СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК B01J20/32 

Изобретение относится к способам получения сорбентов на основе минеральных носителей и может быть использовано для очистки воды от эмульгированных и растворенных нефтепродуктов, а также от аварийных разливов нефтепродуктов на воде, почве и твердых поверхностях, а также к устройству для осуществления данного способа.

Нефть и продукты ее переработки, попадая в воду, могут локализоваться на ее поверхности в виде сплошных пленок, диспергироваться, образуя эмульсии типа "вода в нефти" и "нефть в воде", и частично растворяться. Как правило, воды, содержащие нефть и нефтепродукты, очищают механическими, физико-химическими, химическими и биологическими способами, которые в зависимости от степени загрязнения вод включают в комплексную схему очистных сооружений.

Среди наиболее эффективных способов очистки нефтесодержащих вод, обеспечивающих конечное содержание нефтепродуктов в воде практически на уровне предельно допустимых концентраций (ПДК), важная роль принадлежит адсорбции на микропористых сорбентах. В ряду сорбентов такого типа наиболее перспективными, ввиду их доступности и простоты технологии изготовления, являются природные неорганические материалы, модифицированные органическими соединениями.

Известно, что для очистки вод, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, используют вспученный перлит, обработанный смесью растворов полиорганосиликонатов натрия в следующем соотношении, мас.: метилсиликонат натрия 40-60, этилсиликонат натрия 10-40, фенилсиликонат натрия 5-30. Об эффективности используемого адсорбента судят по нефтепоглотительной емкости и водопоглощению за 24 ч, которые равны соответственно 760-780 и 42-45 мас. [Авторское свидетельство СССР №472109].

Известен гидрофобный адсорбент для сбора нефти с поверхности воды на основе вспученного перлита, модифицированного метилсиликонатом натрия и натриевой солью адипиновой кислоты. Адсорбент готовят следующим образом: 98,9 г вспученного перлита Арагацкого месторождения с объемно-насыпной массой 100 кг/м³ обрабатывают 170 г водного раствора, содержащего 1,0 г метилсиликоната натрия и 0,1 г адипината натрия. Удаление растворителя (воды) осуществляют высушиванием при 250°С.

Нефтепоглотительная емкость и водопоглощение адсорбента равны соответственно 920 и 9 мас. [Авторское свидетельство №1193947].

Основными недостатками адсорбентов, изготовленных по способам, указанным выше, является то, что они удерживают только плавающую на поверхности и эмульгированную нефть, а водорастворимые нефтепродукты не извлекаются из воды.

Известен способ получения гидрофобного адсорбента для удаления нефтепродуктов из водных сред, состоящий в том, что вспученный перлит модифицируют полиметилгидридсилоксаном при объемном соотношении Ж:Т (0,3-0,6):1 до нанесения 30-50% модификатора от массы перлита и термообработку ведут при 320-380°С в течение 0,3-0,5 ч.

Обработанный таким образом перлит тщательно перемешивают и помещают в сушильный шкаф, где подвергают термоокислению в воздушной среде при 320-380°С в течение 0,3-0,5 ч, затем адсорбент выгружают и охлаждают. Полученный модифицированный перлит готов к употреблению.

Недостатком этого способа является разделение процесса на стадии нанесения водного раствора кремнийорганического соединения (гидрофобизатора) на поверхность частиц носителя и сушки, которые проводят в разных аппаратах. Для обработки в двух аппаратах необходимо дважды произвести загрузку в аппараты и выгрузку из них частиц, что приводит к разрушению частиц носителя, покрытых гидрофобизатором, и готового сорбента. Этот способ позволяет получить на поверхности носителя только однослойную пленку кремнийорганического соединения (гидрофобизатора), которая придает недостаточную прочность полученным частицам сорбента. Кроме того, применение высокой температуры в процессе сушки при 320-380°С приводит к большим энергозатратам.

