FI105340B - Menetelmä käytettyjen glykolipitoisten lentokoneen jäänpoistoaineiden jälleenrikastamiseksi - Google Patents

Description

105340

Menetelmä käytettyjen glykolipitoisten lentokoneen jään-poistoaineiden jälleenrikastamiseksi

Selitys 5 Keksintö koskee menetelmää glykoleihin perustuvien käytettyjen lentokoneenjäänpoistoaineiden rikastamiseksi.

Tällaisia jäänpoistoaineita on kuvattu esimerkiksi US-patenttijulkaisuissa 4 358 389 ja 4 744 913. Ne sisältävät oleellisesti (a) noin 40 - 80 paino-% vähintään yhtä 10 glykoliyhdistettä, esimerkiksi etyleeniglykolia, dietylee-niglykolia, propyleeniglykolia ym., (b) 0,05 -1,5 paino-% paksunnosaineena käytettyä polymeeristä komponenttia, esimerkiksi valittuna seuraavasta ryhmästä: polyakrylaa-tit, polymetakrylaatit, ksantaanikumi ja selluloosajohdan-15 naiset, (c) 0,05 - 1 paino-% ainakin yhtä tensidiä, esimerkiksi olefiinisulfonaatteja, alkyyliaryylisulfonaat-teja, polyoksialkylaatteja ym., (d) tehokkaan määrän ainakin yhtä korrosionestoainetta, esimerkiksi valittuna seuraavasta ryhmästä: triatsolit, imidatsolit ja/tai fosfori-20 happoesterit, ja (e) vähintään yhtä emäksistä ainetta pH:n säätämiseksi arvoon noin 7,5 - 11 ja (f) loppuosan 100 paino-%:iin vettä.

Nämä lentokoneenjäänpoistoaineet levitetään sellai- • « senaan (so. konsentraatteina) tai vedellä laimennettuina 25 käsiteltäville lentokoneenosille näiden pitämiseksi jäät- töminä ja/tai lumettomina ja/tai jään ja/tai lumen poista- :**: miseksi niiltä. Käsitellyistä lentokoneenosista jäänpois- ··· toaine, enemmän tai vähemmän sulamisveden laimentamana ja • · · · sisältäen epäpuhtautena hiekkaa, kumimurskaa, öljyä, pala-30 misjätteitä ym. valuu keruuastiaan ja sitä nimitetään len- - ...# tokoneenjäänpoiston jätevedeksi tai käytetyksi lentoko- • · neenjäänpoistoaineeksi.

• · - Tähän asti käytetyistä lentokoneenjäänpoistoaineis- j ta on huolehdittu käsittelemällä niitä biologisessa puh- 35 distuslaitoksessa. Tästä on kuitenkin seurauksena - glyko- • · • · · • » · • · • · 105340 2 lien hyvästä biologisesta pilkkoutumisesta huolimatta -kirkastuslaitoksen ei-toivottu kuormitus varsinkin alhaisissa ulkolämpötiloissa ja siihen liittyen bakteerien alentuneessa aktiivisuudessa, kuten tilanne yleensä on 5 jäänpoistoainetta lisättäessä. Edelleen eräänä haittana tämänlaatuisessa lentokoneenjäänpoistoaineiden käsittelyssä on jäänpoistoaineen suurina määrinä sisältämän arvokkaan glykolin häviäminen.

