СПОСОБ РАЗЛОЖЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ И ПОЛУСИНТЕТИЧЕСКИХ СОЖ Российский патент 1999 года по МПК C02F1/26 C10M175/04 

Изобретение относится к очистке промышленных сточных вод, содержащих высококонцентрированные мелкодисперсные органические и минеральные примеси, а более конкретно к разложению отработанных синтетических и полусинтетических смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и может быть использовано в металлообрабатывающей, химической и других отраслях промышленности.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в обеспечении повышения качества водной фазы после разложения синтетических и полусинтетических СОЖ.

Известен способ разложения отработанных СОЖ, в соответствии с которым в СОЖ добавляют концентрированную серную кислоту (см. Кн. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием. Справочник / Под ред. С.Г.Энтелиса, Э.М.Берлинера. - М.: Машиностроение, 1986. 352 с.) до pH 2-3, а затем нейтрализуют до pH 5-6 20%-ным раствором кальцинированной соды, а органические примеси (нефтепродукты) удаляют с помощью флотации.

К недостаткам указанного способа можно отнести следующее. Во-первых, этим способом можно разлагать лишь эмульсионные СОЖ (содержащие до 5-7% эмульсола и 93-95% воды). Эмульсол, в свою очередь, в основе своей состоит из минеральных масел, поверхностно-активных веществ (ПАВ), ингибиторов коррозии, антимикробных присадок, пеногасителей, смачивателей, противозадирных присадок и др. В состав синтетических и полусинтетических СОЖ входит вода и концентрат в том же соотношении. Однако основу концентрата составляют спирты, гликоли (этиленгликоль, пропиленгликоль, полипропиленгликоль), олеиновая кислота, т. е. органические вещества (отличающиеся по свойствам от минеральных масел и других нефтепродуктов), которые не окисляются, поэтому указанным способом разложить синтетические и полусинтетические СОЖ практически невозможно.

Во-вторых, в водной фазе после разложения даже эмульсионных СОЖ остается большое количество нефтепродуктов (до 100-200) мг/л.

В-третьих, после введения в СОЖ серной кислоты образуются хорошо растворимые соли серной кислоты (сульфаты - до 8000 мг/л), которые следует деминерализировать, что сопряжено с колоссальными энергозатратами.

Известен также способ разложения путем экстракции (см., например, кн.: Проскуряков В. А. , Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л.: Химия, 1977. 464 с.), заключающийся в том, что в жидкость вводят экстрагенты (например, амиловый спирт, этилацетат, бутилацетат и др. (см. с. 229-230) в количестве 10-13%, которые плохо растворяются в воде, однако хорошо растворяют органические примеси. Экстрагенты с растворенными органическими примесями после отстоя отделяются от водной фазы, а затем удаляются одним из методов (флотацией, маслоудалителем, ловушками и др.).

Основным недостатком этого аналога является низкое качество разложения (т. е. отделения органических примесей от воды). Например, коэффициент распределения K_р при использовании амилового спирта или этилацетата составляет всего лишь 36,8 и 58 соответственно.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ разложения отработанных СОЖ (а.с. N 1701642. Способ разложения отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей. М. кл. C 02 F 1/46. Опубл. в БИ N 48, 1991 г.), заключающийся в том, что перед электрокоагуляцией в жидкость вводят фосфорную кислоту в количестве (0,4-0,5)% от объема обрабатываемой жидкости (или 0,68-0,85% по массе), окись кальция в количестве 4-5% от массы СОЖ и процесс ведут при плотности тока (0,01-0,02) А/см² с последующей обработкой водной фазы фосфорной кислотой в количестве (0,05-0,1)% по объему жидкости.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки. Разложение отработанных синтетических и полусинтетических смазочно-охлаждающих жидкостей включает предварительное подкисление их фосфорной кислотой до pH 4-6 (т.е. в количестве 1,5 - 2% по массе) и последующее отделение органической фазы от водной. Недостатком этого прототипа можно считать низкое качество полученной после разложения водной фазы, так как синтетические и полусинтетические СОЖ плохо поддаются окислению с помощью кислоты и электрокоагуляции, при которой образующаяся после растворения электродов гидроокись алюминия (если электроды алюминиевые), или железа Fe(OH)₃ способна коагулировать минеральные масла (нефтепродукты), но не гликоли и другие органические соединения, присутствующие в указанных СОЖ
Техническая задача заключается в повышении качества водой фазы, полученной после разложения отработанных синтетических и полусинтетических СОЖ.

