Способ получения флокулянта

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 09.10 ЯО (21) 3224841/23-05 с присоединением заявки М 9 1 М. Кп. С 08 Г 8/28С 08 Г 8/32С 08 Г 220/56 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Горьковский государственный институт по проектированиюпредприятий нефтеперерабатывающей и неФтехимическОй . -промышленности(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 123 . В качестве диспергированного в растворителе полимера используют суспендированный в смеси воды с органи ческим растворителем карбоксамидныйполимер.Способ осуществляют при мольномсоотношении полимераформальдегидаи диметиламина соответственно, равном1:(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 смешивающимсяс водой, но не растворяющий полимер.2. Аминоалкилирование суспензии,3. Фильтрация суспензии.4. Промывка осадка катионного по 15 лимера органическим растворителем.5. Сушка полимера.Недостатками этого способа являются малая эффективность флокулянтапри получении его из техническихрастворов полиакриламида, а такжесложность процесса (его многостадийность) и большой расход реагентов.Целью изобретения является повышение эффективности флокулянта, упро 25 щение процесса и сокращение расходареагентов,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения флокулянта взаимодействием днспергированного в растворителе полимера сформальдегидом и диметиламином, в качестве диспергированного в раство. рителе полимера используют технические растворы полиакриламида в воде, содержащие минеральные соли с концентрацией 0,5-20 вес., взаимодейст вие проводят при мольном соотношении полиакриламида, формальдегида и диметиламина, равном соответственно 1:(1,1-5,2):(1,9-6,0), причем снача 1 О-СН - СИс 0 янРЛА 2где ПАА - полианриламид;В 3М-ПАА - й-метилолполиакриламидили й-оксиметилированныйполиакриламид;АМ-ПАА - аминометилированный полиакриламид или й-диметиламинометилполиакриламил,или катионный флокулянт.Получение катионного флокуляйта(КФ) из бессолевого полиакриламида иэффективность его действия даны втабл, 1. В табл. 2 - получение Кф изполиакриламида в присутствии солейи эффективность его действия.Из экспериментальных данныхтабл. 1 и 2 видно, что отклонениеусловий получения флокулянта от оптимальных приводит к понижению его активных свойств.Анализ продуктов полимераналогичных превращений полиакриламида (ПАА) 40показал, что при синтезе катионногофлокулянта протекают реакции взаимодействия функциональных групп полиме-.ра с низкомолекулярными соединениями.В набухших полимерах скорость диффузии реагирующих веществ значительноменьше скорости реакции низкомолекулярных веществ, поэтому процессыхимических превращений в таких полимерах протекают медленнее и равновесное состояние при этом часто смещается, сопровождаясь уменьшением степени превращения полимера.Для повышения степени модификацииполиакриламида в й-диметиламинометилполиакриламид для бессолевых систембыло установлено оптимальное мольноесоотношение ПАА:формальдегид:диметиламин 1:1,1:1,9.На искусственной смеси, моделирую щей условия синтеза катионного флокулянта, было показано, что с увеличением концентрации солей мольное со-,отношение для синтеза катионного флокулянта с заданными свойствами воз ла осуществляют взаимодействие поли акриламида с формальдегидом в течение 1 ч при 65-75 ОС и рН 9,0-9,5, а затем осуществляют взаимодействие полученных продуктов с диметиламинои в течение 30 мин при 65-75 ОС и рН 9,7-10,2.Основная реакция получения флокулянта по предлагаемому способу:Н 1 ч(СН ),1(си )растает и при концентрации солей до20 составляет ПАА:СНО:диметиламин1:5,2:6,При этом по физико-химическимсвойствам катионный флокулянт, полученный в присутствии солей, активнеефлокулянта, полученного из бессолевыхрастворов. Для получения активногокатионного флокулянта из бессолевыхрастворов полиакриламида катионныйфлокулянт необходимо обработать сильной кислотой до рН 2,5-3 (что равносильно введению солей), чтобы получить протонизированные группы, Вэтом случае ионы водорода играют ролькатализатора.