WO2022139779A1 - Способ и установка для получения серополимерного «нано-вяжущего» - Google Patents
Способ и установка для получения серополимерного «нано-вяжущего» Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022139779A1 WO2022139779A1 PCT/UA2021/000061 UA2021000061W WO2022139779A1 WO 2022139779 A1 WO2022139779 A1 WO 2022139779A1 UA 2021000061 W UA2021000061 W UA 2021000061W WO 2022139779 A1 WO2022139779 A1 WO 2022139779A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- flow reactor
- sulfur
- additive
- cavitator
- heating
- Prior art date
Links
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims description 12
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims description 6
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 title abstract 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 title description 11
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 55
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 55
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 20
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims description 13
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims description 13
- 150000003463 sulfur Chemical class 0.000 claims description 13
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 13
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 7
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 7
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 6
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 4
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 239000011269 tar Substances 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000006259 organic additive Substances 0.000 description 2
- 150000008116 organic polysulfides Chemical class 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010011878 Deafness Diseases 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011384 asphalt concrete Substances 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- QTCANKDTWWSCMR-UHFFFAOYSA-N costic aldehyde Natural products C1CCC(=C)C2CC(C(=C)C=O)CCC21C QTCANKDTWWSCMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009439 industrial construction Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- ISTFUJWTQAMRGA-UHFFFAOYSA-N iso-beta-costal Natural products C1C(C(=C)C=O)CCC2(C)CCCC(C)=C21 ISTFUJWTQAMRGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012764 mineral filler Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 235000021122 unsaturated fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 150000004670 unsaturated fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/10—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/36—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing sulfur, sulfides or selenium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/06—Sulfur
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
- E01C7/00—Coherent pavings made in situ
- E01C7/08—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders
- E01C7/35—Toppings or surface dressings; Methods of mixing, impregnating, or spreading them
Definitions
- the invention relates to the building materials industry, namely: road construction, industrial construction and military construction, including in the production of concrete and reinforced concrete and basalt-concrete products and structures based on a sulfur polymer binder, for example, for underwater and underground facilities, treatment structures, waste disposal units, floating platforms and port facilities, road surfaces that may be exposed to acid, alkali or salt attack.
- the disadvantage of the known technical solution is the toxicity of the technology and its low performance.
- the disadvantage of this method is the low polymerization of sulfur in the form of a sulfur-bitumen binder.
- a method including mixing a mineral filler with modified sulfur and bitumen at a temperature of 130 ° - 140 ° C, and bitumen modified with a low molecular weight linear polymer SBS (styrene-polybutadiene-styrene) with a polymer concentration of 1-3.5 wt.
- SBS styrene-polybutadiene-styrene
- bitumen % by weight of bitumen that is mixed periodically in a heated mixer with gentle stirring up to 30 rpm and a temperature of 130 ° - 140 ° C with molten granular sulfur modified with a modifier with reactive double bonds, which is chemically compatible with the bitumen modifier and bitumen, and the mass of the melt of the modified sulfur is 45-60 wt.% by weight of the modified bitumen, after which hydrogen sulfide and sulfur dioxide emission absorbers are added to the mixer, the mixture is stirred for an additional 2-3 minutes and sent for mixing with mineral components [Ukrainian patent for invention No. 116866, publication date 27.11.2017r, Bull. No. 22].
- the disadvantage of the known technical solution is the high cost of low molecular weight linear SBS polymers, which adversely affects the cost of the final product and the low efficiency of obtaining the final product, due to the frequency of operations of loading ingredients into the mixer, mixing the mixture in the mixer and unloading the molten binder from the mixer for further use, subject to accurate compliance with the temperature within 130° ... 140°C.
- the purpose of the invention is to accelerate the process of obtaining a binder based on sulfur with high strength, better water resistance and minimal water absorption.
- This goal is achieved by the fact that in the method of obtaining a sulfur polymer binder, including mixing sulfur with a mineral modifier when heated, followed by the addition of an organic or inorganic additive, according to the invention, the modification of sulfur and its mixing with the additive is carried out in a sealed volume of a heat-insulating box, and: a) a flow reactor is used, in which a temperature gradient is maintained within 110 ° - 160 ° C; b) modification of the sulfur melt is carried out under cavitation conditions, for example, as a result of exposure to ultrasound in the main cavitator, after which the molten modified sulfur is fed to the first inlet of the flow reactor; c) the additive in the molten state is fed to the second inlet of the flow reactor; d) components are transported - a melt of modified sulfur and additives - to the outlet of the flow reactor with constant stirring of the above ingredients; e) the melt of the above ingredients is processed with the help of an additional cavitator at the outlet of the flow reactor.