Известен также способ получения сорбента для нефти, нефтепродуктов и жидких углеводородов, включающий нанесение кремнийорганического соединения (гидрофобизатора) на гранулы вспученного перлита и/или вермикулита (носителя) путем их механического перемешивания и сушку, в котором качестве кремнийорганического соединения используют октилтриэтоксисилан, процесс нанесения которого осуществляют путем перемешивания гранул вспученного перлита и/или вермикулита в водно-спиртовом растворе октилтриэтоксисилана до гидролитической поликонденсации последнего с образованием на всей поверхности пор гранул гидролитически устойчивой кремнийорганической пленки с последующей сушкой сорбента в потоке теплого воздуха или естественным путем (Патент на изобретение РФ №2255804, МПК: B01J 20/32, опубл. 10.07.05) - прототип.

Этот способ включает большое количество операций загрузки и разгрузки, что резко увеличивает продолжительность обработки материала и приводит к его потерям. Механическое смешивание носителя и гидрофобизатора позволяет получить на поверхности носителя только однослойную пленку кремнийорганического соединения (гидрофобизатора), которая придает недостаточную прочность полученным частицам сорбента.

Данный способ не позволяет обеспечить однородную сушку частиц сорбента со всех сторон, так как сушка частиц происходит, когда они находятся в статическом состоянии. Такой способ сушки может привести к комкообразованию частиц полученного сорбента. Таким образом, недостатком данного способа является большая энергоемкость, длительность и технологическая сложность процесса изготовления сорбента, низкая степень проникновения кремнийорганического соединения в поры гранул вспученного носителя.

Технической задачей настоящего изобретения является создание такого способа и устройства для его осуществления, которые позволили бы получить на поверхности частиц носителя многослойную пленку гидрофобизатора и обеспечить однородность сушки полученных частиц сорбента со всех сторон, что позволит получить сорбент, обладающий высокими гидрофобными и сорбционными свойствами, уменьшить энергозатраты и длительность процесса изготовления сорбента.

Поставленная задача решена за счет того, что предлагаемый способ получения сорбента включает подачу в зону нанесения в рабочей камере частиц носителя, в качестве которого используют вспученный перлит и/или вспученный вермикулит, и кремнийорганического соединения в виде водного раствора (гидрофобизатора) вместе со сжатым воздухом, обеспечивающим распыление указанного кремнийорганического соединения, подачу в рабочую камеру потока нагретого воздуха для создания указанным потоком нагретого воздуха фонтанирующего слоя в рабочей камере в зонах нанесения и сушки, нанесение на поверхность частиц носителя указанного кремнийорганического соединения посредством взаимодействия с распыленным кремнийорганическим соединением в фонтанирующем слое в зоне нанесения и сушку частиц носителя с нанесенным слоем кремнийорганического соединения в фонтанирующем слое в рабочей камере в зоне сушки.

Согласно изобретению в рабочей камере в зоне нанесения на поверхность носителя наносят, по меньшей мере, два слоя гидрофобизатора.

В рабочей камере в зоне нанесения поток нагретого воздуха имеет температуру 30-60°С, и время пребывания носителя с кремнийорганическим соединением в фонтанирующем слое составляет 3-10 мин, а в зоне сушки поток нагретого воздуха имеет температуру 60-150°С, и время сушки частиц носителя составляет 3-10 мин., при этом скорость нагретого воздуха в зонах нанесения и сушки составляет 0,2-0,8 м/с.

Устройство для получения сорбента содержит рабочую камеру, состоящую из зоны нанесения и зоны сушки, бункер для загрузки в рабочую камеру в зону нанесения частиц носителя, первую линию подачи, предназначенную для подачи кремнийорганического соединения в виде водного раствора в рабочую камеру в зону нанесения, вторую линию подачи, предназначенную для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру в зону нанесения, по меньшей мере одну форсунку, соединенную с указанными первой и второй линиями подачи и обеспечивающую распыление кремнийорганического соединения в рабочей камере в зоне нанесения, третью линию подачи, предназначенную для подачи в рабочую камеру потока нагретого воздуха, обеспечивающего создание фонтанирующего слоя в зонах нанесения и сушки. Рабочая камера выполнена желобообразной и расположена горизонтально. В дне рабочей камеры можно выполнить отверстия, которые будут играть роль множества воздушных сопел.

