ПРОФИЛАКТИЧЕСКОЕ СРЕДСТВО ПРОТИВ СМЕРЗАНИЯ, ПРИЛИПАНИЯ И ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК C09K3/18 C09K3/22 

Изобретение относится к профилактическим средствам для предотвращения смерзания влажных горных пород, их прилипания и примерзания к стенкам горно-транспортного оборудования, для предотвращения пылеобразования на временных автодорогах, при добыче полезных ископаемых открытым способом, а также для защиты поверхностей подвижного состава от примерзания и выдувания сыпучих материалов, например угля, торфа и т.д.

Профилактическое средство представляет собой легкоподвижную маслянистую жидкость на основе растворителя и загущающей добавки нефтяного и нефтехимического происхождения. При нанесении этой жидкости на обрабатываемый материал, на его поверхности образуется тонкая пленка, предотвращающая смерзание, пылеобразование и выдувание сыпучих веществ.

Профилактическое средство должно обладать высокой смачивающей и адгезионной способностью по отношению к обрабатываемому материалу, иметь низкую температуру застывания, доступную сырьевую базу.

Профилактические композиции для указанных целей широко известны в технике.

Например, в авт. св. СССР №519467 описана композиция, где в качестве растворителя используют легкий газойль каталитического крекинга, а в качестве загущающей добавки тяжелый нефтяной остаток. Недостатком известного состава является ограниченность ресурсов нефтяного сырья и недостаточно низкая температура застывания.

На решение проблемы расширения сырьевой базы на основе продуктов переработки нефти направлено авт. св. СССР №749878. В качестве растворителя предлагается использовать фракции осветленного и промывочного керосина, бензиновую фракцию, фракцию, получаемую при депарафинировании нефти молекулярными ситами и дистиллятный остаток, образующийся при риформинг-процессе. В качестве загущающей добавки - остаток пиролиза нефти. Несмотря на хорошие эксплутационные характеристики, использование дистиллятных продуктов первичной переработки нефти не решило проблемы создания доступной сырьевой базы производства профилактического средства.

В патентах РФ 2111228, 2132350 и 2155201 профилактическое средство получают на основе таких продуктов нефтепереработки, как керосино-газойлевые фракции каталитического и термического крекинга и гудроны. Как предыдущие, так и эти решения не устраняют проблемы дефицита входящих в них компонентов.

Более перспективными являются решения по созданию профилактических средств на основе отходов производства в нефтепереработке и нефтехимии. Известно профилактическое средство (патент РФ №2196162), в котором проблема дефицита нефтяного сырья частично решена за счет использования в качестве растворителя отхода производства - кубового остатка производства бутиловых и изобутиловых спиртов (в дальнейшем КОБС), а в качестве загущающей добавки - мазута прямогонного. Недостатком данного растворителя является его ограниченная совместимость с компонентами загущающей добавки и другими растворителями, что со временем может привести к межфазному расслоению профсредства и соответственно к ухудшению его качества или полной непригодности к использованию.

Наиболее близким к заявляемому решению является профилактическое средство, описанное в патенте РФ №2190654, где в качестве растворителя использован кубовый остаток переработки смол пиролиза или абсорбент - отход производства мономеров изопренового синтетического каучука (в дальнейшем КОПСП). В качестве загущающей добавки, как и в предыдущем случае, использован прямогонный мазут. Данный растворитель по сравнению с предыдущим имеет более высокую растворяющую способность, однако ресурсы этого продукта недостаточны для удовлетворения всей потребности в данного рода компонентах. Другой недостаток заключается в необходимости использования прямогонного мазута. Требуется его постоянный подогрев до +80 С, что приводит к дополнительным энергетическим затратам, усложнению технологии производства профилактического средства. Кроме того, вязкость известного состава при температурах ниже -20°С резко увеличивается, что приводит к повышенному расходу профилактических средств и усложняет технологию их применения для получения равномерного покрытия.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу дальнейшего расширения сырьевых ресурсов за счет вовлечения отходов производства и не только нефтепереработки и нефтехимии, но также и других производств, в частности коксохимии.

Другой целью настоящего изобретения является повышение гибкости процесса производства профилактического средства путем использования такого растворителя, который обеспечил бы совместимость смешиваемых компонентов растворителя как между собой, так и с компонентами загущающей добавки.