- an induction winding and an RF generator are used for local heating of the flow reactor.
- mixing in a flow reactor is carried out at the following ratio of ingredients , wt.%: modifier - 0.01 ... 2.5%; technical sulfur - 30% ... 99.9%; additive - 70% ... 0.01%.
- bitumen or tar or oil refinery waste or waste petrochemical products such as oils, are used as an additive.
- the frequency of ultrasound is chosen in the range from 20 kHz to 2 GHz, depending on the speed of the melt in the flow reactor.
- first tank for heating sulfur is connected through the first dispenser and the main cavitator to the first inlet of the flow reactor
- the second tank for heating the additive is connected through the second dispenser to the second inlet of the flow reactor.
- outlet of the flow reactor is connected to the inlet of an additional cavitator.
- the sealed heat-insulating box is divided into at least two parts by a partition.
- FIG.1 The method of obtaining a sulfur polymer binder is carried out using the installation, schematically depicted in Fig.1.
- Figure 2 and Figure 3 shows the design of the main ultrasonic cavitator.
- Figure 4 shows a variant of the spiral conveyor-mixer for the implementation of the invention.
- the installation for implementing the method for producing a sulfur polymer binder contains containers 1 and 2 for heating the ingredients (sulfur and additives), elements for their movement in the form of pipelines 3 located in a sealed heat-insulating box 4, where a heater 5 is also installed for heating the gas mixture 20, a flow reactor 6, ingredient dispensers 7.8 and main cavitator 9 to provide sulfur modification. Maintaining the temperature in the sealed box 4 within 110°..160°C provides an element 10 for the circulation of the gas mixture 20, for example, a fan.
- the first container 1 for heating sulfur is connected through the first batcher 7 and the main cavitator 9 with the first input 11 of the flow reactor 6, and the second container 2 for heating the additive is connected through the second batcher 8 with the second input 12 of the flow reactor 6.
- the output of the flow reactor 6 is connected to the input additional cavitator 13.
- the heat-insulating box 4 is divided into at least two parts, for example, into the upper 14 and lower 15 using a partition 16.
- an induction winding 17 and an RF generator are introduced (not shown in Fig.1 shown).
- a spiral conveyor-mixer 18 is installed, rotating motor-reducer 19.
- the main 9 and additional 13 cavitators contain at least two ultrasonic emitter 21 with speed transformers 22, which are rigidly fixed on the outer generatrix of the flow vibrator 23 in the form of a cylindrical tube or a set of separate cylindrical tubular vibrators, which are sealed between the top 24 and bottom 25 end caps, as well as the inlet 26 and outlet 27 branch pipes, the transition glass 28, installed together with the inlet pipe 26 in the upper end cap 24 coaxially; the outlet pipe 27 is installed in the transition sleeve 28 tangentially to the inner surface of the latter, and the lower end cap 25 is made deaf with the possibility of periodically flushing the internal cavity of the cavitator using a valve.
- Ultrasonic emitters 21 are made in the form of composite piezoelectric transducers.
- Speed transformers 22 are fixed on the outer surface of the flow vibrator 23 by welding or threaded connection or special high-temperature adhesive.
- the inlet pipe 26 and the adapter sleeve 28 are installed coaxially with the longitudinal axis of the flow vibrator 23, and in the inlet pipe 26 there is a guide element 29 of the screw type.
- Spiral conveyor-mixer 18 in Fig.4 contains a shortened Central shaft 31 with a working body, which is made in the form of a double helical L-shaped spiral with external cylindrical 32 and internal rib 33 parts, between which mixing blades 34 are installed. To ensure the rigidity of the design of the working body, the costal parts 33 of both L-shaped spirals are interconnected by jumpers 35.
- the method of obtaining a sulfur polymer binder is carried out as follows.
- the appropriate additive is fed to the second inlet 12 of the flow reactor 6 through the dispenser 8, for example, molten bitumen or another additive for the copolymerization of ingredients, depending on the availability of warehouse or when it is necessary to dispose of waste, for example, oil refinery waste or waste petrochemical products, such as oils, tar and the like.
- the molten components - modified sulfur plus polymerization additive - enter the second half of the flow reactor 6, where they are transported using a spiral conveyor 18 and mixed with paddles 34 (see Fig.4). From the outlet of the flow reactor 6, the melt enters an additional cavitator 13, where it is exposed to ultrasonic radiation.
