Способ карбоксиметилирования торфа

Изобретение относится к химической промышленности, предназначено для получения натриевых солей карбоксиметиловых эфиров гуминовых материалов и может быть использовано при бурении нефтяных и газовых скважин. Воздушно-сухой торф смешивают с твердыми NaOH и монохлорацетатом натрия Na-МХУК, при мольном соотношении ОН:NaOH:Na-МХУК, равном 1:(0,5-2,5):(0,5-2,5. Смесь подвергают интенсивному механическому измельчению в течение 10-60 мин при 25oС без добавления воды, в результате чего образуются водорастворимые карбоксиметилированные продукты. Обеспечивается расширение сырьевой базы, улучшение качества карбоксиметилированных продуктов за счет повышения содержания карбоксиметильных групп. 2 табл.

 

Изобретение относится к химической модификации торфа и предназначено для получения натриевых солей карбоксиметиловых эфиров гуминовых материалов, которые придают определенные свойства промывочным жидкостям, используемым при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известен способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов, заключающийся в обработке исходного материала сначала раствором гидроксида натрия в изопропиловом спирте в течение 0,5-6,0 ч при 20-150oС, затем монохлоруксусной кислотой в течение 0,5-4,0 ч при 20-60oС [пат. РФ №2130947, МПК С08В 11/12, опубл. 27.05.1999, Бюл. №15].

Недостатками известного способа являются: использование органического растворителя, сравнительно жесткие температурные условия проведения процесса, его значительная продолжительность.

Известен способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов, заключающийся в том, что лигноуглеводный материал в виде опилок подвергают механохимической обработке смесью натриевой соли монохлоруксусной кислоты, гидроксида натрия, воды в течение 0,5-3,0 ч при 20-80oС [пат. РФ №2131884, МПК С08В 11/12, опубл. 20.06.1999, Бюл. №17].

Недостатками известного способа являются продолжительность до 3 ч и температура до 80°С, что усложняет и удорожает технологический процесс. Также использование воды приводит к частичному омылению алкилирующего реагента (монохлорацетата натрия) и уменьшает скорость процесса карбоксиметилирования.

Известен способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов, заключающийся в том, что лигноуглеводные материалы (ЛУМ) обрабатывают в среде пропанола-2 гидроксидом натрия, а затем монохлорацетатом натрия (Na-МХУК), причем ЛУМ предварительно обрабатывают водным раствором, содержащим 24,5% уксусной кислоты, 6,5% пероксида водорода и 2% серной кислоты при 100°С при жидкостном модуле (2-20) в течение 15-90 мин, образующийся твердый продукт нейтрализуют 40%-ным раствором гидроксида натрия до нейтральной реакции и проводят щелочную обработку в мольном соотношении ОН-группы ЛУМ:NaOH, равном 1:1, при температуре 60°С в течение 120 мин, добавляют монохлорацетат натрия в мольном соотношении ОН-группы ЛУМ:ClCH2COONa, равном 1:0,5, и выдерживают в течение 15-120 мин при температуре 25-80°С [пат. РФ №2442794, МПК С08В 11/12, опубл. 20.02.2012, Бюл. №5].

Недостатки известного способа: многостадийность процесса, использование органического растворителя, сравнительно жесткие условия обработок.

Известен способ получения карбоксиметилированного лигноуглеводного материала, заключающийся в том, что карбоксиметилирование лигноуглеводного материала проводят с монохлоруксусной кислотой, причем процесс осуществляют в две стадии: сначала лигноуглеводный материал без предварительного разделения в водной среде обрабатывают гидроксидом калия (KOH) при температуре 30-80°C в течение 30-120 мин, а затем добавляют монохлоруксусную кислоту (МХУК) и выдерживают в течение 30-120 мин при температуре 30-80°C [пат. РФ №2556933, МПК С08В 11/12, опубл. 20.07.2015, Бюл. №20].

