Способ получения охлаждающей жидкости

 

Использование: изобретение относится к способу получения низкотемпературных охлаждающих жидкостей на основе этиленгликолей и воды, применяемых для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, в качестве теплоносителя в теплообменной аппаратуре. Сущность изобретения: способ заключается в добавлении к основе, содержащей смесь этиленгликолей и воды, компонентов охлаждающей жидкости, смесь этиленгликолей получают гидратацией оксида этилена в жидкой фазе при мольном соотношении оксида этилена к воде 1:2-6 в присутствии катализатора, выбранного из компонентов охлаждающей жидкости и к полученной смеси добавляют компоненты охлаждающей жидкости. Технический результат заключается в уменьшении затрат на получение охлаждающей жидкости и улучшении качества.

Изобретение относится к способу получения низкотемпературных охлаждающих жидкостей (ОЖ) на основе этиленгликолей и воды, применяемых для охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобилей, в качестве хладоносителя в рефрежераторах, теплоносителя в теплообменной аппаратуре и т.п.

Кроме этиленгликоля и воды в состав ОЖ могут входить другие спирты и гликоли, а также ингибиторы коррозии (анины, меркаптобензтиазол, бензоаты, бораты, фосфаты и др.), вещества, образующие буферные растворы (фосфаты, бура, карбонаты и др.), пеногасители, красители и др. [1].

ОЖ получают чаще всего растворением в смеси воды и этиленгликоля (и др. гликолей) остальных компонентов в определенной последовательности. Вместо чистого этиленгликоля возможно использование смеси этиленгликолей - побочного продукта производства.

Этиленгликоль получают гидратацией оксида этилена без катализатора или в присутствии катализатора (кислот или щелочей). Каталитическая гидратация протекает в более мягких условиях. Однако, необходимость выделения катализатора из реакционной массы приводит к значительному усложнению технологии. Поэтому каталитическая гидратация не нашла широкого применения. Общий недостаток производства - большие энергетические затраты на выделение этиленгликоля (смеси этиленгликолей), что ведет к увеличению себестоимости продукта.

В качестве прототипа выбран способ получения охлаждающей жидкости (антифриза), описанный в [2].

Охлаждающую жидкость готовят добавлением к основе - побочным гликолям производства этиленгликоля, содержащим, мас.%: этиленгликоль 70 - 90, диэтиленгликоль 0,5 - 5, триэтиленгликоль 0,1 - 1 и воду с технологическими примесями до 100, воды и других компонентов (тетрабората натрия, жидкого стекла, бензотриазола, борогликоната натрия или калия, пеногасителя).

Недостатками известного способа являются: использование относительно дорогого исходного сырья - смеси этиленгликолей. Смесь этиленгликолей выделяют наряду с главным продуктом - этиленгликолем - из разбавленных водных растворов, что связано с большими энергетическими затратами.

наличие в исходном сырье до 4% технологических примесей (полиэтиленгликоли, альдегиды и кетоны и продукты их конденсации, пероксиды и др.), которые могут оказывать отрицательное действие на качество ОЖ. Например, при нагревании возможно появление окраски и неприятного запаха.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением - совершенствование способа получения охлаждающей жидкости.

Технический результат - уменьшение затрат на получение охлаждающей жидкости, улучшение качества.

Указанный результат достигается тем, что в способе получения ОЖ, включающем добавление к основе, содержащей смесь этиленгликолей и воды, компонентов охлаждающей жидкости, смесь этиленгликолей получают гидратацией оксида этилена в жидкой фазе при мольном соотношении оксида этилена к воде 1 : 2 - 6, в присутствии катализатора, выбранного из компонентов охлаждающей жидкости, и к полученной реакционной смеси добавляют компоненты охлаждающей жидкости.

В качестве катализатора гидратации используют ортофосфорную кислоту, гидроксид натрия или калия, триэтаноламин.

В качестве катализатора гидратации могут быть также использованы и другие вещества, обладающие кислотными или щелочными свойствами.