- the action of ultrasonic radiation is carried out for at least 10 seconds, and the ultrasonic frequency of the cavitator 13 is selected in the range from 20 kHz to 2 GHz, depending on the melt flow rate in the flow reactor 6 and the type of additive for copolymerization.
- the process of transportation and mixing in the flow reactor 6 is carried out at a temperature ranging from 110 ° to 160 ° C, which is maintained using at least one induction winding 17 and the flow of a gas mixture 20 heated by a heater 5, filling the space between the partition 16 and thermal insulation of a sealed box 4.
- the process of mixing the melt of ingredients is carried out at the following ratio, wt.%: modifier - 0.01 ...
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Architecture (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Способ включает перемешивание серы с модификатором при нагревании до образования расплава, причем технологический процесс проводят с помощью проточного реактора (6) в непрерывном режиме; серу предварительно связывают с модификатором в расплавленном состоянии и подают через дозатор (7) и кавитатор (9) на первый вход (И) реактора (6); расплавленную добавку подают на второй вход (12) реактора (6) и далее транспортируют расплавленные компоненты к выходу проточного реактора при постоянном их перемешивании и подвергают воздействию ультразвукового излучения при прохождении расплава компонентов через дополнительный кавитатор (13).
Description
СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРОПОЛИМЕРНОГО «НАНО-ВЯЖУЩЕГО»
Область техники
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно: дорожного строительства, промышленного строительства и военного строительства и в том числе - при производстве бетонных и армированных железобетонных и базальтового-бетонных изделий и конструкций на основе серополимерного вяжущего, например, для подводных и подземных сооружений, очистных сооружений, блоков для захоронения отходов, плавучих платформ и портовых сооружений, дорожных покрытий, которые могут подвергаться кислотному, щелочному или солевому воздействиям.
Предшествующий уровень техники
Известны способы получения серосодержащих вяжущих описаны в патентах США №4058500 и № 4348313, в которых раскрывается серное вяжущее, где расплав серы модифицируют олефиновыми углеводами, то есть органическими модификаторами. Модификация серы в этом случае заключается в химическом разрыве октагональных цепочек, которые образуют молекулы серы в обычных условиях. Подобные решения довольно опасны в использовании из-за наличия высокого риска возгорания или взрыва в процессе химической модификации серы и своей токсичности при воздействии на обслуживающий персонал.
Известен также способ производства строительного полимерного вяжущего, имеющего в своей основе отходы серы, включающий нагрев от 30 до 60 масс. % отходов серы до температуры 125°-135°С во вращающемся барабане мешалки и после получения расплава отходов серы, добавляют от 10 до 45 мас.% отвального шлака от выплавки меди, содержащего селен, мышьяк,
фосфор и их сульфиды и оксиды металла, после чего эту смесь перемешивают в отдельной емкости примерно 10 минут со скоростью от 16 до 20 оборотов в минуту [PCT WO2010/082856]. Недостатком известного способа является низкая технологичность, обусловленная периодической загрузкой отдельных агрегатов и длительный процесс разогрева отходов серы.
Известен также способ получения серного вяжущего, включающий смешивание предварительно модифицированной серы, органических добавок и инертных наполнителей в виде базальтовой фибры при температуре не выше 150°С в течение 20-30 мин. для обеспечения расплавления серы и полимеризации последней в среде органических добавок [патент РФ 2306285, дата публ. 20.09.2007].
Недостатком известного технического решения является токсичность технологии и низкая ее производительность.
Известен также способ получения серо-битумного вяжущего путем объединения расплавов предварительно модифицированной серы и битума, согласно которому серу предварительно связывают со смесью ненасыщенных жирных кислот - флотогудроном в соотношении «сера - флотогудрон» мас.% в пределах от 30:70 в 60:40 для получения органических полисульфидов и смешиванием указанных расплавов при следующем соотношении ингредиентов , мас.%: предварительно модифицированная сера: органические полисульфиды 20-80, битум 20-80 [патент РФ №2255066, дата публикации 25.07.2005].
Недостатком известного способа является низкий показатель полимеризации серы в форме серо-битумного вяжущего.
