Способ получения флокулянта

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.1080 (21) 3224841/23-05 (51) М. Кп.з

С 08 F 8/28

С 08 F 8/32

С 08 F 220/56 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (S3) УДК 678. 675 (088. 8) Опубликовано 230882. Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 230832

В.П. Соколов, Г.P. Кораблева, Л.А. Чикунова и К.Ф. Семенов (72) Авторы изобретения

Горьковский государственный институт по проектированию предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЛОКУЛЯНТА

Изобретение относится к производству флокулянтов, применяемых для очистки сточных вод и обработки осадков, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслях. промышленности, там, где образуются сточные воды, содержащие загрязнения в виде мелкодисперсных частиц, и осадки, подлежащие сгущению и обезвоживанию.

Известен способ получения флокулянта взаимодействием полиакриламида, формальдегида и мочевины в водной среде (11.

Однако этот флокулянт обладает недостаточной флокулирующей способностью при получении его из технических растворов полиакриламида с высоким содержанием минеральных солей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ получения флокулянта .взаимодействием диспергированного в растворителе полимера с формальдегидом и диметиламином 1,2 .

В качестве диспергированного в растворителе полимера используют суспендированный в смеси воды с органи- 1 ческим растворителем карбоксамидный полимер.

Способ осуществляют при мольном соотношении полимера,,формальдегида и диметиламина соответственно, равном

1:(0,1-1):(0,1-1) при 20-50 С (2).

Способ включает следующие стадии:

1. Суспендирование порошкообразного полимера в смеси воды с органическим растворителем., смешивающимся с водой, но не растворяющий полимер.

2. Аминоалкилирование суспензии.

3. Фильтрация суспензии.

4. Промывка осадка катионного по15 лимера органическим растворителем.

5. Сушка полимера.

Недостатками этого способа являются малая эффективность флокулянта при получении его из технических растворов полиакриламида, а также сложность процесса (его многостадийность) и большой расход реагентов.

Целью изобретения является повышение эффективности флокулянта, упро25 щение процесса и сокращение расхода реагентов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения флокулянта взаимодействием днспергированного в растворителе полимера с

952856 сн о — — сн — сн—

С0МНСН 0Н (,lib- ПАЛ) -CH -CH( саин, (ПАЛ) формальдегидом и диметиламином, в качестве диспергированного в растворителе полимера используют технические растворы полиакриламида в воде, содержащие минеральные соли с концентрацией 0,5-20 вес.%, взаимодейст- 5 вие проводят при мольном соотношении полиакриламида, формальдегида и диметиламина, равном соответственно

1:(1,1-5,2):(1,9-6,0) причем снача10 где ПАА — полианриламид;

Ю

М-IIAA — N -ме тилол пол на криламид или й-оксиметилированный полиакриламид;

AN-IIAA — аминометилированный полиакриламид или N-диметиламинометилполиакриламид, или катионный флокулянт.

Получение катионного флокуляйта (КФ) из бессолевого полиакриламида и эффективность его действия даны в табл. 1. В табл. 2 — получение КФ из полиакриламида в присутствии солей и эффективность его действия.

Из экспериментальных данных табл. 1 и 2 видно, что отклонение условий получения флокулянта от оптимальных приводит к понижению его активных свойств.

Анализ продуктов полимераналогич-ных превращений полиакриламида (ПАА) 40 показал, что при синтезе катионного флокулянта протекают реакции взаимодействия функциональных групп полиме-. ра с низкомолекулярными соединениями.

В набухших полимерах скорость диффу- 45 зии реагирующих веществ значительно меньше скорости реакции низкомолекулярных веществ, поэтому процессы химических превращений в таких полимерах протекают медленнее и равновес- 50 ное состояние при этом часто смещается, сопровождаясь уменьшением степени превращения полимера.

Для повышения степени модификации полиакриламида в й-диметиламинометил- 55 полиакриламид для бессолевых систем было установлено оптимальное мольное соотношение IIAA:ôîðìàëüäåãèä:äèìåòèëамин„1: 1, 1: 1,9 . на искусственной смеси, моделирую-60 щей условия синтеза катионного флокулянта, было показано, что с увеличением концентрации солей мольное со-, отношение для синтеза катионного флокулянта с заданными свойствами воз- 65 ла осуществляют взаимодействие поли акриламида с формальдегидом в течение 1 ч при 65-.75оС и рН 9,0-9,5, а затем осуществляют взаимодействие полученных продуктов с диметиламином в течение 30 мин при 65-75ОС и рН

9,7-10,2.

