UA122415C2

UA122415C2 - Спосіб отримання адсорбенту вуглецевого, сорбційний засіб та спосіб регенерації використаного адсорбенту вуглецевого

Info

Publication number: UA122415C2
Application number: UAA201800732A
Authority: UA
Inventors: Михайло Сергійович Бондаренко
Original assignee: Михайло Сергійович Бондаренко
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2020-11-10
Also published as: WO2019147211A1

Abstract

Група винаходів, що включає спосіб отримання адсорбенту вуглецевого, сорбційний засіб та спосіб регенерації використаного адсорбенту вуглецевого, належить до хімічної промисловості та до галузі охорони навколишнього середовища. Спосіб отримання адсорбенту вуглецевого включає подрібнення гумової сировини, піроліз для отримання твердого технічного вуглецю, змішування з гідрофобним матеріалом. Піроліз здійснюють в умовах атмосферного тиску та температури 450-750 °C у присутності каталізатора, носієм якого є мінерали цеолітної групи. За допомогою магнітного сепаратора видаляють металеві частини корду, після чого здійснюють термічну активацію в потоці повітря з додаванням перегрітої водяної пари протягом 30 хв., при температурі 150-400 °C, в піролізній камері при тиску 0,20-0,25 МПа. Висушують твердий технічний вуглець при температурі до 350 °C протягом 1 години, після чого при тиску 0,20-0,25 МПа подають на лінію виробництва адсорбенту, де за температури навколишнього середовища проводять його подрібнення та одночасне змішування з вторинною целюлозною фіброю, дозування якої складає 20-30 % від загальної маси суміші, при цьому тривалість змішування становить 20-30 хв. Група винаходів забезпечує підвищення стабільності адсорбенту вуглецевого, збільшення його механічної стійкості, підвищення швидкості адсорбції та поглинаючої здатності, можливість використання сорбційного засобу у будь-яких середовищах, збільшення часу утримання накопичених речовин всередині сорбційного засобу без їх витоку назовні та спрощення процесу переробки використаного адсорбенту вуглецевого в кондиційний продукт. 1

Description

технічний вуглець при температурі до 350 "С протягом 1 години, після чого при тиску 0,20-0,25

Мпа подають на лінію виробництва адсорбенту, де за температури навколишнього середовища проводять його подрібнення та одночасне змішування з вторинною целюлозною фіброю, дозування якої складає 20-30 95 від загальної маси суміші, при цьому тривалість змішування становить 20-30 хв. Група винаходів забезпечує підвищення стабільності адсорбенту вуглецевого, збільшення його механічної стійкості, підвищення швидкості адсорбції та поглинаючої здатності, можливість використання сорбційного засобу у будь-яких середовищах, збільшення часу утримання накопичених речовин всередині сорбційного засобу без їх витоку назовні та спрощення процесу переробки використаного адсорбенту вуглецевого в кондиційний продукт. й В г об Цю : нн нн ОЙ я

Я су 1 Ка Я а х З о Я НІ Кй

Фіг. 1

Заявлена група винаходів належить до хімічної промисловості та до галузі охорони навколишнього середовища, а саме до способу виробництва універсального гідрофобного композитного адсорбенту вуглецевого, отриманого шляхом переробки вторинної гумової сировини, до сорбційних засобів для ліквідації розливів нафти, нафтопродуктів та інших хімічних речовин та до способу регенерації використаного адсорбенту вуглецевого, який застосовуються для збору нафтопродуктів, палива, мастильних матеріалів, натуральних та синтетичних олив, жирів, розчинників, фар та інших забруднюючих технічних та хімічних рідин.

З рівня техніки відомо декілька способів отримання твердого вуглецю - основного компонента адсорбенту вуглецевого.

Відомий спосіб отримання вуглецю та вуглеводнів із зношених шин, який передбачає можливість економічно отримувати вуглець, нафту та паливний газ з використаних шин.

Використані шини подрібнюють. Утворену тверду гумову суміш піролізують при субатмосферному тиску в реакторі, тоді як рештки переробляють для збільшення теплопередачі та уникнення осаду на поверхні теплопередачі. Підготовлені рештки відокремлюють від продуктів парової фази піролізу, а продукти парової фази піролізу потім фракціонують в нафту та паливний газ (Патент ОБ 4284616 А, МПК 8298 17/00, С09С 1/48,

С10у 3/00, СО18 31/02, С10В 47/26, СО18В 31/00, С106 11/10, С09С 1/00, СТОВ 53/07, опубл. 18.08.1981). Недоліками даного винаходу є: складне технічне виконання, багатостадійність процесу та висока зольність отриманого технічного вуглецю.

Відомий спосіб термічної переробки зношених шин, за яким зношені шини завантажують в реактор, здійснюють піроліз матеріалу при температурі 550-800 "С в середовищі відновного газу при співвідношенні відновного газу до матеріалу 0,20-0,45:1. Далі розділяють продукти піролізу і вивантажують твердий залишок. При закінченні піролізу подають перегрітий пар при 250-300 С в кількості 0,03-0,12:1 до завантаженого матеріалу. Відновлювальний газ отримують методом неповного згоряння вуглеводнів з «-0,4-0,085. Спосіб знижує енерговитрати, спрощує процес переробки зношених шин, дозволяє отримати сажу поліпшеної якості для її повторного використання у виробництві гумових сумішей (Патент на винахід КО 2139187, МПК В29В 17/00,

Е236 7/12, С08у 11/16, С08у 11/20, опубл. 10.10.1999). Недоліками, у порівнянні із запропонованим способом отримання, є проведення піролізу за температур 550-800 С та

Зо використання газу-відновлювача.

Відомий спосіб отримання сорбенту органічних сполук, за яким сорбент отримують з вуглецевого залишку, що утворюється в процесі піролізу відходів, що містять гуму, в тому числі зношених автомобільних шин (Патент на винахід КО 2287484, МПК СО18 31/10, опубл. 20.11.2006). Недоліком даного способу є багатостадійне використання води та водяної пари для активації сорбенту.

