Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PRODUCING A CARBON ADSORBENT AND METHOD FOR REGENERATING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/147211
Kind Code:
A1
Abstract:
A carbon adsorbent is produced using a method which involves the following steps: pyrolysing tyre waste materials at 450-750°C in the presence of an inorganic carrier; separating out the metal particles of the cord using a magnetic separation technique; activating the solid carbon in an air stream at 150-400°C using water vapour at an elevated pressure; drying at 350°C; grinding the activated particles and mixing same with a secondary cellulose fibre. The sorption agent is a carbon adsorbent contained in a shell made of a non-woven textile material. Carbon adsorbent spent during an oil product sorption process is regenerated by heating the adsorbent to 750°C in a pyrolysis unit, causing the oil products to condense. Then, the solid carbon is activated, dried, ground and mixed with cellulose fibre.

Inventors:
BONDARENKO, Mykhailo Serhiiovych (vul. Staronavodnytska, bud. 13 kv. 9, m. Kyiv ., 01015, UA)
Application Number:
UA2018/000025
Publication Date:
August 01, 2019
Filing Date:
March 23, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
BONDARENKO, Mykhailo Serhiiovych (vul. Staronavodnytska, bud. 13 kv. 9, m. Kyiv ., 01015, UA)
International Classes:
B01J20/20; B01J20/28; B01J20/34; B09B3/00
Attorney, Agent or Firm:
ORTYNSKA, Mariya Yuriivna (a/ya 17, Kyiv-45, 03045, UA)
Download PDF:
Claims:
Формула

1. Способ получения адсорбента углеродного, включающий стадии измельчения резинового сырья, проведения пиролиза для получения твердого технического углерода, смешивания полученного твердого углерода с гидрофобным материалом, отличающийся тем, что твердый технический углерод получают на установке пиролиза для переработки резинового сырья в условиях атмосферного давления и температуры 450-750°С в присутствии модифицированного катализатора, носителем которого являются материалы цеолитной группы, далее из полученного твердого углерода с помощью магнитного сепаратора удаляют металлические части корда, после чего осуществляют термическую активацию твердого технического углерода в потоке воздуха с добавлением перегретого водяного пара в течение 30 мин при температуре 150-400°С в пиролизной камере в условиях повышенного давления, далее обработанный углерод подают в сушильную камеру, при этом процесс удаления влаги осуществляют при температуре до 350°С в течение 1 часа, после чего подготовленный на предыдущих стадиях твердый углерод в условиях повышенного давления подают на линию производства сорбента, где при температуре окружающей среды проводят его измельчение и одновременное смешивание с гидрофобным материалом, а именно с вторичной целлюлозной фиброй, дозировка которой составляет 20-30% от общей массы смеси, при этом продолжительность смешивания составляет 20-30 минут.

2. Сорбционное средство, состоящее из оболочки и наполнителя, отличающееся тем, что оболочка выполнена из нетканого материала, а в качестве наполнителя использован адсорбент углеродный, который изготовлен способом по п.1 формулы.

3. Сорбционное средство по п.2, отличающееся тем, что нетканым материалом является текстиль вторичный, плотностью 50-75 мк.

4. Сорбционное средство по п.2, отличающееся тем, что адсорбент углеродный является гидрофобным композитным материалом, который содержит в % мае.:

Вторичную целлюлозную фибру 20-30;

Технический углерод 70-80.

5. Сорбционное средство по пп.3-4, отличающееся тем, что оболочка выполнена в виде рукава, вокруг которого выполнена дополнительная защитная оболочка из текстильной сетки, а концы указанного рукава оснащены тросом и по меньшей мере одним соединительным элементом.

6. Сорбционное средство по п.5, отличающееся тем, что соединительным элементом является карабин.

7. Сорбционное средство по п.5, отличающееся тем, что рукав выполнен диаметром 0,13-0,15 м и длиной 3,0-3, 5 м.

8. Сорбционное средство по п.5, отличающееся тем, что дополнительно под оболочкой содержится вкладыш из восстановленного органического материала.

9. Сорбционное средство по пп.3-4, отличающееся тем, что выполнено длиной 0,38-0,42 м, шириной 0,38-0,42 м и высотой 0,06-0,08 м.

10. Сорбционное средство по п.9, отличающееся тем, что дополнительно под оболочкой содержится вкладыш из восстановленного органического материала.

11. Способ регенерации использованного адсорбента углеродного, включающий десорбцию собранного нефтепродукта с поверхности использованного адсорбента углеродного и получения твердого технического углерода, который затем подвергают на стадии нагревания, измельчения и смешивания с целлюлозной примесью, отличающийся тем, что десорбцию собранного нефтепродукта с поверхности использованного адсорбента углеродного осуществляют в пиролизной установке путем нагревания указанного адсорбента углеродного до температуры 750°С и конденсации паров нефтепродукта в условиях атмосферного давления в течении 4 часов, далее полученный регенерированный твердый технический углерод подают на стадию термической активации, которую осуществляют в потоке воздуха с добавлением перегретого водяного пара в течение 30 мин при температуре 150-400°С в пиролизной камере в условиях повышенного давления, после этого твердый технический углерод подают на конвекционную сушилку барабанного типа, где при температуре до 200°С, в течение 1 часа из него удаляют влагу, дальше полученный твердый углерод подают на линию производства адсорбента, где проводят его измельчение и одновременное смешивание вместе с вторичной целлюлозной фиброй, дозировка которой составляет 20-30% от общей массы смеси при температуре окружающей среды, причем продолжительность смешивания составляет не менее 20-30 минут, а после этого, готовый углеродный адсорбент фасуют в полиэтиленовые мешки вместимостью 10-20 кг или в другую тару.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что в процессе десорбции в реакторе пиролизной установки образуется парогазовая смесь и твердый регенерированный углеродный адсорбент.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что парогазовая смесь разделяется на смесь неконденсированных горючих газов, используемых для работы пиролизной установки, и сконденсированные жидкие нефтепродукты, что пригодные для дальнейшей переработки.