Основная реакция получения флокулянта по предлагаемому способу:

Н ч(СН ),1

-сн — сн—

Ч.

G0NH ( сн )

1 (,АМ- РАА), (си )

I растает и при концентрации солей до

20% составляет ПАА:СН О:диметиламин

1:5,2:6.

При этом по физико-химическим свойствам катионный флокулянт, полученный в присутствии солей, активнее флокулянта, полученного из бессолевых растворов. Для получения активного катионного флокулянта из бессолевых растворов полиакриламида катионный флокулянт необходимо обработать сильной кислотой до рН 2,5-3 (что равносильно введению солей), чтобы получить протонизированные группы. В этом случае ионы водорода играют роль катализатора.

При получении катионного флокулянта в присутствии солей наблюдается высокая степень превращения в реакции диметиламинирования оксиметилированного ПАА, а диметиламинированный полиакриламид обнаруживает свойства высокомолекулярного катионного полиэлектролита. В этом случае наличие солей и щелочного катализатора способствует прототропному процессу и нуклеофильной атаке карбонила на

1 стадии — метилолироваиия. При этом глубина метилолирования в указанных условиях осуществляется в системе без солей на 90-95%, в присутствии солей — на 97-98 мол.В. От протекания первой стадии реакции зависит активность конечного продукта — N-диметиламинометилполиакриламида, так как при полном диметиламинировании химическому превращению в катионные группы сн

R-(сн он) (сн — nl )„

rl-6 1 . CH ц

Ъ подвергают только 75% трех оксимети-.. лированных групп. Отсюда понятно, что меньшее содержание катионных групп приводит к понижению катионной активности флокулянта.

952856

Согласно предлагаемому способу, кроме аминоалкилирующих реагентов, участвующих в реакции, никаких других

М реагентов не применяется, в то время, как согласно известному способу обязательно применение органических раст-> ворителей:ацетона, спиртов, ацетонитрила, диоксана, метил-, этилцеллозольнов и их смесей. Количество органического растворителя в реакционной смеси по известному способу доходит до IQ

60%, не считая обязательного расхода растворителя для промывки полимера.

Согласно предлагаемому способу по сравнению .с известным исключаются энергоемкие стадии суспендирования, фильтрации, промывки и сушки полимера

Пример 1. В реактор загружают 13,6 кг 7%-ного технического геля ПАА, содержащего 20% минеральных солей и 66,3 кг воды. Включают мешалку и обогрев реактора. После раство рения ПАА и повышения температуры до

70оС к раствору добанляют 7,4 кг

25%-ного водного раствора едкой щело-2 чи и устанавливают рН 9,2. Затем в реактор .загружают 2,1 кг формальдегида в виде параформа и при перемешивании выдерживают смесь в течение 1 ч.

К полученному оксиметилированному

IIAA добавляют 10,6 кг 33%-ного водно-ЗО го раствора диметиламина, устанавливают рН 10,0 и реакционную смесь вы-.. держивают при перемешивании еще в течение 30 мин. Полученный растнор катионного полиакриламида охлаждают до 35

25оС и используют в качестве флокулянта.

Пример 2. В реактор загружают 1,2 кг порошкообразного 80%-ного технического полиакриламида, содержа-40 щего 0,5% минеральных солей и 93,9 кг воды, перемешивают до полного; растворения и повышают температуру раствора до 70оС. К полученному раствору IIAA добавляют 0,1 кг 25%-ного 45 водного раствора едкой щелочи, устанавливают рН 9,0 и загружают 2,9 кг формальдегида в виде 37%-ного раствора и при перемешивании выдерживают смесь в течение 1 ч. Затем вводят1,9 кг диметиламина в виде газа из баллона, устанавливают рН 10,2 и реакционную смесь выдерживают при перемешивании н течение 30 мин. Полученный растнор катионного полиакриламида охлаждают до 25ОС и используют в качестве .флокулянта.

t1 р и м е р 3. 3 реактор загружают 20,4 кг 7%-ного технического геля

IIAA, содержащего 12% минеральных солей и 65, 8 кг воды, перемешивают до полного растворения и повышают температуру раствора до 70оС. К раствору

ПАА добавляют 6,8 кг 25%-ного водного раствора едкого натра, устанавливают рН 9,2. Затем н реактор загружают

2,5 кг формальдегида в виде параформа и перемешивают смесь в течение

1 ч.

К полученному раствору оксиме-. тилированного IIAA добавляют 4,5 кг газообразного диметиламина, устанавливают рН 10.и реакционную смесь выдерживают в течение 30 мин. Полученный раствор катионного полиакриламида охлаждают до 25оС и используют в качестве флокулянта.