Недостатки известного способа: двухстадийность процесса, повышенная температура (до 80°С), длительность до 240 мин, сравнительно низкая растворимость полученных продуктов.

Известен способ карбоксиметилирования торфа путем его обработки в две стадии сначала раствором гидроксида натрия в изопропиловом спирте в течение 1-6 ч при 50-100°C, а затем монохлоруксусной кислотой в течение 1-6 ч при 50-100°C в изопропиловом спирте [Пат. РФ №2446201, МПК С08В 11/12, опубл. 27.03.2012, Бюл. №9].

Недостатки известного способа: двухстадийность процесса, использование органического растворителя, повышенная температура (до 100°С), длительность процесса. Кроме того, использование монохлоруксусной кислоты в щелочной среде приводит к ее значительному расходу на побочные реакции.

Предлагаемый в изобретении способ карбоксиметилирования торфа совпадает с уже известными способами карбоксиметилирования целлюлозы и лигноуглеводных материалов тем, что в его основе лежит та же реакция О-алкилирования в щелочной среде (1).

R-OH + Cl-СН2-СООН + NaOH → R-O-СН2-СООН + NaCl + H2O (1)

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту является способ карбоксиметилирования лигноуглеводных материалов, заключающийся в том, что воздушно-сухие образцы лигноуглеводных материалов обрабатывают натриевой солью монохлоруксусной кислоты (Na-МХУК), гидроксидом натрия при следующем весовом соотношении 20 г ЛУМ:(2,8-10,6) г NaOH:(7,2-29,0) г Na-МХУК и интенсивном измельчении в течение 5-30 мин при 10°С без добавления воды (прототип) [пат. РФ №2135517, МПК С08 В 11/12, опубл. 27.08.1999, Бюл. №24].

Общими для прототипа и заявляемого изобретения являются следующие существенные технические признаки: химическая реакция, лежащая в основе способа карбоксиметилирования, механохимическая обработка сырья монохлорацетатом натрия в присутствии гидроксида натрия без добавления воды.

Заявляемое изобретение отличается от прототипа тем, что в качестве исходного сырья используется торф, содержащий кроме целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз еще и гуминовые вещества, которые легко реагируют со щелочами и содержат значительное количество кислых ОН-групп, наиболее реакционноспособных при О-алкилировании в щелочной среде.

Реакцию карбоксиметилирования торфа в отличие от прототипа и аналогов проводят при температуре окружающей воздушной среды в 25°С при продолжительности до 60 мин при сравнимых количествах щелочи и монохлорацетата натрия. При этом содержание связанных карбоксиметильных групп в полученных продуктах увеличивается, что повышает качество получаемых продуктов.

Недостатками прототипа являются: необходимость поддержания температуры в помещении 10°С, высокие расходы реагентов (до 3 моль/моль ОН-групп), использование в качестве сырья только лигноуглеводных материалов. В результате реакции карбоксиметилирования получается карбоксиметилированный лигноуглеводный материал, содержащий незначительные количества связанных карбоксиметильных групп.

В заявляемом изобретении этот основной недостаток прототипа устраняется следующим образом. При использовании торфа, содержащего в своем составе кроме углеводов (целлюлоза, гемицеллюлозы) и лигнина, также гуминовые вещества, получается продукт, содержащий в своем составе карбоксиметилцеллюлозу, карбоксиметилгемицеллюлозы, карбоксиметиллигнин и карбоксиметилированные гуминовые вещества.

Это способствует расширению сырьевой базы, а также позволяет получить материалы, имеющие повышенное содержание карбоксиметильных групп (до 24,5%) и обладающие более широким спектром свойств по сравнению с карбоксиметилцеллюлозой и карбоксиметилированными лигноуглеводными материалами.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что воздушно-сухой торф (влажность 6-8%) смешивают с твердыми NaOH и Na-МХУК, при мольном соотношении ОН:NaOH:Na-МХУК, равном 1:(0,5-2,5):(0,5-2,5), и подвергают интенсивному механическому измельчению в течение 10-60 мин при 25°С без добавления воды, в результате чего образуются водорастворимые карбоксиметилированные продукты. Растворимость полученных продуктов в 2%-ном водном растворе гидроксида натрия составляет 14–84%.

