Результат интеллектуальной деятельности: Способ утилизации кека сернокислотных производств с получением серобетона

Изобретение относится к химической промышленности, более конкретно - к утилизации отхода сернокислотных производств (кека серного/шлам-битума), образуемого при плавлении и фильтрации серы, с получением серобетона, с дальнейшей переработкой его в готовое изделие (тротуарную плитку, блоки, бордюрный камень).

На многих сернокислотных производствах, использующих газовую, комовую или чешуйчатую серу, столкнулись с проблемой утилизации отхода. Так, при плавлении и фильтрации серы образуется твердый отход - кек серный или шлам-битум, содержащий элементарную серу. Содержание серы в нем варьируется от 27% до 76%. Данный отход, относящийся к IV классу опасности, не востребован на рынке и запрещен к захоронению на полигонах, что приводит к его накоплению и как следствие к загрязнению окружающей среды.

Анализ отечественной литературы:

- Пат. 2147308 Россия / Н.А. Коваленко и др.; 1998;

- Пат 2101303 Россия / Г.Т. Щербань и др.; 1995;

- Пат 22088602 Россия / Г.Т. Щербань и др.; 1994;

- Пат 2096426 Россия / Г.Т. Щербань и др.; 1994, показал, что известные разработки предусматривают утилизацию серных отходов или серы, но лишь в качестве добавки для улучшения прочностных свойств дорожных покрытий. Недостатком данных работ является то, что они основаны на использовании обычной серы, не модифицированной. А это, как известно, не обеспечивает получение бетонов высокого качества, прочностные качества таких бетонов со временем ухудшаются.

На сегодняшний день довольно хорошо изучена технология производства серобетона, основанная на использовании серного вяжущего модифицированной серы. Отличие технологий производств бетонов, связанных с применением цементов, от технологии производства серобетона на использовании серного вяжущего, заключается в том, что при производстве серобетона вместо цементов используется сополимер серы (модифицированная сера), получаемый при взаимодействии расплавленной/жидкой серы с органическими добавками (модификаторами) при заданном температурном режиме и перемешивании. Полученная модифицированная сера охлаждается и дробится и в дальнейшем используется для приготовления материалов на месте или транспортируется на завод для приготовления серобетона или сероасфальта.

Среди технологий, предлагающих использовать серу для приготовления серного цемента, заслуживает внимание технология, разработанная предприятием «Астраханьгазпром» (Пат. 2154602 Россия / А.П. Журавлев и др.; 1999).

Преимущества данной технологии заключается в предварительном получении модифицированной серы с использованием в качестве модификатора нефтяных остатков перегонки парафинистых нефтей - мазута, в аппарате вихревого слоя В150К-01 при температуре 140-150°С, а также использование дешевого модификатора - мазута.

Недостатком данной технологии является то, что используют серу, что не решает проблем утилизации отходов сернокислотных производств.

Государственный дорожный научно-исследовательский институт разработал технологию получения серного вяжущего путем смешения при температуре 135-145°С битума и серосодержащих отходов примерно в равных количествах (А.с. 1565862 Россия / В.З. Гнатейко и др.; 1998). Соотношение битум : серосодержащие отходы - 1,0:0,9÷4,3. Серосодержащие отходы - кек, образующийся после фильтрации серы, остальное - тонкодисперсный известняк фракции - 0,05-0,315 мм. Полученное серное вяжущее смешивают с предварительно нагретым инертным материалом - отход шлифования каменных облицовочных плиток, а затем с золошлаковым отходом (отвальный продукт ГРЭС, который получают в результате совместного гидроудаления двух разновидностей побочных продуктов от сжигания различных марок каменного угля и антрацита (золы и гранулированного шлака)).

Недостатком этой работы является то, что она лишь частично (примерно на 10%) решает проблемы утилизации серных кеков, образующихся при фильтрации серы на сернокислотных производствах, работающих на сере, так как лишь 10% сернокислотных отходов с содержанием серы выше 70%.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности можно отнести способ (Пат. 2088549 Россия / Н.А. Янковский и др.; 1997), который заключается в использовании отхода производства серной кислоты на основе серы элементарной - 56-66%.