Keksinnössä oli siten tehtävänä ehdottaa yksinker-10 täistä ja kustannuksiltaan edullista menetelmää, joka tekisi mahdolliseksi huomattavassa määrin ottaa talteen käytetyistä lentokoneenjäänpoistoaineista varsinkin glykoli-yhdisteet ja ottaa ne uudelleen käyttöön.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle glykoleihin pe-15 rustuvien käytettyjen lentokoneenjäänpoistoaineiden jäl- leenrikastamiseksi on tunnusomaista, että (1) käytetty lentokoneenjäänpoistoaine ensin suodatetaan erityisesti suspedoituneiden epäpuhtauksien poistamiseksi, 20 (2) vaiheessa (1) saatu suodos ultrasuodatetaan erityisesti polymeeristen paksunnosaineiden poistamiseksi, (3) vaiheessa (2) saatua ultrasuodatus-permeaattia käsitellään anioninvaihtajalla ja kationinvaihtajalla eri- « < tyisesti läsnäolvien suolojen ja ionisten yhdisteiden i < · 25 erottamiseksi ja i.:.: (4) vaiheessa (3) saatu liuos tislataan ylimääräi- j1 : sen veden poistamiseksi ja siten glykolipitoisuuden säätä- ··· miseksi haluttuun arvoon.

_ llff

Keksinnön mukaisesti ensimmäisessä vaiheessa suoda- 30 tetaan pois liukenemattomat aineosat, jotka ovat esimer- t···, kiksi kiinteitä aineita kuten hiekkaa ja kumimurskaa, li- • · - säksi leijuaineita, öljyhiukkasia ym. Tähän karkeasuoda- < tukseen, joka edullisesti suoritetaan huoneenlämpötilassa - f 1 1 :.· ja normaalipaineessa, voidaan käyttää tavanomaisia suoda-

t 4 f f V

« « « • · · I t · * « · 3 105340 tusmateriaaleja, esimerkiksi paperia, kangasta, kudonnais-ta ym.

Karkeasuodatuksesta saatu suodos joutuu sitten ult-rasuodatukseen, so. johdetaan kalvon lävitse siten, että 5 ennen kaikkea polymeeriset paksunnosaineet saadaan erotettua. Samalla erotetaan pienemmässä tai suuremmassa määrin läsnäoleva emulgoitunut öljy, tensidit ym. Ultrasuodatus-vaihe suoritetaan edullisesti siten, että (2.1) käytetään ultrasuodatuskalvoa, jonka nimellinen erotusraja (cut off) 10 on 1 000 - 500 000, edullisesti cut off on 100 000 -300 000, (2.2) ultrasuodatuskalvo koostuu orgaanisesta polymeeristä tai epäorgaanisesta materiaalista, jolloin edullisia ovat polysulfoneista, polyeetterisulfoneista tai polyaramideista koostuvat kalvot, kalvon muotona käytetään 15 putkimuotoa, kapillaarimuotoa, levymuotoa ja edullisesti spiraaliksi kiedottua spiraalimuotoa, (2.4) työskenneltäessä transmembraanipaine on 200 - 1 000 kPa (2-10 bar), edullisesti 300 - 600 kPa (3-6 bar) ja (2.5) lämpötila on 20 - 80°C, edullisesti 40 - 60°C, jotta konsent-20 raatin suureneva viskositeetti paksunnospolymeerin rikastuessa ultrasuodatuksen aikana saataisiin alenemaan.