Description:
Способ получения углеродного абсорбента и способ его регенерации

5 Заявленная группа изобретений относится к химической промышленности и к области охраны окружающей среды, а именно к способу производства универсального гидрофобного композитного адсорбента углеродного, полученного путем переработки резинового сырья, к сорбционным средствам для ликвидации разливов нефти, 10 нефтепродуктов и других химических веществ и к способу регенерации использованного адсорбента углеродного, который применяется для сбора нефтепродуктов, топлива, смазочных материалов, натуральных и синтетических масел, жиров, растворителей, красок и других загрязняющих технических и химических жидкостей.

15 Из уровня техники известно несколько способов получения твердого углерода - основного компонента адсорбента углеродного.

Известен способ получения углерода и углеводородов с изношенных шин, который предусматривает возможность экономически получать углерод, нефть и топливный газ из использованных шин. Использованные 20 шины измельчают. Образовавшуюся твердую резиновую смесь пиролизуют при субатмосферном давлении в реакторе, тогда как остатки перерабатывают для увеличения теплопередачи и избежания осадка на поверхности теплопередачи. Подготовленные остатки отделяют от продуктов паровой фазы пиролиза, а продукты паровой фазы пиролиза затем фракционируют в нефть и топливный газ (Патент US 4284616 А, МПК В29В 17/00, С09С 1/48, C10J 3/00, С01В 31/02, С10В 47/26, С01В 31/00, C10G 1/10, С09С 1/00, С 10В 53/07, опубл. 18.08.1981).

Недостатками данного изобретения являются: сложное техническое исполнение, многостадийность процесса и высокая зольность полученного технического углерода.

Известен способ термической переработки изношенных шин, по которому изношенные шины загружают в реактор, осуществляют пиролиз материала при температуре 550-800 °С в среде восстановительного газа при соотношении восстановительного газа к материалу 0,20-0,45:1. Далее разделяют продукты пиролиза и выгружают твердый остаток. При окончании пиролиза подают перегретый пар при 250-300 °С в количестве 0,03-0,12:1 до загруженного материала. Восстановительный газ получают методом неполного сгорания углеводородов с а = 0,4 - 0,085. Способ снижает энергозатраты, упрощает процесс переработки изношенных шин, позволяет получить сажу улучшенного качества для ее повторного использования в производстве резиновых смесей (Патент на изобретение RU 2139187, МПК В29В 17/00, F23G 7/12, C08J 11/16, C08J 11/20, опубл. 10.10.1999). Недостатками, по сравнению с предложенным способом получения, является проведение пиролиза при температурах 550 - 800 °С и использования газа-восстановителя.

Известен способ получения сорбента органических соединений, по которому сорбент получают из углеродного остатка, образующегося в процессе пиролиза отходов, содержащих резину, в том числе изношенных автомобильных шин (Патент на изобретение RU 2287484, МПК С01В 31/10, опубл. 20.11.2006). Недостатком данного способа является многостадийное использование воды и водяного пара для активации сорбента.

Известен способ переработки изношенных шин, по которому изношенные шины предварительно измельчают и подают измельченную массу в винтовой насос, при этом способ отличается тем, что винтовой лоток выполняют подвижным и ему передают вибрацию в горизонтальной плоскости, создавая принудительное движение измельченной и нагретой массы с изношенных шин по лотку (заявка на изобретение RU NQ2007144414, МПК В29В 17/00, опубл. 10.06.2009). Недостатками данного способа является использование сложного оборудования для измельчения сырья и сложный процесс ее подачи в пиролизный реактор.

Известен способ переработки изношенных шин, включающий этапы: герметизацию внутри пиролизной печи, в которую вставляются отходы шин и вводят в нее газ-носитель; пиролизирование изношенных шин путем непосредственного нагрева отработанных шин газом- носителем, введенным в пиролизную печь; сбор нефти путем пропускания паров, сформированных на этапе пиролиза. Способ переработки изношенных шин позволяет пиролизировать отработанные шины через циркуляционную подачу газа-носителя и непосредственное нагревание, а следовательно, предотвращает опасность взрыва, вызванного обычным прямым нагревом, обеспечивает безопасность и улучшает скорость сбора нефти с помощью прямого нагрева (Патент ЕР 2384872А2, МПК В29В17/00, C08J11/00, опубл. 09.11.2011). Недостатком указанного способа является использование дополнительного теплоносителя - газа для нагрева пиролизной печи.

Известен способ производства углеродсодержащих сорбирующих материалов, который раскрывает способ производства сорбентного углерода нового поколения с организованной и повторяющейся внутренней структурой (Патент ЕР 2578312 А2, МПК B01J 20/04, B01J 20/06, B01J 20/20, B01J 20/28, B01J 20/30, опубл. 10.04.2013). Недостатком данного способа является использование дополнительных активирующих реагентов - гидроксидов, которые создают пористую структуру твердого углерода.