За счет подачи в зону нанесения в рабочей камере воздуха, нагретого от 30 до 60°С, и за счет пребывания частиц носителя с гидрофобизатором в зоне нанесения от 3 до 10 минут в фонтанирующем слое каждая частица носителя движется организованно и циклически и многократно попадает в зону распыла гидрофобизатора. Нанесенный раствор гидрофобизатора впитывается внутрь пор частиц носителя. Этот процесс впитывания ускорен за счет разности температур между внешним и внутренним слоями частицы (термодиффузия), т.е. увеличивается степень проникновения кремнийорганического соединения в поры гранул носителя, что приводит к повышению гидрофобных и сорбционных свойств полученного сорбента. Одновременно происходит сушка раствора гидрофобизатора на частицах носителя при средней температуре в фонтанирующем слое 30-60°С, т.е. наносится слой гидрофобизатора и затем он подсушивается перед нанесением следующего слоя и, таким образом, на поверхности частицы носителя образуется многослойное покрытие. Данный способ позволяет получить на поверхности каждой частицы более равномерное и более толстое покрытие гидрофобизатора, защищающее ее от механического разрушения, т.е. данный способ позволяет увеличить механическую прочность полученных частиц сорбента.

Проведение процессов с определенными параметрами температур и скоростей нагретого воздуха, нанесение на поверхность частиц носителя водного раствора кремнийорганического соединения (гидрофобизатора) и их сушки в одной рабочей камере непрерывного действия с фонтанирующим слоем, создаваемым потоком нагретого воздуха, обеспечивает уменьшение потерь сорбента некондиционной фракции за счет сокращения длительности и технологической сложности проведения процессов нанесения кремнийорганического соединения на частицы носителя и их сушки и исключения перегрузочных операций в процессе. Так как процесс сушки происходит при постоянном перемешивании частиц, исключается комкообразование и обеспечивается равномерная сушка частиц со всех сторон.

Благодаря выполнению рабочей камеры в виде желоба частицы носителя, в качестве которых используют перлит и/или вермикулит размером 1-6 мм, которые имеют маленькую плотность и большую поверхность, с высокой скоростью поднимаются вверх в ядре нагретого фонтана и затем рассыпаются по сторонам и соскальзывают по наклонной поверхности желоба вниз в нижнюю часть фонтана, а затем снова подхватываются струей фонтана.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображена технологическая схема получения сорбента;

на фиг.2 изображена схема рабочей камеры.

Технологическая схема получения сорбента включает рабочую камеру 1, которая состоит из зоны 2 нанесения и зоны 3 сушки, бункер 4 для загрузки частиц носителя в рабочую камеру 1 в зону 2 нанесения, линию 5 подачи в зону 2 нанесения кремнийорганического соединения в виде водного раствора, которая включает насос 6 для подачи раствора кремнийорганического соединения (гидрофобизатора) из емкости 7 на пневматические форсунки 8, линию подачи 9 в зону 2 нанесения рабочей камеры 1 потока сжатого воздуха, которая включает компрессор 10 для подачи сжатого воздуха на пневматические форсунки 8, линию 11 для подачи в зоны 2 и 3 рабочей камеры 1 нагретого воздуха, которая состоит из калорифера 12 и вентилятора 13, устройство 14 выгрузки готового продукта из рабочей камеры 1 в бункер-разгружатель 15 посредством вентилятора 16 пневмотранспорта. Воздух из рабочей камеры 1 проходит сухую очистку в прямоточном циклоне 17 и дымососом 18 выбрасывается в атмосферу. Дно 19 рабочей камеры 1 выполнено в виде газораспределительной решетки, с помощью которой в камере 1 создается фонтанирующий слой. Рабочая камера 1 выполнена желобообразной. Разделение на зону 2 нанесения и зону 3 сушки может быть условное, т.е. первая зона обусловлена наличием форсунок 8 в начале камеры 1. Разделение на зоны может быть также произведено посредством установки перегородки между зонами.