Ultrasuodatuksella saadulle tuotteelle (permeaatti tai liuos) suoritetaan keksinnön mukaisesti ioninvaihto- • · • 1 käsittely anioninvaihtajan ja kationinvaihtajan yhdistel- • « · *...· 25 mällä. Edullinen tapa käsitellä permeaattia tai saattaa se kosketuksiin ioninvaihtajien kanssa on sellainen, jossa ioninvaihta jät ovat pedin muodossa (nimitetään myös kolon- ·1 niksi tai pylvääksi) ja neste johdetaan ioninvaihtajapedin ·1»· »1·1· lävitse ja puhdistunut permeaatti otetaan talteen pedin 30 toisessa päässä. Anioninvaihtajan ja kationinvaihtajan - yhdistelmän tapauksessa ensimmäisestä ioninvaihtajasta • s ulos tuleva neste (eluaatti) johdetaan luonnollisesti toi-'1' sen ioninvaihta jän lävitse ja puhdistettu neste (eluaatti) i « «,· · otetaan talteen tämän pedin päässä. On osoittautunut edul- : 35 liseksi saattaa permeaatti ensin kosketuksiin edullisesti «<i • 1 • « · * · v • · 1 - · • 1 4 105340 vahvasti happamen kationinvaihtajan kanssa ja senjälkeen kosketuksiin edullisesti vahvasti emäksisen anioninvaih-tajan kanssa. Permeaatin käsittely ioninvaihtajilla suoritetaan yleensä huoneenlämpötilassa. Myös korkeammat lämpö-5 tilat voivat olla edullisia. Käsittelylämpötila on siten tavallisesti 15 - 70eC, edullisesti 20 - 50°C. Tämä käsittely suoritetaan lisäksi riippuen halutusta virtausnopeudesta ioninvaihtajan lävitse normaalipaineessa, korotetussa paineessa tai suuremassa tai pienemmässä alipainees-10 sa. Ioninvaihtajan käyttömäärää käsiteltävän nesteen litraa kohti, virtausnopeutta ioninvaihtajan lävitse ym. koskevat tiedot voidaan saada käytetyn ioninvaihtajan esittelylehtisestä tai määrittää yksinkertaisin esikokein. Käytetyn ioninvaihtajan esittelylehtisessä on edelleen ilmoi-15 tettu kapasiteetin, kerroksen korkeuden, panostusnopeuden ym. ohella esimerkiksi ioninvaihtajan rakenne (geelimäinen tai huokoinen), valutuspaino, raekoko, pH-arvo (vahvasti hapan, heikosti hapan, vahvasti emäksinen, heikosti emäksinen) jne. Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan 20 käyttää ioninvaihtohartseja, joiden rakenne on geelimäinen tai enemmän tai vähemmän huokoinen, jolloin sellaiset, jotka ovat rakenteeltaan geelimäisiä tai makrohuokoisia ovat edullisia. Keksinnön mukaisen menetelmän kannalta ijjj ioninvaihtajan perusrakenne ja ankkuriryhmä eivät ole 25 kriittisiä. Välttämätöntä on ainoastaan se, että ankkuri-

< I I

. ryhmä tuottaa ilmoitetun happamen tai emäksisen ominaisuu- • · · ;·.·. den. Tässä käytettäviksi sopivia anionin- ja kationinvaih- tajia esittelylehtisineen on kaupallisina tuotteina run- « säästi saatavissa. Esimerkkeinä perusrakenteesta ovat po- • · · * 30 lystyreeni, polyakrylaatti, styreeni-akrylaattikopolymee- rit, styreeni-divinyylibentseenikopolymeerit ym. Esimerk- • · *···* kejä vahvasti happamista ja heikosti happamista ankkuri- • · * ryhmistä ovat sulfonihappo ja fosforihappo (nämä ovat vah-: vasti happamia ryhmiä) sekä karboksyylihapot (heikosti • · < t ,···. 35 hapan). Esimerkkejä vahvasti emäksisitä ja heikosti emäk- « · « « · • * « « · • ♦ · • « - · · 5 105340 sisistä ankkuriryhmistä ovat primaariset, sekundaariset ja tertiääriset amiinit (nämä ovat heikosti emäksisiä ryhmiä) ja kvaternääriset amiinit (vahvasti emäksisiä).