Известен способ получения активированного угля из изношенных шин, который относится к области термообработки материалов с содержанием углерода и может быть использован для получения активного угля с изношенных шин. Способ включает бародеструкционное измельчение изношенных шин при давлении 2000- 4000 кг/см 2 , карбонизацию полученной резиновой крошки в среде газов, образующихся при карбонизации, и парогазовую активацию при температуре 750-800 °С. Образующиеся при карбонизации газы конденсируются, выделяя жидкую фракцию, а неконденсированную часть газов возвращают на сжигание в топку печи карбонизации (Заявка на изобретение RU 94029291, МПК С01В 31/08, опубл. 27.06.1996). Недостатком данного способа является использование высокого давления (2000-4000 кг/см 2 ) для измельчения шин и высоких температур (750-800 °С). Кроме того, данный способ не предназначен для получения универсального композитного адсорбента углеродного, который имеет высокие гидрофобные и олеофильные свойства. Данное решение выбрано как прототип заявленного первого объекта изобретения.

Задачей предлагаемого способа получения адсорбента углеродного является упрощение технологии производства адсорбента углеродного из вторичного сырья (отработанных резинотехнических изделий) и улучшение качественных характеристик адсорбента углеродного.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение стабильности адсорбента углеродного, то есть повышение его способности сохранять высокую активность после регенерации, увеличение механической устойчивости адсорбента углеродного - он не крошится и не разбухает при использовании в воде, повышение скорости адсорбции и поглощающей способности адсорбента углеродного. Поставленная задача решается тем, что предложен способ получения адсорбента углеродного, включающий стадии измельчения резинового сырья, проведения пиролиза для получения твердого технического углерода, смешивания полученного твердого углерода с гидрофобным материалом, в котором согласно изобретению твердый технический углерод получают на установке пиролиза для переработки резинового сырья в условиях атмосферного давления и температуры 450- 750 °С в присутствии модифицированного катализатора, носителем которого являются материалы цеолитной группы, далее из полученного твердого углерода с помощью магнитного сепаратора удаляют металлические части корда, после чего осуществляют термическую активацию твердого технического углерода в потоке воздуха с добавлением перегретого водяного пара в течении 30 мин при температуре 150-400 °С в пиролизной камере в условиях повышенного давления, далее обработанный углерод подают в сушильную камеру, при этом процесс удаления влаги осуществляют при температуре 350 °С в течение 1 часа, после чего подготовленный на предыдущих стадиях твердый углерод в условиях повышенного давления подают на линию производства сорбента, где при температуре окружающей среды проводят его измельчение и одновременное смешивание с гидрофобным материалом, а именно с вторичной целлюлозной фиброй, дозировка которого составляет 20-30% от общей массы смеси, при этом продолжительность смешивания составляет 20-30 минут.

Предложенный способ получения основного компонента адсорбента, а собственно твердого углерода:

не требует использования сложного оборудования и дополнительных энергоносителей, является простым в техническом исполнении, все процессы происходят в условиях атмосферного давления, сам пиролиз проходит при температуре до 450-750 °С, полученный твердый углерод не требует дополнительной обработки химическими реагентами, поскольку уже имеет развитую пористую структуру.

Кроме того, полученный адсорбент углеродный является продуктом сочетания основного компонента - технического углерода, полученного в

5 результате каталитического пиролиза и активации паром, и вторичной целлюлозной фибры.

А сочетание двух стадий, а именно измельчения подготовленного твердого углерода и смешивания с гидрофобным материалом, а именно с вторичной целлюлозной фиброй в заявленном соотношении приводит к0 улучшению свойств готового адсорбента углеродного через то, что его поверхность становится более гидрофобной и выявляет олеофильные свойства, способствует высокой сорбционной активности по отношению к широкому спектру химических веществ.

Из уровня техники известный сорбционный материал для удаленияБ загрязнений нефтепродуктами, включающий два слоя, один из которых выполнен из предварительно скрепленных иглопрокалыванием полипропиленовых волокон, при этом слой из полипропиленовых волокон выполнен более плотным, чем слой из полых силиконизированных полиэфирных волокон (Патент на изобретение RU 2210644, МПК D04H0 1/46, B01D 39/16, опубл. 20.08.2003). Недостатком известного средства является низкая гидрофильность материала и низкая скорость впитывания нефтепродуктов. Кроме того, использованный материал невозможно дальше регенерировать.

Также известный сорбент для очистки поверхности воды от нефти и5 нефтепродуктов, содержащий активированный уголь, который отличается тем, что он дополнительно содержит гранулированный вспененный полистирол и клей холодного затвердевания (Патент на изобретение UA 95035, МПК B01J 20/20, C02F 1/28, опубл. 25.06.2011). Недостатком сорбента есть трудности при сборе ним нефти и нефтепродуктов с поверхности воды (низкая гидрофильность).

Ближайшим аналогом сорбционного средства, что заявляется, есть средство для очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов, содержащее пласт из пористого сорбента, причем пласт выполнен в виде двухслойной пластины, что состоит из слоя пористого материала на основе композиции из резиновой крошки размером 0,2-2, 5 мм и порошкообразного полиэтилена, при соотношении, мае. ч.: Резиновая крошка - 100, Полиэтилен - 5-20 и полиэтиленовой пленки, соединенной с пористым материалом при нагревании (Патент на полезную модель RU 6165, МПК В32В 25/00, опубл. 16.03.1998). Недостатком данного средства является невысокая степень поглощения нефти и нефтепродуктов, двухслойная конструкция средства, что затрудняет его производство, а также использование синтетических материалов, сжигание которых после использования может вызвать дополнительное загрязнение окружающей среды.

Задачей второго объекта изобретения является создание сорбционного средства, произведенного из материала, сырьем для которого является отработанные резинотехнические изделия, которое бы обеспечивало повышенную сорбционную способность и скорость впитывания нефтепродуктов и других химических и органических веществ.