При получении катионного флокулянта в присутствии солей наблюдаетсявысокая степень превращения в реакциидиметиламинирования оксиметилированного ПАА, а диметиламинированный полиакриламид обнаруживает свойствавысокомолекулярного катионного полиэлектролита. В этом случае наличиесолей и щелочного катализатора способствует прототропному процессу инуклеофильной атаке карбонила на1 стадии - метилолироваиия, При этомглубина метилолирования в указанныхусловиях осуществляется в системебез солей на 90-95, в присутствиисолей - на 97-98 мол., От протеканияпервой стадии реакции зависит активность конечного продукта - М-диметиламинометилполиакриламида, так как приполном диметиламинировании химическому превращению в катионные группый-(,сн он) (сн - йСНЪподвергают только 75 трех оксимети-лированных групп. Отсюда понятно,что меньшее содержание катионныхгрупп приводит к понижению катионнойактивности флокулянта.Согласно предлагаемому способу, кроме аминоалкилирующих реагентов, участвующих в реакции, никаких других реагентов не применяется, в то время, как согласно известному способу обязательно применение органических раст- ворителей:ацетона, спиртов, ацетонитрила, диоксана, метил-, этилцеллозольвов и их смесей. Количество органического растворителя в реакционной смеси по известному способу доходит до 10 60, не считая обязательного расхода растворителя для промывки полимера.Согласно предлагаемому способу по сравнению .с известным исключаются энергоемкие стадии суспендирования, фильтрации, промывки и сушки полимераП р и м е р 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 растворения ПАА и повышения температуры до 70 ОС к раствору добавляют 7,4 кг 25-ного водного раствора едкой щелочи 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 ПАА добавляют 10,6 кг 33-ного водноО го раствора диметиламина, устанавливают рН 10,0 и реакционную смесь вы- держивают при перемешивании еще в течение 30 мин. Полученный раствор катионного полиакриламида охлаждают до 35 25 ОС и используют в качестве флокулянта.П р и м е р 2, В реактор загружают 1,2 кг порошкообразного 80-ного технического полиакриламида, содержащего 0,5 минеральных солей и 93,9 кг воды, перемешивают до полного: растворения и повышают температуру раствора до 70 ОС. К полученному раствору ПАА 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 вводят,9 кг диметиламина в виде газа из баллона, устанавливают рН 10,2 и реакционную смесь выдерживают при перемешивании в течение 30 мин. Полученный раствор катионного полиакриламида охлаждают до 25 ОС и используют в качестве .флокулянта.П р и м е р 3. 3 реактор загружают 20,4 кг 7-ного технического геля ПАА, содержащего 12 минеральных солей и 65,8 кг воды, перемешивают до полного растворения и повышают температуру раствора до 70 ОС. К раствору ПАА добавляют 6,8 кг 25-ного водного раствора едкого натра, устанавливают рН 9,2. Затем в реактор загружают 2,5 кг формальдегида в виде параформа и перемешивают смесь в течение 1 ч.К полученному раствору оксим-. тилированного ПАА добавляют 4,5 кг газообразного диметиламина, устанавливают рН 10.и реакционную смесь выдерживают в течение 30 мин. Полученный раствор катионного полиакриламида охлаждают до 25 ОС и используют в качестве флокулянта.Сравнительные данные по определению скорости осаждения агрегированных 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 в табл. 4 и 5.Таким образом, предлагаемый споФ соб позволяет повысить эффективность флокулянта, упростить процесс его получения и сократить расход реагентов,%О О ЛОО м м м О м м о х о 3 х е 1 о С о Ц о Е о 1 Х о о е ехо ое хЭх дое цхх оно еос О .О О О О О О О О О О О О М М М М М М М ММ М М Гв %в О О О О О О О О О О О О О %О %О, %О %О О О О О Ц М О %О %О Л Л Л Л Л Л Л О СЧ Л Л Л Л Г Г 1 1 1 ГСО СО Г 1 Г Г 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Л Л Л Л Л Л Л СО О Л Л . Л Л О СО %О О О %во %О Л СО Со %О С О л л л л 1.