Відомий спосіб переробки зношених шин, за яким зношені шини попередньо подрібнюють і подають подрібнену масу в гвинтовий насос, при цьому спосіб відрізняється тим, що гвинтовий лоток виконують рухомим і йому передають вібрацію в горизонтальній площині, створюючи примусовий рух подрібненої і нагрітої маси із зношених шин по лотку (Заявка на винахід КО Мо 2007144414, МПК В29В 17/00, опубл. 10.06.2009).

Недоліками даного способу є використання складного обладнання для подрібнення сировини та складний процес її подачі в піролізний реактор.

Відомий спосіб переробки зношених шин, який включає етапи: герметизацію всередині піролізної печі, в яку вставляються відходи шин та вводять в неї газ-носій; піролізування зношених шин шляхом безпосереднього нагрівання відпрацьованих шин газом-носієм, введеним в піролізну піч; збір нафти шляхом пропускання парів, сформованих на етапі піролізу.

Спосіб переробки зношених шин дає змогу піролізувати відпрацьовані шини через циркуляційну подачу газу-носія та безпосереднє нагрівання, а отже, запобігає небезпеці вибуху, викликаного звичайним прямим нагріванням, забезпечує безпеку та покращує швидкість збору нафти за допомогою прямого нагрівання (Патент ЕР 2384872А2, МПК В29817/00, СО811/00, опубл. 09.11.2011). Недоліком вказаного способу є використання додаткового теплоносія - газу для нагрівання піролізної печі.

Відомий спосіб виробництва вуглецевмісних сорбуючих матеріалів, який розкриває спосіб виробництва сорбентного вуглецю нового покоління з організованою та повторюваною внутрішньою структурою (Патент ЕР 2578312 А2, МПК ВО1у 20/04, ВО1У 20/06, ВО1.) 20/20, ВО1. 20/28, ВО1 20/30, опубл. 10.04.2013). Недоліком даного способу є використання додаткових активуючих реагентів - гідроксидів, які створюють пористу структуру твердого вуглецю.

Відомий спосіб отримання активованого вугілля із зношених шин, який належить до області термообробки матеріалів із вмістом вуглецю і може бути використаний для отримання бо активного вугілля зі зношених шин. Спосіб включає бародеструкційне подрібнення зношених шин при тиску 2000-4000 кг/сме, карбонізацію отриманої гумової крихти в середовищі газів, що утворюються при карбонізації, та парогазову активацію при температурі 750-800 "С. Утворені при карбонізації гази конденсують, виділяючи рідку фракцію, а неконденсовану частину газів повертають на спалювання в топку печі карбонізації (Заявка на винахід КО 94029291, МПК

СО18 31/08, опубл. 27.06.1996). Недоліком даного способу є використання високого тиску (2000- 4000 кг/см") для подрібнення шин і високих температур (750-800 "С). Крім того, даний спосіб не призначений для отримання універсального композитного адсорбенту вуглецевого, який має високі гідрофобні та олеофільні властивості. Дане рішення вибране за прототип до заявленого першого об'єкта винаходу.

Задачею запропонованого способу отримання адсорбенту вуглецевого є спрощення технології виробництва адсорбенту вуглецевого із вторинної сировини (відпрацьованих гумовотехнічних виробів) і поліпшення якісних характеристик адсорбенту вуглецевого.

Технічним результатом запропонованого способу є підвищення стабільності адсорбенту вуглецевого, тобто підвищення його здатності зберігати високу активність після регенерації, збільшення механічної стійкості адсорбенту вуглецевого - він не кришиться і не розбухає при використанні у воді, підвищення швидкості адсорбції та поглинаючої здатності адсорбенту вуглецевого.

Поставлена задача вирішується тим, що запропонований спосіб отримання адсорбенту вуглецевого, що включає стадії подрібнення гумової сировини, проведення піролізу для отримання твердого технічного вуглецю, змішування отриманого твердого технічного вуглецю з гідрофобним матеріалом, в якому згідно з винаходом, твердий технічний вуглець отримують на установці піролізу для переробки гумової сировини в умовах атмосферного тиску та температури 450-750 С у присутності каталізатора, носієм якого є мінерали цеолітної групи, далі з отриманого твердого вуглецю за допомогою магнітного сепаратора видаляють металеві частини корду, після чого здійснюють термічну активацію твердого технічного вуглецю в потоці повітря з додаванням перегрітої водяної пари протягом 30 хв., при температурі 150-400 7С в піролізній камері при тиску 0,20-0,25 МПа, далі оброблений твердий технічний вуглець подають в сушильну камеру, при цьому процес видалення вологи здійснюють при температурі до 350 С протягом 1 години, після чого підготовлений на попередніх стадіях твердий технічний вуглець

Зо при тиску 0,20-0,25 МПа подають на лінію виробництва адсорбенту, де за температури навколишнього середовища проводять його подрібнення та одночасне змішування з гідрофобним матеріалом, а саме з вторинною целюлозною фіброю, дозування якої складає 20-

ЗО 95 від загальної маси суміші, при цьому тривалість змішування становить 20-30 хвилин.

Запропонований спосіб отримання основного компонента адсорбенту, а власне твердого вуглецю: не потребує використання складного обладнання і додаткових енергоносіїв, є простим у технічному виконанні, всі процеси відбуваються за умов атмосферного тиску, сам піроліз проходить при температурі до 450-750 "С, отриманий твердий вуглець не потребує додаткової обробки хімічними реагентами, оскільки вже має розвинуту пористу структуру.

Крім того, отриманий адсорбент вуглецевий є продуктом поєднання основного компонента - технічного вуглецю, отриманого в результаті каталітичного піролізу та активації паром, та вторинної целюлозної фібри.

А поєднання двох стадій, а саме подрібнення підготовленого твердого вуглецю та змішування з гідрофобним матеріалом, а саме з вторинною целюлозною фіброю в заявленому співвідношенні зумовлює покращення властивостей готового адсорбенту вуглецевого, через те, що його поверхня стає більш гідрофобною та виявляє олеофільні властивості, що сприяє високій сорбційній активності відносно широкого спектра хімічних речовин.