Для решения поставленной задачи заявляемое изобретение способ разложения синтетических и полусинтетических СОЖ - содержит следующие общие, выраженные определенными понятиями существенные признаки, совокупность которых направлена на решение только одной, связанной с целью изобретения задачи, а именно, отработанную синтетическую и полусинтетическую СОЖ предварительно подкисляют фосфорной кислотой до pH 4-6 (т.е. в количестве 1,5-2% по массе), а затем отделяют органическую фазу от водной.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки. Отделение органической фазы осуществляют путем экстракции ее алифатическим спиртом с последующим замораживанием до температуры кристаллизации, равной минус 3 - минус 4^oC, а затем оттаивают до температуры 0 - плюс 5^oC с одновременным удалением органической фазы с экстрагентом. Причем в качестве экстрагента используют изоамиловый, или изопропиловый, или гексиловый, или бутиловый спирт.

По имеющимся у авторов сведениям, совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "Новизна".

По мнению авторов, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "Изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе, может быть многократно использована в металлообрабатывающей, химической и др. отраслях промышленности.

Обеспечение достижения поставленной цели - повышение качества разложения (очистки) отработанных синтетических и полусинтетических СОЖ позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "Промышленная ценность".

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная гидравлическая схема установки для экстракции и замораживания.

Заявляемый способ разложения отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей может быть реализован с помощью установки, состоящей из экстрактора 1, трубопроводов 2, 3, 4, 5 соответственно для подачи загрязненной СОЖ, фосфорной кислоты, воздуха и экстрагента, вентилей 6, 7, 8, 9 и холодильной установки, включающей в себя в свою очередь резервуары для замораживания СОЖ 10, насос 11, вакуумный отделитель 12, маслоудалитель 13, компрессор 14, промежуточный теплообменник 15, резервуар для оттаивания осадка 16, резервуар 17 и 18 соответственно для слива органических примесей и воды.

Отработанная синтетическая или полусинтетическая СОЖ поступает в экстрактор 1 (фиг. 1) по трубопроводу 2. Туда же по трубопроводу 3 подается фосфорная кислота в количестве 1,5-2% (по массе) для подкисления до достижения pH 4-6. После тщательного перемешивания СОЖ с кислотой за счет борботирования воздухом, поступающим по трубопроводу 4, в экстрактор подают экстрагент по трубопроводу 5 и полученную смесь вновь перемешивают воздухом. После перемешивания смесь сливают в резервуары 10 для замораживания, в которые в свою очередь направляют жидкий аммиак. Последний, испаряясь в трубках, замораживает СОЖ до t = (3-4)^oC. Замороженную СОЖ подают из резервуаров 10 в резервуар для оттаивания 16. Пары аммиака из трубок в резервуарах 10 через вакуумный отделитель 12 поступают в компрессор 14 и через маслоудалитель 13 направляются в промежуточный теплообменник 15, в котором они конденсируются с выделением теплоты. Теплый аммиак проходит через трубки резервуара 16, затем в вакуумный отделитель 12, откуда насосом 11 жидкий аммиак вновь нагнетается в резервуары 10. Органические примеси вместе с экстрагентом после оттаивания всплывают наверх в резервуаре 16 и сливаются в резервуар 18, а вода сбрасывается в резервуар 17. При необходимости органические примеси с экстрагентом направляются на регенерацию, после которой отделенный экстрагент вновь направляется в экстрактор. Следует учесть, что для замораживания СОЖ могут использоваться серийно выпускаемые промышленные установки. Однако можно использовать и природный холод, который на территории России сохраняется в течение 5 - 6 месяцев.