Способ осуществляют следующим образом.

Частицы носителя, в качестве которого могут использовать вспученный перлит, вспученный вермикулит или смесь вспученных перлита и вермикулита с размером частиц 1-6 мм, загружают в бункер 4 питателя и подают посредством устройства загрузки частиц носителя, выполненного в виде шнека, в зону 2 нанесения в рабочую камеру 1 непрерывного действия. В зону 2 рабочей камеры 1 через форсунки 8 из бункера 7 с помощью насоса 6 по линии 5 подают водный раствор кремнийорганического соединения (в качестве кремнийорганического соединения (гидрофобизатора) могут быть использованы алкилсиликанаты, например метилсиликанат натрия, этилсиликанат натрия, метилсиликанат калия и др.) и по линии 9 с помощью компрессора 10 сжатый воздух. Подача гидрофобизатора и сжатого воздуха в зону 2 нанесения через форсунки 8 обеспечивает распыление гидрофобизатора в зоне 2. В рабочую камеру 1 по линии 11 через отверстия в дне 19 рабочей камеры 1 подают нагретый воздух, обеспечивающий создание фонтанирующего слоя, состоящего из частиц носителя и гидрофобизатора. В фонтанирующем слое частицы носителя поднимаются вверх, затем рассыпаются по сторонам и соскальзывают по наклонной поверхности камеры 1 вниз в нижнюю часть фонтана и затем снова поднимаются вверх, т.е. каждая частица многократно попадает в зону распыла гидрофобизатора. Так как этот процесс осуществляют в нагретом фонтанирующем слое, происходит подсушка каждого нанесенного на носитель слоя гидрофобизатора за счет его контакта с нагретым газом, что позволяет получить на поверхности каждой частицы носителя более равномерное и более толстое покрытие гидрофобизатора, защищающее частицу от механического разрушения, т.е. придающее частице прочность. Средняя температура в зоне 2 рабочей камере 1 составляет 30-60°С и время пребывания частиц 3-10 мин.

Частицы с нанесенным на их поверхность гидрофобизатором затем попадают в зону 3 сушки рабочей камеры 1, в которой осуществляют окончательную сушку полученных частиц сорбента в потоке нагретого фонтанирующего слоя, имеющего среднюю температуру 60-150°С, и время пребывания частиц в зоне сушки составляет 3-10 мин. Скорость нагретого газа в зонах 2 и 3 рабочей камеры 1 составляет 0,2-0,8 м/сек. Готовый продукт из зоны 3 сушки через устройство выгрузки 14 выгружают из рабочей камеры 1 в бункер-разгружатель 15 посредством вентилятора 16 пневмотранспорта. Воздух из рабочей камеры 1 проходит сухую очистку в прямоточном циклоне 17 и дымососом 18 выбрасывается в атмосферу.

Нанесение на поверхность частиц носителя водного раствора кремнийорганического соединения (гидрофобизатора) и сушку проводят в одной рабочей камере 1 непрерывного действия. Вследствие этого исключаются ручные или механизированные процессы транспортирования из одной камеры в другую и уменьшается возможность механического разрушения частиц. Частицы с высокой скоростью поднимаются вверх в ядре фонтана, а затем рассыпаются по сторонам и соскальзывают по наклонной поверхности желоба вниз, в нижнюю часть фонтана. Тем самым обеспечивается устойчивое и организованное перемешивание частиц в слое, что исключает слипание частиц, т.е. происходит равномерная сушка каждой частицы со всех сторон.

Частицы самого носителя, в качестве которого используют вспученный перлит, вспученный вермикулит или смесь вспученных перлита и вермикулита, являются очень хрупкими и легко разрушаются при транспортировании, дозировании и хранении. То же происходит и с обработанными известными способами частицами, т.е. с частицами сорбента. Разрушение частиц сорбента приводит к образованию большого количества пыли, что ухудшает экологическую безопасность работающих с сорбентами и загрязнение окружающей среды. Поэтому увеличение механической прочности частиц готового сорбента имеет принципиальное значение.