З рівня техніки відомо сорбційний матеріал для видалення забруднень нафтопродуктами, який включає два шари, один з яких виконаний з попередньо скріплених голююпроколюванням поліпропіленових волокон, при цьому шар з поліпропіленових волокон виконаний більш щільним, ніж шар з порожнистих силіконізованих поліефірних волокон. (Патент на винахід КО 2210644, МПК 004Н 1/46, ВО10 39/16, опубл. 20.08.2003). Недоліком відомого засобу є низька гідрофільність матеріалу та низька швидкість вбирання нафтопродуктів. Крім того, використаний матеріал неможливо далі регенерувати.

Також відомий сорбент для очистки поверхні води від нафти та нафтопродуктів, що містить активоване вугілля, який відрізняється тим, що він додатково містить гранульований спінений полістирол та клей холодного затвердіння (Патент на винахід ПА 95035, МПК ВО1.) 20/20, СО2Е 1/28, опубл. 25.06.2011). Недоліком сорбенту є труднощі при зборі ним нафти і нафтопродуктів з поверхні води (низька гідрофільність).

Найближчим аналогом до сорбційного засобу, що заявляється, є засіб для очищення поверхні води від нафти і нафтопродуктів, що містить пласт з пористого сорбенту, причому пласт виконаний у вигляді двошарової пластини, що складається з шару пористого матеріалу на основі композиції з гумової крихти розміром 0,2-2,5 мм і порошкоподібного поліетилену, при співвідношенні, мас. ч.: Гумова крихта - 100, Полієтилен - 5-20 і поліетиленової плівки, з'єднаної з пористим матеріалом при нагріванні (Патент на корисну модель КО 6165, МПК В32В 25/00, опубл. 16.03.1998). Недоліком даного засобу є невисокий ступінь поглинання нафти і нафтопродуктів, двошарова конструкція засобу, що ускладнює його виробництво, а також використання синтетичних матеріалів, спалювання яких після використання може викликати додаткове забруднення навколишнього середовища.

Задачею другого об'єкта винаходу є створення сорбційного засобу, виробленого з матеріалу, сировиною для якого є відпрацьовані гумовотехнічні вироби, який би забезпечував підвищену сорбційну здатність та швидкість вбирання нафтопродуктів та інших хімічних та органічних речовин.

Технічним результатом другого об'єкта винаходу є підвищення сорбційної здатності та швидкості вбирання нафтопродуктів та інших хімічних та органічних речовин при зменшенні геометричних розмірів самого сорбційного засобу та кількості адсорбенту вуглецевого у його складі, забезпечення можливості використання сорбційного засобу у будь-яких середовищах, в тому числі у воді та на суші при забезпеченні стабільно високої сорбційної здатності в різних умовах його використання та збільшення часу утримання накопичених речовин всередині сорбційного засобу без їх витоку назовні.

Поставлена задача вирішується тим, що запропонований сорбційний засіб, що складається з оболонки та наповнювача, в якому оболонка виконана з нетканого матеріалу, а як наповнювач використано адсорбент вуглецевий, що виготовлений за п. 1 формули винаходу. В запропонованому сорбційному засобі нетканим матеріалом є текстиль вторинний, щільністю 50- 75 мк, а адсорбент вуглецевий є гідрофобним композитним матеріалом, який містить в 95, мас: вторинну целюлозну фібру - 20-30 95 та технічний вуглець - 70-80 95, який отриманий з вторинної гумової сировини методом низькотемпературного каталітичного піролізу та активований з використанням перегрітої водяної пари. Крім того, під оболонкою міститься

Зо вкладиш з відновленого органічного матеріалу.

Завдяки новим властивостям наповнювача, а саме адсорбенту вуглецевого, запропонований засіб має високий ступінь поглинання, що збільшує швидкість сорбції забруднюючих речовин; підвищується зручність використання сорбційного засобу; розширюється перелік хімічних речовин, що можуть бути поглинуті (понад 100 рідин); адсорбент вуглецевий, який міститься у використаному сорбційному засобі (з поглинутою ним речовиною), може бути регенерований для повторного використання.

Відомо, що використаний адсорбент вуглецевий (сорбційні засоби на його основі) з поглинутою ним речовиною може бути утилізовано традиційним способом - шляхом передачі його відповідним підприємствам. Утилізація адсорбенту вуглецевого проводиться відповідно до способу утилізації, який застосовується до зібраного адсорбентом матеріалу.

Крім того, можливе застосування адсорбенту, використаного для збору нафтопродуктів, як наповнювач при виробництві асфальтових бітумів, або як тверде паливо для промислових котлів чи його компонента. Матеріал адсорбенту вуглецевого дозволяє утилізувати його шляхом спалювання в промислових котлах з отриманням теплової енергії що робить його застосування економічно вигідним та одночасно запобігає вторинному забрудненню природного середовища. Вуглець в складі адсорбенту робить суміш його з нафтою цінним енергетичним продуктом, та не потребує, як у випадку з іншими сорбентами, додавання вугілля для інтенсифікації процесу спалювання.

У випадку, коли адсорбованим матеріалом є нафта або нафтопродукти, можлива переробка використаного адсорбенту вуглецевого, з одночасною десорбцією зібраного нафтопродукту з отриманням вуглеводневого конденсату.

З рівня техніки відомий спосіб утилізації активного вугілля окислювачем шляхом низькотемпературної окислювально-деструктивної регенерації, в тому числі каталітичного перетворення сорбованих речовин на поверхні і в порах вуглецевої матриці з утворенням кисневмісних функціональних груп і одержанням іонообмінника, в якому регенерацію здійснюють демінералізацією з частковим окисленням поверхні матриці, при цьому як окислювач використовують водний розчин азотної кислоти чи лужний і/або солянокислий розчини (Патент на винахід ОА Мо 77564, МПК ВО1У 20/34, СО1В 31/08, опубл. 5.12.2006). бо Недоліком даного способу є використання різноманітних хімічних речовин (наприклад, розчину азотної кислоти, лугів). Крім того, недоліком даного способу є відсутність товарної продукції, як результату застосування способу, а також можливе виділення в атмосферу небезпечних хімічних речовин.