В качестве прототипа выбран способ, включающий смешивание минерального наполнителя с модифицированной серой и с битумом при температуре 130° - 140°С, причем применяют битум модифицированный низкомолекулярным линейным полимером SBS (стирол-полибутадиен-стирол) с концентрацией полимера 1-3,5 масс. % от массы битума, который смешивают
периодически в обогреваемом смесителе ри щадящем перемешивании до 30 оборотов в минуту и температуре 130° - 140°С с расплавленной гранулированной серой, модифицированной модификатором с реакционными двойными связями, который химически совместим с модификатором битума и битумом, а масса расплава модифицированной серы составляет 45-60 мас.% от массы модифицированного битума, после чего в смеситель добавляют поглотители эмиссии сероводорода и диоксида серы, смесь перемешивают дополнительно 2-3 минуты и направляют для смешивания с минеральными компонентами [патент Украины на изобретение № 116866, дата публикации 27.11.2017р, Бюл. № 22].
Недостатком известного технического решения является большая стоимость низкомолекулярных линейных SBS полимеров, что отрицательно сказывается на себестоимости конечного продукта и низкая эффективность получения конечного продукта, обусловленная периодичностью операций загрузки в смеситель ингредиентов, перемешивания смеси в смесителе и выгрузки из смесителя расплавленного вяжущего для дальнейшего использования при условии точного соблюдения температуры в пределах 130° ... 140°С.
Раскрытие изобретения
Целью предлагаемого изобретения является ускорение процесса получения вяжущего на базе серы с высокой прочностью, лучшими показателями водостойкости и минимальным водопоглощением.
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения серополимерного вяжущего, включающем перемешивание серы с минеральным модификатором при нагревании с последующим добавлением органической или неорганической добавки, согласно изобретению, модификацию серы и смешивание ее с добавкой проводят в герметичном объеме теплоизолирующего бокса, причем:
а) применяют проточный реактор, в котором поддерживают градиент температур в пределах 110° - 160°С; б) модификацию расплава серы проводят в условиях кавитации, например, в результате воздействия ультразвука в основном кавитаторе, после чего расплавленную модифицированную серу подают на первый вход проточного реактора; в) добавку в расплавленном состоянии подают на второй вход проточного реактора; г) транспортируют компоненты - расплав модифицированной серы и добавки - к выходу проточного реактора при постоянном перемешивании указанных выше ингредиентов ; д) проводят обработку расплава указанных выше ингредиентов с помощью дополнительного кавитатора на выходе проточного реактора.
Кроме того, для локального обогрева проточного реактора применяют индукционную обмотку и ВЧ генератор.
Кроме того, перемешивание в проточном реакторе проводят при следующем соотношении ингредиентов , мас.%: модификатор - 0,01 ... 2,5%; техническая сера - 30% ... 99.9%; добавка - 70% ... 0.01%.
Кроме того, как добавку применяют битум или гудрон или отходы нефтепереработки или отработанные продукты нефтехимии, например, масла.
Кроме того, частоту ультразвука выбирают в диапазоне от 20-и кГц до 2- х ГГц в зависимости от скорости расплава в проточном реакторе.
Установка для получения серополимерного вяжущего, содержащая первую и вторую емкости для разогрева серы и добавки соответственно, а также элементы для их перемещения, согласно изобретения, дополнительно содержит герметичный теплоизолирующий бокс, в котором установлены калорифер для подогрева газовой смеси, проточный реактор, дозаторы ингредиентов и по меньшей мере один основной кавитатор, а для поддержания
температуры в герметичном боксе в пределах 110°..160°С введен элемент для циркуляции газовой смеси в герметичном объеме теплоизолирующего бокса.
Кроме того, первая емкость для разогрева серы соединена через первый дозатор и основной кавитатор с первым входом проточного реактора, а вторая емкость для разогрева добавки соединена через второй дозатор со вторым входом проточного реактора.
Кроме того, выход проточного реактора подключен ко входу дополнительного кавитатора.
Кроме того, герметичный теплоизолирующий бокс разделен как минимум на две части перегородкой.
Кроме того, для локального обогрева проточного реактора введена индукционная обмотка и ВЧ генератор.
Между достигнутой целью и существенными отличительными признаками предлагаемого технического решения существует непосредственная причинно-следственная связь. Так за счет непрерывного и последовательного выполнения операций разогрева ингредиентов, модификации серы в условиях ее кавитации, перемешивания в процессе транспортировки в проточном реакторе и активации ингредиентов (серы и добавки) на выходе проточного реактора с помощью дополнительного кавитатора сокращается продолжительность приготовления серополимерного вяжущего. При этом в результате химического взаимодействия кавитационной модифицированной серы с добавками, например, с битумом в расплаве в условиях действия ультразвуковых колебаний на молекулы расплава ингредиентов (то есть на нано-уровне) происходит образование многочисленных пространственных сополимерных цепочек, что существенно ускоряет технологический процесс получения предложенного серополимерного вяжущего и не приводит к выбросам вредных веществ, а также увеличивает степень полимеризации серы и тем самым повышает прочность серобетонов и асфальтобетонов, изготовленных на основе
предложенного способа получения «Нано-вяжущего»™. Применение индукционного нагревателя проточного реактора с индукционной обмоткой обеспечивает точность поддержания заданного градиента температур в необходимых пределах в соответствующей рабочей зоне проточного реактора.
