Способ получения сорбента
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к производству сорбентов, полученных из целлюлозосодержащих материалов и предназначенных для очистки различных поверхностей, например, от нефтепродуктов. Целлюлозосодержащее сырье подвергают экструдированию с одновременным автогидролизом при температуре не менее 100°С, давлении не менее 10 МПа и механической деформации сдвиг-сжатие. Техническим результатом изобретения является сокращение времени и энергоемкости процесса получения сорбента из целлюлозосодержащего сырья. 4 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к производству сорбентов, полученных из целлюлозосодержащих материалов и предназначенных для очистки поверхностей, например, от нефтепродуктов.
Из уровня техники известно множество технологий производства сорбентов, например способ, описанный в патенте РФ № 2173578, МПК В 01 J 20/20, 20/30, опубл. 20.09.2001, «Способ получения сорбента для очистки вод и твердых поверхностей от нефти», в процессе которого из органоминерального носителя удаляют влагу путем его прессования с усилием до 10 МПа или путем формования с последующей естественной сушкой и проводят его термообработку в течение 20 -90 мин при температуре на 15-30°С выше температуры выделения водонерастворимых смол из носителя, в среде инертного газа без доступа кислорода для пропитки носителя углеродсодержащими водонерастворимыми смолами.
В качестве аналога может быть принят способ получения сорбента, описанный в патенте РФ № 2198729 «Способ получения абсорбирующего материала (варианты), абсорбирующий материал (варианты) и способ абсорбции жидкости», МПК В 01 J 20/24, А 01 К 1/035. Дата публикации: 20.02.2003. Данный способ заключается в гранулировании вторичного волокна влажностью от 40 до 70 мас.% с образованием влажных гранул экструдированием пульпы вторичного волокна через головку с силой экструзии, тангенциальной к поверхности головки, и сушку указанных влажных гранул.
Недостатками известных способов являются высокие затраты времени и энергии на термообработку, в частности сушку, получаемых сорбентов.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является сокращение времени и энергоемкости процесса получения сорбента из целлюлозосодержащего сырья.
Указанный технический результат достигается тем, что целлюлозосодержащее сырье подвергают экструдированию с одновременным автогидролизом, например, при температуре не менее 100°С, давлении не менее 10 МПа и механической деформации сдвиг-сжатие.
Предлагаемый способ может быть реализован следующим образом.
Пример 1. В качестве сырья используют торф, содержащий гемицеллюлозы, имеющий влажность от 15 до 40 мас.%. Сырье помещают в экструдер, шнек которого совершает вращательное и возвратно-поступательное движение. В экструдере сырье подвергают одновременному воздействию температуры, механическому давлению и деформации сдвиг-сжатие. При вращении шнека за счет трения температура сырья поднимается до 130°С, дальнейший подъем температуры обеспечивают нагревательными элементами, которые обеспечивают нагрев сырья до температуры 180°С и выше. В экструдере выходная фильера имеет диаметр не менее чем в два раза меньше входного диаметра для создания динамических режимов, необходимых для протекания автогидролиза сырья. Фильера имеет участок уклона и формообразующую часть в конце фильеры и расположена в головке экструдера продольно силе экструзии. При вращении шнека нагретое сырье поступает к фильере, усилия вращения и пластичности сырья не достаточно, чтобы оно прошло через фильеру, что приводит к временному образованию в ней пробки. В это время вновь подаваемое шнеком сырье, достигнув пробки, начинает двигаться вдоль внутренних стенок корпуса экструдера в направлении, противоположном направлению подачи шнека, при этом сырье подвергается механической деструкции и достигает уровня гомогенной смеси. Когда шнек совершает возвратно-поступательное движение и продавливает образовавшуюся пробку через фильеру, сырье подвергается резкому изменению давления и претерпевает качественные изменения: низкомолекулярные углеводороды подвергаются автогидролизу с образованием простых органических кислот. Смесь паров воды и продуктов автогидролиза растворяют часть высокомолекулярных углеводородов с образованием смеси частиц углеводородов, нерастворимых в воде, но способных растворяться в парогазовой смеси. Частицы углеводородов равномерно распределяются по объему фильеры и представляют собой паро-углеводородную смесь.