Указанная задача решается тем, что в профилактическом средстве против смерзания, прилипания и пылеобразования сыпучих материалов, представляющем собой смесь растворителя и загущающей добавки нефтяного происхождения, в качестве растворителя используют кубовый остаток коксохимического производства (КОКП) или побочные продукты производства бутадиена, изопрена, изобутилена, этилена (в дальнейшем ЖОУ) или их смесь в произвольном сочетании друг с другом, при этом соотношение растворителя и загущающей добавки составляет, мас.%:

Растворитель40-99,5Загущающая добавка0,5-60

Другим вариантом профилактического средства является использование в качестве растворителя кубовых остатков коксохимического производства (КОКП) или побочных продуктов производства бутадиена, изопрена, изобутилена и этилена (ЖОУ) или их смеси с кубовыми остатками производства пирополимеров, смол пиролиза, бензола, этилбензола и стирола (КОПСП), а также с кубовыми остатками производства бутанола, изобутанола, 2-этилгексановой кислоты, 2-этилгексанола (КОБС) в произвольном сочетании друг с другом, при этом соотношение растворителя и загущающей добавки как и в первом варианте составляет, мас.%:

растворитель40-99,5загущающая добавка0,5-60

Растворитель может дополнительно включать газойли каталитического и термического крекингов, а также газойли коксования.

Одним из основных требований к качеству профилактического средства является температура вспышки. Для удовлетворения этого требования температура начала кипения используемых кубовых остатков не должна быть ниже 160°С. Поскольку качество отходов производства строго не регламентируется, то данный показатель может иметь и более низкие значения. В этом случае более легкие фракции отгоняют. Остаток ректификации с началом кипения 160°С и выше используют для приготовления профилактического средства в качестве растворителя.

Другим основным ингредиентом профилактического средства в обоих вариантах является загущающая добавка нефтяного происхождения.

В качестве загущающей добавки в обоих вариантах изобретения используют смесь, включающую масла минеральные и синтетические всех видов, отработанные масла всех типов, нефтешлам, нефтяные остатки и нефтяное топливо, при этом компоненты загущающей добавки используют при произвольном их сочетании друг с другом.

В качестве нефтяных остатков используются остатки всех видов, имеющие вязкость до 10 ВУ при 80°С.

В качестве нефтяного топлива преимущественно используют топливо, полученное при переработке нефтяных отходов.

Как показывают экспериментальные данные, любая смесь из указанных компонентов дает желаемый результат, если в качестве растворителя (вариант 1) или в смеси растворителей (вариант 2) использованы КОКП и/или ЖОУ.

Объяснение этому, видимо, заключается в свойствах данных продуктов. Исследования физико-химических свойств и углеводородного состава этих продуктов (см. таблицу 1) показывают, что они имеют относительно высокую температуру вспышки (+85°С) и хорошие низкотемпературные свойства (-65°С). Углеводородный состав используемых растворителей: КОКП, ЖОУ, КОПСП, КОБС представлен соответственно в приложении 1, 2, 3, 4. Из приложения 1, 2 видно, что КОКП и ЖОУ характеризуются полным отсутствием в них парафиновых соединений и в то же время высоким содержанием (в сумме более 70%) ароматических углеводородов. Этим обусловлена низкая температура застывания этих растворителей и возможность смешения на их основе самых различных растворителей и компонентов загущающей добавки.

Указанные кубовые остатки в достаточном количестве образуются на отечественных нефтехимических комбинатах и как топливо печное сжигаются в топках для получения тепла, а также используются для разбавления мазутов и других нужд промышленных предприятий.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленных вариантов профилактического средства, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию патентоспособности "новизна".

Отличительным признаком первого и второго вариантов изобретения является использование в качестве растворителей КОКП и ЖОУ, как самостоятельно (вариант 1), так и в смеси с другими растворителями (вариант 2). Однако возможность использования этих остатков в смеси друг с другом не вытекает с очевидностью из имеющегося уровня знаний. Более того, растворители, имеющие различную углеводородную основу, как правило, при смешении склонны к расслоению фаз. Тем более, нельзя предположить заранее о возможности смешения таких малоизученных растворителей, как отходы нефтехимического и коксохимического производств. Многочисленные исследования позволили выявить из имеющихся на сегодня отходов производства такой "универсальный" источник сырья, как КОКП и ЖОУ для получения профилактического средства. Эти продукты не только сами являются прекрасными растворителями по отношению к загущающим добавкам самого разного происхождения (вариант 1), но и способствуют совместимости друг с другом известных растворителей (вариант 2).