Техническим результатом второго объекта изобретения является повышение сорбционной способности и скорости впитывания нефтепродуктов и других химических и органических веществ при уменьшении геометрических размеров самого сорбционного средства и количества адсорбента углеродного в его составе, обеспечения возможности использования сорбционного средства в любых средах, в том числе в воде и на суше при обеспечении стабильно высокой сорбционной способности в различных условиях его использования и увеличения времени удержания накопленных веществ внутри сорбционного средства без их утечки наружу.

Поставленная задача решается тем, что предложено сорбционное средство, состоящее из оболочки и наполнителя, в котором оболочка выполнена из нетканого материала, а в качестве наполнителя использован адсорбент углеродный, изготовленный по п.1 формулы изобретения. В предлагаемом сорбционном средстве нетканым материалом является текстиль вторичный, плотностью 50-75 мк, а адсорбент углеродный является гидрофобным композитным материалом, который содержит в % мае.: вторичную целлюлозную фибру - 20-30% и технический углерод - 70-80%, который полученный из вторичного резинового сырья методом низкотемпературного каталитического пиролиза и активирован с использованием перегретого водяного пара. Кроме того, под оболочкой содержится вкладыш из восстановленного органического материала.

Благодаря новым свойствам наполнителя, а именно адсорбента углеродного, предложенное средство имеет высокую степень поглощения, увеличивает скорость сорбции загрязняющих веществ;

- повышается удобство сорбционного средства;

- расширяется перечень химических веществ, которые могут быть поглощены (более 100 жидкостей);

- адсорбент углеродный, который содержится в использованном сорбционном средстве (с поглощенным им веществом), может быть регенерирован для повторного использования.

Известно, что использованный адсорбент углеродный (сорбционные средства на его основе) с поглощенным им веществом может быть утилизирован традиционным способом - путем передачи его соответствующим предприятиям. Утилизация адсорбента углеродного проводится согласно способу утилизации, который применяется к собранному адсорбентом материалу. Кроме того, возможно применение адсорбента, использованного для сбора нефтепродуктов, в качестве наполнителя при производстве асфальтовых битумов, или в качестве твердого топлива для промышленных котлов или его компонента. Материал адсорбента углеродного позволяет утилизировать его путем сжигания в промышленных котлах с получением тепловой энергии, что делает его применение экономически выгодным и одновременно предотвращает вторичному загрязнению природной среды. Углерод в составе адсорбента делает смесь его с нефтью ценным энергетическим продуктом, и не требует, как в случае с другими сорбентами, добавления угля для интенсификации процесса сжигания.

В случае, когда адсорбированным материалом является нефть и нефтепродукты, возможна переработка использованного адсорбента углеродного, с одновременной десорбцией собранного нефтепродукта с получением углеводородного конденсата.

Из уровня техники известен способ утилизации активного угля окислителем путем низкотемпературной окислительно-деструктивной регенерации, в том числе каталитического преобразования сорбированных веществ на поверхности и в порах углеродистой матрицы с образованием кислородсодержащих функциональных групп и получением ионообменника, в котором регенерацию осуществляют деминерализацией с частичным окислением поверхности матрицы, при этом в качестве окислителя используют водный раствор азотной кислоты или щелочной и/или солянокислый растворы (Патент на изобретение UA N°77564, МПК B01J 20/34, С01В 31/08, опубл. 5.12.2006). Недостатком данного способа является использование различных химических веществ (например, раствора азотной кислоты, щелочей). Кроме того, недостатком данного способа является отсутствие товарной продукции, как результата применения способа, а также возможно выделение в атмосферу опасных химических веществ. Ближайшим к способу регенерации использованного адсорбента углеродного является способ регенерации сорбентов для удаления нефти и нефтепродуктов (SU 1453672, МПК ВОЮ 15/00, опубл. 10.11.1996), включающий обработку сорбента органическими, не смешивающимися с водой низкокипящими и легкими к смешиванию с водяным паром растворителями, которые подаются снизу и отводятся сверху, с удалением остатков растворителей с сорбента острым паром или нагретым инертным газом. В способе с целью сокращения расхода растворителя и затраты энергии на регенерацию сорбентов в виде вспененных полимерных материалов открыто-пористой структуры, регенерацию сорбентов осуществляют смесью воды и растворителя при температуре кипения смеси, причем воду отводят сверху над слоем сорбента ниже зоны расслаивания воды и растворителя с нефтью, а растворитель с нефтью отводят с поверхности воды сверху зоны расслаивания. Недостатками известного способа является использование растворителей в процессе регенерации, что приводит к образованию токсичных газообразных продуктов, длительное время обработки, высокие энергозатраты и невозможность многократного восстановления сорбента данным методом.

Задачей способа регенерации использованного адсорбента углеродного является упрощение процесса переработки использованного адсорбента углеродного в кондиционный продукт с высокими сорбционными характеристиками.

Техническим результатом способа регенерации использованного адсорбента углеродного является упрощение процесса переработки использованного адсорбента углеродного в кондиционный продукт, обеспечение высокой стабильности адсорбента углеродного после его многократной регенерации, которая заключается в максимальном сохранении его активности при повторном использовании.