Таким образом, при неоднократном покрытии частицы гидрофобизатором образуется более равномерное покрытие, придающее частицам прочность, сокращается время проведения процессов нанесения водного раствора кремнийорганического соединения (гидрофобизатора) на частицы носителя и их сушки, а также исключаются перегрузочные операции в процессе.

Пример 1

В качестве кремнийорганического соединения используют гидрофобизатор этилсиликанат натрия (ГКЖ 11), который разводится водой таким образом, чтобы массовая доля основного вещества составила 4%, и этот раствор наносят на частицы перлита, имеющие размер 3-5 мм, в рабочей камере 1 непрерывного действия. Ингредиенты берут в пропорции 1 кг раствора на 1 кг перлита, средняя температура в фонтанирующем слое в зоне 2 нанесения раствора гидрофобизатора на частицы носителя и подсушки частиц составляет 40°С, время пребывания частиц в зоне 2 составило 5 мин., а скорость нагретого газа - 0,35 м/с. В зоне 3 сушки средняя температура в фонтанирующем слое составила 80°С, а скорость нагретого газа - 0,35 м/с (образец 1).

Другой образец сорбента на основе перлита был получен нанесением раствора гидрофобизатора, в качестве которого использован этилсиликанат натрия (ГКЖ 11), при механическом перемешивании при температуре 20°С и с последующей сушкой в сушильном шкафу при температуре 80°С (образец 2). Затем отсевали фракцию 3-5 мм и полученные образцы сравнивали по прочности между собой и с исходным носителем-перлитом (образец 3) по стандартной методике ГОСТ16188-70 «Сорбенты, Методы определения прочности при истирании» определения прочности на истирание. При этом образцы вращались в барабане в течение 3 мин со скоростью 85 об/мин и затем определялась доля неразрушенной исходной фракции. Результаты приведены в табл.1.

Табл.1Образец123Доля неразрушенной фракции, %64,545,825,4

Пример 2

В качестве кремнийорганического соединения используют гидрофобизатор этилсиликанат натрия (ГКЖ 11), который разводят водой таким образом, чтобы массовая доля основного вещества составила 3%, и этот раствор наносят на частицы вермикулита с размером 2-6 мм в рабочей камере 1 непрерывного действия с фонтанирующим слоем, Рабочая камера 1 выполнена желобообразной и расположена горизонтально. Ингредиенты берут в пропорции: 1 кг раствора на 1 кг вермикулита, средняя температура в фонтанирующем слое в зоне 2 нанесения раствора и подсушки частиц составляет 40°С, время пребывания составило 5 мин, а скорость нагретого газа - 0,5 м/с.

В зоне 3 сушки средняя температура в фонтанирующем слое составила 80°С, а скорость нагретого газа - 0,5 м/с (образец 1).

Другой образец сорбента на основе вермикулита был получен нанесением раствора гидрофобизатора, в качестве которого использован этилсиликанат натрия (ГКЖ 11), при механическом перемешивании при температуре 20°С и с последующей сушкой в сушильном шкафу при температуре 80°С (образец 2). Затем отсевали фракцию 3-5 мм и полученные образцы сравнивали по прочности между собой и с исходным носителем-вермикулитом (образец 3) по стандартной методике ГОСТ16188-70 «Сорбенты, Методы определения прочности при истирании» определения прочности на истирание. При этом образцы вращали в барабане в течение 3 мин со скоростью 85 об/мин и затем определяли долю неразрушенной исходной фракции. Результаты приведены в табл.2.

Табл.2Образец123Доля неразрушенной фракции, %95,292,387,5

Из таблиц 1 и 2 видно, что нанесение гидрофобизатора на поверхность частиц перлита и вермикулита приводит к различной степени упрочнения - образцы 1 и 2.

