи модификатора; линия трубопровода III1-IIIn - для подачи минерального вяжущего на основе серы; линия трубопровода IV - для подачи готовой продукции (минерального вяжущего на основе серы) к блоку грануляции и упаковки; линия трубопровода V - для аварийного слива.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. Жидкая сера по линии трубопровода I, предназначенного для подачи жидкой серы, через первые фильтр тонкой очистки (11), теплообменник (21) и открытый двухходовой кран (121) подается в первый реактор (61). Дозированное количество модификатора из дозировочной емкости модификатора (41), подается в первый реактор (61) по спиралевидной трубопроводной линии трубопровода подачи модификатора (151), проходящей в слое жидкой серы, и поступает на входной патрубок рабочего колеса (181) погружного насоса (51) при температуре 114-130°С. Нагрев модификатора до температуры среды осуществляется в спиралевидной линии теплом жидкой серы, поступающей в реактор (61). За счет разряжения, создаваемого рабочим колесом (181) погружного насоса (51), осуществляется забор модификатора и жидкой серы в него. Активация модификатора и взаимодействие модификатора с жидкой серой осуществляется в рабочем колесе (181) погружного насоса (51) и в трубопроводе (141), оснащенном завихрителем потока, позволяющим создавать вихревые потоки для интенсивного перемешивания отходящей от насоса и входящей в реактор (61) смеси.

Процесс заполнения серой первого реактора, подача модификатора и циркуляция серы с модификатором в реакторе проходят последовательно. Циркуляция серы и модификатора до окончания реакции проходит по замкнутому контуру через рабочее колесо (181) погружного насоса (51), по трубопроводу (141) с завихрителем потока серы, трехходовый кран (131), реактор (61). После завершения реакции трехходовый кран (131) переключается в положение для перекачки минерального вяжущего на основе модифицированной серы в накопительную емкость готовой продукции (7). Последовательно процесс повторяется в реакторах (62,…, 6n). Из накопительной емкости (7) готовый продукт погружным насосом (5n+1) через вторые фильтр тонкой очистки (12) и теплообменник (22) направляется на блок грануляции (8), затем в приемный бункер гранул вяжущего (9) с упаковкой (10).

Для осуществления заданной производительности, для ремонта и получения продукции с другими характеристиками параллельно могут быть установлены от двух до n реакторов и накопительных емкостей.

Запуск погружных насосов с первого по (n+1) осуществляется в соответствии с технологическими режимами.

В случае необходимости ремонта и обслуживания всей линии производства, жидкая сера направляется в накопительную емкость, минуя реактор, с последующей грануляцией ее в продукт - сера гранулированная.

Представленная на чертеже схема устройства позволяет обеспечивать как небольшие по производительности единичные мощности, так и гибкую технологическую схему производства, связанную с использованием различных модификаторов и их смесей, а также осуществлять введение различных минеральных добавок.

Осуществление изобретения поясняется примером получения минерального вяжущего на основе серы.

Жидкая сера по линии трубопровода I насосом подается на первый фильтр (11) для тонкой очистки серы от механических примесей. Затем на первом теплообменнике (21) поток серы стабилизируется по температуре до 119-125°С и направляется через двухходовый кран (121) в обогреваемый реактор (61) для заполнения до рассчитанного объема, но составляющего не более 2/3 от общего объема этого реактора. При этом двухходовые краны со второго по n+1 (122 - 12n,12n+1) находятся в положении "закрыто". При заполнении емкости до уровня выше рабочего колеса (181) включается погружной насос (51), который осуществляет циркуляцию серы по замкнутому контуру через линию (141) - трехходовый кран (131) - реактор (61). После заполнения реактора в него подается заранее рассчитанное количество модификатора (например, пентадиен, дициклопентадиен - 1-1,5% от массы жидкой серы, этилиденнорборнен - 0,5-1% от массы жидкой серы) по линии трубопровода II через дозатор модификатора (3), кран (111) в дозировочную емкость модификатора (41). Из дозировочной емкости (41) через открытый двухходовый кран (161) модификатор подается по спиралевидной линии трубопровода подачи модификатора (151), где нагревается до рабочей температуры жидкой серы, 119-125°С. Длина спирали предварительно рассчитывается, исходя из температуры среды перед входом в рабочее колесо насоса.

