ПЕНОГАСИТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК B01D19/04 

Изобретение относится к пеногашению и предотвращению пенообразования в щелочных водных растворах и может быть использовано в производстве аммиака из природного газа на стадии этаноламиновой очистки конвертированного газа от диоксида углерода.

Цель изобретения - повышение эффективности пеногашения и расширение набора пеногасителей из доступного сырья.

Механизм пеногасящего действия в науке до настоящего времени не установлен и, как следствие, отсутствуют научные критерии подбора пеногасителей (П. М. Кругляков. Механизм пеногасящего действия. Успехи химии, 1994, т. 63, N 6, с. 493-505).

В крупнотоннажных агрегатах синтеза аммиака из природного газа на Кемеровском АООТ "Азот" на стадии этаноламиновой очистки конвертированного газа от диоксида углерода применяют пеногасители двух типов.

1. Пеногаситель на основе полиметилсилоксана по ТУ 6-02-1432-83. Наиболее близка к нему по составу композиция а.с. СССР N 345177. Пеногаситель по ТУ 6-02-1-432-83 содержит малодоступные компоненты: ПМС-200А, поливиниловый спирт, аэросил. Входящий в состав твердый компонент (аэросил) накапливается в системе.

2. Пеногаситель на основе высших спиртов марки АС-1. Недостаточно эффективен, требует повышенной дозировки. Накапливается в системе в виде смол, требующих удаления. Наиболее близок к нему пеногаситель по а.с. СССР 442809.

В патенте США N 4208385 в качестве пеногасителя для очистки кислых газов предложены сополимеры окиси этилена и пропилена общей формулы HO-(C₂H₄O)_a(C₃H₆O)_b (C₂H₄O)_c-H, где гидрофильная группа C₂H₄O составляет 10-30%, а гидрофобная C₃H₆O имеет молекулярную массу 1000-2500. К сополимеру для усиления пеногасящего действия добавляют активатор - амин, обладающий гидрофобной активностью.

Отечественным аналогом сополимера является "Лапрол-3502", молекулярной массой 3500, доля гидрофильной группы до 30 мас.%, стартовое вещество - диол.

Предлагаемый пеногаситель является продуктом присоединения окиси пропилена к азеотропной смеси спиртов C₂H₅(OCH₂CH₂)₃-OH и H(OCH₂CH₂)₂-OH (О.Н. Дымент и др. "Гликоли и другие производные окиси этилена и пропилена", М. Химия, 1976, и авторское свидетельство СССР 825229 "Способ разделения азеотропной смеси диэтиленгликоля и моноэтилового эфира триэтиленгликоля" с использованием в качестве катализатора гидроксида натрия или калия. В состав пеногасителя входят соединения двух типов:
C₂H₅ - (OCH₂CH₂)₃ - [OCH(CH₃)CH₂]_n-OH,
H-[O-CH₂CH₂]₂- [OCH(CH₃)CH₂]_n-OH,
где
n = 20-60.

По ряду физико-химических показателей, в том числе и как поверхностно-активное вещество, азеотропная смесь
C₂H₅(OCH₂CH₂)₃-OH и
H(OCH₂CH₂)₂OH
и продукт ее оксипропилирования отличаются от свойств индивидуальных составляющих, что позволило достичь лучшего эффекта пеногашения и пенопредупреждения.

Пеногаситель получают путем полимеризации окиси пропилена с использованием в качестве стартового вещества азеотропной смеси спиртов (спиртоэфиров): C₂H₅ - (OCH₂CH₂)₃OH и H(OCH₂СH₂)₂ OH и катализатора гидроксида натрия или калия при температуре 160-180^oC, давлении 3 атм.

В реактор, снабженный мешалкой, рубашкой для теплообмена, системами для вакуумирования, подачи азота и сифоном загружают расчетное количество азеотропа и катализатор - водный 50 мас.% раствор гидроксида натрия (калия) в количестве 0,5-0,6 мас.% NaOH (KOH) от общей реакционной массы. Под вакуумом при температуре до 160^oC готовят алкоголят, затем вакуум сбрасывают, систему продувают азотом и включают по сифону подачу окиси пропилена.

Температура синтеза 160-180^oC, давление до 3 атм. После окончания подачи расчетного количества окиси пропилена полученный пропоксилат выдерживают в течение 2-х часов, вакуумируют для удаления непрореагировавшей окиси, охлаждают и убирают вакуум. При необходимости пеногаситель нейтрализуют раствором фосфорной кислоты и отфильтровывают осадок фосфатов.