Следовательно, оба варианта изобретения, по моему мнению, соответствуют условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Схема получения предлагаемого профилактического средства представлена на чертеже и включает резервуар 1 для растворителя (вариант 1), резервуар 2 для растворителя (вариант 2), резервуары 3, 4 для загущающей добавки, резервуар смешения исходных компонентов 5, товарный резервуар 6, сырьевые дозировочные насосы 7 и 8, насос для циркуляции и откачки товарного продукта 9, товарный насос 10.

Профилактическое средство получают следующим образом. Растворитель из резервуара 1 по первому варианту или из резервуара 2 по второму варианту насосом 7 с заданной производительностью закачивают в резервуар смешения 5. После выхода насоса 7 на заданный режим, запускается насос 8 для закачки загущающей добавки из резервуаров 3, 4. Производительность насосов 7 и 8 должна контролироваться для обеспечения нужного соотношения компонентов. За 5-10 минут до окончания закачки растворителя насос 7 останавливают. Производят отбор проб из верхнего, среднего и нижнего слоев резервуара смешения 5 и делают им анализ по показателям качества. В случае неоднородной смеси, производят ее циркуляцию насосом 9. Продолжительность циркуляции должна быть такой, чтобы насос 9 прошел двухкратный объем жидкости, находящейся в резервуаре смешения 5. После циркуляции производят повторный отбор проб (послойно), после чего готовый продукт откачивается в товарный резервуар 6, на него выписывается паспорт и профилактическое средство отправляется потребителю.

Примеры получения профилактического средства по варианту 1. Профилактическое средство получают путем смешения 90% растворителя - КОКП и 10% загущающей добавки (ЗД), включающей, мас.%:

Примеры 1, 2, 3

Загущающая добавкаПример 1Пример 2Пример 3Масло синт.10510Масло минер.201010Смесь отработ. масел50520Нефтешлам103020Нефтяной остаток (вязкость 8 ВУ при 80°С)52020Нефтяное топливо (мазут)53020

Пример 4

Аналогичен примеру 1 (90% растворителя и 10% ЗД), только загущающая добавка не содержит масляной составляющей, остальные ее компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

нефтешлам40нефтяной остаток30нефтяное топливо30

Пример 5

Аналогичен примеру 1 (90% растворителя и 10% ЗД), только в качестве загущающей добавки использована смесь отработанных масел (синтетических и минеральных).

Примеры 6, 7

Аналогичен примеру 1, только входящие в состав профилактического средства растворитель и загущающая добавка взяты в соотношении, мас.%:

ПрофсредствоПример 6Пример 7Растворитель99,560Загущающая добавка0,540

Пример 8

Аналогичен примеру 1, только в качестве растворителя использованы ЖОУ.

Пример 9

Аналогичен примеру 1, только в качестве растворителя использована смесь КОКП и ЖОУ, взятых в равных количествах.

Примеры получения профилактического средства по варианту 2.

Пример 10

Профилактическое средство получают путем смешения 90% растворителя и 10% загущающей добавки (ЗД), включающих, мас.%:

Растворитель: Загущающая добавка:КОКП20Масло син. - 10ЖОУ10Масло мин. - 10КОПСП40Смесь отр. масел - 20КОБС20Нефтешлам - 20Газойли10Нефтяное топливо - 20  Нефтяной остаток - 20

Пример 11

Аналогичны примеру 10, только входящий в состав профилактического средства растворитель включает, мас.%:

КОКП10ЖОУ20КОПСП10КОБС30Газойли30

Пример 12 аналогичен примеру 10, только растворитель не содержит газойля, остальные компоненты растворителя находятся в следующем соотношении, мас.%:

КОКП40ЖОУ10КОПСП40КОБС10

Примеры 13, 14

Аналогичны примеру 10, только растворитель и загущающая добавка взяты в соотношении, мас.%:

ПрофсредствоПример 13Пример 14

Растворитель99,560Загущающая добавка0,540

Пример 15

Аналогичен примеру 10, только растворитель не содержит КОКП, остальные компоненты растворителя находятся в следующем соотношении, мас.%:

ЖОУ60КОПСП20КОБС10Газойли10

Пример 16

Аналогичен примеру 10, только растворитель не содержит КОКП и ЖОУ, остальные компоненты растворителя находятся в следующем соотношении, мас.%:

КОПСП50КОБС40Газойли10

Пример 17 (по прототипу), где в качестве растворителя использован кубовый остаток переработки смол пиролиза, в качестве загущающей добавки - мазут в соотношении (мас.%) соответственно, 90 и 10.