Сравнительные данные по определению скорости осаждения агрегиронанных частиц и 2%-ной дисперсии каоли на при рН 4,4 в зависимости от дозы предлагаемого и известного полимера с применением 100-миллиметровой градуированной трубки приведены в табл. 3.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа пб сравнению с известным, применяемым в промышленности, показана н табл. 4 и 5.

Таким образом, предлагаемый споФ соб позволяет повысить эффективность флокулянта, упростить процесс его получения и сократить расход реагентов.

952856

LA с с

Ch О1

Ch O% л л с с

Ch Ch

1 I

О1 О л л с с

Ch Ю !

Ch (Ь л с

О%

О\

Л LA с с

Ch Ch

1 1.

Ch Ol л л с

О% 0

I 1

О% Ch л с

О%

1Г1 с

О1

1

1

1 х н ао

ы

1 Х Э!4 во аo,îхн и ххххх

О .О О О О О О О О О О О О

М М М М! М Г! M M M М M ГЧ Э

1 Х

Э1ХХ е о0хх1

n,ào хн

ХХХхО о о о о о о о о о о о о о

%О ЧР Ю %0 1О 1О Ю 1О LO М Ch %О %О

Л Л Л Л LA Л LA О (Ч Л Л Л Л

r» г r r t г r Lc> oo г r л г

1 1 1 1 I 1 1 1. 1 1 „1 I 1 л л л л л л л m о л "л л л

Ю EC% LO Ч. > Ю ЧР %О Ln СО 1О \О ED %О

Л LA LA LA Л Л СЧ LA Л Л Л LA LA

Г Г 1 Г CO 1 Г Г Л Г Г

I I 1. I I I I I 1 t I I

Ul in Ln л in Co Ю л LA л Ul LA Ln

%.О LO %О %О 1О Л CO Ч> %О 1О %О %О Ю

Ch Ch О\ с3 с с с

%-1 %-1 %-1 %-1

Ф °

%-1 О\ О1 %-1 с с о ч

° Э ФФ ° ° % °

%1%1%1%1

Ch Ch Ch с с с

% %-1 %-1

%1%1%1 с с с

% 1 ° 1 %1

Ф

%1 %-1 %-1

О1 О1 с с

%-1 %-1

О1 с

%-»

Ф °

%-1

%-%

О%

%-1

% °

%-1 с

%-1

%-1

%-1

%" %

° % о

С4 х и

%1

%-1

%-1

%-1 %1

%-1 %-4

rá I о аo а, Ц@ххсЮ око ихцх

Ln с о

Л Ul с с о о

LA с

О л с о л с о л с о

% о

Л Л LA с с о о о

Л LA

o o х х

I1I о

Ц

%О .О %О л м л

< "> ч> м м

Ю CO Ю м !»I м

%1 1

П

I

1»

» о

Ц

".3 о

%13 !

О (»4

Х х ц а

f4 н

О

11 И аc%to

5 ах

Q %х

&» нц

1 » н Ф м ни а оо

З

Д % е х

6"-% а |

Е о

I Х о

О Е эхо

oat. х2х ое цхх оно

Е О И

Г»! Г%!

% о о

%-1 %»

t !

Г» с

Ch Ch

2 х

A ц о

»г ф м

Х

М н ! а о

М Г 4

ГЧ с

О

%-1 !

1 с

ГЧ о

%-% ! л

ГЧ с о

%-1

1 с

Г»! с о

%-»

1 гс с

О\

ГЧ с о ° 1

1 с

О%

Г»! с о

%4

1 г с

О\

1»4 с о

% »! л

Г%1 Гс! ГЧ с с о о о

%% % 1 ° 1 ! 1 I

Гс с с

О% Ch Ch,СЧ с о

%-1

1! с

О%

952856

СЧ

Ю л ,1

Оъ

М

Ю л в

1 I й)

М

Ф CO

Aj

1- о х

1

1 (Ч л

01 л! л Г!

О1

О1 х х -! Ц ф х н ао х х

5 е о

1 е N

У 1 !4 вомк ь

Р ) о.ао х

mv.xx

М х х

Ц х

aII Х н X о

1

1

I е л4 воЯк ааох

OIPICX

1 Ц

I

1 О

I !

13

1 о

1

ad н о е и а,<чО в

g f4 с

so,х е:> х

6» н В х х о х н

Ю !

an

an

1О

1I

МЪ

I

1 ."ь

1 н rd

aO tu а оо е

gл в б х

О )

1

an

an

1

an

\Р

О Ъ

Г»

Е

М

o e

x rao

ЕХО О!