Для получения серного бетона кек дробят, загружают в емкость с мешалкой и нагревают до температуры 140-150°С. После чего вводят отход производства полистирола, который выполняет роль модификатора. Далее при непрерывном перемешивании дозируют нагретый песок и шламовый осадок водоосветлителей.

Недостатком этой работы также является то, что она лишь частично решает проблемы утилизации серных кеков. Утилизация отходов с содержанием ниже 50% остается не решенной, что приведет к накоплению данного отхода на площадках временного размещения.

В данном изобретении предлагается использовать отход сернокислотных производств - кек серный/шлам-битум с содержанием серы 27-76%, в качестве модификатора - смесь дициклопентадиена и отхода производства капролактама на стадии получения циклогексанола - продукт осмола и формование готовых изделий при помощи обогреваемых пресс-форм.

Кек серный - это твердое вещество. Основной состав кека серного/шлам-битума составляет: сера и диоксид кремния, а также оксиды алюминия, магния, кальция, сульфат железа(III) и вода. Содержание серы в нем варьируется от 27% до 76%.

Получение серобетонных изделий - периодический многостадийный процесс при постоянном перемешивании и заданном температурном режиме, который включает:

1. Плавление кека серного/шлам-битума - кек серный/шлам-битум из твердого агрегатного состояния переходит в жидкое состояние.

2. Модифицирование содержащейся в кеке серном/шлам-битуме - в плав добавляется модификатор (смесь дициклопентадиена и отхода производства капролактама на стадии получения циклогексанола - продукт осмола); в результате смешения серы и модификатора происходит процесс сополимерезации.

3. Получение серобетона - в аппарат с расплавленным кеком/шлам-битумом после модификации загружаются сухие инертые материалы.

4. Получение готового изделия - после смешения готовый серобетон сливается в заготовленные обогреваемые пресс-формы.

Все стадии получения серобетона проводятся в гребковой сушилке, снабженной мешалкой и рубашкой. На боковых крышках аппарата установлено торцовое уплотнение, через которое проходит вал мешалки. На боковой стенке аппарата имеется бобышка для термометра, предназначенного для контроля температуры стенки, а также имеется люк для загрузки сырья и штуцер с дренажным клапаном.

В сушилку через люк загружается серный кек в количестве 84 кг. Количество загружаемого кека контролируется по техническим весам. В рубашку аппарата подается пар давлением не более 13 кгс/см² и температурой 240°С. После полного расплавления кека серного включается мешалка сушилки. Перемешивание продолжается в течение 1 часа при температуре 160-180°С.

Модификатор (смесь дициклопентадиена и отхода производства капролактама на стадии получения циклогексанола - продукт осмола, соотношение 2:1), в количестве 0,3-0,8 кг, в зависимости от содержания серы в кеке. Медленно, небольшими порциями загружается в сушилку через люк при включенной мешалке. Количество модификатора контролируется по весам аналитическим. Процесс модификации серы проводится в течении 50-90 минут при температуре 120-140°С при постоянном перемешивании.

Для получения серобетона в сушилку загружается предварительно просушенный и подогретый до 120-140°С инертный материал (отсев щебня или песчано-гравийная смесь). Полученная масса перемешивается в течение 60 минут при температуре 140-160°С.

Готовый серобетон через дренажный клапан сливается в заготовленные обогреваемые паром с давлением не более 13 кгс/см² и температурой 240°С пресс-формы для формования готовых изделий.

Положительный эффект от изобретения обеспечивается за счет утилизации двух отходов химической промышленности: кека серного и продукта осмола, что приведет к снижению себестоимости готового продукта без изменения его прочностных характеристик. Данное изобретение позволяет утилизировать отход сернокислотных производств кек серный с содержанием серы менее 55%. В связи с быстрым набором прочности - 30÷40 минут предлагается использовать обогреваемые пресс-формы для формования готовых изделий.