Найближчим до способу регенерації використаного адсорбенту вуглецевого є спосіб регенерації сорбентів для вилучення нафти і нафтопродуктів (ЗО 1453672, МПК ВО10 15/00, опубл. 10.11.1996), що включає обробку сорбенту органічними, які не змішуються з водою низькокиплячими і легкими до змішування з водяною парою розчинниками, що подаються знизу і відводяться зверху, з видаленням залишків розчинників з сорбенту гострою парою або нагрітим інертним газом. В способі з метою скорочення витрати розчинника і витрати енергії на регенерацію сорбентів у вигляді спінених полімерних матеріал відкрито-пористої структури, регенерацію сорбентів здійснюють сумішшю води і розчинника при температурі кипіння суміші, причому воду відводять зверху над шаром сорбенту нижче зони розшаровування води і розчинника з нафтою, а розчинник з нафтою відводять з поверхні води зверху зони розшаровування. Недоліками відомого способу є використання розчинників в процесі регенерації що приводить до утворення токсичних газоподібних продуктів, тривалий час обробки, високі енерговитрати і неможливість багаторазового відновлення сорбенту даним методом.

Задачею способу регенерації використаного адсорбенту вуглецевого є спрощення процесу переробки використаного адсорбенту вуглецевого в кондиційний продукт з високими сорбційними характеристиками.

Технічним результатом способу регенерації використаного адсорбенту вуглецевого є спрощення процесу переробки використаного адсорбенту вуглецевого в кондиційний продукт, забезпечення високої стабільності адсорбенту вуглецевого після його багаторазової регенерації що полягає у максимальному збереженні його активності при повторних використаннях.

Поставлена задача вирішується тим, що запропонований спосіб регенерації використаного адсорбенту вуглецевого, що включає десорбцію зібраного нафтопродукту з поверхні використаного адсорбенту вуглецевого та отримання твердого технічного вуглецю, який далі піддають стадіям нагрівання, подрібнення та змішування з целюлозною домішкою, в якому десорбцію зібраного нафтопродукту з поверхні використаного адсорбенту вуглецевого здійснюють в піролізній установці шляхом нагрівання вказаного адсорбенту вуглецевого до температури 750 "С та конденсації парів нафтопродукту в умовах атмосферного тиску протягом 4 годин, далі отриманий регенерований твердий технічний вуглець подають на стадію термічної активації, яку здійснюють в потоці повітря з додаванням перегрітої водяної пари протягом 30 хв., при температурі 150-400 "С в піролізній камері в умовах підвищеного тиску, після цього твердий технічний вуглець подають на конвекційну сушарку барабанного типу, де за температури до 200 "С, протягом 1 години з нього видаляють вологу, далі отриманий твердий вуглець подають на лінію виробництва адсорбенту, де проводять його подрібнення та одночасне змішування разом з вторинною целюлозною фіброю, дозування якої складає 20- 3095 від загальної маси суміші при температурі навколишнього середовища, причому тривалість змішування становить не менше 20-30 хвилин, а після цього, готовий вуглецевий адсорбент фасують у поліетиленові мішки місткістю 10-20 кг або у іншу тару.

Крім того, в процесі десорбції у реакторі піролізної установки утворюється парогазова суміш та твердий регенерований вуглецевий адсорбент.

Крім того, парогазова суміш поділяється на суміш неконденсованих горючих газів, що використовуються для роботи піролізної установки, та сконденсовані рідкі нафтопродукти, що придатні для подальшої переробки.

Запропонований винахід проілюстровано Фіг. 1, де схематично зображено поздовжній розріз засобу за п. 5 формули винаходу та Фіг. 2, де схематично зображено запропонований сорбційний засіб за п.8 формули.

В запропонованому способі отримання адсорбенту вуглецевого, що включає стадії подрібнення гумової сировини, проведення піролізу для отримання твердого технічного вуглецю, змішування отриманого твердого технічного вуглецю з гідрофобним матеріалом, твердий технічний вуглець отримують на установці піролізу для переробки гумової сировини в умовах атмосферного тиску та температури 450-750 "С у присутності каталізатора, носієм якого є мінерали цеолітної групи. Таким каталізатором, наприклад, може бути модифікований мінерал палигорскіт, якого додають 3-5595 від маси шин, що перероблюються. Даний каталізатор інтенсифікує виділення вуглеводнів під час переробки шин, сприяє видаленню з вуглецю найбільшої кількості вуглеводнів. Також завдяки тому, що каталізатор вбирає такі шкідливі речовини як оксид сірки, меркоптан, поліциклічні ароматичні вуглеводні, залишки асфальтенів, зменшуються викиди в атмосферу.

Виготовлений запропонованим способом адсорбент вуглецевий є продуктом поєднання технічного вуглецю, отриманого в результаті піролізу полімерних відходів (відпрацьованих автомобільних покришок та інших відходів гуми та пластмас), з вторинною целюлозною фіброю.

Поєднання даних компонентів відбувається механічним способом в умовах підвищеного тиску (наприклад, 0,20-0,ю25 МПа) та одночасного подрібнення. В запропонованому способі використовують 20-30 95 вторинної целюлозної фібри від загальної маси суміші (адсорбенту), в результаті, поверхня отриманого адсорбенту стає гідрофобною та виявляє олеофільні властивості, що сприяють високій сорбційній активності адсорбенту вуглецевого відносно широкого спектра хімічних речовин. Склад адсорбенту вуглецевого, отриманого запропонованим способом, наведений в Таблиці 1.

Таблиця 1

Технічний вуглець отримують на установці піролізу для переробки використаних автопокришок в умовах атмосферного тиску та температури 450-750 "С.

Принцип роботи установки піролізу полягає у використанні способу термічного розкладу сировини - напівкоксуванні. Використання каталізатору в процесі піролізу гумовотехнічних виробів допомагає усунути забруднюючі речовини з парогазової суміші, вуглеводневої фракції та сприяє зменшенню присутності небажаних сполук у твердому залишку. Також каталізатор блокує каталітичні можливості оксидів металів, які є невід'ємною складовою складу металічного корду, що знаходиться в ГТВ. Він також сприяє стандартизації вихідних продуктів.

Напівкоксування - розкладання органічних речовин під дією температури без доступу повітря, в результаті якого відбуваються деструктивні перетворення вихідної сировини з утворенням твердого залишку та парогазової суміші. Парогазова суміш складається з парів горючої рідини і неконденсованих горючих газів. Газова фракція є сумішшю різних типів газів, що виділяються в процесі термічної обробки сировини.