О.е! Х

x a xu ,аово и о1 аоки

О1

М л!

1 л!

М л! л4

С5

М л л л! л оа л!

° ° л!

Ъ л

° е л л!

%-! -!

Ю л»

1 о

1 K .I. а

I В ю an an с

Ю Ю C) an

Ц о а-!

CO л4

1 I й) an! Ю л4

1 о н о а . ч

Р1 о х . о

I В

1 Ф о ах

Е а ох

v.а ч к о н е

О\ 1 В

5 r х ох она во а» ol е 6) н

g III O— х ае е коаа ооео

a— - Х Iaa

СЧ

Ю л4 !

Г.

О1

an

Ch

О\

Ю

Р1

1О

М

Р

01

О\

СЧ 3

СЧ!

r

I

1

1

1

I

1.

I

1

1 !

1 !

I

1

1

1

I

I

I

l

1

I

1

1

952В5б

1 м

СЧ !

» о,о

I !

СЧ с с о о 4 tE

I . 1

1 1 с с

Ch Ch

СЧ

Ю

Ф-»

f

СЧ СЧ с с о о

Т» %-Ф

1 ( и с с

Ch Ch

N с о

1! с

СЧ N с с о

С

I гс с

01 Ch

СЧ с

Ю

Ф

Сс с

СЧ с о

1 г

О!

N с о

Ф-Ф

С с

1

1 Х

1 Х

I т"!

1ХН

o,o

l л) ln (7 О1

I 1

Ch О1 а а с с

Ch Oa ! 1

Ch Ch

1, 1 1 I

Э ICI 1 н -х! эомкuèõ

n,àох хх

СО Х Х Х СЧ Ц 1

I о о м M

Ю м

1 I

1 Х Э

1 X I 0 Н -Х!

Э О и К И Х Х! ааох xzl

1 СС! Е Х ХФ-! Ц

Ю м о о о lO 1О О

1 I

1» I

1 Н0!

0!I V а иса

1 Э

1 ДСЧ

1 Е Х

1 Э Э Х

l н ац

1

1 Н а0

1 l0 E U. а ио

1 Э с

1 K Х

1 !II a0 Å

1 Е4 аЦ

1 I 1 о х х э и 5 ° о о ! ЭХО! 04 о ох х э ни

1 Д Х

1О

° Ф

СЧ с

ln

° °

% Ф

Ф

СЧ с а, Ф-1

1О

° °

СЧ с

an

° °

Ф»

СЧ СЧ с л л

Ф 1

l Р

Э х о а,o цэми ох э

О Х 1: 0!, о

СЧ

Ю

СЧ

I

I

1 м

1

1 х

Ж

Ia! о л 1 ! л и

» х х х э

Х PI °

0! Х I и а

ОХ 1сч

Ц 1

Д W 1 нхс и хе

oz а с с 1

О Е!

ХХХ

v o

Э

М EO Ф0 Й В

Е х

1»

СО О

CO aO CÎ

М СЧ С 1

0! !

» х

Ц

» о

1» е о !

» о х. х о х !

»

Л! х х х х

»

Ц о

К о

Ц и

» л а а л а л л с с с с с с

Ch Ol Ch Ch Ch Ch Ch с с,О1 Оi ОЪ . Ch О1 Ch Ch о о о о о о о м м м м м с! м а л л л а а л о сч л л

Г I l I Л Ю 0О С

I 1 I I 1 1 1 I 1

an л л л л л л со о .а an

aO lO ФО Ю аО 1О lO а СО 1О 1О ла а ало счал,лл

Сс . Сс \р СО Сс Сс 1 1 ! 1 1 1 1 I 1 I 1 1 л л а л л со о а л л л lo ao ao ю lo ln 00, lD \О Lo ю LD Ю»0 W ФО lO

ФФ ° Ф ФФ

1О СО N СЧ СЧ СЧ с с с Ф с м МР ln ln л ln

° ° ФФ ° ° ° ° ч ч ч

О О О О О О О О О

СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ N СЧ N

Ю М »0Ф N Л Л сч а сч в л

ln Сс С Ъ . lO W СО

Ф.Ч М Ф-4 М М, М

14 (Ч с

° »

О« (Ч

Ю

«»

1

О«

П1 с

Ю

«-!

1 с

О«

»Ч

1 о !

»

1 1 с

О«

1

1 СЧ

1 Ж а

СЧ

° »

an

«-»

«»

О«

0l

«с!

Ц

Э и

Э х х

Э б

Ц о

Ц

- о

1

«»

1 а

1

an с

О1 !

