Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные |
Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения |
Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела |
|
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки) |
Навигация: => |
На главную/ Каталог патентов/ В раздел каталога/ Назад / |
ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2156270
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РЕЗИНОСОДЕРЖАЩИХ И ОРГАНИЧЕСКИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ И БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
Имя изобретателя: Платонов В.В.
Имя патентообладателя: Общество с ограниченной ответственностью "Научно- экологические программы"
Адрес для переписки: 103051, Москва, Цветной бульвар 19, стр.4, Юношеская автомобильная школа, Соколову В.Г.
Дата начала действия патента: 2000.03.21
Изобретение относится к способам переработки резиносодержащих и органических промышленных и бытовых органических отходов и может быть использовано в нефтехимической и химической отраслях промышленности. Сущность: отходы подвергают термокаталитическому ожижению при 220-360°С, давлении 1-3 МПа в углеводородном водорододонорном растворителе в присутствии инициатора - свободного йода и/или йодсодержащих соединений, взятых в количестве 0,01-0,50 мас. % от растворителя с последующим отделением жидких продуктов и их ректификацией с получением целевых продуктов. Используют органические и неорганические йодсодержащие соединения, выбранные из группы, содержащей йодиды калия, титана, кобальта, никеля, этилиодид, третбутилиодид и др. или их смеси. В качестве растворителя используют алкилбензол, смесь алкилбензолов, алкилбензолсодержащие углеводородные смеси. Предпочтительно способ проводят при массовом соотношении отходы : растворитель, равном 1: 2 - 4. Проведение способа позволяет упростить технологию процесса, повысить выход жидких продуктов лучшего качества, которые возможно использовать в качестве компонентов моторного топлива и химического сырья.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к химической переработке промышленных и бытовых органических отходов (резиносодержащих, полиэтилен, полистирол, полипропилен, капрон, лавсан, поливинилхлорид и т.д.), в химическое сырье и компоненты моторного топлива, которые могут быть использованы в нефтехимическом, органическом и биохимическом синтезе, производстве гидро-, тепло- и звукоизоляционных материалов, асфальтобетона для дорожного строительства, анодной массы для электротермических производств и других целей.
Проблема химической переработки различных промышленных и бытовых органических отходов является достаточно актуальной, что обусловлено постоянным ростом количества этих отходов и, в то же время, отсутствием эффективных способов их переработки с получением ценных продуктов. С учетом сложного химического состава различных органических отходов и резиносодержащих материалов наиболее перспективными являются методы их комплексной химической переработки с целью получения котельного топлива, компонентов высокооктановых моторных топлив, сырья для промышленности нефтехимического, органического и биохимического синтеза, производства гидро-, тепло- и звукоизоляционных материалов, асфальтобетона для дорожного строительства, углеграфитовых материалов, анодной массы для электротермических и электрохимических производств.
Решение этой проблемы позволит существенно расширить сырьевую базу углеводородного сырья, в котором, в связи со значительным сокращением запасов природной нефти, темпов ее разведки, добычи и последующей переработки, в последние годы ощущается острый дефицит; решить экологическую проблему комплексной и безвредной утилизации резиносодержащих и широкого ассортимента промышленных и бытовых органических отходов; значительно сократить расход углеводородного сырья, производимого на базе нефти, бурых и каменных углей, горючих сланцев, природных битумов.
Известен способ переработки резиносодержащих отходов - отработанных автошин, включающий измельчение отработанных резиновых шин до 4-0,75 мм, смешение с нефтепродуктами, нагревание полученной массы в реакторе при 65-370oC в течение времени, достаточного для растворения материала, каталитический крекинг полученного раствора в реакторе при температуре не ниже 450oC и повышенном давлении, выгрузку продукта из реактора и последующую его дистилляцию с образованием газообразных продуктов, бензиновой фракции, легких и тяжелых масел (US N 4175211, 1976).