Качество продукта, полученного в приведенных примерах, представлено в таблице 2.

Как видно из таблицы, качество профилактического средства, полученного по изобретению, не уступает качеству известного средства (пример 17 - прототип).

Оптимальное соотношение растворителя и загущающей добавки составляет (мас.%) соответственно 90 и 10. Изменение этого соотношения (см. примеры 6, 7 по 1-му варианту и примеры 13, 14 по 2-му варианту) приводит к некоторому ухудшению эксплуатационных характеристик (температуры застывания в случае увеличения доли загущающей добавки или температуры вспышки, в случае увеличения доли растворителя). Соотношение растворителя и ЗД подбирается исходя из требований конкретного заявителя.

Из приведенных примеров также следует, что на качестве профсредства практически не отражается наличие тех или иных компонентов, как в растворителе, так в загущающей добавке при условии, что растворителем являются КОКП и/или ЖОУ или в смесь растворителей входят эти продукты.

Отсутствие этих компонентов в растворителе (пример 16) приводит к расслоению смеси, понижению температуры ее замерзания до -41°С и смерзанию обрабатываемых материалов.

Таким образом, основным преимуществом настоящего изобретения является гибкость процесса производства профилактического средства. Благодаря использованию таких веществ, как кубовые остатки коксохимического производства и/или побочных продуктов производства бутадиена, изопрена, изобутилена, этилена с одной стороны был найден удовлетворяющий потребности производства сырьевой источник, с другой стороны стало возможным смешение самых различных продуктов переработки нефти и нефтехимии, а главное отходов их производства и потребления. Данное обстоятельство не только расширяет и удешевляет сырьевую базу производства профилактического средства, но и улучшает экологическую обстановку путем утилизации отходов самых разных производств.

Приложение 1

Среднестатистический углеводородный состав кубового остатка коксохимических производств (КОКП), % об.

1. Алкилбензолы8,542. Алкенилбензолы7,883. Кислородосодержащая ароматика:42,44- бензофураны - бензоэтанолы - ароматические эфиры - ароматические кетаны 4. Инданы, тетралины15,425. Нафталины2,316. Хинолины, изохинолины и другие N-сод. соединения3,997. Аценафтены, фенантрены, пирены2,298. Дибензоалканы17,13

Приложение 2

Среднестатистический углеводородный состав побочных продуктов производства бутадиена, изопрена, изобутилена, этилена (ЖОУ), % об.

1. Парафины02. Циклопарафины12,373. Инданы, тетралины13,314. Алкилбензолы62,875. Индены или C_nH_2n-105,776. Нафталин1,307. Нафталины2,018. Аценафтены, C_nH_2n-140,899. Аценафтилены, C_nH_2n-160,9610. Трициклическая ароматика0,5111. Итого ароматических68,5412. Итого нафтеновых18,14

Приложение 3

Среднестатистический углеводородный состав кубовых остатков

производства пирополимеров, смол пиролиза, бензола, этилбензола и стирола (КОПСП),% об.

1. Парафины3,622. Циклопарафины7,513. Инданы, тетралины26,614. Алкилбензолы23,525. Индены или С_nН_2n-107,46. Нафталин15,297. Нафталины5,428. Аценафтены, C_nH_2n-144,939. Аценафилены, C_nH_2n-163,2410. Трициклическая ароматика2,2611. Итого ароматических54,8612. Итого нафтеновых14,91

Приложение 4

Среднестатистический углеводородный состав кубовых остатков производства бутанола, изобутанола, 2-этилгексановой кислоты, 2-этилгексанола (КОБС), % об.