Поставленная задача решается тем, что предложен способ регенерации использованного адсорбента углеродного, включающий десорбцию собранного нефтепродукта с поверхности использованного адсорбента углеродного и получения твердого технического углерода, который далее подвергают стадиям нагревания, измельчения и смешивания с целлюлозной примесью, в котором десорбцию собранного нефтепродукта с поверхности использованного адсорбента углеродного осуществляют в пиролизной установке путем нагревания указанного адсорбента углеродного до температуры 750°С и конденсации паров нефтепродукта в условиях атмосферного давления в течение 4 часов, далее полученный регенерированный твердый технический углерод подают на стадию термической активации, которую осуществляют в потоке воздуха с добавлением перегретого водяного пара в течение 30 мин при температуре 150-400 °С в пиролизной камере в условиях повышенного давления, после этого твердый технический углерод подают на конвекционную сушилку барабанного типа, где при температуре до 200 °С, в течение 1 часа из него удаляют влагу, дальше полученный твердый углерод подают на линию производства адсорбента, где проводят его измельчение и одновременное смешивание вместе с вторичной целлюлозной фиброй, дозировка которого составляет 20-30% от общей массы смеси при температуре окружающей среды, причем продолжительность смешивания составляет не менее 20-30 минут, а после этого, готовый углеродный адсорбент фасуют в полиэтиленовые мешки вместимостью 10-20 кг или в другую тару.

Кроме того, в процессе десорбции в реакторе пиролизной установки образуется парогазовая смесь и твердый регенерированный углеродный адсорбент.

Кроме того, парогазовая смесь разделяется на смесь неконденсированных горючих газов, используемых для работы пиролизной установки, и сконденсированные жидкие нефтепродукты, пригодные для дальнейшей переработки. Предложенное изобретение проиллюстрировано Фиг.1, где схематично изображен продольный разрез средства по п.5 формулы изобретения и Фиг.2, где схематично изображено предложенное сорбционное средство по п.8 формулы.

В предлагаемом способе получения адсорбента углеродного, что включает стадии измельчения резинового сырья, проведения пиролиза для получения твердого технического углерода, смешивания полученного твердого углерода с гидрофобным материалом, твердый технический углерод получают на установке пиролиза для переработки резинового сырья в условиях атмосферного давления и температуры 450-750 °С в присутствии модифицированного катализатора, носителем которого являются материалы цеолитной группы. Таким катализатором, например, может быть модифицированый минерал палигорскит, которого добавляют 3-5% от массы шин, что перерабатываются. Данный катализатор интенсифицирует выделение углеводородов при переработке шин, способствует удалению из углерода наибольшего количества углеводородов. Также благодаря тому, что катализатор впитывает такие вредные вещества как оксид серы, меркоптан, полициклические ароматические углеводороды, остатки асфальтенов, уменьшаются выбросы в атмосферу.

Изготовленный предложенным способом адсорбент углеродный является продуктом сочетания технического углерода, полученного в результате пиролиза полимерных отходов (отработанных автомобильных покрышек и других отходов резины и пластмасс), с вторичной целлюлозной фиброй. Сочетание данных компонентов происходит механическим способом в условиях повышенного давления (например, при давлении 2-2,5 Бар) и одновременного измельчения. В предлагаемом способе используют 20-30% вторичной целлюлозной фибры от общей массы смеси (адсорбента), в результате, поверхность полученного адсорбента становится гидрофобной и обнаруживает олеофильные свойства, способствующие высокой сорбционной активности адсорбента углеродного по отношению к широкому спектру химических веществ. Состав адсорбента углеродного, полученного предложенным способом, приведен в Таблице 1.

Таблица 1

Технический углерод получают на установке пиролиза для переработки использованных автопокрышек в условиях атмосферного давления и температуры 450-750 °С .

Принцип работы установки пиролиза заключается в использовании способа термического разложения сырья - полукоксовании. Использование катализатора в процессе пиролиза резинотехнических изделий помогает устранить загрязняющие вещества из парогазовой смеси, углеводородной фракции и способствует уменьшению присутствия нежелательных соединений в твердом остатке. Также катализатор блокирует каталитические возможности оксидов металлов, которые являются неотъемлемой составляющей состава металлического корда, что находится в РТИ. Он также способствует стандартизации исходных продуктов.

Полукоксование - разложение органических веществ под действием температуры без доступа воздуха, в результате которого происходят деструктивные преобразования исходного сырья с образованием твердого остатка и парогазовой смеси. Парогазовая смесь состоит из паров горючей жидкости и неконденсированных горючих газов. Газовая фракция является смесью различных типов газов, выделяющихся в процессе термической обработки сырья. Технологический цикл от подготовки сырья (входного контроля, удаления металлического корда и измельчения) к отгрузке продуктов пиролиза длится на протяжении 10 часов, производительность установки по техническому углероду составляет 1,5-3 т в сутки (в зависимости от исходного сырья). В процессе производства получают твердый углерод, который является менее активным, с низким показателем дисперсности и средним показателем структурности.

Способ получения адсорбента углеродного включает следующие операции:

Сбор вторичного сырья (отработанных резинотехнических изделий).

Поскольку реторта, в которой проводится процесс пиролиза может вместить до 1 тонны измельченных резиново-технических изделий, то такая масса вторичного сырья является оптимальной. Далее осуществляют измельчение собранного сырья на части размером от 2 до 10 сантиметров путем загрузки отработанных резинотехнических изделий на станок для измельчения. Измельчение не приводит к потере веществом массы.

Измельченные резинотехнические изделия загружают в реторты с целью проведения процесса пиролиза.

Проведение процесса пиролиза происходит при температуре от 450° до 750 °С в течении 8 часов. Процесс пиролиза осуществлено путем постепенного нагревания, с увеличением температуры каждые 5 минут на 5-10 °С и при отсутствии доступа воздуха. Для улучшения характеристик исходного вещества в процессе пиролиза добавляется катализатор, а именно модифицированный минерал палигорскит, общей массой от 3 до 5% входящего вещества, в зависимости от характеристик резинотехнических изделий. В результате процесса получается смесь технического углерода и частей металлического корда общей массой до 50% от исходного вещества, что составляет около 500 кг. Полученный твердый углерод попадает в магнитный сепаратор, где проводится дополнительное удаление из него металлических частей корда. В результате этого процесса получают части металлического корда, который находился в резиново-технических изделиях (20% от массы загруженной в сепаратор смеси), и технический углерод (80% от массы загруженной в сепаратор смеси - 400 кг).

С целью улучшения качества технического углерода, а именно увеличения пористости его структуры, далее проводят его активацию перегретым водяным паром в пиролизной камере при температуре 150- 400 °С.

Далее активированный твердый углерод подается на конвекционную сушилку барабанного типа с целью дегидратации, где при температуре до 350 °С в течение 1 часа из него удаляют влагу и остатки ароматических углеводородов. В ходе этого процесса технический углерод может потерять до 3% своей массы.

Дегидратированный технический углерод в условиях повышенного давления (2-2,5 бар) подают на линию производства сорбента, где при температуре окружающей среды проводят его измельчение и одновременное смешивание с гидрофобным материалом, а именно с вторичной целлюлозной фиброй, дозировка которой составляет 20-30% от общей массы смеси, при этом продолжительность смешивания составляет 20-30 минут.

Смесь активированного технического углерода и вторичной целлюлозной фибры образует адсорбент углеродный с общей массой 480- 500 кг с 1 тонны отработанных резинотехнических изделий. Далее готовый продукт фасуют в полиэтиленовые мешки вместимостью 10-20 кг или в другую тару (полипропиленовые мешки или биг-бэги).

Образец адсорбента углеродного, полученного по такой технологии, имеет физико-химические показатели, указанные в Таблице 2 и гранулометрические характеристики, указанные в Таблице 3. Таблица 2

Таблица 3

Полученный в результате производства адсорбент углеродный не содержит вредных веществ, не вступает в химические реакции с сорбированными веществами, не выделяет тепла, не горюч и взрывобезопасный, безопасный для окружающей среды и не требует специальных условий хранения и транспортировки.

Таким образом, новизна способа получения адсорбента углеродного как продукта производства состоит из следующих факторов: - использование в качестве базового сорбирующего материала вторичного сырья - технического углерода, полученного в процессе пиролиза полимерных отходов;

- использование способа гидрофобизации технического углерода - путем добавления вторичной целлюлозной фибры и сама технология смешивания и измельчения;

- подбора оптимального соотношения составных частей материала адсорбента (70-80% углерода, 20-30% вторичной целлюлозной фибры).

Достоинствами и характерными чертами адсорбента углеродного, полученного предложенным способом, являются: высокая адсорбционная способность и скорость впитывания, гидрофобность, высокая способность удерживать поглощенное вещество, плавучесть даже в состоянии полного насыщения, способность поглощения различных веществ, возможность принудительной десорбции и экологичность.

Кроме того, полученный адсорбент углеродный обладает высокой сорбционной емкостью - 1 кг сорбента поглощает 3-5 кг нефти, также имеет хорошие показатели относительно других жидкостей.

Полученный адсорбент углеродный может быть применен для широкого спектра жидких веществ (более 100), что позволяет использовать один продукт для решения многих проблем. Адсорбент углеродный имеет высокую скорость сорбции. Мелкозернистая структура позволяет адсорбенту углеродному практически мгновенно впитывать разлитые вещества (до 1 мин.). Это имеет большое значение при ликвидации аварийных разливов, которые должны быть устранены в кратчайшие сроки, особенно на поверхности водоемов.

Гидрофобность обеспечивает высокий показатель плавучести адсорбента углеродного (98%), благодаря чему он не тонет даже в состоянии полного насыщения поглощенным веществом в течение длительного времени (до 21 суток). Высокая удерживающая способность адсорбента не позволяет адсорбированным веществам попадать в окружающую среду, гидрофобность обеспечивает защиту от вымывания впитанных веществ. Благодаря этому не возникает угроза вторичного загрязнения среды.

Указанные свойства является существенным преимуществом адсорбента углеродного, изготовленного согласно предложенному способу, при сборе нефтяных и масляных разливов большой площади с водной поверхности, поскольку препятствуют выпадению сорбента в осадок, попаданию вредных веществ в воду и ее вторичному загрязнению, а также загрязнению водоема самим сорбентом. Это дает возможность, в случае необходимости, увеличить или отложить на время проведение работ по ликвидации разливов на водной поверхности. Благодаря мелкозернистой структуре адсорбент углеродный также эффективен при сборе с поверхности воды тонких маслянистых пленок.

С целью локализации и ликвидации аварийного загрязнения адсорбент углеродный применяется путем непосредственного нанесения (распыления) на пятно разлива с помощью переносного распыляющего устройства ранцевого типа или вручную, с помощью подручных средств (лопата, др.) или непосредственно рассыпается из мешка. На поверхности открытых или закрытых водоемов распыление адсорбента происходит также с помощью стационарного распыляющего устройства, расположенного на палубе судна, непосредственно на пятно разлива, с его предварительной локализацией заградительными сорбционными средствами (сорбирующими бонами или подушками).

Также возможно использование адсорбента углеродного в качестве наполнителя для фильтров кассетного типа очистных сооружений сточных вод (аналогично активированному углю), помещая его в оболочку из нетканого материала (текстиль вторичный). Гидрофобный адсорбент углеродный создает селективный барьер, который пропускает воду и задерживает загрязнение. В сочетании с высокой сорбционной способностью это позволяет использовать адсорбент углеродный для очистки больших объемов воды от взвешенных частиц в очистных сооружениях - промышленных отстойниках и системах предварительной очистки промышленных и ливневых стоков.