Технологічний цикл від підготовки сировини (вхідного контролю, видалення металевого корду та подрібнення) до відвантаження продуктів піролізу триває протягом 10 годин,

Зо продуктивність установки по технічному вуглецю складає 1,5-3 т на добу (залежно від вхідної сировини). У процесі виробництва отримують твердий вуглець, який є малоактивним, з низьким показником дисперсності і середнім показником структурності.

Спосіб отримання адсорбенту вуглецевого включає такі операції:

Збір вторинної сировини (відпрацьованих гумовотехнічних виробів). Оскільки реторта, в якій проводиться процес піролізу, може вмістити до 1 тонни подрібнених гумовотехнічних виробів, то така маса вторинної сировини є оптимальною. Далі здійснюють подрібнення зібраної сировини на частини розміром від 2 до 10 сантиметрів шляхом завантаження відпрацьованих гумовотехнічних виробів до верстата для подрібнення. Подрібнення не призводить до втрати речовиною маси.

Подрібнені гумовотехнічні вироби завантажують до реторти з метою проведення процесу піролізу.

Проведення процесу піролізу відбувається за температури від 450 до 750 "С впродовж 8 годин. Процес піролізу здійснено шляхом поступового нагрівання, із збільшенням температури кожні 5 хвилин на 5-10 С та за відсутності доступу повітря. Для покращення характеристик вихідної речовини у процесі піролізу додається каталізатор, а саме модифікований мінерал палигорскіт, загальною масою від З до 5905 вхідної речовини, залежно від характеристик гумовотехнічних виробів. У результаті процесу отримується суміш технічного вуглецю та частин металевого корду загальною масою до 50 95 від вихідної речовини, що становить близько 500 кг.

Отриманий твердий вуглець потрапляє до магнітного сепаратора, де проводиться додаткове видалення з нього металевих частин корду. В результаті цього процесу отримують частини металевого корду, що містився у гумовотехнічних виробах (20 95 від маси завантаженої в сепаратор суміші), та технічний вуглець (80 90 від маси завантаженої в сепаратор суміші - 400

КГ).

З метою покращення якості технічного вуглецю, а саме збільшення пористості його структури, далі проводять його активування перегрітою водяною парою в піролізній камері за температури 150-400 "С.

Далі активований твердий вуглець подається на конвекційну сушарку барабанного типу з метою дегідратації, де за температури до 350 "С протягом 1 години з нього видаляють вологу та залишки ароматичних вуглеводнів. В ході цього процесу технічний вуглець може втратити до

З Фо своєї маси.

Дегідратований технічний вуглець в умовах підвищеного тиску (0,20-0,25 МПа) подають на лінію виробництва сорбенту, де за температури навколишнього середовища проводять його подрібнення та одночасне змішування з гідрофобним матеріалом, а саме з вторинною целюлозною фіброю, дозування якої складає 20-30 95 від загальної маси суміші, при цьому тривалість змішування становить 20-30 хвилин.

Суміш активованого технічного вуглецю та вторинної целюлозної фібри утворює адсорбент вуглецевий із загальною масою 480-500 кг з 1 тонни відпрацьованих гумовотехнічних виробів.

Далі готовий продукт фасують у поліетиленові мішки місткістю 10-20 кг або у іншу тару (поліпропіленові мішки або біг-беги).

Зразок адсорбенту вуглецевого, отриманого за такою технологією, має фізико-хімічні показники, що зазначені в Таблиці 2 та гранулометричні характеристики, що зазначені в Таблиці

З.

Таблиця 2

Зовнішній вигляд адсорбенту кольору стані, 9о, не більше й

Адсорбційнаактивністьза йодом, 96, неменшеї /-:/ |! //////сссссСс6011111111с1сСс2ш1С

Утримуючаздатність, (по мас)ї ///7777771111111111Ї1111111111111199111с1С

Таблиця З

Отриманий в результаті виробництва адсорбент вуглецевий не містить шкідливих речовин, не вступає у хімічні реакції із сорбованими речовинами, не виділяє тепла, негорючий та вибухобезпечний, безпечний для довкілля та не вимагає спеціальних умов зберігання і транспортування.

Таким чином, новизна способу отримання адсорбенту вуглецевого як продукту виробництва складається з наступних чинників: використання як базового сорбуючого матеріалу вторинної сировини - технічного вуглецю,

Зо отриманого в процесі піролізу полімерних відходів; використання способу гідрофобізації технічного вуглецю - шляхом додавання вторинної целюлозної фібри та сама технологія змішування та подрібнення;

підбору оптимального співвідношення складових частин матеріалу адсорбенту (70-80 95 вуглецю, 20-30 95 вторинної целюлозної фібри).

Перевагами та характерними рисами адсорбенту вуглецевого, отриманого запропонованим способом, є: висока адсорбційна здатність та швидкість вбирання, гідрофобність, висока здатність утримувати поглинуту речовину, плавучість, навіть в стані повного насичення, здатність поглинання різноманітних речовин, можливість примусової десорбції та екологічність.

Крім того, отриманий адсорбент вуглецевий має високу сорбційну ємність - 1 кг сорбенту поглинає 3-5 кг нафти, також має хороші показники щодо інших рідин.

Отриманий адсорбент вуглецевий може бути застосований для широкого спектра рідких речовин (понад 100), що дозволяє використовувати один продукт для вирішення багатьох проблем. Адсорбент вуглецевий має високу швидкість сорбції. Дрібнозерниста структура дозволяє адсорбенту вуглецевому практично миттєво вбирати розлиті речовини (до 1 хв.). Це має велике значення при ліквідації аварійних розливів, які повинні бути усунені в найкоротші терміни, особливо на поверхні водойм.

Гідрофобність забезпечує високий показник плавучості адсорбенту вуглецевого (98 9б), завдяки чому він не тоне, навіть в стані повного насичення поглинутою речовиною протягом тривалого часу (до 21 діб).

Висока утримуюча здатність адсорбенту не дозволяє адсорбованим речовинам потрапляти в навколишнє середовище, гідрофобність забезпечує захист від вимивання увібраних речовин.

Завдяки цьому не виникає загроза вторинного забруднення середовища.