Краткое описание чертежей
Способ получения серополимерного вяжущего проводят с помощью установки, схематически изображенной на Фиг.1. На Фиг.2 и Фиг.З изображена конструкция основного ультразвукового кавитатора. На Фиг.4 изображен вариант спирального транспортера-смесителя для осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Установка для осуществления способа получения серополимерного вяжущего содержит емкости 1 и 2 для разогрева ингредиентов (серы и добавки), элементы для их перемещения в виде трубопроводов 3, расположенных в герметичном теплоизолирующем боксе 4, где установлены также калорифер 5 для подогрева газовой смеси 20, проточный реактор 6, дозаторы 7,8 ингредиентов и основной кавитатор 9 для обеспечения модификации серы. Поддержание температуры в герметичном боксе 4 в пределах 110°..160°С обеспечивает элемент 10 для циркуляции газовой смеси 20, например, вентилятор. Первая емкость 1 для разогрева серы соединена через первый дозатор 7 и основной кавитатор 9 с первым входом 11 проточного реактора 6, а вторая емкость 2 для разогрева добавки соединена через второй дозатор 8 со вторым входом 12 проточного реактора 6. Выход проточного реактора 6 подключен к входу дополнительного кавитатора 13. Теплоизолирующий бокс 4 разделен как минимум на две части, например, на верхнюю 14 и нижнюю 15 с помощью перегородки 16. Для локального обогрева проточного реактора 6 вместе с его содержанием введена индукционная обмотка 17 и ВЧ генератор (на Фиг.1 не показан). В проточном реакторе 6 установлен спиральный транспортер-смеситель 18, вращающийся
мотор-редуктором 19. Основной 9 и дополнительный 13 кавитаторы (см. Фиг.2,3) содержат по меньшей мере два ультразвуковых излучателя 21 с трансформаторами скорости 22, которые жестко зафиксированы на внешней образующей поверхности проточного вибратора 23 в форме цилиндрической трубы или набора отдельных цилиндрических трубчатых вибраторов, которые уплотнены между собой верхней 24 и нижней 25 торцевыми крышками, а также входной 26 и выходной 27 патрубки, переходный стакан 28, установленный вместе с входным патрубком 26 в верхней торцевой крышке 24 коаксиально; выходной патрубок 27 установлен в переходном стакане 28 тангенциально к внутренней поверхности последнего, а нижняя торцевая крышка 25 выполнена глухой с возможностью периодического промывания внутренней полости кавитатора при помощи вентиля. Ультразвуковые излучатели 21 выполнены в виде составных пьезоэлектрических преобразователей. Трансформаторы скорости 22 зафиксированы на внешней поверхности проточного вибратора 23 методом сварки или резьбовым соединением или специальным высокотемпературным клеем. Входной патрубок 26 и переходный стакан 28 установлены соосно продольной оси проточного вибратора 23, а во входном патрубке 26 установлен направляющий элемент 29 шнекового типа. Спиральный транспортер-смеситель 18 на Фиг.4 содержит укороченный центральный вал 31 с рабочим органом, который выполнен в форме двойной винтовой Г-образной спирали с внешней цилиндрической 32 и внутренней реберной 33 частями, между которыми установлены смесительные лопатки 34. Для обеспечения жесткости конструкции рабочего органа реберные части 33 обоих Г-образных спиралей соединены между собой перемычками 35.
Способ получения серополимерного вяжущего проводят следующим образом.