Ioninvaihtajakäsittelyn jälkeen saatu kirkas ja 5 väritön tai (vedenvaalea) heikosti kellertävä neste koostuu olennaisesti ilmoitetuista glykoleista ja vedestä. Tämä ylimäärin vettä sisältävä glykoli/vesiliuos tislataan vesipitoisuuden alentamiseksi, so. veden tislaamiseksi pois siinä määrin, että saadaan uuden lentokoneenjäänpois-10 toaineen valmistukseen sopiva glykoli/vesiliuos. Tislaus, jossa on tarkoitus poistaa vain vettä, mutta ei myös glykolia, suoritetaan normaalipaineessa tai mahdollisesti hieman alennetussa paineessa. Pohjalämpötilana on edullisesti noin 100 - 120°C. Saatu pohjaneste on glykoli/vesi-15 liuos, jota käyttäen voidaan valmistaa uusi lentokoneen-jäänpoistoaine sekoittamalla glykoli/vesiliuokseen muut välttämättömät komponentit.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa varsinkin sellaisiin käytettyihin lentokoneenjäänpoistoainei-20 siin, jotka sisältävät olennaisesti (a) 1 - 60 paino-%:a, edullisesti 5-50 paino-%:a mainittuja glykoleja, (b) aina 0,8 paino-%:iin asti, edullisesti 0,05 - 0,5 pai-no-%:a mainittuja vesiliukoisia polymeerejä ryhmästä poly-akrylaatit ja polymetakrylaatit, (c) noin 0,01 - 1 pai- 25 no-%:a mainittuja tensidejä, edullisesti anionisten ten-

IIC

: sidien ryhmään kuuluvia tensidejä, esimerkiksi sulfonaat- * * * teja kuten olefiinisulfonaatteja ja alkyylibentseenisul-fonaatteja, (d) noin 0,001 - 0,1 paino-%:a korroosionesto- v ainetta, edullisesti triatsolien ryhmään kuuluvaa, ja (e) • * * * 30 emäksisiä yhdisteitä, so. ryhmään alkalimetallihydroksidit - ja amiiniyhdisteet kuuluvia yhdisteitä pH-arvon säätämi- 9 * *···' seksi alkaliseksi, ja loppuosan 100 paino-%:iin vettä.

« · · • ...c Keksinnön mukaisella monivaiheisella, polymeereillä | paksunnettujen glykolipitoisten lentokoneenjäänpoistoai- < ( I · .. 35 neiden talteenottomenetelmällä saadaan yli 90-paino-%:inen • < 1 • · • « * • · • * • · R 105340 glykoliaineosan talteenotto kerätyistä käytetyistä jään-poistoaineista, ja saadusta glykoli/vesiliuoksesta voidaan lisäämällä puhdistusmenetelmässä poistettujen aineosien tilalle tarvittavat komponentit valmistaa jälleen käyttö-5 valmis alkuperäinen lentokoneenjäänpoistoaine.

Keksintöä valaistaan nyt yhden esimerkin ja kahden vertailuesimerkin avulla.

Esimerkki Lähtömateriaalina on käytetty lentokoneenjäänpois-10 toaine, joka sisältää seuraavat olennaiset komponentit: 12,00 paino-% dietyleeniglykolia 4,00 paino-% propyleeniglykolia 0,04 paino-% polyakryylihapon alkalimetallisuolaa paksunnosaineena 15 0,05 paino-% natriumalkyylibentseenisulfonaattia anionisena tensidinä 0,01 paino-% bentsotriatsolia korroosionesto-aineena 83,90 paino-% vettä (loppuosa 100 %:iin) 20 (paino-%:it ovat %:eja nesteen suhteen).

Tämä käytetty lentokoneenjäänpoistoaine, jonka pH-arvo oli 8,5, suodatettiin aluksi suodatinpaperilla, jonka huokosten läpimitta oli noin 50 pm. Suodos saatet-i'jj tiin ultrasuodatukseen, jossa olosuheet olivat seuraavat: 25 Kalvo: polyaramidikalvo, jonka pinta-ala on 6 m2 ja I I ( : cut-off -arvo 20 000 • · ·

Muoto: spiraaliksi kierretty muoto

’ Lämpötila: 30°C

ΊΙΙ Paine: 300 kPa (3 bar).

i * I

• · 9 30 Ultrasuodaksen tulos:

Permeaattimäärä: 93,5 paino-% käytetyn nestemäärän suh- • « *···' teen.

• * t

Permeaatti sisälsi: • 12,00 paino-% dietyleeniglykolia -I »II# 35 4,00 paino-% propyleeniglykolia « · « • • · · « · · « · • · 7 105340 alle 0,01 paino-% polyakryylihappoalkalimetallisuolaa 0,03 paino-% natriumalkyylibentseenisulfonaattia 0,01 paino-% bentsotriatsolia

Vettä loppuosa 100 paino-%:iin (paino-%:it ovat permeaat-5 timäärän suhteen).