На основе адсорбента углеродного производятся сорбционные средства. Как показано на Фиг.1-2, предложенное сорбционное средство содержит оболочку 1, вкладыш 2 из восстановленного органического материала, например, из вторичной целлюлозной фибры, и наполнитель 3. Оболочка 1 выполнена из нетканого материала типа вторичного текстиля, плотностью 50-75 мк. В предложенном техническом решении в качестве наполнителя использован адсорбент углеродный, содержащий в % мае.:

Вторичную целлюлозную фибру 20-30;

Технический углерод 70-80.

В одном из вариантов осуществления изобретения, на основе предложенного состава углеродного адсорбента изготавливают сорбционное средство в виде сорбционных бонов (как показано на Фиг.1), которые состоят из оболочки 1 из нетканого материала, которая выполнена в виде рукава и заполнена наполнителем 3, а именно адсорбентом углеродным. Под оболочкой 1 содержится вкладыш 2, выполненный из восстановленного органического материала, например из вторичной целлюлозной фибры, которым окутывается наполнитель 3. Оболочка-рукав 1, защищенный прочной текстильной сеткой 4 и оснащен тросом 5, двумя карабинами 6 и петлями 7 для соединения сорбционных бонов - боновых секций между собой.

Конструктивные характеристики секции бонового заграждения являются преимущественно следующими:

- диаметр - 0,13-0,15 м;

- длина - 3,0-3, 5 м;

- масса - 10-12 кг. Сорбционные боны используются для ограничения пятна разлива нефти, нефтепродуктов, технических жидкостей, пищевых масел и других веществ, например, на поверхности водоема, и его локализации, предупреждения растекания разлива за пределы сорбционного заграждения. Для этого боновые секции, соединенные между собой карабинами 6, размещают в плотное замкнутое кольцо на границе пятна разлива и чистой поверхности. Внутрь кольца наносится адсорбент углеродный для связывания разлитого вещества.

Сорбционные боновые заграждения собирают после сбора загрязняющего вещества и отправляют на специально обустроенное место хранения, а дальше на утилизацию или регенерацию использованного абсорбента углеродного.

Также на основе углеродного адсорбента, который изготовлен по способу, заявленному в п.1 формулы, изготавливают сорбционные средства в виде подушки по п. 9 (как показано на Фиг.2), которые используются для поглощения нефтепродуктов, масел и других химических веществ из твердой поверхности, с воды, сточных вод, в помещении и на открытых площадках. Гидрофобный материал наполнителя подушки не впитывает воду, подушка остается на поверхности после полного насыщения собранным веществом, а ее наполнитель не высвобождает собранный материал.

Подушка используется в местах разливов и протечек, в колодцах и отстойниках с маслянистыми отходами, или там, где масло нужно отделить от воды, на промышленных предприятиях с постоянно подтекающим оборудованием.

Конструктивно подушка состоит из оболочки 1 из нетканого материала (текстиль вторичный), вкладыша 2 из восстановленного органического материала, например из вторичной целлюлозной фибры, и наполнителя 3 из адсорбента углеродного. Конструктивные параметры подушки являются преимущественно следующими:

- длина - 0,38-0,42 м;

- ширина - 0,38-0,42 м;

- высота - 0,06-0,08 м.

Дополнительно существует возможность выполнения подушки с односторонней (внутренний слой) полиэтиленовой пленкой, которая предназначена для предупреждения протекания вещества, собранного под оборудованием, что постоянно протекает.

Количество необходимых сорбционных бонов и подушек зависит от характера, места и количества химической жидкости, что впитывается.

Поскольку наполнитель, а именно адсорбент углеродный, имеет мелкозернистую структуру, то предложенное сорбционное средство практически мгновенно впитывает разлитые вещества (до 1 мин.). Это имеет существенное значение при ликвидации аварийных разливов, которые должны быть устранены в кратчайшие сроки, особенно на поверхности водоемов. Благодаря мелкозернистой структуре адсорбента углеродного также предложенные сорбционные средства эффективны при сборе с поверхности воды тонких маслянистых пленок.

Гидрофобность адсорбента углеродного (98%) обеспечивает высокий показатель плавучести сорбционных средств, благодаря чему они не тонут даже в состоянии полного насыщения поглощенным веществом в течение длительного времени (до 21 суток).

Высокая удерживающая способность адсорбента (99%) не позволяет адсорбированным веществам высвобождаться в окружающую среду, гидрофобность обеспечивает защиту от вымывания впитанных веществ. Благодаря этому не возникает угроза вторичного загрязнения среды.

Относительно потребительских качеств сорбционного средства на основе адсорбента углеродного, новым является расширение возможностей и способов обращения с использованным сорбентом - использование в качестве топлива и регенерация адсорбента с одновременной десорбцией нефтесодержащих веществ.

Предложенный способ регенерации использованного адсорбента углеродного, который является третьим объектом предлагаемого изобретения, осуществляют с помощью установки по переработке отработанного углеродного адсорбента, которая состоит из следующих участков (технологических узлов):

- участок десорбции сорбированной нефти, нефтяных шламов и/или смесей нефтепродуктов отработанных;

- участок окончательной регенерации и подготовки адсорбента углеродного;

- участка термической активации твердого технического углерода в потоке воздуха с добавлением перегретого водяного пара;

- резервуарный парк для углеводородного конденсата;

- склад готовой твердой продукции.

Основные технико-экономические показатели процесса регенерации использованного адсорбента углеродного:

- расчетная годовая производительность участка с десорбции сорбированных нефтепродуктов с поверхности адсорбента составляет 6 600 т в год;

- расчетное время работы реактора - 330 рабочих дней в году;

- суточная производительность по исходному сырью адсорбента углеродного с сорбированными нефтью или нефтепродуктами - 20 т в сутки;

- суточная производительность установки по выходу продукции:

- по десорбированных нефти или нефтепродуктах - не менее 5 т;

- по углеродному адсорбенту - не более 2,0 т.