Осуществление изобретения достигается следующим образом.

Навеску воздушно-сухого низинного торфа массой 10,0 г (фракция 0,25-0,5 мм) смешивают с твердыми NaOH и Na-МХУК при мольном соотношении ОН:NaOH:Na-МХУК, равном 1:(0,5–2,5):(0,5–2,5), в реакторе мельницы VML-2 и подвергают интенсивному механическому измельчению в течение 10–60 мин без добавления воды. Температура воздуха (окружающей среды) в помещении – 25°С.

Структуру полученных продуктов идентифицируют методом ИК-спектроскопии, после того как их отмывают от NaOH и Na-МХУК подкисленным раствором этанола до отрицательной реакции на хлорид-ионы и нейтральной среды по фенолфталеину. Определяют растворимость полученного продукта в 2%-ном водном растворе гидроксида натрия и содержание связанных карбоксиметильных групп методом обратного кондуктометрического титрования.

Пример 1. Навеску воздушно-сухого низинного торфа массой 10,0 г (фракция 0,25-0,5 мм) смешивают с твердыми NaOH и Na-МХУК при мольном соотношении ОН:NaOH:Na-МХУК, равном 1:1:1, в реакторе мельницы VML-2 и подвергают интенсивному механическому измельчению в течение 10 мин без добавления воды. Температура воздуха (окружающей среды) в помещении – 25°С. Полученный продукт промывают от NaOH и Na-МХУК подкисленным раствором этанола до отрицательной реакции на хлорид-ионы и нейтральной среды по фенолфталеину. Определяют растворимость полученного продукта в 2%-ном водном растворе гидроксида натрия и содержание связанных карбоксиметильных групп методом обратного кондуктометрического титрования. Растворимость полученного продукта в 2%-ном водном растворе гидроксида натрия составляет 42%, содержание связанных карбоксиметильных групп – 17,9%.

Примеры 2-6 проведены в условиях, аналогичных примеру 1, но при различной продолжительности процесса (табл. 1). Примеры 7-14 проведены в условиях, аналогичных примеру 3, но при различном мольном соотношении ОН:NaOH:NaМХУК (табл. 2).

Технические результаты: расширение сырьевой базы, получение продуктов с более широким химическим составом и спектром физико-химических свойств, повышение содержания карбоксиметильных групп в полученных продуктах (улучшение качества продуктов).

Таблицы

Таблица 1. Влияние продолжительности механохимической обработки

(t, мин) на свойства продуктов карбоксиметилирования торфа*

Пример t, мин Содержание карбоксиметильных групп, % Растворимость в 2%-ном NaOH, %
1 10 17,9 42
2 20 20,5 69
3 30 20,7 71
4 40 21,1 71
5 50 21,4 76
6 60 24,7 76

*мольное соотношение ОН:NaOH:NaМХУК = 1:1:1, температура окружающей среды – 25°С.

Таблица 2. Влияние мольного соотношения реагентов на свойства продуктов карбоксиметилирования торфа

Пример Мольное соотношение ОН:NaOH:Na-МХУК Содержание карбоксиметильных групп, % Растворимость в 2 %-ном NaOH, %
3 1:1:1 20,7 71
7 1:0,5:1 24,6 14
8 1:1,5:1 25,0 78
9 1:2:1 25,0 28
10 1:2,5:1 25,1 27
11 1:1:0,5 21,7 55
12 1:1:1,5 25,2 71
13 1:1:2 25,3 76
14 1:1:2,5 25,4 84

*продолжительность механохимической обработки – 30 мин, температура окружающей среды – 25°С.