Продукты автогидролиза существенно повышают пластичность сырья и позволяют использовать сырье с меньшим содержанием влаги. В итоге экструдирование сырья происходит с одновременным автогидролизом, а при данных условиях направление силы экструзии не является существенным фактором для обеспечения работоспособности экструдера. Описанная в данном примере конструкция экструдера не является единственно возможной, поскольку по данному способу возможно применение экструдеров других конструкций, создающих подобные условия экструзии. При выходе из фильеры сырой сорбент имеет устойчивую форму брикета и поступает на подготовку к подсушиванию, где в течение короткого времени, около 3-5 минут, происходит его остывание и изменение фазового состояния вещества внутри него. Отсутствие избыточного давления и температуры приводит жидкую составляющую в брикете к остыванию и конденсации. Высокомолекулярные углеводороды, парорастворимые при температуре до 180°С, переходят в твердое состояние и выталкивают из брикета воду и газы, образовавшиеся в процессе деструкции сырья, брикет покрывается каплями влаги. В это время в структуре вещества брикета образуется развитая сеть пор и пузырьков, что приводит к резкому увеличению внутренней поверхности вещества. Далее сорбент подвергают сушке любыми известными способами, например в СВЧ печи, после чего получают готовый брикетированный сорбент. В таком виде сорбент удобнее хранить и транспортировать. Для применения сорбента при очистке жидкости или сбора нефти с поверхности воды его размалывают и применяют в процессе известными способами, например распылением в струе воздушно-водяной смеси.
Пример 2. В качестве сырья используют торф, содержащий гемицеллюлозы, и для повышения производительности процесса сырье предварительно обрабатывают перегретым паром. Сырье, имеющее температуру 80-100°С, после обработки паром также направляют в экструдер и проводят его обработку аналогично примеру 1.
Пример 3. В качестве сырья используют торф, в котором отсутствуют гемицеллюлозы. В данный торф добавляют любой целлюлозосодержащий материал, например отходы сельского хозяйства, отходы деревообработки, отходы целлюлозно-бумажной промышленности, вторсырье и т.п., измельченный до размера частиц не более 0,02 мм, в количестве до 10% по объему. Процесс получения сорбента проводят аналогично.
Пример 4. В качестве сырья используют солому с влажностью 5-25 мас.%, предварительно измельченную до порошкообразного состояния. Процесс получения сорбента проводят аналогично примеру 1.
Пример 5. В качестве сырья используют любой целлюлозосодержащий материал или смесь нескольких целлюлозосодержащих отходов. Процесс получения сорбента проводят аналогично примеру 1 с разницей в том, что перед обработкой сырья в него добавляют жидкие углеводороды, например отработанное машинное масло. В результате процесс получения сорбента протекает за время менее 3 минут.
В результате обработки сырья в примерах 2-5 получают сорбенты, свойства которых близки к свойствам сорбента, полученного в примере 1.
Предлагаемые примеры предназначены только для целей иллюстрации и не являются ограничивающими прилагаемую формулу изобретения, поскольку существует множество целлюлозосодержащих материалов, пригодных для получения сорбента по предлагаемому способу.
Благодаря тому что в процессе переработки при указанных условиях происходит автогидролиз сырья, в процессе возможно применение сырья с влажностью не более 40 мас.%. В заявленном процессе на выходе из экструдера получается сорбент с меньшим содержанием влаги, чем в известных способах, значит, для его просушки до товарной влажности требуется значительно меньше затрат времени и энергии, что и является техническим результатом заявленного способа.
1. Способ получения сорбента, в процессе которого влажное целлюлозосодержащее сырье экструдируют и сушат, отличающийся тем, что процесс экструдирования проводят при температуре не менее 100°С, давлении не менее 10 МПа и механической деформации сдвиг-сжатие.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в результате экструдирования сырье подвергают автогидролизу.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что экструдирование сырья проводят через головку с силой экструзии, отличной от тангенциальной к поверхности головки.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сырья используют любой целлюлозосодержащий материал с влажностью не более 40 мас.%.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в сырье перед экстру дированием добавляют жидкие углеводороды.