Й л ч л л л л л лГ- Г- Г" Г ОЛ Л 1 1 Г- Г 1 .1 1 1 1л л л л л со с л л л л л л %О О %О %О О Л СО %О %О %О %О %О %ОЮ м х х5 ео Ю м Ю м х 11 С11 Х1 О1 1Я1оохх Ю Ц хе хн Ео Ю О воЯ аао 11 11 9но 1 с 1 1 аа О Юво ф 1 Н е ив аде оац оео - х ф1 Ц о Ц о И 1111111111111111111111111 Ф 1 Н 11 11 М ЕУ 1еоМкааохасхх 111 О 9 л 1 1 Е М ц е хфО ехо с о.в нх хБхО дов О О 1 КОСИохо1 9сО ом аф (чЕ фО ОХиа СЧ с Ю л 1 1 с с О а с О 1 1 О Ю м 1 1 г 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1(с Ч с с О О г 44 1 . 1 с ОЪ б ГЧ с О ф 4 1 Ге с 0 4 ГЧ с с О О т 4 ф 1 1 с с ОЪ 0 ГЧ с о н 1 е с ОЪ ГЧ ГЧ с с О О Н 41 ОЪ ОЪ ГЧ О ф 1 ОЪ ГЧ О ф1 Г ее ОЪ ГЧ с О ф Г с О 11 Х1 Х1 т"11 хна Ф ЛЛ (ее ОЪ 1 1 ОЪ О ГГЪ Л с ОЪ сфе1 0 О1, 1 1 1Э ГГ 1 1 1 ОХ 1 ЭОМЫОИХааох юхХ 4 Х Ц 1О О М М 1 11 Х Э Ф 1 ЕГф сХ 1 ЭОМХОЯХааох хе 1 ЩСХХф 4 1 Ю м О О О Ю Ю О 11 11 е1 Ф1 ФОаоо1 Э1 ДГЧ1 Е Х1 ЭЮХ1 ац1 11:фе 11 Г п 31 Ф ГГа ор1 Фф- с1 Е Х1 ЭФХ1 Е 4 а 11 1 1О Х1 Х Эо 11 О ОЭ Х Г с 41 0 0 ХХЭО1 еГ Х1 10е Ге 4 с ЛеОГЧ цЪ еОе ГЧ с ГЛГЧ ГЧ О ОЪ ее ф- е фефФ 10а оЦФеХСОХФО Х 1 Ю О1Э 3 Ч) Д ГеЕ Х 1 ГО О ФЦ е 0 1 е 0 0 Х Х О ХФ Х ;ь Ц 0 Х О Ц О ГЛ ГЪ Ю Ю ОЪ ГЪ ГЛ с с с с с б 0 0 ОЪ ОЪ ОЪ О с с 1 1 1 1 1О О О О О О О ГфЪ М М М М М М ГГЪ ЦЪ ГЛ ГЛ ГГЪ ГЛ ОЪ О ГЧ ГЛ ОГее Ге Г 1 е 1 е Л Ф СО Г Гс111 1 11 ГГЪ ГГЪ ОЪ Л ГЛ Ф Л ГО О . ОЪ 3 Л Ю 0 фО фО 0 0 Ю ГГЪ ГО фО Ю а ОЪ а а ГГЪ О ГЧ а ОЪ, Л ОЪ Ге ЦР ГО Ге Гс Ге Г"1 1 1 1 1 1 1 1 1ГГЪ Л ГЪ Л ГГЪ (О О 0 Ъ 1 Л Л ГфЪ Ю0 Ю 4 е 1 фО 0еее ее еО (О (с ГЧ (Ч ГЧс ее с с М Ю Л Гй ГЛ Лееф 4 ф"4 ф"4 ф ф 4 фО О О О О О О О О ГЧ С 4 ГЧ ГЧ ГЧ ГЧ ГЧ ГЧ (Ч1 9 но ЦО 1 11 1 1 О1 еГВ 1 сл 1В 1 х оф ее ОВ (Ч с лВ 1 ОВ (Ч с лт О ОО с ж Э О Я ВЕо с Ю 1 1 1 1 1 1 щ 1,В сах9 м Х В эо1:( 1ц 63 а 9 Е Ц о 2 ц 9 ц 2 1.11.1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 о Х 9 о ц ц о С ф Ф х ц а ох д сх ц х ои Ое ООы Е о ц1 1 1 ОВ 1 М 1 цЭ (б а о о ОВ ф х 3 1; а оо Д ф СО м95256 15 Скорость осаждения, см /мин, по3примеру По известному способу 24 38 36 46 29,5 56 33,6 55 3 флокулянт Технологическиепараметры Известный По примеру 1 Количество образующихся сточных вод, м/г 15 768 000 15 768 000 м 3/ч 1800 1800 Количество образующегосянефтешлама, м 3/г315360 315360 Доза добавленного полимерапри одинаковой скоростиосаждения шлама,г/м 3 кг/г 315,36 946,08 Количество сгущенного нефтешлама,м /г 52560 49120 Показатели Капитальные вложения, руб. Годовые эксплуатационныезатраты, руб. 21116,0 10403,55 0,067 0,033 11254,95 Приведенные затраты, руб,29092,98 17838,03 Доза добавленногополимера, мг/л Себестоимость сгущения1 м шлама,.руб/м Годовой экономическийэффект, руб,Таблица 3 Таблица 4 Таблица 5.Способ получения флокулянта Известный По примеру 1 39884,9 . 4257,0952856 17 Составитель И. СтояченкоРедактор Н.Егорова Техред М.Коштура Корректор О.Билак Заказ 6202/37 Тираж 514 . ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета .СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 формула изобретенияСпособ получения флокулянта взаимодействием диспергированного в растворителе полимера с формальдегидом и диметиламином, о т.л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности флокулянта, упрощения процесса и сокращения расхода реагентов, в качестве днспергированного в растворителе полимера используют технические растворы полиакрил О амида в воде, содержащие минеральные соли с концентрацией 0,5-20 вес,%, взаимодействие проводят при мольном соотношении полиакриламида, формальдегида и диметиламина, равном соответ+5 18сФвенно 1(1,1-5,2):(1,9-6,0), причем сначала осуществляют взаимодействие полиакриламида с формальдегидом в течение 1 ч при 65-75 фС 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 Р 647255, кл. С 02 В 1/20, 1978. 2. Авторское свидетельство СССР 9 511016, кл. С 08 Г 8/30, 1973 (прототип).