Способ карбоксиметилирования торфа, заключающийся в обработке исходного воздушно-сухого торфа гидроксидом натрия (NaOH) и монохлорацетатом натрия (Na-МХУК) в условиях интенсивного механического измельчения без добавления воды, отличающийся тем, что исходный торф обрабатывают гидроксидом натрия и монохлорацетатом натрия при следующем мольном соотношении 0,5–2,5 моль NaOH и 0,5–2,5 моль Na-МХУК на 1 моль ОН-групп торфа при интенсивном механическом измельчении в течение 10-60 мин при 25oC.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сортировке дисперсных материалов, состоящих из частиц различной крупности, и предназначено для выделения крупной фракции фрезерного торфа для кипования на валково-дисковом грохоте.

Группа изобретений относится к торфоразработке, а именно к проведению механохимических реакций различных масс и смесей и изготовлению, например сорбентов на основе торфа.
Изобретение относится к области химической технологии, в частности к способу получения ацетилированных производных торфа, которые могут быть использованы в производстве пластических масс и для получения композиционных материалов с минеральными и органическими наполнителями.
Изобретение относится к биохимической промышленности, в частности к способу получения строительного связующего состава из органического сырья, и может найти применение в строительной индустрии.

Изобретение относится к области экологии и почвоведения. Технический результат - получение химически чистых гуминовых кислот, достижение максимального соответствия природной среде при рекультивации нарушенных тундровых почв.

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли и может быть использовано в торфяной промышленности для добычи и переработки торфа и растительно-торфяных сплавин в акваториях водохранилищ, а также для добычи и переработки торфа на обводненных территориях.
Изобретение относится к технологии получения вяжущего вещества из сырья природного происхождения и может быть использовано при брикетировании материалов для изготовления топливных и технологических брикетов.

Изобретение относится к торфяной промышленности, в частности к способам переработки торфяного сырья и производства продукции на его основе. Техническим результатом является обеспечение возможности производства различной торфяной продукции из торфяного сырья любого вида и качества при обеспечении энергонезависимости производства.

Изобретение относится к способу получения продукции, тепла и электроэнергии из торфа для сельского хозяйства, коммунально-бытовых нужд и нужд промышленности. Способ включает экскавацию торфа из залежи, его обезвоживание, введение композитов, связующих модификаторов и минеральных удобрений, формирование гранул, или брикетов, с досушиванием, фасовку и пакетирование всей высушенной продукции, направление части торфа для пиролиза для получения тепловой и электрической энергии.

Изобретение относится к способу и устройству для производства твердого углеводородного топлива. .

Изобретение относится к высококонцентрированным безводным аминным солям углеводородполиалкоксисульфатов, причем эти соли выбраны из группы замещенных аминов, предпочтительно алканоламинов.

Группа изобретений относятся к разработке нефтяных месторождений. Технический результат – получение в условиях химического производства стабильной товарной формы щелочного стока производства капролактама ЩСПК, применяемой для выравнивания профиля приемистости и ограничения водопритока в нефтедобывающей промышленности и обеспечивающей образование сополимеров сложных эфиров в результате гидролиза полиакриламида ПАА в водном растворе ЩСПК как по амидным, так и по кислотным группам, что приводит к снижению расхода ПАА.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к составам для кислотной обработки призабойной зоны карбонатного и терригенного (карбонатность более 5%) пластов, и может быть использовано в процессе интенсификации притока нефти и освоения скважин путем кислотной обработки, а также при повышении нефтеотдачи пластов методом гидравлического разрыва пласта с использованием кислотных составов.

Настоящее изобретение относится к способу, системе и композиции для добычи нефти из пласта, содержащей поверхностно-активное вещество, жидкий аммиак, полимер и воду.Способ извлечения нефти из нефтеносного пласта, материал пористой минеральной матрицы которого содержит значительные количества диоксида кремния в форме кварца, включает смешивание поверхностно-активного вещества, воды, полимера и жидкого аммиака, содержащего не более 10 мас.