После заполнения реактора серой и введения рассчитанного количества модификатора подача серы и модификатора прекращается путем перекрытия двухходовых кранов (121 и 161). Циркуляция серы и модификатора по замкнутому контуру (181-141-131-61) осуществляется не менее одного раза. Для интенсификации процесса взаимодействия модификатора с серой используется рабочее колесо погружного насоса (181), сделанное в виде гидроакустического кавитатора, и трубопровод (141), оснащенный завихрителем потока, позволяющим создавать вихревые потоки для интенсивного перемешивания отходящей от насоса и входящей в реактор смеси.

Погружной насос с рабочим колесом, применяемый в изобретении, может быть реализован на базе роторного аппарата, описанного в патенте на полезную модель №113173, кл. B01F 7/28 (2006.01), опубл. 10.02.2012. Время циркуляции и количество циклов циркуляции зависят от мощности двигателя и конструкции гидроакустического кавитатора. После завершения реакции взаимодействия модификатора и жидкой серы продукт направляют в накопительную емкость готовой продукции (7) по линии (141-131-7). Во время процесса циркуляции в реакторе (61) последовательно заполняются жидкой серой последующие реакторы (62-6n), и в них вводится модификатор аналогичным образом. После заполнения накопительной емкости (7) готовый продукт посредством погружного насоса (5n+1) по линии трубопровода (IV) подается через фильтр тонкой очистки (12) в теплообменник (22), где происходит стабилизация готового продукта до температуры 128-132°С, а затем на блок грануляции (8). После грануляции продукт транспортируется в бункер накопитель (9) и на упаковку (10). Готовый продукт имеет массовую долю нерастворимой части 8-12%. Полученный продукт отвечает требованиям ГОСТР 56249-2014 и может использоваться для производства сероасфальтобетонных и серобетоных смесей.

Похожие патенты RU2758907C2

название год авторы номер документа
Способ и установка непрерывного производства полимерного битумного вяжущего IN-LINE 2020
  • Эрик Нордал Хаугаард
RU2763721C1
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ СЕРНЫХ И ДРУГИХ ГОМОГЕННЫХ КОМПОЗИЦИЙ 2000
  • Журавлев А.П.
  • Щугорев В.Д.
  • Гераськин В.И.
RU2166487C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩЕГО ШЛАМА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2004
  • Смолянов В.М.
  • Журавлёв А.В.
  • Новосельцев Д.В.
  • Назаров Е.А.
RU2266258C1
РАСТВОРНЫЙ УЗЕЛ КАРБАМИДНО АММИАЧНОЙ СМЕСИ 2018
  • Новиков Сергей Александрович
RU2686149C1
Установка для растворения сухих и жидких компонентов в воде и водных растворах с получением жидких комплексных удобрений и карбамидо-аммиачных смесей 2022
  • Киреев Евгений Олегович
  • Левин Иван Анатольевич
RU2788199C1
Растворный узел 2020
  • Максимов Вадим Геннадьевич
RU2747084C1
СПОСОБ УЛАВЛИВАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ПЕСКА ИЗ ПРОДУКЦИИ НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2020
  • Крюков Виктор Александрович
  • Кильмухаметов Хабир Венерович
  • Каленков Илья Анатольевич
RU2754106C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОГО ЦЕМЕНТА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2001
  • Ремизов В.В.
  • Алексеев С.З.
  • Щугорев В.Д.
  • Гераськин В.И.
  • Журавлев А.П.
  • Кисленко Н.Н.
  • Мотин Н.В.
  • Курочкин А.К.
RU2211818C2
МИНЕРАЛЬНО-ОРГАНИЧЕСКИЙ КОМПОЗИТ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2018
  • Кретов Валерий Андреевич
  • Лушников Николай Александрович
  • Лысенко Валентина Ефимовна
  • Шароватов Александр Евгеньевич
RU2732751C2
УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГРАНУЛИРОВАННЫХ СМЕСЕЙ ПАРАФИНОВ И ВОСКОВ 2018
  • Тишаев Алексей Серафимович
RU2716684C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 758 907 C2

Реферат патента 2021 года Способ получения минерального вяжущего на основе серы и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области производства дорожных и строительных композиционных материалов, а именно к способу получения минерального вяжущего на основе серы. Технический результат группы изобретений - упрощение процесса получения минерального вяжущего на основе серы. Дозированное количество модификатора из дозировочной емкости подается самотеком на вход в рабочее колесо насоса. Всасывание в рабочее колесо насоса осуществляется за счет его особой конструкции. Устройство содержит накопительную емкость и по меньшей мере один реактор с погружным насосом, который содержит рабочее колесо, трубопровод с завихрителем потока серы и трубопровод подачи модификатора. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 758 907 C2