На вход 11 проточного реактора 7 с помощью дозатора 8 подают в расплавленном состоянии серу, предварительно смешанную с
соответствующим модификатором и расплавленную в емкости 1. При этом как химический модификатор серы применяют составы, содержание которых не превышает 2,5 масс.%. Расплав серы подают на вход И через основной кавитатор 9, который обеспечивает ускорение модификации серы небольшим количеством указанных выше органических соединений. Модифицированную серу в расплавленном состоянии перемещают со входа 11 с помощью спирального транспортера-смесителя 18 в направлении стрелки А. На второй вход 12 проточного реактора 6 через дозатор 8 подают соответствующую добавку, например, расплавленный битум или иную добавку для сополимеризации ингредиентов в зависимости от наличия на складе или при необходимости утилизации отходов, например, отходов нефтепереработки или отработанных продуктов нефтехимии, таких как масла, гудрон и тому подобные вещества. Расплавленные компоненты - модифицированная сера плюс добавка для полимеризации - поступают во вторую половину проточного реактора 6, где их транспортируют с помощью спирального транспортера 18 и перемешивают лопатками 34 (см. Фиг.4). С выхода проточного реактора 6 расплав поступает в дополнительный кавитатор 13, где подвергается воздействию ультразвукового излучения. Действие ультразвукового излучения проводят в течение не менее 10-и секунд, а частоту ультразвука кавитатора 13 выбирают в диапазоне от 20 кГц до 2-х ГГц в зависимости от скорости потока расплава в проточном реакторе 6 и вида добавки для со-полимеризации. При этом процесс транспортировки и перемешивания в проточном реакторе 6 проводят при температуре, находящейся в пределах от 110° до 160°С, которую поддерживают с помощью по меньшей мере одной индукционной обмотки 17 и потока нагретой калорифером 5 смеси газов 20, заполняющей пространство между перегородкой 16 и термоизоляцией герметичного бокса 4. В предпочтительном варианте выполнения способа процесс перемешивания расплава ингредиентов проводят при следующем их соотношении, мас.%: модификатор - 0,01 ... 5%; техническая сера - 1% ... 99.9%; добавка - 50% ...
0.01%. В результате действия ультразвука дополнительного кавитатора 13 на смесь ингредиентов расплава с выхода реактора 6 происходит процесс полимеризации, при котором модифицированная сера связывается вместе с соответствующей добавкой в пространственные полимерные цепочки. Это позволяет химически связать серу в смеси ингредиентов до соотношения: 99.9% масс, серы и 0,01% добавки вместе с модификатором. С выхода дополнительного кавитатора 13 полученное вяжущее поступает в приемный бункер 36 для транспортировки в жидком состоянии до потребителя или в устройство для получения твердых гранул с последующим фасовкой в соответствующую тару.
Промышленная применимость
Исследования, проведенные в лаборатории группы компаний «ЗАПАД- ВОСТОК КОНСАЛТИНГ» совместно с Национальным Политехническим Университетом им. Игоря Сикорского и с Государственным предприятием «Государственный дорожный научно-исследовательский институт» им. М.П. Шульгина, подтвердили, что полученное «Нано-вяжущее»™ соответствует необходимым требованиям. Испытания опытных образцов предлагаемого серополимерного вяжущего показали значительное увеличение твердости, стойкости и кислотостойкое™, высокой химической стойкостью к воздействию агрессивных сред, а также высокую морозостойкость. Установка для приготовления серополимерного вяжущего может работать в автоматическом режиме без вмешательства обслуживающего персонала. Кроме того, теплоизолирующий бокс 4 вместе с проточным реактором 6 и ультразвуковыми кавитаторами 9,13 может устанавливаться на автомобильном прицепе, что позволяет обеспечить мобильность установки для осуществления способа получения серополимерного вяжущего.
Claims
Формула изобретения
1 Способ получения серополимерного, включающий перемешивание серы с модификатором при нагревании с последующим добавлением органической или неорганической добавки, отличающийся тем, что модификацию серы и смешивание ее с добавкой проводят в герметичном объеме теплоизолирующего бокса (4), причем: а) применяют проточный реактор (6), в котором поддерживают градиент температур в пределах 110° - 160°С; б) модификацию расплава серы проводят в условиях кавитации, например, в результате действия ультразвука в основном кавитаторе (7), после чего расплавленную модифицированную серу подают на первый вход (11) проточного реактора (6); в) добавку в расплавленном состоянии подают на второй вход (12) проточного реактора (6); г) транспортируют компоненты - расплав модифицированной серы и добавки - к выходу проточного реактора (6) при постоянном перемешивании указанных выше ингредиентов; д) проводят обработку расплава указанных выше инградиентов с помощью дополнительного кавитатора (13) на выходе проточного реактора (6).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для локального обогрева проточного реактора (6) применяют индукционную обмотку (17) и ВЧ генератор.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемешивание в проточном реакторе (6) проводят при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: модификатор - 0,01 ... 2,5%; техническая сера - 30% ... 99.9%; добавка - 70% ... 0.01%.
4. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что в качестве добавки применяют битум или гудрон или отходы нефтепереработки или отработанные продукты нефтехимии, например, масла.
5. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что частоту ультразвука выбирают в диапазоне от 20-и кГц до 2-х ГГц в зависимости от скорости расплава в проточном реакторе (6).
6. Установка для получения серополимерного вяжущего, содержащая первую (1) и вторую (2) емкости для разогрева ингредиентов и элементы для их перемещения (3), отличающаяся тем, что дополнительно введен герметичный теплоизолирующий бокс (4), в котором установлены калорифер
(5) для подогрева газовой смеси (20), проточный реактор (6), первый (7) и второй (8) дозаторы ингредиентов, основной кавитатор (9), а для поддержания температуры в герметичном боксе в пределах 110°..160°С введен элемент (10) для циркуляции газовой смеси (20) в герметичном объеме теплоизолирующего бокса (4).
7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что первая емкость (1) для разогрева серы соединена через первый дозатор (7) и основной кавитатор (9) с первым входом (И) проточного реактора (6), а вторая емкость (2) для разогрева добавки соединена через второй дозатор (8) со вторым входом (12) проточного реактора (6).
8. Установка по п.6, отличающаяся тем, что выход проточного реактора
(6) подключен ко входу дополнительного кавитатора (13).
9. Установка по п.6, отличающаяся тем, что герметичный теплоизолирующий бокс (4) разделен как минимум на две части (14, 15) перегородкой (16).
10. Установка по п.6, отличающаяся тем, что для локального обогрева проточного реактора (6) введена индукционная обмотка (17) и ВЧ генератор.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAA202008142 | 2020-12-21 | ||
UAA202008142 | 2020-12-21 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2022139779A1 true WO2022139779A1 (ru) | 2022-06-30 |
Family
ID=82158348
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/UA2021/000061 WO2022139779A1 (ru) | 2020-12-21 | 2021-06-30 | Способ и установка для получения серополимерного «нано-вяжущего» |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2022139779A1 (ru) |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4058500A (en) | 1975-05-29 | 1977-11-15 | Vroom Alan H | Sulphur cements, process for making same and sulphur concretes made therefrom |
US4348313A (en) | 1979-10-16 | 1982-09-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Department Of Commerce | Concrete formulation comprising polymeric reaction product of sulfur/cyclopentadiene oligomer/dicyclopentadiene |
RU2223992C2 (ru) | 2002-04-08 | 2004-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ | Способ получения серобитума |
RU2255066C1 (ru) | 2004-04-29 | 2005-06-27 | Казанская государственная архитектурно-строительная академия КГАСА | Способ получения серобитумного вяжущего |
RU2306285C2 (ru) | 2005-11-10 | 2007-09-20 | Алексей Павлович Мырзин | Серное вяжущее и серобетонная смесь |
WO2010082856A1 (en) | 2009-01-14 | 2010-07-22 | Myslowski, Wlodzimierz | The method of polymeric construction binder production and polymeric construction binder |
RU97998U1 (ru) * | 2010-04-28 | 2010-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" (ООО "Газпром ВНИИГАЗ") | Комплекс для приготовления композиционного серобитума |
US20160137500A1 (en) | 2012-06-22 | 2016-05-19 | Korea Institute Of Science And Technology | Modified sulfur, method for preparing same, apparatus for preparing same, and use thereof |
UA116866C2 (uk) | 2017-10-17 | 2018-05-10 | Борис Петрович Радченко | Спосіб отримання сіркоасфальтобетону |
UA132824U (uk) * | 2018-10-16 | 2019-03-11 | Тов "Захід-Схід Консалтінг" | Установка для приготування в'яжучого |
RU2725227C2 (ru) * | 2018-12-17 | 2020-06-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Способ получения серобитума |
-
2021
- 2021-06-30 WO PCT/UA2021/000061 patent/WO2022139779A1/ru unknown
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4058500A (en) | 1975-05-29 | 1977-11-15 | Vroom Alan H | Sulphur cements, process for making same and sulphur concretes made therefrom |