Изобретение относится к способу обработки подземного пласта. Способ обработки подземного пласта, включающий приготовление суспензии цементного раствора, выполненной с возможностью схватывания с образованием отвердевшего цементного раствора с прочностью на сжатие ниже давления смыкания разрыва подземного пласта, где указанная суспензия цементного раствора содержит цементирующий материал, воду и меньше чем 4 % деградируемого материала в расчете на массу цементирующего материала в суспензии цементного раствора, закачивание указанной суспензии в подземный пласт при давлении, достаточном для создания разрыва в подземном пласте, при сохранении более высокого давления, чем давление смыкания разрыва, предоставление возможности указанной суспензии схватиться, образуя отвердевший цементный раствор в разрыве, понижение давления ниже давления смыкания разрыва, предоставление возможности отвердевшему цементному раствору в разрыве растрескаться, образуя растрескавшийся отвердевший цементный раствор, и добычу углеводородов из пласта через растрескавшийся отвердевший цементный раствор в разрыве.

Изобретение относится к способам управления, контроля и оптимизации параметров трещин гидроразрыва пласта (ГРП) при проведении ГРП в целевых пластах, отделенных от внешних пластов с высокой активностью содержащихся в них флюидов, тонкими экранами, а также в низкопродуктивных пластах малой мощности.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к разработке нефтяных месторождений с использованием заводнения. Состав для вытеснения для закачки в глинизированный нефтяной пласт, содержащий неионогенное поверхностно-активное вещество - НПАВ N-алкил-N,N-ди(полиэтиленгликоль) амин на основе кислот кокосового масла оксамин Л-15 и воду, дополнительно содержит катионное поверхностно-активное вещество - КПАВ алкилдиметилбензиламмоний хлорид С12 - С14 спиртовой, при следующем соотношении компонентов, масс.

Изобретение относится к способам и композициям, в том числе используемым в различных операциях, выполняемых под землей. Способ цементирования в подземном пласте включает обеспечение цементной композиции замедленного схватывания, содержащей воду, пемзу, гашеную известь, диспергирующий агент и замедлитель схватывания, причем замедлитель схватывания содержит производную фосфоновой кислоты, а диспергирующий агент представляет собой эфир поликарбоновой кислоты; вспенивание цементной композиции замедленного схватывания; активирование цементной композиции замедленного схватывания; введение цементной композиции замедленного схватывания в подземный пласт; и обеспечение схватывания цементной композиции замедленного схватывания в подземном пласте.

Изобретение относится к процессам кислотной обработки. Технический результат - растворение растворимых в кислоте материалов при низких температурах.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для повышения производительности как вновь вводимых, так и действующих добывающих и нагнетательных скважин.

Изобретение относится к новым производным анионных полисахаридов, частично функционализированных по меньшей мере двумя вицинальными гидрофобными группами, причем указанные гидрофобные группы, являющиеся одинаковыми или разными, связаны с по меньшей мере трехвалентным радикалом или промежуточной группировкой.

Изобретение относится к химической промышленности, предназначено для получения натриевых солей карбоксиметиловых эфиров гуминовых материалов и может быть использовано при бурении нефтяных и газовых скважин. Воздушно-сухой торф смешивают с твердыми NaOH и монохлорацетатом натрия Na-МХУК, при мольном соотношении ОН:NaOH:Na-МХУК, равном 1::(0,5-2,5. Смесь подвергают интенсивному механическому измельчению в течение 10-60 мин при 25oС без добавления воды, в результате чего образуются водорастворимые карбоксиметилированные продукты. Обеспечивается расширение сырьевой базы, улучшение качества карбоксиметилированных продуктов за счет повышения содержания карбоксиметильных групп. 2 табл.

Наверх