1. Способ получения минерального вяжущего на оснёове серы, включающий перемешивание по меньшей мере в одном из реакторов жидкой серы, нагретой до температуры 119-125°С, с модификатором посредством погружного насоса, выполненного в виде гидроакустического кавитатора и оснащенного рабочим колесом, при этом количество модификатора составляет 0,5-1,5% от массы жидкой серы и модификатор подают из дозировочной емкости в рабочее колесо погружного насоса реактора по спиралевидной линии трубопровода подачи модификатора, проходящей в слое жидкой серы, и по завершении реакции смесь серы и модификатора посредством трубопровода с завихрителем потока серы по линии трубопровода для подачи минерального вяжущего направляют в накопительную емкость, откуда готовый продукт с помощью погружного насоса направляют на фильтрацию, стабилизируют во втором теплообменнике при температуре 128-132°С, а затем направляют на грануляцию с последующей подачей на упаковку.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее по меньшей мере один реактор, внутри которого установлен погружной насос с рабочим колесом, сделанный в виде гидроакустического кавитатора, рабочее колесо погружного насоса реактора выполнено с возможностью передачи в реактор смеси серы и модификатора через периодически перекрываемые в нем прорези, и накопительную емкость, внутри которой установлен погружной насос, причем рабочее колесо погружного насоса реактора подсоединено трубопроводом, снабженным завихрителем потока, к линии трубопровода для подачи минерального вяжущего на основе серы на второй вход реактора и накопительной емкости, реактор также снабжен трубопроводом подачи модификатора из дозировочной емкости модификатора и дозатора модификатора, линия трубопровода для подачи жидкой серы подключена к первому фильтру тонкой очистки, выход которого подключен к первому теплообменнику, с выхода первого теплообменника жидкая очищенная сера подается на первые входы реактора и накопительной емкости, выходы которых объединены линией трубопровода аварийного слива, погружной насос накопительной емкости соединен с линией трубопровода для подачи готовой продукции (минерального вяжущего на основе серы) к блоку грануляции, линия трубопровода для подачи готовой продукции подключена ко второму фильтру тонкой очистки, выход которого подключен ко второму теплообменнику, с выхода второго теплообменника готовая продукция подается на блок грануляции, снабженный приемным бункером с упаковкой, устройство снабжено блоком управления, имеющим в своем составе двухходовые и трехходовые краны, посредством которых обеспечивают регулирование подачи и аварийного слива жидкой серы и минерального вяжущего на основе серы в реакторе и накопительной емкости, подачу модификатора в дозировочную емкость и в реактор.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2758907C2

Элементы мебели для составления из них кровати, стола и сундука 1928
  • Филатов Ф.П.
SU13639A1
RU 82579 U1, 10.05.2009
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ СЕРЫ 2013
  • Васильев Юрий Эммануилович
  • Мотин Николай Васильевич
  • Пекарь Светлана Сергеевна
  • Шубин Александр Николаевич
  • Якоби Василий Вильгельмович
RU2554585C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ СЕРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СЕРОАСФАЛЬТА 2005
RU2296785C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРОБИТУМНОГО ВЯЖУЩЕГО 2014
  • Кондратьев Александр Сергеевич
  • Смаков Марат Ринатович
RU2565179C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО БИТУМНОГО ВЯЖУЩЕГО ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ (ВАРИАНТЫ) 2016
  • Андриенко Владимир Георгиевич
  • Горлов Евгений Григорьевич
  • Горлова Евгения Евгеньевна
  • Донченко Валерий Анатольевич
  • Моисеев Валерий Андреевич
  • Моисеев Андрей Валерьевич
  • Омелюк Николай Михайлович
  • Дун Жуйкунь
RU2630529C1
WO 2010044496 A1, 22.04.2010.

RU 2 758 907 C2

Авторы

Мотин Николай Васильевич

Мамаев Анатолий Владимирович

Долгов Сергей Иванович

Алехина Мария Николаевна

Тарбеев Владимир Александрович

Воробьев Валерий Анатольевич

Григоренко Вадим Евгеньевич

Васильев Юрий Эммануилович

Даты

2021-11-02Публикация

2019-05-20Подача