Указанный способ характеризуется многостадийностью, сложностью технологии, связанной с необходимостью использования специфического катализатора и его периодичной регенерации, с применением высоких температур и давления, с образованием значительных количеств низкомолекулярных газообразных продуктов.
Известен способ получения смолы из резиносодержащих отходов, включающий их нагревание при температуре выше 200oC в углеводородной жидкости продолжительностью, обеспечивающей превращение резины в тягучий маслоподобный продукт, и контактирование последнего с катализатором алкирования (H2SO3; S2Cl2) после добавления к нему алифатического альдегида или кетона. Полученную смолу вводят в резиновые смеси для производства шин (US 3895059, 1975).
Указанный способ и характеризуется многостадийностью, необходимостью использования серной кислоты, полухлористой серы, способных вызвать протекание реакции конденсации, уплотнения, что усложняет получение низкомолекулярных жидких продуктов. Кроме того, ограничены и специфичны области использования полученного продукта.
Известен способ переработки резиносодержащих отходов, включающий перемешивание при температуре 290-380oC раствора резиносодержащих отходов с концентрацией 10-80 мас.% в углеводородной среде и отгон низкокипящих фракций. В качестве углеводородной среды используют продукт деасфальтизации пропаном нефтяного гудрона, содержащего 2,4 - 5,9 мас.% асфальтенов и температурой размягчения 34-45oC. Отгон низкокипящих фракций с температурой выкипания 230-310oC проводят постоянно в течение всего процесса перемешивания (SU 16134555, 1990).
К недостаткам данного способа относятся прежде всего ограничения по содержанию в углеводородной среде асфальтенов. Это условие трудновыполнимо, так как добываемые в последние годы нефти и продукты их переработки характеризуются высоким содержанием асфальтенов, смолистых и сероорганических соединений, следовательно, требуется увеличение числа циклов удаления перечисленных соединений. Кроме того, этот способ характеризуется недостаточно высоким выходом легких фракций. Суммарное количество легких фракций, выкипающих в интервале tкип. до 230o, составляет 12,4 - 37,8 мас.%.
Известен способ переработки резиносодержащих отходов, заключающийся в их термоожижении при 270-420oC, давлении 1-6 МПа в среде углеводородного растворителя, в качестве которого используют отходы производства синтетического каучука, и в присутствии редкоземельного металла (РЗМ), или в присутствии интерметаллидов на основе редкоземельных металлов, или в присутствии гидрида титана, взятых в количестве 0,5 - 10,0 мас.% от реакционной смеси. Способ предусматривает термоожижение при массовом соотношении углеводородного растворителя и отходов 2:1 - 4:1. Способ характеризуется невысоким коэффициентом использования водорододонорного потенциала компонентов растворителя, что требует многократного использования его в процессе, постоянного отделения от жидких продуктов термоожижения исходного сырья, а и поддержания повышенного давления в реакционном аппарате (RU N2109770, 1998).
Существенным недостатком этого способа является и применение в качестве углеводородного растворителя отходов производства синтетического каучука, которые не всегда доступны в необходимом количестве. Кроме того, необходимы достаточно дефицитные РЗМ, интерметаллиды на их основе, гидриды кальция, титана.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ переработки резиносодержащих и органических промышленных и бытовых отходов в химическое сырье и компоненты моторного топлива, проводимый аналогично вышеописанному, в котором в качестве водорододонорного углеводородного растворителя используют один или смеси алкилбензолов (толуола, ксилолов, этилбензолов, диэтил-, триметил- и тетраметилбензолов), являющихся основой "сырого бензола" - продукта высокотемпературного коксования каменных углей. Перечисленные углеводороды являются эффективными донорами водорода, имеются в больших количествах, их применение в данной технологии позволяет решить как техническую, экологическую, так и экономическую задачу (RU N 2110535, 1998).