Вказані властивості є суттєвою перевагою адсорбенту вуглецевого, виготовленого згідно з запропонованим способом, при зборі нафтових і масляних розливів великої площі з водної поверхні, оскільки перешкоджають випаданню сорбенту в осад, потраплянню шкідливих речовин у воду і її вторинному забрудненню, а також забрудненню водойми самим сорбентом.

Це надає можливість, в разі необхідності, подовжити чи відкласти на певний час проведення робіт з ліквідації розливів на водній поверхні. Завдяки дрібнозернистій структурі адсорбент вуглецевий також ефективний при зборі з поверхні води тонких маслянистих плівок.

З метою локалізації та ліквідації аварійного забруднення адсорбент вуглецевий застосовується шляхом безпосереднього нанесення (розпилення) на пляму розливу за допомогою переносного розпилюючого пристрою ранцевого типу або вручну, за допомогою підручних засобів (лопата, ін.) або безпосередньо розсипається з мішка. На поверхні відкритих або закритих водойм розпилювання адсорбенту відбувається також за допомогою стаціонарного розпилюючого пристрою, розташованого на палубі судна, безпосередньо на пляму розливу, з її попередньою локалізацією загороджувальними сорбційними засобами (сорбуючими бонами або подушками).

Також можливе використання адсорбенту вуглецевого як наповнювача для фільтрів касетного типу очисних споруд стічних вод (аналогічно активованому вугіллю), поміщаючи його в оболонку із нетканого матеріалу (текстиль вторинний). Гідрофобний адсорбент вуглецевий створює селективний бар'єр, який пропускає воду і затримує забруднення. У поєднанні з високою сорбційною здатністю це дозволяє використовувати адсорбент вуглецевий для очищення великих обсягів води від зважених часток в очисних спорудах - промислових відстійниках і системах попереднього очищення промислових і зливових стоків.

На основі адсорбенту вуглецевого виробляються сорбційні засоби. Як показано на Фіг. 1-2, запропонований сорбційний засіб містить оболонку 1, вкладиш 2 з відновленого органічного матеріалу, наприклад з вторинної целюлозної фібри, та наповнювач 3. Оболонка 1 виконана з нетканого матеріалу типу вторинного текстилю, щільністю 50-75 мк. В запропонованому технічному рішенні як наповнювач використано адсорбент вуглецевий, який містить, мас. Фо: вторинну целюлозну фібру 20-30 технічний вуглець 70-80.

В одному з варіантів здійснення винаходу, на основі запропонованого складу вуглецевого адсорбенту, виготовляють сорбційний засіб у вигляді сорбційних бонів (як показано на Фіг. 1), які складаються з оболонки 1 з нетканого матеріалу, яка виконана у вигляді рукава та заповнена наповнювачем 3, а саме адсорбентом вуглецевим. Під оболонкою 1 міститься вкладиш 2, виконаний з відновленого органічного матеріалу, наприклад з вторинної целюлозної фібри, яким огортається наповнювач 3. Оболонка-рукав 1 захищений міцною текстильною сіткою 4 та облаштований тросом 5, двома карабінами б та петлями 7 для поєднання сорбційних бонів - бонових секцій між собою.

Конструктивні характеристики секції бонового загородження є переважно такими: діаметр - 0,13-0,15 м; довжина - 3,0-3,5 м;

маса - 10-12 кг.

Сорбційні бони використовуються для обмеження плями розливу нафти, нафтопродуктів, технічних рідин, харчових олій та інших речовин, наприклад, на поверхні водойми, і її локалізації, попередження розтікання розливу за межі сорбційного загородження. Для цього бонові секції, поєднані між собою карабінами 6, розміщують в щільне замкнуте кільце на межі плями розливу та чистої поверхні. Всередину кільця наноситься адсорбент вуглецевий для зв'язування розлитої речовини.

Сорбційні бонові загородження збирають після збору забруднюючої речовини та відправляють на спеціально облаштоване місце зберігання, а далі на утилізацію або регенерацію використаного абсорбенту вуглецевого.

Також на основі вуглецевого адсорбенту, який виготовлений за способом, заявленим в п. 1 формули, виготовляють сорбційні засоби у вигляді подушки за п. 9 (як показано на Фіг. 2), що використовуються для поглинання нафтопродуктів, масел та інших хімічних речовин з твердої поверхні, з води, стічних вод, в приміщенні і на відкритих майданчиках. Гідрофобний матеріал наповнювача подушки не вбирає воду, подушка залишається на поверхні після повного насичення зібраною речовиною, а її наповнювач не вивільняє зібраний матеріал.

Подушка використовується в місцях розливів і протікання, в колодязях і відстійниках з маслянистими відходами, або там, де масло потрібно відокремити від води, на промислових підприємствах з постійно підтікаючим обладнанням.

Конструктивно подушка складається з оболонки 1 з нетканого матеріалу (текстиль вторинний), вкладиша 2 з відновленого органічного матеріалу, наприклад з вторинної целюлозної фібри, та наповнювача 3 з адсорбенту вуглецевого.

Конструктивні параметри подушки є переважно такими: довжина - 0,38-0,42 м; ширина - 0,38-0,42 м; висота - 0,06-0,08 м.

Додатково існує можливість виконання подушки з односторонньою (внутрішній шар) поліетиленовою плівкою, яка призначена для попередження протікання речовини, зібраної під обладнанням, що постійно протікає.

Зо Кількість необхідних сорбційних бонів та подушок залежить від характеру, місця та кількості хімічної рідини, що вбирається.

Оскільки наповнювач, а саме адсорбент вуглецевий, має дрібнозернисту структуру, то запропонований сорбційний засіб практично миттєво вбирає розлиті речовини (до 1 хв.). Це має суттєве значення при ліквідації аварійних розливів, які повинні бути усунені в найкоротші

З5 терміни, особливо на поверхні водойм. Завдяки дрібнозернистій структурі адсорбенту вуглецевого також запропоновані сорбційні засоби є ефективними при зборі з поверхні води тонких маслянистих плівок.

Гідрофобність адсорбенту вуглецевого (9895) забезпечує високий показник плавучості сорбційних засобів, завдяки чому вони не тонуть навіть в стані повного насичення поглинутою речовиною протягом тривалого часу (до 21 доби).