В качестве примера для разложения взяли полусинтетическую СОЖ ВЭЛС, содержащую до 4 % по объему (на продукт СОЖ) органических примесей. При экстракции использовали гексиловый спирт C₆H₁₂(OH). Показатели эффективности разложения представлены в таблице. Исходная СОЖ имела pH 9.

Из таблицы видно, что максимальная степень очистки обеспечивается при подкислении фосфорной кислотой в количестве 1,5-2% (до достижения pH 4-6), последующем введении спирта в количестве 10-13% на продукт СОЖ и замораживании до температуры кристаллизации t = минус 3 - минус 4^oC. После замораживания СОЖ оттаивали при температуре (0 - плюс 5)^oC. По отношению к прототипу качество очистки СОЖ (т.е. степень очистки от органических примесей) возросла с 92 до 96%. Примерно такие же показатели получены при разложении других синтетических и полусинтетических СОЖ (Аквапол-1, Автокат, Аквол-15, Конвекс и др. ) с использованием при экстракции изоамилового, бутилового и др. спиртов).

Следует учесть, что любая синтетическая и полусинтетическая СОЖ представляет собой сложную гетерогенную систему, в которую входит множество компонентов (в том числе и органических веществ) с широким спектром физико-химических свойств, поэтому температура кристаллизации, равная минус 3 - минус 4^oC, отличается от температуры кристаллизации водной фазы. Кроме того, температура оттаивания (до полного исчезновения кристаллов льда в смеси) также выше температуры оттаивания водной фазы и равна 0 - плюс 5^oC. Для подкисления СОЖ фосфорной кислотой до pH 4-6 необходимо количество последней, равное 1,5-2% по массе (по результатам экспериментальных исследований). Здесь водородный показатель pH также зависит от состава компонентов, щелочности исходной отработанной СОЖ, условий эксплуатации и других факторов.

Таким образом, заявляемое изобретение может быть использовано в народном хозяйстве многократно.

Заявляемое изобретение - способ разложения синтетических и полусинтетических СОЖ позволяет повысить качество очистки СОЖ от органических примесей и обеспечить охрану природы путем использования очищенной воды, полученной после разложения СОЖ, в замкнутом цикле для приготовления новых объемов СОЖ.

Изобретение предназначено для очистки промышленных сточных вод, содержащих высококонцентрированные мелкодисперсные органические и минеральные примеси и может быть использовано в металлообрабатывающей, химической и других отраслях промышленности. Отработанные смазочно-охлаждающие жидкости подкисляют 1,5-2% по массе фосфорной кислоты до рН 4-6, перемешивают. Органическую фазу отделяют экстракцией изоамиловым, изопропиловым, гексиловым, бутиловым или другим алифатическим спиртом, замораживают до (-3)-(-4)^oC. Оттаивают до 0-(+5)^oC, одновременно удаляют органическую фазу с экстрагентом. Степень очистки воды от СОЖ 92-96%, воду используют многократно в замкнутом цикле для приготовления новых объемов СОЖ. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ разложения синтетических и полусинтетических смазочно-охлаждающих жидкостей, включающий предварительное подкисление их фосфорной кислотой до pH 4,6 (т.е. в количестве 1,5 - 2% по массе) и последующее отделение органической фазы от водной, отличающийся тем, что отделение органической фазы осуществляют путем экстракции ее алифатическим спиртом с последующим замораживанием до температуры кристаллизации, равной (-3) - (-4)^oС, а затем оттаивают до температуры 0 - (+5)^oС с одновременным удалением органической фазы с экстрагентом. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве экстрагента используют изоамиловый, или изопропиловый, или гексиловый, или бутиловый спирт.