Существенным недостатком этого способа является применение РЗМ, интерметаллидов на основе неодима, лантана, церия, алюминия, а и гидридов титана, кальция, относящихся к достаточно дефицитным материалам, трудность их последующего извлечения из массы технического углеводорода и высокосмолистых тяжелых углеводородных остатков, высокое давление в реакционном аппарате вследствие низкой степени использования водорода из состава газовой фазы, образующейся в результате термодеструкции органических отходов.
Задачей изобретения является разработка способа, позволяющего отказаться от дефицитных РЗМ, интерметаллидов на их основе, гидридов титана, кальция; упростить технологию, снизить температуру, увеличить производительность процесса при одновременном повышении взрыво- и пожаробезопасности, экологической чистоты, повысить выход фракций с температурой кипения до 200oC, характеризующихся низким содержанием сероорганических и непредельных соединений.
Поставленная задача решается способом переработки резиносодержащих и органических промышленных и бытовых отходов в химическое сырье и компоненты моторного топлива, включающим термокаталитическое ожижение отходов при повышенной температуре и давлении в углеводородном водорододонорном растворителе с последующим отделением жидких продуктов и их ректификацией с получением целевых продуктов, в котором, согласно изобретению, процесс проводят в присутствии инициатора - свободного йода и/или йодсодержащих соединений, взятых в количестве 0,01 - 0,50 мас.% от растворителя, при температуре 220 - 360oC, давлении 1 - 3 МПа.
При этом целесообразно использовать органические и неорганические йодсодержащие соединения, выбранные из группы, содержащей йодиды калия, титана, кобальта, никеля, этилиодид, третбутилиодид или их смеси. Возможно использовать другие йодсодержащие соединения.
Предпочтительно в качестве растворителя использовать алкилбензол, смесь алкилбензолов, алкилбензолсодержащие углеводородные смеси.
Целесообразно использовать один алкилбензол, например, толуол, ксилолы, три- и тетраметилбензолы, диэтилбензолы, их смеси, алкилбензолсодержащие углеводородные смеси.
Предпочтительно способ проводят при массовом соотношении отходы: растворитель, равном 1:2 - 4.
Применение йода и его соединений позволяет отказаться от достаточно дефицитных РЗМ: лантана, диспрозия, церия, неодима, интерметаллидов на их основе, гидридов титана, кальция; понизить температуру процесса, повысить выход фракции с температурой кипения до 200oC, уменьшить в ней содержание непредельных, серо-, азот- и кислородсодржащих компонентов, понизить давление в реакционном аппарате за счет более эффективной передачи молекулярного водорода из газовой фазы, а и от компонентов водорододонорного растворителя к радикальным продуктам термодеструкции органического материала отходов; существенно упростить технологию вследствие отказа от стадии выделения РЗМ, интерметаллидов, соединений титана и кальция из смолистых фракций продуктов термокаталитического сжижения органических отходов, понизить себестоимость производимой продукции, улучшить экономические показатели процесса в целом.
В качестве источника алкилбензолов целесообразно использовать "сырой бензол" или отдельные его компоненты (толуол, ксилолы, сольвент фракция), получаемые при высокотемпературном коксовании каменных углей и являющиеся отходом производства металлургического кокса.
Количества "сырого бензола" достаточно большие, но рационального применения он пока не находит.
В качестве инициатора реакций термодеструкции органического материала отходов, повышения эффективности переноса водорода от водорододонорных компонентов растворителя и молекулярного водорода из газовой фазы используют свободный йод и йодсодержащие соединения. Их применение делает процесс термокаталитического сжижения резиносодержащих, а и широкого спектра промышленных и бытовых органических отходов более устойчивым, работающим при низком давлении и более низкой температуре; отсутствует необходимость в отделении йода и его соединений из продуктов сжижения, так как их количества крайне незначительны, они весьма летучие и будут переходить в газообразные продукты.
СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ
Во вращающийся автоклав (2 л) загружают резиносодержащие, другие промышленные и бытовые органические отходы (отработанные автошины, транспортные ленты, полиэтилен, полистирол, полипропилен, полиизобутилен, синтетический каучук, полихлорвинил, капрон, лавсан, энант и др.). Затем добавляют углеводородный водорододонорный растворитель, например толуол, о-, п-, м-ксилол, этилбензол, триметилбензолы, или их смеси, промышленный "сырой бензол", свободный йод и/или его неорганические и органические соединения в количестве 0.01 - 0.5 мас.% от растворителя.
Процесс термокаталитического сжижения отходов осуществляют при температуре 220-360oC и давлении 1-3 МПа; массовом соотношении отходы : растворитель 1: 2 - 4. Элементарный йод или его соединения вначале подвергаются гомолитическому расщеплению с образованием йод-радикала. Последний отщепляет атомарный водород от компонентов водорододонорного углеводородного растворителя и переносит его к радикальным продуктам, образующимся при термодеструкции органического материала отходов. Этим объясняются высокая скорость процесса сжижения последних, низкие значения температуры и давления, высокая степень использования водорода, компонентов растворителя и газовой фазы, низкое содержание кислород-, азот- и кислородсодержащих, а и непредельных соединений в образующихся жидких продуктах, высокий выход последних; повышение селективности реакций изомеризации, дегидроциклизации, дегидрирования, гидрирования, гидродеалкилирования, гидрирования гетероциклов с последующим их разрушением, ответственных за образование значительных количеств циклоалканов, изоалканов, гидроароматических и ароматических углеводородов, характеризующихся высоким октановым числом; уменьшение содержания в жидких продуктах кислород-, азот- и серосодержащих, а и непредельных соединений. Жидкие продукты отделяют от твердых веществ (металлокорд, технический углерод и другое), после чего подвергают ректификации с получением целевых продуктов-фракций с температурой кипения до 200oC и выше 200oC.
Примеры осуществления предлагаемого способа приведены в таблице. Описание примера (N 7 в таблице): во вращающийся автоклав (2 л) загружают 150 г отходов (утильная автошина, полиэтилен, полистирол, полиизобутилен, синтетический каучук и др.), 450 г толуола, 0,45 г свободного йода и/или его неорганических, органических соединений (йодиды калия, титана, кобальта, этилиодид, третбутилиодид и др.) Процесс проводят при рабочей температуре 360oC, давлении 3,0 МПа, в течение 30 мин. Выход жидких продуктов составляет 90 мас.% от отхода, содержание фракций с температурой кипения до 200oC составляет 95% от жидких продуктов.
Получаемые фракции возможно использовать в качестве компонентов моторного топлива и химического сырья для нефтехимического, органического и биохимического синтеза.
Из таблицы следует, что использование йода и его соединений позволяет повысить выход жидких продуктов и содержание в их составе фракции с температурой кипения до 200oC, обогащенной изоалканами, циклолалканами, гидроароматическими и ароматическими углеводородами, понизить температуру, давление, уменьшить время процесса.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ переработки резиносодержащих и органических промышленных и бытовых отходов в химическое сырье и компоненты моторного топлива, включающий термокаталитическое ожижение отходов при повышенных температуре и давлении в углеводородном водорододонорном растворителе с последующим отделением жидких продуктов и их ректификацией с получением целевых продуктов, отличающийся тем, что процесс проводят в присутствии инициатора - свободного йода и/или йодсодержащих соединений, взятых в количестве 0,01 - 0,50 мас.% от растворителя, при температуре 220 - 360oC и давлении 1 - 3 МПа.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют органические и неорганические йодсодержащие соединения, выбранные из группы, содержащей йодиды калия, титана, кобальта, никеля, этилиодид, третбутилиодид или их смеси.
3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют алкилбензол, смесь алкилбензолов, алкилбензолсодержащие углеводородные смеси.
4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что способ проводят при массовом соотношении отходы : растворитель, равном 1 - 2 - 4.
Версия для печати
Дата публикации 19.02.2007гг
Created/Updated: 25.05.2018