Висока утримуюча здатність адсорбенту (9995) не дозволяє адсорбованим речовинам вивільнюватись в навколишнє середовище, гідрофобність забезпечує захист від вимивання увібраних речовин. Завдяки цьому не виникає загроза вторинного забруднення середовища.

Щодо споживчих якостей сорбційного засобу на основі адсорбенту вуглецевого, новим є розширення можливостей і способів поводження з використаним сорбентом - використання як палива та регенерація адсорбенту з одночасною десорбцією нафтовмісних речовин.

Запропонований спосіб регенерації використаного адсорбенту вуглецевого, який є третім об'єктом запропонованого винаходу, здійснюють за допомогою установки по переробці відпрацьованого вуглецевого адсорбенту, яка складається з наступних ділянок (технологічних вузлів): ділянка десорбції сорбованої нафти, нафтових шламів та/або сумішей нафтопродуктів відпрацьованих; ділянка остаточної регенерації та підготовки адсорбенту вуглецевого; ділянки термічної активації твердого технічного вуглецю в потоці повітря з додаванням перегрітої водяної пари; резервуарний парк для вуглеводневого конденсату; склад готової твердої продукції.

Основні техніко-економічні показники процесу регенерації використаного адсорбенту вуглецевого:

розрахункова річна продуктивність ділянки з десорбції сорбованих нафтопродуктів з поверхні адсорбенту становить 6 600 т на рік; розрахунковий час роботи реактора - 330 робочих діб на рік; добова продуктивність по вихідній сировині адсорбенту вуглецевого з сорбованими нафтою або нафтопродуктами - 20 т на добу; добова продуктивність установки по виходу продукції: по десорбованих нафті або нафтопродуктах - не менше 5 т; по вуглецевому адсорбенту - не більше 2,0 т.

Процес переробки починається із відвантаження використаного адсорбенту вуглецевого із площадки тимчасового зберігання відходів на піролізну установку. Як вхідну речовину для процесу регенерації використовують адсорбент вуглецевий, що містить в собі сорбовану речовину, який був вилучений із сорбційного засобу, наприклад сорбційних бонів після їх використання. 1 тонну суміші завантажують до реторти, яку поміщають у піролізну установку і нагрівають до температури 750 градусів. В процесі проведення піролізу відбувається десорбція поглинених речовин у вигляді вуглеводневої фракції, яка після конденсації набуває рідкого стану загальною масою до 800 кг, та яка може бути використана повторно. В піролізній установці відбувається десорбція сорбованого нафтопродукту з поверхні адсорбенту вуглецевого шляхом нагріву останнього до температури 400 "С та конденсації парів нафтопродукту в умовах атмосферного тиску, протягом 4 годин.

В результаті процесу переробки суміші використаного адсорбенту з нафтопродуктом шляхом піролізу отримують: парогазову суміш, яка після конденсації поділяється на рідкі нафтопродукти, що придатні для подальшої переробки, та суміш неконденсованих горючих газів, що використовуються для роботи піролізної установки; газ вуглеводневий фракції С2-Са4, що утворюється із нафтопродукту, поглинутого сорбентом при нагріванні у піролізній установці. Отриманий газ через газорозподільну систему потрапляє до печі установки, де спалюється для підтримання її температурного режиму, забезпечуючи енергоефективність регенераційного процесу;

Зо десорбований нафтопродукт із газопарової фази, який конденсується в системі газорозподілу, що складається із холодильника та системи трубопроводів; регенерований твердий вуглець, який залишається в реторті установки та після припинення конденсації нафтопродукту подається далі на переробку.

З метою покращення якості технічного вуглецю, а саме збільшення пористості його структури, далі проводять його активування перегрітою водяною парою в піролізній камері.

Далі регенерований твердий технічний вуглець подається на стадію термічної активації, яку здійснюють в потоці повітря з додаванням перегрітої водяної пари протягом 30 хв., при температурі 150-400 "С в піролізній камері в умовах підвищеного тиску (наприклад, 0,20-0,25

МПа).

Далі твердий вуглець подається на конвекційну сушарку барабанного типу з метою дегідратації, де за температури до 200 "С протягом 1 години з нього видаляють вологу та залишки ароматичних вуглеводнів.

Дегідратований технічний вуглець в умовах підвищеного тиску (0,20-0,25 МПа) подають на лінію виробництва сорбенту, де за температури навколишнього середовища проводять його подрібнення та одночасне його змішування з целюлозною домішкою, якою є вторинна целюлозна фібра, дозування якої складає 20-30 95 мас. від загальної маси суміші (адсорбенту) за температури навколишнього середовища; тривалість змішування становить 20-30 хвилин.

Після цього, вже готовий вуглецевий адсорбент фасують у поліетиленові мішки місткістю 10-20 кг або у іншу тару (поліпропіленові мішки або біг-беги).

В результаті процесу переробки суміші використаного адсорбенту з нафтопродуктом шляхом піролізу отримують: газ, який спалюють у печі установки для підтримання її температурного режиму, твердий вуглець та десорбований нафтопродукт із газопарової фази.

В залежності від стану суміші (забруднення грунтом, вологість, тривалість часу зберігання після збору і інші фактори) можливо повернути до 7095 нафтопродукту відносно кількості нафти, яка була зібрана сорбентом та містилась в грунті на місці розливу. Отриманий у такому процесі нафтопродукт - це дистилят широкого фракційного складу (синтетична нафта).

Отриманий в результаті конденсації нафтопродукт відвантажується в резервуарний парк, звідки відбувається його відвантаження споживачеві. Отриманий десорбований дистилят нафти використовується як вуглеводнева сировина для подальшої переробки на нафтопереробних 60 підприємствах.

Після регенерації отримують адсорбент вуглецевий та нафтовий десорбований дистилят з показниками, що зазначені в Таблиці 1.

