Спосіб одержання покрівельної мастики

Изобретение относится к способам получения кровельной мастики и может найти применение в коксохимической и строительных отраслях промышленности. Известен способ получения кровельной мастики на основе углеводородного сырья, продуктов коксохимического производства, каменноугольного пека и органических масел, путем их смешения с наполнителям и термовыдержку в течение 2-3 часов при температуре 120-130°С[1]. По технической сущности и достигаемому эффекту данный способ является наиболее близким к заявленному и выбран в качестве прототипа. Получаемая по способу-прототипу кровельная мастика имеет низкую температур у размягчения, хрупка при низких температурах, имеет кислый характер, способствующий разрушению кровли. В основу изобретения положена задача создать способ получения кровельной мастики путем использования такого сырья и таких приемов его обработки, которые обеспечат высокую стойкость кровельной мастик при высоких и низких температурах. Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе получения кровельной мастики, включающем термообработку углеводородного сырья, продукта коксохимического производства, согласно изобретению, в качестве сырья используют антраценовую фракцию, а термообработку осуществляют в два этапа, на первом этапе сырье нагревают до температуры 150-180°С и выдерживают при этой температуре до полного обезвоживания, на втором этапе температуру повышают до 300-350°С и выдерживают при этой температуре в течение 10-15 часов, причем процесс термообработки интенсифицируют путем подачи в реакционную массу сжатого воздуха. Предлагаемый способ получения кровельной мастики отличается от прототипа тем, что в качестве сырья используют общую антраценовую фракцию, термообработку осуществляют в кубе-реакторе периодического действия в два этапа, на первом этапе нагревают сырье до температуры 150-180°С и выдерживают при этой температуре до полного обезвоживания, на втором этапе температуру повышают до 300-350°С и выдерживают при этой температуре в течение 10-15 часов, процесс термообработки интенсифицируют путем подачи в реакционную массу сжатого воздуха. Выбор предлагаемой технологии обусловлен следующими соображениями: антраценовая фракция обладает наивысшей средней молекулярной массой из всех получаемых продуктов переработки каменноугольной смолы (исключая пек, содержащий первичные нерастворимые в хинолине вещества); по сравнению с каменноугольной смолой и пеком антраценовая фракция отличается более однородным химическим составом, это позволяет добиться высокой степени структурной упорядоченности конечного материала; рядом исследований доказана возможность получения из антраценовой фракции каменноугольной смолы материалов, технологические свойства которых превосходят свойства аналогичных продуктов, полученных на основе рядовых каменноугольных пеков. Еще одной важной положительной особенностью свойств термопродуктов на основе антраценовой фракции является их низкая канцерогенность. Хроматографический анализ показывает, что образцы антраценовой фракции и продуктов их термообработки содержат следовое количество 3,4-бензпирена, который традиционно принят в качестве показателя канцерогенной активности вещества. В отличие от известного способа, в котором недостаточно высокая теплостойкость и устойчивость мастики к изменению атмосферных условий обусловлена низкой температурой размягчения смеси каменноугольного пека с органическими маслами, в предлагаемом способе, благодаря предварительному обезвоживанию сырья и последующей термообработке общей антраценовой фракции, осуществляемой при температуре 300-350°С в течение 10-15 часов в изотермических условиях и присутствии воздуха, протекают процессы полимеризации и дегидрополиконденсации ароматических соединений сырья, в результате чего получают продукт, состоящий из конденсированных структур углеродсодержащих соединений и продуктовых термического уплотнения, имеющий высокую температур у размягчения, высокую теплостойкость и устойчивость к изменению атмосферных явлений. Как показали исследования, проведенные авторами, если пррцесс обезвоживания сырья проводить при температуре ниже 150°С, то влага из него полностью не удаляется и в дальнейшем процесс полимеризации будет происходить в неблагоприятных условия х из-за кавитационных явлений при испарении остаточной влаги. Если процесс обезвоживания проводить при температуре выше 180°С, то в этом случае может произойти вспенивание и выброс загруженного сырья, что создает аварийную ситуацию для обслуживающего персонала. Если температура второго этапа - термообработка обезвоженного сырья менее 300°С, то из-за низкой энергии активации процессов полимеризации требуемая температура размягчения готового продукта в течение оптимальной продолжительности процесса термообработки, которая определяется техникоэкономическими показателями, не будет достигн ута. Если температура термообработки обезвоженного сырья более 350°С, то температура размягчения мастики будет выше, чем требуется по техническим условиям, увеличиваются потери сырья с дистиллятами, полученная мастика имеет жестко сшитую структур у, из-за чего покрытие теряет гибкость. Если продолжительность второго этапа термообработки будет менее 10 часов, то процесс полимеризации не будет завершен. Время термообработки 15 часов достаточно для получения мастики необходимого качества и дальнейшее продолжение термообработки не целесообразно, т.к. полученный продукт будет иметь повышенную температуру размягчения, не отвечающую техническим условиям. Способ осуществляют следующим образом. В начале общую антраценовую фракцию коксохимического производства плотностью 1130-1140 кг/м 3, полученную в процессе ректификации (дистилляции) каменноугольной смолы, с температурой 70-80°С и массовой долей воды не более 1,0%, центробежным насосом подают в куб-реактор, имеющий внешний огневой обогрев, осуществляемый продуктами сгорания коксового газа. Продукт медленно нагревают до температуры 150-180°С. При этой температуре сырье выдерживают в кубе-реакторе 2,0-2,5 часа до полного обезвоживания. На втором этапе температуру в кубе-реакторе постепенно повышают до 300-350°С. При достижении температуры жидкой фазы 200-250°С в куб-реактор для интенсификации процесса начинают подавать сжатый воздух. При температуре 300-350°С продукт выдерживают 10-15 часов. Для контроля качества получаемого продукта из куба-реактора отбирают пробу. При достижении температуры размягчения требуемого значения процесс прекращают, мастику охлаждают, если необходимо, гранулируют и отправляют потребителю. В результате процесса термообработки антраценовой фракции из куба-реактора выводятся дистиллятные продукты и отработанный технологический воздух, которые в дальнейшем утилизируются. Способ поясняется следующим примером. Пример №1. Антраценовая фракция имеет следующие характеристики: Плотность при температуре до 20°С,кг/м 3 1130-1140 Массовая доля воды, % Не более 1,0 Объемная доля отгона, % при температуре °С: 300 8-12 360 53-58 Массовая доля нафталина, % 3,5-5,0 Массовая доля фенолов, % 0,3-0,5 Массовая доля сырого антрацена, % 18-20 Выход коксового остатка, % 1,0-2,0 Температура вспышки, °С 140 1000 кг антраценовой фракции, имеющей температур у 70-80°С, загружают в куб-реактор, постепенно нагревают до температуры 150°С и выдерживают в кубе-реакторе 2 часа до полного обезвоживания. Далее температуру в кубе-реакторе повышают до 300°С. С момента достижения температуры жидкой фазы 200°С в куб-реактор для интенсификации процесса термообработки подают сжатый воздух в количестве 20 м /ч на 1 т загрузки. При температуре 300°С сырьевую массу выдерживают 10 часов. После окончания процесса получают 750 кг мастики кровельной, 220 кг дистиллятов, 20 кг реакционной воды, потери -10 кг. Полученную мастику о хлаждают, гранулируют и направляют потребителю. Данные по этому и другим примерам приведены в таблице. Как видно из приведенных примеров, экономические преимущества заявленного способа по сравнению со способом-прототипом состоят в повышении стойкости мастики высоких и низких температур, характеризующейся увеличением температуры размягчения с 34-40°С (по способу-прототипу) до 50-65°С (по заявляемому способу), понижением температуры хр упкости до -10°С.