Ниже приведены типичные примеры синтеза.

Пример 1. Берут азеотропную смесь C₂H₅(OCH₂CH₂)₃OH и H(OCH₂CH₂)₂OH при весовом соотношении компонентов, близком 50:50 в количестве 130 кг, 50 мас.% водный раствор NaOH в количестве 9,6 кг и 670 кг окиси пропилена. Синтез ведут при температуре 160^oC и давлении 2,8 атм. Получают пропоксилат со степенью оксипропилирования 12. Средняя молекулярная масса 800.

Пример 2. Берут загрузку компонентов, как в примере 1, но вместо NaOH загружают 50 мас.% KOH. Синтез ведут при температуре 155^oC и давлении 2,75 атм. Получают пропоксилат со степенью оксипропилирования 12.

Пример 3. Берут следующие компоненты: азеотропную смесь в количестве 130 кг, раствор NaOH 50 мас. % в количестве 20 кг и 1600 кг окиси пропилена. Синтез ведут при температуре 170^oC и давлении 2,85 атм. Получают пропоксилат со степенью оксипропилирования 27. Средняя молекулярная масса 1700.

После нейтрализации фосфорной кислотой продукт имеет pH 5,2 и вязкость ~ 180 сст при температуре 25^oC.

Пример 4. Берут азеотроп, как в первом примере, в количестве 130 кг, раствор 50 мас.% NaOH в количестве 26 кг и окись пропилена 2200 кг. Синтез ведут при 176^oC и давлении 2,9 атм. Получают пропоксилат со степенью оксипропилирования 36. Средняя молекулярная масса 2200.

Пример 5. Берут компоненты, как в первом примере, в следующих количествах:
азеотроп - 130 кг, раствор NaOH 50 мас.% - 22 кг, окись пропилена - 1830 кг.

При подаче в реактор 670 кг окиси пропилена получают 800 кг пропоксилата, из него отделяют 400 кг. К оставшимся 400 кг реакционной массы при температуре 180^oC и давлении 2,95 атм добавляют 1160 кг окиси пропилена. Получают 1565 кг пропоксилата со степенью оксипропилирования 51. Средняя молекулярная масса 3100.

Приготовленный по указанной технологии пеногаситель испытан в лабораторных и производственных условиях.

В лаборатории пеноподавление определяют по следующей методике.

В мерный цилиндр на 1000 см³ приливают производственный раствор этаноламина в объеме 200 см³ и барботируют через него воздух со скоростью 4 л/мин. Добиваются в течение 5-10 мин устойчивой пены, обычно объемом 150-300 см³ и добавляют пеногаситель. Пеногашение считают удовлетворительным, если при барботировании в течение 60 мин вторичного пенообразования не происходит. Результаты лабораторных испытаний приведены в таблице 1.

Пеногасители с молекулярной массой от 800 до 1300 в данной системе гасят пену плохо. Оптимальными являются пеногасители с молекулярными массами 1700 и 3000.

В производственных условиях на всас насоса из емкости моноэтаноламина периодически или одноразово добавляют пеногаситель в количестве, обеспечивающем его концентрацию. 0,001-0,01 мас.% в рабочем растворе моноэтаноламина. В таблице 2 приведены данные по эффективности использования пеногасителя.

По результатам производственных испытаний установлено, что пеногаситель с м.м 1700 имеет лучшие пеноподавляющие свойства, чем пеногаситель АС-1.

Изобретение относится к пеногашению в щелочных водных растворах и может быть использовано в производстве аммиака из природного газа на стадии этаноламиновой очистки конвертированного газа от диоксида углерода. Результат изобретения - повышение эффективности пеногашения и расширение набора пеногасителей из доступного сырья. Пеногаситель содержит смесь соединений
C₂H₅-(OCH₂CH₂)₃ - [O-CH(CH₃)CH₂]_nOH
и
H-[OCH₂CH₂]₂ - [OCH(CH₃)CH₂]_nOH,
при n=20-60, которая образуется при взаимодействии окиси пропилена в щелочной среде в присутствии катализатора NaOH или КОН со смесью спиртов C₂H₅(OCH₂CH₂)₃OH
и
H[OCH₂CH₂]₂OH азеотропного состава. 2 табл.

Пеногаситель, отличающийся тем, что он является продуктом оксипропилирования в присутствии катализатора гидроксида натрия или калия смеси спиртов, имеющих формулы
C₂H₅(OCH₂CH₂)₃-CH
и
H(OCH₂CH₂)₂ CH,
азеотропного состава до степени оксипропилирования 20-60.