Таблиця 1

Фізико-хімічна характеристика продуктів регенерації використаного адсорбенту вуглецевого 1. Концентрація хлористих солей, мг/дм"У, не ши ши ши ПИ ТТ . більше 100 1300 | 900

Нафтовий 2. Масова частка води, 95, не бі десорбований : ди, є, не оІльше 5 ! ! ! більше " ільше

Адсорбент вуглецевий менше

Запропонований спосіб отримання адсорбенту вуглецевого дає змогу отримати продукт, який є основним адсорбуючим матеріалом високоефективного екологічно чистого адсорбенту вуглецевого, та який отримано в результаті утилізації використаних автопокришок. Крім того, використання при його виготовленні вторинної сировини (автопокришок) робить спосіб отримання адсорбенту вуглецевого більш екологічно та економічно вигідним.

Запропоновані сорбційні засоби можуть успішно застосовуватися нафтовидобувними організаціями і нафтопереробними заводами, на промислових підприємствах, автосервісах,

АЗС, нафтобазах, в авіа - та морських портах, морських і річкових суднах, на наливних станціях нафти і нафтопродуктів та інших підприємствах. Перевагами та характерними рисами запропонованих засобів є: висока адсорбційна здатність та швидкість вбирання, гідрофобність, висока здатність до утримання поглинутої речовини, плавучість навіть в стані повного насичення, здатність до поглинання широкого спектру речовин, можливість примусової десорбції та екологічність.

Запропонований спосіб регенерацій використаного адсорбенту вуглецевого з виділенням рідкої вуглеводневої фракції приносить користувачеві економічну вигоду, та створює передумови для екологічного ведення господарчої діяльності - збереження природних енергетичних ресурсів за рахунок використання продуктів переробки.

Незважаючи на те, що представлений винахід детально описаний, включаючи окремі варіанти його здійснення, фахівцю в даній галузі техніки очевидно, що до нього можуть бути внесені зміни по формі та в деталях, не виходячи за рамки суті та обсягу цього винаходу.

Claims

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб отримання адсорбенту вуглецевого, що включає стадії подрібнення гумової сировини, проведення піролізу для отримання твердого технічного вуглецю, змішування отриманого Зо твердого технічного вуглецю з гідрофобним матеріалом, який відрізняється тим, що твердий технічний вуглець отримують на установці піролізу для переробки гумової сировини в умовах атмосферного тиску та температури 450-750 С у присутності каталізатора, носієм якого є мінерали цеолітної групи, далі з отриманого твердого технічного вуглецю за допомогою магнітного сепаратора видаляють металеві частини корду, після чого здійснюють термічну 35 активацію твердого технічного вуглецю в потоці повітря з додаванням перегрітої водяної пари протягом З0 хв., при температурі 150-400 "С, в піролізній камері при тиску 0,20-0,25 МПа, далі оброблений твердий технічний вуглець подають в сушильну камеру, при цьому процес видалення вологи здійснюють при температурі до 350 С протягом 1 години, після чого підготовлений на попередніх стадіях твердий технічний вуглець при тиску 0,20-0,Ф25 МПа 40 подають на лінію виробництва адсорбенту, де за температури навколишнього середовища проводять його подрібнення та одночасне змішування з гідрофобним матеріалом, а саме з вторинною целюлозною фіброю, дозування якої складає 20-30 95 від загальної маси суміші, при цьому тривалість змішування становить 20-30 хв.

2. Сорбційний засіб, що складається з оболонки та наповнювача, який відрізняється тим, що оболонка виконана з нетканого матеріалу, а як наповнювач використано адсорбент вуглецевий, який виготовлений способом за п. 1.

З. Сорбційний засіб за п. 2, який відрізняється тим, що нетканим матеріалом є текстиль вторинний, щільністю 50-75 мк.

4. Сорбційний засіб за п. 2, який відрізняється тим, що адсорбент вуглецевий є гідрофобним композитним матеріалом, який містить, мас. 90: вторинну целюлозну фібру 20-30 твердий технічний вуглець 70-80.

5. Сорбційний засіб за п. 4, який відрізняється тим, що оболонка виконана у вигляді рукава, навколо якого виконана додаткова захисна оболонка з текстильної сітки, а кінці вказаного рукава облаштовані тросом та щонайменше одним з'єднувальним елементом.

6. Сорбційний засіб за п. 5, який відрізняється тим, що з'єднувальним елементом є карабін.

7. Сорбційний засіб за п. 5, який відрізняється тим, що рукав виконано діаметром 0,13-0,15 м та довжиною 3,0-3,5 м.

8. Сорбційний засіб за п. 5, який відрізняється тим, що додатково під оболонкою міститься вкладиш з вторинної целюлозної фібри.

9. Сорбційний засіб за п. 4, який відрізняється тим, що виконаний довжиною 0,38-0,42 м, шириною 0,38-0,42 та висотою 0,06-0,08 м.

10. Сорбційний засіб за п. 9, який відрізняється тим, що додатково під оболонкою міститься вкладиш з вторинної целюлозної фібри.

11. Спосіб регенерації використаного адсорбенту вуглецевого, що включає десорбцію зібраного нафтопродукту з поверхні використаного адсорбенту вуглецевого та отримання твердого технічного вуглецю, який далі піддають на стадії нагрівання, подрібнення та змішування з целюлозною домішкою, який відрізняється тим, що десорбцію зібраного нафтопродукту з поверхні використаного адсорбенту вуглецевого здійснюють в піролізній установці шляхом нагрівання вказаного адсорбенту вуглецевого до температури 400 "С та конденсації парів нафтопродукту в умовах атмосферного тиску протягом 4 годин, далі отриманий регенерований твердий технічний вуглець подають на стадію термічної активації, яку здійснюють в потоці Зо повітря з додаванням перегрітої водяної пари протягом 30 хв., при температурі 150-400 "С, в піролізній камері при тиску 0,20-0,25 МПа, після цього твердий технічний вуглець подають на конвекційну сушарку барабанного типу, де за температури до 200 "С, протягом 1 години з нього видаляють вологу, далі отриманий твердий технічний вуглець при тиску 0,20-0,25 МПа подають на лінію виробництва адсорбенту, де за температури навколишнього середовища проводять його подрібнення та одночасне змішування з целюлозною домішкою, а саме з вторинною целюлозною фіброю, дозування якої складає 20-30 95 від загальної маси суміші при температурі навколишнього середовища, причому тривалість змішування становить не менше 20-30 хв. В у е- ВІ ше Я, нин нн ч овен ин ний сти А СХ ПУХ с

Фіг. 1