способ получения мелкодисперсного сорбента нефти и нефтепродуктов из высокомолекулярных отходов производства

Формула изобретения

Способ получения мелкодисперсного сорбента нефти и нефтепродуктов из высокомолекулярных отходов производства, включающий обработку отходов жидкостью с последующим высушиванием сорбента до постоянного веса при температуре 100°С, отличающийся тем, что в качестве высокомолекулярных отходов производства используют предварительно измельченные отходы полиэтилена, а в качестве жидкости - органические растворители, в которых растворяют отходы при температуре 90°С и интенсивном перемешивании в течение 30 мин, полученный 20-35%-ный раствор охлаждают до комнатной температуры, образовавшуюся парафиноподобную массу измельчают с помощью мешалки при скорости вращения 2500-3000 об/мин в течение 3-5 мин и смешивают с водой в соотношении 1:1, нагревают до температуры, не превышающей на 10°С температуру плавления полимера в присутствии большого количества органического растворителя, вакуумируют при остаточном давлении 15-40 мм рт.ст. и температуре холодильника 0°С с одновременной конденсацией паров совместно перегоняемых органического растворителя и воды с последующим их разделением путем отстаивания и декантации, после полной отгонки растворителя смесь порошкообразного полимера с водой фильтруют с получением порошка с размерами частиц 35±10 мкм и сорбционной емкостью 3,5-4,0 г/г.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для решения двух важнейших экологических проблем: переработки полимерных отходов, ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов и очистки промышленных стоков предприятий нефтеперерабатывающей промышленности.

Известно, что при ликвидации нефтяных разливов с поверхности водных акваторий наиболее эффективным является использование синтетических (полимерных) сорбентов. (Аренс В.Ж., Гридин О.М. Эффективные сорбенты для ликвидации нефтяных разливов.//Экология и промышленность России. - 1997. - №2. - С.32-37). Эти сорбенты по сравнению с неорганическими и природными обладают более высокой сорбционной емкостью (до 40 г/г сорбента), а возможность их производства из вторичного сырья позволяет решить проблему утилизации полимерных отходов. К таким сорбентам относятся нетканые полотна, сформированные из полипропиленовых, полиэтиленовых, полиэтилентерефталатных, полистирольных и т.п. волокон; полиуретан в губчатом или гранулированном виде; резиновая крошка, получаемая в результате переработки изношенных автомобильных покрышек; полые полимерные микросферы; композиции, состоящие из резиновой крошки, порошкообразного полиэтилена и измельченной целлюлозы.

Основным недостатком этих сорбентов является высокая стоимость, обусловленная многостадийностью технологического процесса их производства, и использование в некоторых случаях первичного полимерного сырья.

Известен также способ выделения из растворов полиолефинов в органических растворителях порошка, который получают по экологически безопасной технологии, исключающей в отличие от традиционного использование больших количеств дорогостоящего осадителя (Патент РФ №2194719, выдан 20.12.02).

Данный способ предполагает охлаждение раствора полиолефина до комнатной температуры, измельчение образовавшейся парафиноподобной массы и смешение ее с водой; нагрев полученной смеси до температуры, не превышающей температуру плавления полимера в присутствии органического растворителя. Выделение полимера проводят путем вакуумирования этой смеси до полной отгонки растворителя, а разделение жидкостей осуществляют конденсацией их паров. Затем порошок фильтруют от воды и сушат. Собранные в сборнике конденсата органический растворитель и воду разделяют путем отстаивания и декантации.

Однако порошок, получаемый по описанному способу, имеет относительно большие размеры частиц (1000 мкм и более), что снижает его сорбционную емкость, которая находится на уровне всего лишь 1-2 г/г и, следовательно, эффективность использования в качестве сорбента. Кроме того, способ не предусматривает возможность получения порошков полимера из отходов.

Наиболее близким техническим решением является способ очистки различных поверхностей от разливов нефти и нефтепродуктов, сорбент для очистки поверхностей и способ его получения, который может быть применен в области охраны окружающей среды для решения экологических проблем (патент RU 2107034, выдан 20.03.1998). По предложенному способу сорбент получают из отходов, образующихся при сжигании пылевидного угля с последующей обработкой гидрофобизатором. В качестве гидрофобизатора используют высокомолекулярные отходы производства лесохимической или нефтяной промышленности (канифоль, талловое масло, латекс, парафин, церезин). Обработку ведут водной эмульсией или водным раствором гидрофобизатора при температуре 40-96°С с последующим высушиванием до постоянного веса при температуре 100-120°С.