1. Предельные и непредельные спирты C₈,65в т.ч. 2-этилгексанола352. Сумма массовых частей спиртов С₄0,83. Массовая доля бутилового эфира масляной кислоты1,54. Вода0,35. Ацетали, моноглинолевые эфиры C₁₂32,4

Таблица 1
Физико-химическая характеристика компонентов растворителя профилактического средстваПоказательКубовые остатки коксохимических производств (КОКП)Кубовые остатки производства пирополимеров, смол пиролиза, бензола, этилбензола и стирола (КОПСП)Побочные продукты производства бутадиена, изопрена, изобутилена, этилена (ЖОУ)Кубовые остатки производства бутанола, изобутанола, 2-этил-гексановой кислоты, 2-этилгексанола (КОБС)Плотность при 20°С, г/см³0,9900,9860,8920,86Вязкость условная, °ВУ    при 20°С1,941,901,101,71при 50°С1,401,391,041,10при 80°С----при 100°С----Температура вспышки, °С+85+83+8161Температура застывания, °С-65-65-71-60Содержание механических примесей, % мас.0,050,062отс.отс.Фракционный состав:    Начало кипения15215115515810%15915716117820%16216216721030%16916817023840%17017017626050%18018017928060%18918818528570%21421218729480%28828819530590%33533022431896% выход 96,5 32098%    Конец кипения354350245324

Таблица 2
Качество профилактического средстваПримерыВязкость 50°С °ВУТемпература застывания, °CТемперат. вспышки в закрытом тиглеМеханичес. примеси № масс, не >Вода % Масс.Плотность 20°СПрочность смерзания угля с влажностью 9%, обработанного 1% состава при -40°С, кг/см²Пример 11,62-60780,6Следы0,989Не смерзаетсяПример 21,79-54760,5Отс.0,986Не смерзаетсяПример 31,68-56760,57Следы0,987Не смерзаетсяПример 41,81-49810,5Отс.0,989Не смерзаетсяПример 51,6-62780,48Следы0,984Не смерзаетсяПример 61,42-63750,6Отс.0,990Не смерзаетсяПример 71,98-46810,50,080,978Не смерзаетсяПример 81,81-64780,480,10,986Не смерзаетсяПример 91,55-55840,3Следы0,987Не смерзаетсяПример 101,59-58660,096Следы0,984Не смерзаетсяПример 111,72-52780,008Следы0,980Не смерзаетсяПример 121,60-57640,096Следы0,980Не смерзаетсяПример 131,40-65750,1Отс.0,981Не смерзаетсяПример 141,95-45890,40,140,976Не смерзаетсяПример 151,65-68860,009Следы0,970Не смерзаетсяПример 161,62-41780,3Следы0,900смерзаетсяПрототип1,60-53870,0050,100,906Не смерзается

Изобретение относится к профилактическим средствам для предотвращения смерзания влажных горных пород, их прилипания и примерзания к стенкам горно-транспортного оборудования, для предотвращения пылеобразования на временных автодорогах, при добыче полезных ископаемых открытым способом, а также для защиты поверхностей подвижного состава от примерзания и выдувания сыпучих материалов, например угля, торфа и т.д. Профилактическое средство представляет собой смесь растворителя и загущающей добавки нефтяного происхождения. В качестве растворителя используют кубовые остатки коксохимического производства (КОКП) и/или побочные продукты производства бутадиена, изопрена, изобутилена, этилена (ЖОУ), как самостоятельно, так и в смеси с кубовыми остатками производства пирополимеров, смол пиролиза, бензола, этилбензола, стирола (КОПСП), а также с кубовыми остатками производства бутанола, изобутанола, 2-этилгексановой кислоты, 2-этилгексанола (КОБС). Растворитель может дополнительно содержать газойли термического и каталитического крекинга, а также газойли коксования. В качестве загущающей добавки используют масла минеральные и синтетические всех видов, смесь отработанных масел всех типов, нефтешлам, нефтяные остатки и нефтяное топливо. Компоненты загущающей добавки и растворителя используют при произвольном их сочетании друг с другом. Преимуществом настоящего изобретения является потребление отходов производства разных продуктов переработки нефти и нефтехимии, расширение и удешевление сырьевой базы производства профилактического средства, улучшение экологической обстановки путем утилизации отходов самых разных производств. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

1. Профилактическое средство против смерзания, прилипания и пылеобразования сыпучих материалов, представляющее собой смесь растворителя и загущающей добавки нефтяного происхождения, отличающееся тем, что в качестве растворителя используют кубовые остатки коксохимического производства (КОКП) или побочные продукты производства бутадиена, изопрена, изобутилена, этилена (ЖОУ) или их смесь при следующем соотношении растворителя и загущающей добавки, мас.%:

Растворитель40-99,5Загущающая добавка0,5-60

Растворитель40-99,5Загущающая добавка0,5-60