Для синтеза может быть использован как чистый оксид этилена в жидком или газообразном виде, так и газовые смеси, содержащие оксид этилена.

Оксид этилена и воду подают в соотношении 1 : 2 - 6 (мол.). При меньшем избытке воды получается много побочных продуктов (ди- и триэтиленгликоли). При большем избытке воды получаются слишком разбавленные растворы гликолей.

К смеси воды и катализатора добавляют оксид этилена в соотношении 1 : 2 - 6 (мол.) при охлаждении реакционной массы. Оксид этилена может быть использован как в жидком, так и в газообразном виде. Могут быть использованы газовые смеси, содержащие оксид этилена. В качестве катализатора используются вещества, обладающие кислотными или основными свойствами, которые используются для приготовления охлаждающей жидкости (ортофосфорная кислота, гидроксиды натрия или калия, триэтаноламин и др.). В полученную реакционную массу добавляют вещества, входящие в рецептуру ОЖ - воду, гликоли, смеси этиленгликолей, антикоррозионные добавки, пеногасители и др.

Пример 1. Катализатором гидратации является ортофосфорная кислота, входящая в одну из рецептур охлаждающих жидкостей. К 635 г воды и 5 г ортофосфорной кислоты добавляют порциями 360 г жидкого оксида этилена при температуре 60 - 100^oC при перемешивании и охлаждении реакционной массы (мольное соотношение оксид этилена: вода 1 : 4,3). Время синтеза 30 мин. Хроматографический анализ показал, что реакционная масса имела следующий состав, мас. %: этиленгликоль 33,0, диэтиленгликоль 13,0, триэтиленгликоль 1,9, ортофосфорная кислота 0,5, вода 51,6. К реакционной массе добавляют следующие компоненты, входящие в рецептуру ОЖ, г: этиленгликоль 130, компоненты, входящие в состав ингибитора коррозии - ортофосфорная кислота (87%) 2, триэтаноламин 64,3, другие 5,54, пеногаситель 0,14, краситель 0,02.

Получают 1202 г охлаждающей жидкости следующего состава, мас.%: этиленгликоль 38,3; диэтиленгликоль 10,8; триэтиленгликоль 1,7; ортофосфорная кислота 0,58; триэтаноламин 5,35; гидроксид натрия 0,012; натрий меркаптобензтиазол 0,012; бура 0,43; полиэтиленгликоль 0,005; пеногаситель 0,012; краситель 0,0017, вода до 100.

Охлаждающая жидкость имела характеристики, соответствующие марке ОЖ-40: температура начала кристаллизации (-40^oC); температура начала перегонки 108^oC; pH 7,6; вспениваемость - объем пены 3 см³, щелочность 10,5 см³. Все остальные показатели также соответствовали требованиям ГОСТ 28084-89.

Пример 2. Через смесь из 81,9 г воды и 1 г ортофосфорной кислоты пропускают газообразный оксид этилена с расходом 50 г/ч при температуре 60 - 100^oC при охлаждении реакционной массы в течение 90 мин. Всего вступило в реакцию 100,1 г оксида этилена (мольное соотношение оксид этилена : вода - 1 : 2). Реакционная масса имела следующий состав, мас. %: этиленгликоль 39,3, диэтиленгликоль 24,4 триэтиленгликоль 7,5, ортофосфорная кислота 0,55, вода 28,25. К полученной смеси добавляют следующие компоненты, входящие в рецептуру ОЖ, г: этиленгликоль 150, вода 120; компоненты, входящие в состав ингибитора коррозии, ортофосфорная кислота (87%) 1,9, триэтаноламин 25, другие - 2,2, пеногаситель 0,06, краситель 0,01.

Получают 482,2 г охлаждающей жидкости следующего состава, мас.%: этиленгликоль 46,02; диэтиленгликоль 9,26; триэтиленгликоль 2,85; ортофосфорная кислота 0,55; триэтаноламин 5,18; гидроксид натрия 0,018; натрий меркаптобензтиазол 0,012; бура 0,42; полиэтиленгликоль 0,005; пеногаситель 0,012; краситель 0,0021; вода до 100.

Полученная ОЖ соответствовала марке ОЖ-65 и имела следующие характеристики: температура начала кристаллизации -65^oC; температура начала перегонки 110^oC; pH 8,5; вспениваемость - объем пены - 30 см³; щелочность 11 см³. Остальные показатели также соответствовали требованиям ГОСТ 28084-89.

Пример 3. Катализатором гидратации является триэтаноламин, входящий в одну из рецептур охлаждающей жидкости. К смеси из 245 г воды и 25 г триэтаноламина добавляют порциями 100 г жидкого оксида этилена при температуре 60 - 100^oC при перемешивании и охлаждении реакционной массы (мольное соотношение оксид этилена : вода - 1 : 6). Время синтеза 40 мин. По данным хроматографического анализа реакционная масса имела следующий состав, мас.%: этиленгликоль 19,4, диэтиленгликоль 12,0, триэтиленгликоль 3,7, триэтаноламин 6,8 вода 58,1. К полученной смеси добавляют следующие компоненты, входящие в рецептуру ОЖ, г: этиленгликоль 110, компоненты ингибитора коррозии - ортофосфорная кислота (87%) 3, другие 2,2, пеногаситель 0,06, краситель 0,01.

Получают 485,3 г охлаждающей жидкости, следующего состава, мас.%: этиленгликоль 37,45; диэтиленгликоль 9,15; триэтиленгликоль 0,76; ортофосфорная кислота 0,54; триэтаноламин 5,15; гидроксид натрия 0,015; натрий меркаптобензтиазол 0,012; бура 0,421; полиэтиленгликоль 0,005; пеногаситель 0,012; краситель 0,0021; вода до 100.

Полученная охлаждающая жидкость соответствовала марке ОЖ-40 и имела характеристики такие же, как в примере 1.

Уменьшение затрат на получение охлаждающей жидкости по предлагаемому способу по сравнению с прототипом происходит за счет того, что основу (смесь этиленгликолей) готовят непосредственно путем синтеза из оксида этилена и воды, добавляя затем компоненты охлаждающей жидкости прямо в реакционную массу. Использование в качестве основы смеси этиленгликолей менее выгодно, так как эту смесь получают в производстве этиленгликоля выделением методом ректификации из разбавленных водных растворов, что связано с большими энергетическими затратами. Таким образом в стоимость смеси этиленгликолей входят затраты на выделение этой смеси, которые будут входить и в стоимость получаемой ОЖ. В предлагаемом способе эти затраты отсутствуют. Сырьевые же затраты в противопоставляемых способах одинаковы.

Кроме того, использование для основы смеси этиленгликолей - побочного продукта производства этиленгликоля - может приводить к ухудшению качества ОЖ. При выделении этой смеси в ней концентрируются тяжелокипящие примеси (полиэтиленгликоли, продукты конденсации альдегидов, пероксиды и др.), содержание которых, судя по составу, приведенному в прототипе, может достигать 4%. При нагревании такой смеси возможно появление окраски, а наличие в смеси пероксидов может увеличивать коррозионное воздействие на металлы. В предлагаемом способе содержание примесей в смеси этиленгликолей не превышает нескольких десятых долей процента.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить охлаждающую жидкость с меньшими затратами, чем в прототипе, и улучшить качество ОЖ.

Формула изобретения

Способ получения охлаждающей жидкости, включающий добавление к основе, содержащей смесь этиленгликолей и воды, компонентов охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что смесь этиленгликолей получают гидратацией оксида этилена в жидкой фазе при молярном соотношении оксида этилена к воде 1 2 6 в присутствии катализатора, выбранного из компонентов охлаждающей жидкости, и к полученной реакционной смеси добавляют компоненты охлаждающей жидкости.