Недостатками указанного способа являются: сложные аппаратурное оформление и технология, которая включает в себя процесс промывки ксеносфер, содержащихся в отходах после сжигания угля с обязательной последующей их гидрофобизацией для придания им плавучести, способности адсорбировать нефть и сохранить характер мелкодисперсного порошка. Кроме того, для изготовления гидрофобизаторов необходимо использование специальных эмульгаторов - поверхностно-активных веществ. К недостаткам следует отнести и большой разброс размера ксеносфер (от 30 до 400 мкм), что требует их разделения на фракции.

Сущность изобретения заключается в разработке способа получения тонкодисперсного (с размером частиц не более 35±10 мкм) аморфно-кристаллического гидрофобного полимерного порошка из бывших в употреблении (вторичное сырье) изделий из полиэтилена - эффективного сорбента нефти и нефтепродуктов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что отходы полиэтилена низкой или высокой плотности (ПЭНП и ПЭВП), например предварительно измельченную отслужившую свой срок службы сельскохозяйственную или пищевую пленку, бывшие в употреблении бутылки, отходы кабельной промышленности, литники и облой, растворяют в органических растворителях (толуол, п-ксилол, гептан) при температуре 90°С, интенсивном перемешивании (скорость вращения мешалки 1500-2000 об/мин) в течение 30 мин. Такие условия перемешивания позволяют получить гомогенные растворы даже из тех полимеров, в которых в результате действия внешних факторов (УФ-излучения, перепада температур, атмосферных осадков и т.п.) в ходе эксплуатации изделий происходит процесс структурирования, то есть образуются поперечные связи. Рабочие растворы готовятся в интервале концентрации 20-35% масс. по полимеру.

Полученный таким образом раствор охлаждают до комнатной температуры, в результате чего образуется парафиноподобная масса, имеющая незначительную механическую прочность. Парафиноподобную массу измельчают в присутствии предварительно добавленной к ней воды при соотношении компонентов 1:1, при скорости вращения мешалки 2500-3000 об/мин в течение 3-5 мин. Указанные условия измельчения позволяют получить готовый порошок с размером частиц, не превышающим 35±10 мкм, что приводит к существенному увеличению свободной поверхности порошка. Смесь измельченного, наполненного растворителем порошка с водой нагревают до температуры, не превышающей на 10°С температуру плавления полимера в присутствии большого количества органического растворителя (например, в случае использования толуола до 52°С применительно к ПЭНП, до 65°С применительно к ПЭВП, а при использовании в качестве растворителя гептана до 63°С).

Выделение порошка полимера проводят путем выдерживания смеси под вакуумом при остаточном давлении 15-40 мм рт.ст. до полной отгонки растворителя, фильтрации порошка от оставшейся воды и последующей сушки его до постоянного веса при 100°С.

Присутствие воды интенсифицирует процесс за счет увеличения поверхности испарения измельченной парафиноподобной массы, вызванного барботажем водяных паров через слой массы, и делает его пожаро-взрывобезопасным.

Конденсацию паров совместно отгоняемых растворителя и воды на стадии вакуумирования смеси осуществляют в холодильнике при температуре 0°С. Такая же температура (0°С) поддерживается в сборнике конденсата паров. Поддержание указанной температуры холодильника и сборника конденсата паров необходимо для снижения упругости паров растворителя и, следовательно, его безвозвратных потерь.

Собранные в сборнике конденсата вода и растворитель отстаиваются и разделяются путем декантации. Выделенный растворитель повторно используется в технологическом процессе, а выделенная вода расходуется на технологические нужды.

Полученный таким образом порошок полимера может использоваться в качестве сорбента нефти и нефтепродуктов.

Сорбент рассыпается на пятно нефти или нефтепродуктов (например, минерального масла, дизельного топлива, бензина, толуола, гептана и т.п.) и за счет действия адгезионных сил связывает их в количестве, в 3-4 раза превышающем собственный вес, что соответствует сорбционной емкости 3,5-4 г/г нефтепродукта. В результате на обрабатываемой поверхности воды образуется твердый, легко рассыпчатый агломерат, имеющий более низкую, чем вода, плотность и занимающий существенно меньшую площадь по сравнению с пятном сорбируемой жидкости. Этот агломерат легко собирается любым механическим способом, например с помощью изготовленных из металлической сетки ковшей. Собранный агломерат может быть использован либо в качестве твердого топлива, либо подвергнут регенерации. Процесс регенерации предполагает выделение сорбента и собираемого нефтепродукта в виде, пригодном для дальнейшего использования и переработки.

Кроме того, выделенный из раствора порошок может быть использован в качестве насадки в фильтрах для очистки промышленных стоков и в порошковых технологиях.

Технологические параметры получения сорбента, некоторые физико-механические свойства его и примеры сравнения приведены в таблице: