СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ УСТОЙЧИВЫХ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ МАСЛОСОДЕРЖАЩИХ ЭМУЛЬСИЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК B01D17/05 C02F1/56 C02F103/34 

Изобретение относится к химическим способам разрушения эмульсий, в частности смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), и может быть использовано для их утилизации.

Известно, что СОТС в силу своего функционального назначения содержат большое количество эмульгаторов, предотвращающих расслоение СОТС. В то же время, при решении задач по утилизации СОТС устойчивость эмульсий является отрицательным фактором.

Особенные трудности возникают с концентрированными СОТС с высоким (3-20 г/л) содержанием масел.

В настоящее время в производственной практике существует способ разрушения устойчивых концентрированных эмульсий (Технологическая инструкция ТИ 101-II-ХЛ-167-99, г. Магнитогорск, 1999 г.)[1].

По известному способу масляную эмульсию нагревают до температуры 80-100^oС и при этой температуре отстаивают не менее 10 часов. Затем смесь подают в реактор, в котором ее обрабатывают отработанным травильным сернокислым раствором при перемешивании сжатым воздухом. Далее смесь отстаивают в течение 18-20 часов.

В процессе отстаивания полученная смесь разлагается таким образом, что свободное масло всплывает наверх, а оставшиеся продукты разложения нейтрализуются известковым молоком.

Получившаяся в результате данной обработки водная среда представляет собой освобожденную от части масла эмульсию, содержащую достаточно большое количество остаточных нефтепродуктов и взвешенных веществ, не позволяющих повторно использовать ее для производственных целей.

Известный способ является длительным по времени. Продолжительность одного цикла разложения эмульсии составляет 20-30 часов. Кроме того, использование для разложения эмульсии сернокислого травильного раствора при повышенной температуре снижает уровень безопасности производства и влечет за собой ухудшение условий труда.

Из уровня техники известен способ разрушения устойчивых эмульсий с высоким содержанием масел (патент РФ 2095117, публ. 1997 г.) [2]. Способ включает в себя обработку эмульсии деэмульгирующим составом с последующим отстаиванием и разделением на масло и воду.

Деэмульгирующий состав содержит мицеллярную фазу, состоящую из воды, органической жидкости и поверхностно-активного вещества с гидрофильными или гидрофобными свойствами при избытке водной и органической фаз, не смешивающихся с ней, но находящихся в равновесии с этой фазой, а отстаивание ведут до расслаивания на три фазы. Деэмульгирующий состав при этом представляет собой также эмульсию, содержащую органические соединения - дизельное топливо и поверхностно-активные вещества.

Использование известного способа в промышленных условиях представляется нетехнологичным и маловероятным по следующим причинам.

Во-первых, он содержит сложную операцию по приготовлению деэмульгирующего состава, которая усложнена подбором индивидуальных компонентов - поверхностно-активных веществ, причем дорогостоящих.

Во-вторых, для каждого из ПАВ требуется обеспечить оптимальные соотношения и температурный интервал, в котором мицеллярная фаза будет устойчивой. Причем объем фазы должен превышать объем разрушаемой в 3-4 раза. При использовании способа для полного разрушения эмульсии требуется многократное повторение введения деэмульгирующего состава, наличие его избытка по отношению к разрушаемой эмульсии и необходимость отстаивания для определения наличия избытка мицеллярной фазы, свидетельствующего об окончании разрушения эмульсии.

В-третьих, полученный в результате разрушения эмульсий СОТС известным способом продукт представляет собой смесь органических веществ с извлеченным из разрушаемой эмульсии маслом и остатками компонентов мицеллярной фазы. Такой продукт относится к более высокому классу опасности, чем разрушаемая эмульсия СОТС и потребует последующей сложной технологии утилизации.

Заявляемое изобретение создавалось на основе более простых реагентных методов воздействия на маслосодержащую эмульсию. При этом способ по варианту 1 является только реагентным, а способ по варианту 2 создан для усовершенствования существующего способа [1].

В качестве наиболее близкого по технической сущности к заявляемому изобретению по варианту 1 можно принять "Способ очистки сточных вод" (Патент РФ 2064445, публ. 1996г.) [3]. Известный способ относится к реагентным и состоит в том, что в сточные воды вводят коагулянт-монтмориллонитовую глину с емкостью поглощения не менее 90 мг-экв/100г, и одновременно с ним вводят флокулянт - сополимер акриламида, акрилата натрия и бутадиенстирола в соотношении с коагулянтом (20-100):1.

Сущность известного способа заключается в совместном использовании высококачественных монтмориллонитовых глин, характеризующихся хорошими адсорбционными свойствами, и флокулянта СААБ, позволяющего получать высокую степень очистки сточных вод.

Известный способ используется для сточных вод с невысоким содержанием нефтепродуктов от 0,0482 до 0,3284 г/л (как следует из табл.1 описания к патенту). К тому же нужно отметить, что в отличие от СОТС, сточные воды, содержащие нефтепродукты, не являются устойчивыми стабилизированными эмульсиями.

В качестве наиболее близкого по технической сущности аналога к заявляемому изобретению по варианту 2 можно принять известный способ [1].

Задача настоящего изобретения заключается в создании производительного промышленного способа разрушения устойчивых концентированных эмульсий с образованием продукта в виде утилизируемого "маслошлама" и оборотной воды.

Для решения поставленной задачи в способе по варианту 1, включающем введение реагентов, в разрушаемую эмульсию последовательно вводят полиэлектролит катионного типа в количестве 0,05-0,15 г/л, флокулирующий сорбент "Реагент СФ-А2" - алюмосиликат, активированный щелочными реагентами и производными щелочного гидролиза (со-)полимеров акриламида в количестве не менее 2,0 г/л и полимерный реагент - сополимер акриламида и акрилата натрия, при этом флокулирующий сорбент и полимерный реагент вводят в соотношении (600-6000): 1.

Для решения поставленной задачи в способе по варианту 2, включающем нагрев эмульсии до температуры 80-100^oС, отстаивание при этой температуре, отделение всплывшего масла и введение реагентов, после отделения всплывшего масла в разрушаемую эмульсию последовательно вводят флокулирующий сорбент "Реагент СФ-А2" - алюмосиликат, активированный щелочными реагентами и производными щелочного гидролиза (со)полимеров акриламида в количестве не менее 2,0 г/л и полимерный реагент - сополимер акриламида и акрилата натрия, при этом флокулирующий сорбент и полимерный реагент вводят в соотношении (600-6000):1.

При этом реагенты вводят в указанном количестве в пересчете на сухое вещество.

Сущность изобретения по варианту 1 заключается в реагентной обработке эмульсии, при которой в определенной последовательности вводят указанные реагенты в определенном количестве. С помощью катионного полиэлектролита изменяют электрокинетический потенциал капель эмульсии. При этом доза вводимого электролита позволяет осуществить частичное деэмульгирование эмульсии в момент достижения изоэлектрической точки. Стабильность эмульсии при этом сохраняется, но создаются условия для разрушающего воздействия флокулирующего сорбента.

Флокулирующий сорбент разделяет эмульсию на воду и "маслошлам", который представляет собой минералоорганический комплекс в виде объединившихся в макрохлопья частиц масла и сорбента, способных к седиментационному разделению с жидкой средой. Однако часть флокулирующего сорбента, оказывая воздействие на комплекс стабилизаторов эмульсии, сама частично стабилизируется поверхностно-активными веществами - эмульгаторами исходной эмульсии и, таким образом, обусловливает возможность присутствия в обрабатываемой системе небольшого количества коллоидно-растворенного сорбента, не связанного в седиментирующие макрохлопья.

Коллоидно-растворенный флокулирующий сорбент выводится из системы в результате последующего введения в нее полимерного реагента.

Полимерный реагент представляет собой сополимер полиакриламида и акрилата натрия, полученный частичным гидролизом полиакриламида с последующим осаждением.

Будучи введенным в систему в заявленном соотношении по отношению к флокулирующему сорбенту, полимерный реагент интенсифицирует процесс отделения дисперсной фазы в уже разделенной эмульсии и флокулирует остаток стабилизированного коллоидно-растворенного флокулирующего сорбента. При этом разрушение такой сложной эмульсии как концентрированное СОТС происходит в результате взаимного действия введенных реагентов и представляет собой изменение электрокинетического потенциала системы, агрегацию и удаление содержащихся в ней масел, стабилизаторов, поверхностно-активных и других веществ и флокуляцию возможных избытков реагентов.

Сущность изобретения по варианту 2 тождественна сущности изобретения по варианту 1. По варианту 2 для частичного изменения электрокинетического потенциала капель эмульсии используют ее нагрев до 80-100^oС и отстаивание при этой температуре. При этом, как и при введении полиэлектролита катионного типа, происходит частичное деэмульгирование капель эмульсии, и создаются условия для разрушающего сорбционно-флокуляционного воздействия флокулирующего сорбента. Далее, как по варианту 1.

Заявленный способ иллюстрируется примерами.

В качестве объектов для испытаний заявляемого способа использовались эмульсии СОТС на основе эмульсолов "ЭТ-2у" и "Квакерол-1914".

Процесс обработки эмульсий проводился в стационарных условиях. Рабочая температура эмульсии составляла от 25 до 87^oС, рН 6,3-7,6. Корректировку параметров способа в зависимости от температуры эмульсии и рН не производили. Вводимые реагенты не подогревали.

Время механического перемешивания эмульсии с каждым из введенных реагентов составляло 1,5-3 минуты. В промышленных условиях оптимальное время перемешивания может составлять 15-20 минут после введения каждого из реагентов.

В качестве катионного полиэлектролита использовали полиэлектролит катионного типа марки ВПК-402 ТУ 6-05-2009-86. Возможно использование продукта взаимодействия полиэтиленполиамина и карбамида - флокулянта ФС-413 ТУ 6-05751768-58-93. Однако флокулянт ФС-413 гидролизуется в течение короткого промежутка времени и, как следствие, достаточно быстро утрачивает свои свойства.

В качестве флокулирующего сорбента использовали "Реагент СФ-А2" по ТУ 2164-004-36614963-01.

В качестве полимерного реагента использовали реагент "Аквапол-ФТ2" по ТУ 2216-003-36614963-99. Возможно использование полимерного реагента марки "Феннопол" (Производство Финляндии).

Количественные характеристики вводимых реагентов и результаты обработки разрушаемой эмульсии приведены в таблице для способа /1/ и для заявляемого (примеры 1- 6). При этом примеры 1-3 соответствуют заявляемому способу по варианту 1, а примеры 4-6 - способу по варианту 2. Причем нижние пределы дозировки вводимых реагентов обусловлены получением необходимого технического результата, а верхние оправданы экономически. Количество реагентов приведено в пересчете на сухое вещество на 1 л разрушаемой эмульсии.

В промышленных условиях оправданно использовать водные растворы реагентов, при этом их концентрации определяются аппаратурным оформлением технологической схемы и техническими возможностями насосов-дозаторов.

Способ /1/. Эмульсия на основе эмульсола "Квакерол-1914". Общее содержание масел 18,4 г/л; рН 7,2; температура 25^oС. Данные приведены по результатам промышленного использования.

Пример 1. Эмульсия на основе эмульсола "Квакерол-1914". Общее содержание масел 18,4 г/л; рН 7,2; температура 25^oС. Обработку производили реагентами: ВПК-402 в количестве 0,05 г/л; СФ-А2 - 6,0 г/л; Аквапол-ФТ2 - 0,001 г/л.

Пример 2. Эмульсия на основе эмульсола "ЭТ-2у". Общее содержание масел 20,5 г/л; рН 7,6; температура 38^oС. Обработку производили реагентами: ФС-413 в количестве 0,15 г/л; СФ-А2 -2,0 г/л; Аквапол-ФТ2 - 0,0033 г/л.

Пример 3. Эмульсия на основе эмульсола "Квакерол-1914". Oбщее содержание масел 15,2 г/л; рН 6,3; температура 50^oС. Обработку производили реагентами: ВПК-402 в количестве 0,09 г/л; СФ-А2 в количестве 4,2 г/л; Аквапол-ФТ2 в количестве 0,005 г/л.

Пример 4. Эмульсия на основе эмульсола "Квакерол-1914". Разрушаемую эмульсию нагревали до 90^oС и без добавления травильного сернокислого раствора отстаивали в течение 10 часов. Всплывшее масло отделяли, а частично осветленная водная среда имела следующие характеристики: общее содержание масел 4,6 г/л; рН 7,0; температура 87^oС. Обработку частично осветленной водной среды производили реагентами: СФ-А2 в количестве 3,2 г/л; Аквапол-ФТ2 в количестве 0,001 г/л.

Пример 5. Эмульсия на основе эмульсола "ЭТ-2у" После нагревания и отстаивания, как в примере 4, частично осветленная водная среда имела следующие характеристики: общее содержание масел 6,4 г/л; рН 6,9; температура 85^oС. Обработку частично осветленной водной среды производили реагентами: СФ-А2 в количестве 2,0 г/л; Аквапол-ФТ2 - 0,002 г/л.

Пример 6. Эмульсия на основе эмульсола "Квакерол-1914". После нагревания и отстаивания, как в примерах 4, 5, частично осветленная водная среда имела следующие характеристики: общее содержание масел 3,8 г/л; рН 6,3; температура 85^oС. Обработку частично осветленной водной среды производили реагентами: СФ-А2 в количестве 3,6 г/л; Аквапол-ФТ2 - 0,003 г/л.