По предлагаемому способу при обработке частиц носителя в нагретом фонтанирующем слое, включающем нанесение водного раствора гидрофобизатора и частичную подсушку в зоне 2 нанесения в рабочей камере 1, а также последующую досушку в зоне 3 сушки в рабочей камере 1, на поверхности каждой частицы образуется более равномерное и более толстое покрытие, состоящее по меньшей мере из двух слоев гидрофобизатора, защищающее полученные частицы сорбента от механического разрушения, т.е. данный способ позволяет увеличить механическую прочность полученных частиц сорбента.

Изобретение относится к получению сорбентов на основе гидрофобизированных минеральных носителей. Способ получения сорбента включает подачу в зону сушки в рабочей камере частиц алюмосиликатного носителя, кремнийорганического соединения в виде водного раствора вместе со сжатым воздухом, обеспечивающим распыление кремнийорганического соединения, подачу в рабочую камеру потока нагретого воздуха для создания указанным потоком нагретого воздуха фонтанирующего слоя в зонах нанесения и сушки рабочей камеры, нанесение на поверхность частиц носителя кремнийорганического соединения посредством взаимодействия с распыленным кремнийорганическим соединением в фонтанирующем слое в зоне нанесения и сушку в фонтанирующем слое в зоне сушки. Устройство для получения сорбентов содержит рабочую камеру, состоящую из зоны нанесения и зоны сушки, три линии подачи соответствующих реагентов, форсунку, обеспечивающую распыление кремнийорганического соединения в зоне нанесения в рабочей камере. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 табл, 2 ил.

1. Способ получения сорбента, содержащий следующие действия: в рабочую камеру в зону нанесения подают частицы носителя, в качестве которого используют вспученный перлит и/или вспученный вермикулит, и кремнийорганическое соединение в виде водного раствора-гидрофобизатора вместе со сжатым воздухом, обеспечивающим распыление указанного кремнийорганического соединения, в рабочую камеру подают поток нагретого воздуха для создания указанным потоком нагретого воздуха фонтанирующего слоя в рабочей камере в зонах нанесения и сушки, на поверхность частиц носителя наносят указанное кремнийорганическое соединение посредством взаимодействия указанных частиц с распыленным кремнийорганическим соединением в фонтанирующем слое в зоне нанесения и частицы носителя с нанесенным слоем кремнийорганического соединения сушат в фонтанирующем слое в зоне сушки.2. Способ получения сорбента по п.1, отличающийся тем, что в рабочей камере в зоне нанесения поток воздуха имеет температуру 30-60°С, и время пребывания носителя с кремнийорганическим соединением в фонтанирующем слое составляет 3-10 мин, а в зоне сушки поток воздуха имеет температуру 60-150°С, и время сушки частиц носителя составляет 3-10 мин.3. Способ получения сорбента по п.1, отличающийся тем, что скорость нагретого воздуха в зонах нанесения и сушки составляет 0,2-0,8 м/с.4. Устройство для получения сорбента, содержащее рабочую камеру, состоящую из зоны нанесения и зоны сушки, бункер для загрузки частиц носителя в рабочую камеру в зону нанесения, устройство выгрузки для выгрузки готового продукта из зоны сушки рабочей камеры, первую линию подачи, предназначенную для подачи кремнийорганического соединения в виде водного раствора в рабочую камеру в зону нанесения, вторую линию подачи, предназначенную для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру в зону нанесения, по меньшей мере одну форсунку, соединенную с указанными первой и второй линиями подачи и обеспечивающую распыление кремнийорганического соединения в рабочей камере в зоне нанесения, третью линию подачи, предназначенную для подачи в рабочую камеру потока нагретого воздуха, обеспечивающего создание фонтанирующего слоя в рабочей камере в зонах нанесения и сушки.5. Устройство для получения сорбента по п.4, отличающееся тем, что рабочая камера выполнена желобообразной и расположена горизонтально.6. Устройство для получения сорбента по п.4 или 5, отличающееся тем, что дно камеры выполнено в виде газораспределительной решетки.