Процесс переработки начинается с отгрузки использованного адсорбента углеродного с площадки временного хранения отходов на пиролизную установку. В качестве входного вещества для процесса регенерации используют адсорбент углеродный, содержащий в себе сорбированное вещество, которое было удалено из сорбционного средства, например сорбционных бонов после их использования.

1 тонну смеси загружают в реторту, которую помещают в пиролизную установку и нагревают до температуры 750 градусов. В процессе проведения пиролиза происходит десорбция поглощенных веществ в виде углеводородной фракции, которая после конденсации приобретает жидкое состояние общей массой до 800 кг, и которая может быть использована повторно. В пиролизной установке происходит десорбция сорбированного нефтепродукта с поверхности адсорбента углеродного путем нагревания последнего до температуры 400 °С и конденсации паров нефтепродукта в условиях атмосферного давления в течение 4 часов.

В результате процесса переработки смеси использованного адсорбента с нефтепродуктом путем пиролиза получают:

- парогазовую смесь, которая после конденсации разделяется на жидкие нефтепродукты, пригодные для дальнейшей переработки и смесь неконденсированных горючих газов, используемых для работы пиролизной установки;

- газ углеводородный фракции С2-С4, образующийся из нефтепродукта, поглощенного сорбентом при нагревании в пиролизной установке. Полученный газ через газораспределительную систему попадает в печи установки, где сжигается для поддержания ее температурного режима, обеспечивая энергоэффективность регенерационного процесса;

- десорбированный нефтепродукт с газопаровой фазы, который конденсируется в системе газораспределения, состоящей из холодильника и системы трубопроводов; - регенерированный твердый углерод, который остается в реторте установки и после прекращения конденсации нефтепродукта подается дальше на переработку.

С целью улучшения качества технического углерода, а именно увеличения пористости его структуры, далее проводят его активацию перегретым водяным паром в пиролизной камере.

Далее регенерированный твердый технический углерод подается на стадию термической активации, которую осуществляют в потоке воздуха с добавлением перегретого водяного пара в течение 30 мин. при температуре 150-400 °С в пиролизной камере в условиях повышенного давления (например, 2-2,5 бар).

Далее твердый углерод подается на конвекционную сушилку барабанного типа с целью дегидратации, где при температуре до 200 °С в течение 1 часа из него удаляют влагу и остатки ароматических углеводородов.

Дегидратированный технический углерод в условиях повышенного давления (2-2,5 бар) подают на линию производства сорбента, где при температуре окружающей среды проводят его измельчение и одновременное его смешивание с целлюлозной примесью, которой является вторичная целлюлозная фибра, дозировка которой составляет 20- 30% мае. от общей массы смеси (адсорбента) при температуре окружающей среды; продолжительность смешивания составляет 20-30 минут. После этого, уже готовый углеродный адсорбент фасуют в полиэтиленовые мешки вместимостью 10-20 кг или в другую тару (полипропиленовые мешки или биг-бэги).

В результате процесса переработки смеси использованного адсорбента с нефтепродуктом путем пиролиза получают: газ, который сжигают в печи установки для поддержания его температурного режима, твердый углерод и десорбированный нефтепродукт с газопаровой фазы. В зависимости от состояния смеси (загрязнение почвой, влажность, продолжительность времени хранения после сбора и другие факторы) возможно вернуть до 70% нефтепродуктов относительно количества нефти, которая была собрана сорбентом и находилась в почве на месте разлива. Полученный в таком процессе нефтепродукт - это дистиллят широкого фракционного состава (синтетическая нефть).

Полученный в результате конденсации нефтепродукт отгружается в резервуарный парк, откуда происходит его отгрузка потребителю. Полученный десорбированный дистиллят нефти используется как углеводородное сырье для дальнейшей переработки на нефтеперерабатывающих предприятиях.

После регенерации получают адсорбент углеродный и нефтяной десорбированный дистиллят с показателями, что указанные в Таблице 1.

Таблица 1. Физико-химическая характеристика продуктов регенерации использованного адсорбента углеродного

Предложенный способ получения адсорбента углеродного позволяет получить продукт, который является основным адсорбирующим материалом высокоэффективного экологически чистого адсорбента углеродного, и полученный в результате утилизации использованных автопокрышек. Кроме того, использование при его изготовлении вторичного сырья (автопокрышек) делает способ получения адсорбента углеродного более экологически и экономически выгодным.

Предложенные сорбционные средства могут успешно применяться нефтедобывающими организациями и нефтеперерабатывающими заводами, на промышленных предприятиях, автосервисах, АЗС, нефтебазах, в авиа- и морских портах, морских и речных судах, на наливных станциях нефти и нефтепродуктов и других предприятиях. Достоинствами и характерными чертами предложенных средств являются: высокая адсорбционная способность и скорость впитывания, гидрофобность, высокая способность к удержанию поглощенного вещества, плавучесть даже в состоянии полного насыщения, способность к поглощению широкого спектра веществ, возможность принудительной десорбции и экологичность.

Предложенный способ регенерации использованного адсорбента углеродного с выделением жидкой углеводородной фракции приносит пользователю экономическую выгоду, и создает предпосылки для экологического ведения хозяйственной деятельности - сохранение природных энергетических ресурсов за счет использования продуктов переработки.

Несмотря на то, что настоящее изобретение подробно описано, включая отдельные варианты его осуществления, специалисту в данной области техники очевидно, что в него могут быть внесены изменения по форме и в деталях, не выходя за рамки сути и объема этого изобретения.