1 О«

lA с

Ю

«

СЧ

Ю

«-! х х

Ц

«б н о ш

CO

CO ш

Оъ

О«

1 о Ч

I

1 о

1 !

1

1 ш

I 1.

I ! ш

1 «р

1 (б

I V ио

an

1

lA

«О

an

1 ш

«О ш

lA lO

N х

rd x

0«Ц

1

1

lA

I ! ш

1 «««

I

«б

1 и

ОО

1

1

1

1 р

I ° « ! гч

I ! ш

«-»

1О

° б (Ч с

lA

° «

«

«О

° «

СЧ с

lA

«-! сЮ

»б

K О ао

Ц Э О И ох э

u*WO! о

Сс! ь

<с!

Ю

I о (Ч

1

1

1 щ

I с ах

Э с х (О эо

Ф Ц 1

I н и

Э а

Ф

Ц о

2 о

Э о

1 ! .1

I .I

1

1

I !

1

1

1 о х э о ц ц о

g 0l

laI Х и а ох

Д с н х и х

oX а о

x X

v u

1

1 О ! «!

»Ч

I I

» 1

1 с

Е 1 «-»

Х 1

1 х о !

»

Ф

» (б а о о а ф

X X х х

1-. а оо

Г» ф о

Р ) CO

Р1!

Ю 1 Э ! а х CO и

Ц 1

»1 Ю о! Ф к! а

& 1 Ж о !

» о х !»

Х I о э х а н 1 э (б 1 И

1 Э

1 Е»

Х I

Ф 1 I

» 1 н!

» 1 aII о а

1 Ф

I 1»

К! X

I Ф ф 1 Е. о !!

O I

» 1

I 1

1 Х

I Н о

1 О и

I Э о х

1 Д! 1 о

1 Е

Э о !б е и аох их х<ч

I 1

Ф»б о 9 е îo ао х ахх о ф ае о ooä

Х! ж э и

° «

952856 ш ю

\ с

Ch O«

О«О« о о

M Г Ъ о о

lO aO

lA lA

1 1

Ш 01 аО Ю

Ю 1О

lal lA

Р )

< 1 Д

Ц

Э

Г»

СЧ

Ю

° »

1О« ш с

Оъ

О\

Ю

Ю О ш

Г

I аА

1О ш

I

1

1

I

1.

I

I !

I

1 !

1

I !

1

I !

I

1

I

1

I

1

1

1

1

I !

I !

1

1

952956

15.

Скорость осаждения, см /мин, по

Э примеру

По известному способу

38

46

29,5

33,6

3

Флокулянт

Технологические параметры

Количество образующихся сточных вод, м /г

15 768 000

15 768 000

1800

1800

Количество образующегося нефтешлама, м 3/r

315360

315360

Доза добавленного полимера при одинаковой скорости осаждения шлама,,/ 3 кг/ r

315,36

946,08

Количество сгущенного нефтешлама, м /г

52560

49120

Показатели

Капитальные вложения, руб.

Годовые эксплуатационные затраты, руб.

21116,0

10403,55

0,067

0,033

11254,95

Приведенные затраты, руб. 29092,98

17838,03

Доза добавленного полимера, мг/л

Себестоимость сгущения

1 м 3 шлама руб/м З

Годовой экономический эффект, руб.

Таблица 3

Таблица 4

Известный По примеру 1

Таблица 5

Известный По примеру 1

39884,9 . 4257,0

952856

17:

Составитель И. Стояченко

Редактор Н.Егорова Техред М.Коштура Корректор О.Билак

Заказ 6202/37 Тираж 514 . Подписное

BHHHIIH Государственного комитета .СССР по делам изобретений и открытий

113035, :Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 формула изобретения

Способ получения флокулянта взаимодействием диспергированного в растворителе полимера с формальдегидом и диметиламином, о т.л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения эффективности флокулянта, упрощения процесса и сокращения расхода реагентов, в качестве днспергированного в -растворителе полимера используют технические растворы полиакрил - 1О амида в воде, содержащие минеральные соли с концентрацией 0,5-20 вес,%, взаимодействие проводят при мольном соотношении полиакриламида, формальдегида и диметиламина, равном соответ.15

18 сФвенно 1 (1,1-5,2): (1,9-6,0), причем сначала осуществляют взаимодействие полиакриламида с формальдегидом в течение 1 ч при 65-75 С и рН 90-9,5, а затем осуществляют взаимодействие полученного продукта с диметиламином в течение 30 мин при 65-75 С и рН 9,7-10,2.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР к 647255, кл. С 02 В 1/20, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 511016, кл. С 08 F 8/30, 1973 (прототип).