Об окончании разрушения эмульсии судили по образованию крупных агрегатированных хлопьев маслошлама и содержащейся между ними осветленной воды. Этот способ контроля окончания процесса разрушения эмульсии был проверен в лабораторных условиях по аналитическому определению количества нефтепродуктов и взвешенных веществ в пробах осветленной воды.

Разделение смеси, полученной после реагентной обработки как по варианту 1, так и по варианту 2, возможно путем отстаивания, фильтрования, центрифугирования или флотации. В результате использования любого из этих методов получается продукт в виде "маслошлама" и осветленной воды. При этом влажность структурированного уплотненного шлама после отстаивания в течение 1,5 часов составляет 86-92%, объем шлама - 18-20% от объема разделяемой эмульсии. При фильтрации через лавсановую фильтровальную ткань ТЛФ-5 влажность соответственно 35%, объем шлама 3-5%, при центрифугировании влажность 28-32%, объем шлама 2-3%. В зависимости от способа утилизации можно выбирать способ уплотнения шлама. При этом осветленная вода пригодна для повторного использования в технологии приготовления рабочей эмульсии или других технологических растворов. Уплотненный шлам может быть утилизирован сжиганием или использован в качестве пластификатора при изготовлении железобетонных изделий.

Из данных, приведенных в таблице видно, что осветленная вода, полученная в результате разрушения эмульсии по заявленному способу, имеет хорошие показатели по количеству остаточного содержания нефтепродуктов и взвешенных веществ и может быть повторно возвращена в производственный цикл. Продолжительность одного общего цикла разложения эмульсии (без операции по уплотнению осадка) в сравнении с существующим способом [1] примерно в 20 раз меньше при использовании способа по варианту 1 и примерно в 3 раза меньше при использовании способа по варианту 2.

Таким образом, заявленный способ разрушения устойчивых концентрированных эмульсий СОТС позволяет создать простую, производительную, пригодную для разных типов СОТС, независимо от их температуры и рН, технологию. При этом технология исключает операции нагрева, подкисления, нейтрализации, длительного отстаивания.

По второму варианту эта технология может быть встроена в существующий производственный процесс, в котором есть нагрев эмульсии с последующим отстаиванием, но операции подкисления и длительного отстаивания при этом исключаются. Способ может быть реализован в промышленных условиях с образованием утилизируемого продукта.

Изобретение относится к химическим способам разрушения эмульсий и может быть использовано в технологиях утилизации смазочно-охлаждающих технологических средств. Для осуществления способов в разрушаемую эмульсию последовательно вводят полиэлектролит катионного типа в количестве 0,05-0,15 г/л или эмульсию нагревают и отстаивают, а затем вводят флокулирующий сорбент - "Реагент СФ-А2" в количестве не менее 2,0 г/л и полимерный реагент - сополимер акриламида и акрилата натрия, при этом флокулирующий сорбент и полимерный реагент вводят в массовом соотношении (600-6000):1. Способ производителен, так как продолжительность общего цикла разложения эмульсии составляет 1,5 ч в случае использования полиэлектролита катионного типа и 11 ч без использования полиэлектролита, но с нагревом эмульсии, используемым в существующих на практике технологиях. В результате применения способов для разных типов эмульсий образуются осветленная вода и подвергаемый уплотнению и утилизации "маслошлам". При этом качество осветленной воды позволяет использовать ее повторно в производственных целях. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ разрушения устойчивых концентрированных маслосодержащих эмульсий, включающий введение реагентов, отличающийся тем, что в эмульсию последовательно вводят полиэлектролит катионного типа в количестве 0,05-0,15 г/л, флокулирующий сорбент "Реагент СФ-А2" - алюмосиликат, активированный щелочными реагентами и производными щелочного гидролиза (со-)полимеров акриламида в количестве не менее 2,0 г/л и полимерный реагент - сополимер акриламида и акрилата натрия, при этом флокулирующий сорбент и полимерный реагент вводят в массовом соотношении (600-6000):1. 2. Способ разрушения устойчивых концентрированных маслосодержащих эмульсий, включающий нагрев эмульсии до температуры 80-100^oС, отстаивание при этой температуре, отделение всплывшего масла, введение реагентов, отличающийся тем, что после отделения всплывшего масла в эмульсию последовательно вводят флокулирующий сорбент "Реагент СФ-А2" - алюмосиликат, активированный щелочными реагентами и производными щелочного гидролиза (со-)полимеров акриламида в количестве не менее 2,0 г/л и полимерный реагент - сополимер акриламида и акрилата натрия, при этом флокулирующий сорбент и полимерный реагент вводят в массовом соотношении (600-6000):1. 3. Способ по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что реагенты вводят в указанном количестве в пересчете на сухое вещество на 1 л разрушаемой эмульсии.