US4348313A (en) | 1979-10-16 | 1982-09-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Department Of Commerce | Concrete formulation comprising polymeric reaction product of sulfur/cyclopentadiene oligomer/dicyclopentadiene |
RU2223992C2 (ru) | 2002-04-08 | 2004-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ | Способ получения серобитума |
RU2255066C1 (ru) | 2004-04-29 | 2005-06-27 | Казанская государственная архитектурно-строительная академия КГАСА | Способ получения серобитумного вяжущего |
RU2306285C2 (ru) | 2005-11-10 | 2007-09-20 | Алексей Павлович Мырзин | Серное вяжущее и серобетонная смесь |
WO2010082856A1 (en) | 2009-01-14 | 2010-07-22 | Myslowski, Wlodzimierz | The method of polymeric construction binder production and polymeric construction binder |
RU97998U1 (ru) * | 2010-04-28 | 2010-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" (ООО "Газпром ВНИИГАЗ") | Комплекс для приготовления композиционного серобитума |
US20160137500A1 (en) | 2012-06-22 | 2016-05-19 | Korea Institute Of Science And Technology | Modified sulfur, method for preparing same, apparatus for preparing same, and use thereof |
UA116866C2 (uk) | 2017-10-17 | 2018-05-10 | Борис Петрович Радченко | Спосіб отримання сіркоасфальтобетону |
UA132824U (uk) * | 2018-10-16 | 2019-03-11 | Тов "Захід-Схід Консалтінг" | Установка для приготування в'яжучого |
RU2725227C2 (ru) * | 2018-12-17 | 2020-06-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Способ получения серобитума |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
"CONSTRUCTION BINDER", 22 July 2010, ANDRZEJ JANICZEK, PUB |
ALEKSEEV S.Z.: "SULFUR-BITUMEN MANUFACTURING PROCESS", 20 February 2004 |
KIM ET AL.: "SULFUR, METHOD FOR PREPARING SAME, APPARATUS FORPREPARING SAME, AND USE THEREOF", 19 May 2016 |
MYRZIN A.P, SULFUR BINDER AND SULFUR/CONCRETE MIX, 20 September 2007 (2007-09-20) |
RADCHENKO B.P: "A METHOD OF OBTAINING SULFUR-ASPHALT CONCRETE", 10 May 2018 |
WILLIAM C. MCBEE, OLIGOMER/DICYCLOPENTADIENE, 14 October 1980 (1980-10-14) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2009352654B2 (en) | Process for drying fine tailings or colloidal fluids | |
CA2678818C (en) | Process for drying oil sand mature fine tailings | |
EA012250B1 (ru) | Система для получения отверждённого вещества с преобразованной серой | |
US4886393A (en) | Pretreatment of solid wastes, and wastes to be compacted, for introduction into underground salt cavities of salt caverns via a downpipe under the force of gravity | |
RU2627392C1 (ru) | Устройство для производства модифицированного битумного вяжущего | |
CN101831190A (zh) | 一种易溶于沥青的高粘度沥青改性剂及其生产方法 | |
WO2022139779A1 (ru) | Способ и установка для получения серополимерного «нано-вяжущего» | |
CN101831189B (zh) | 一种易溶于沥青的高粘度沥青改性剂的生产装置及生产方法 | |
RU2266258C1 (ru) | Способ переработки нефтесодержащего шлама и устройство для его реализации | |
JP5406865B2 (ja) | 土壌改良装置 | |
CN105781612A (zh) | 矿井采空区的填筑方法与系统 | |
JPH02500021A (ja) | 炭化水素廃棄物と硫酸廃棄物及び/又は酸性の硫酸誘導体廃棄物との同時処理方法 | |
CN101343100B (zh) | 建筑施工废水的双联处理装置 | |
CN203842535U (zh) | 一种自吸式混合器 | |
RU2317605C1 (ru) | Способ цементирования жидких радиоактивных отходов, содержащих минеральные масла и/или органические жидкости, и устройство для его осуществления | |
JP4531626B2 (ja) | 改質硫黄中間資材フレーク製造方法及びその製造システム | |
US616373A (en) | upton | |
UA146557U (uk) | Установка для приготування в'яжучого | |
RU2765548C1 (ru) | Установка и способ производства эмульсий топливных смесей для получения взрывчатых веществ на основе отходов производства | |
CN102528959A (zh) | 一种防止高粘度沥青改性剂粘连板结的防粘剂添加方法 | |
UA132824U (uk) | Установка для приготування в'яжучого | |
RU166936U1 (ru) | Технологическая линия по производству полимерной модифицированной серы непрерывным способом | |
CN211689756U (zh) | 一种高精度材料添加与温控混合料现场拌合装置 | |
CN202323635U (zh) | 沥料复原裹覆振动往复搅拌器 | |
RU96505U1 (ru) | Функциональный комплекс для приготовления композиционной асфальтобетонной смеси (варианты) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21911756 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 30/10/2023) |