Konsentraattimäärä (hylätään): 6,5 paino-% käytetyn nestemäärän suhteen.

Konsentraatti sisälsi: 12.00 paino-% dietyleeniglykolia 10 4,00 paino-% propyleeniglykolia 0,51 paino-% polyakryylihappoalkalimetallisuolaa 0,28 paino-% natriumalkyylibentseenisulfonaattia 0,01 paino-% bentsotriatsolia Vettä loppuosa 100 paino-%:iin (paino-%:it ovat konsent-15 raattimäärän suhteen).

Ultrasuodatuksella saatu permeaatti johdettiin ensin vahvasti happamen kationinvaihtajan (polystyreeni, jossa sulfonihapporyhmiä) lävitse ja sitten vahvasti emäksisen anioninvaihtajan (polystyreeni, jossa kvaternäärisiä 20 ammoniumryhmiä) lävitse.

Eluaatti sisälsi: 12.00 paino-% dietyleeniglykolia 4,00 paino-% propyleeniglykolia : vähemmän kuin 0,01 paino-% polyakryylihappoalkalimetalli- 25 suolaa : vähemmän kuin 0,005 paino-% natriumalkyylibentseenisulfo- • · » naattia • · vähemmän kuin 0,005 paino-% bentsotriatsolia Vettä loppuosa 100 paino-%:iin (paino-%:it ovat eluaatti-’ 30 määrän suhteen).

Viimeisenä vaiheena eluaatin glykolipitoisuus sää- • · ’···’ dettiin 55-paino-%:ksi tislaamalla pois vettä. Glykolin « · talteenottosuhde oli 91 paino-% laskettuna käytetyn lento- koneenjäänpoistonesteen painon suhteen.

Ml « · < • · ·

• * I

• · · • · 8 105340

Kun näin saatuun glykoli/vesiliuokseen lisätään esimerkiksi tensidiä, niin sitä voidaan käyttää laimennettuna tyypin I jäänpoistoaineena, ja lisättäessä edelleen paksunnosainetta sitä voidaan käyttää tyypin II jäänpois-5 toaineena. Ilmaisujen tyyppi I ja tyyppi II merkitykset ilmenevät seuraavasta: The Association of European Airlines (AEA) Recommendations for Deicing/Antiicing of Aircraft on Ground (painos maaliskuu 1993), jossa erotetaan kaksi lentokoneenjäänpoistoaineen tyyppiä. Tyypin I lento-10 koneenjäänpoistoaineet sisältävät pääaineosan glykolin ohella vettä, tensidejä ja korroosionestoaineita, ja niitä käytetään yleensä veden kanssa laimennettuina suhteessa 50 : 50. Tyypin II lentokoneenjäänpoistoaineet sisältävät glykolin ja veden ohella tensidejä, korroosionestoaineita 15 ja vesiliukoisia polymeerejä paksunnosaineina, joiden vaikutuksesta tämän tyypin jäänpoistoaineet ovat konsistens-siltaan korkeaviskoosisia pseudoplastisia aineita. Lentokoneen jäänpoistossa saadaan siten käytettyinä nesteinä tyypin I tai tyypin II jäänpoistoaineita tai molempien 20 tyyppien seosta. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan käytettyjen lentokoneenjäänpoistoaineiden kaikki kolme varianttia rikastaa edelleen.

Vertailuesimerkki 1 ::: Esimerkin 1 käytetty lentokoneenjäänpoistoneste 25 suodatettiin mainitun suodatuspaperin lävitse ja ilman 4 t ( . ;·; edeltävää ultrasuodatusta johdettiin molempien mainittujen * · 1 :1.·. ioninvaihtajien lävitse. Liuoksen sisältämä polymeeri tuk- ki välittömästi ioninvaihtajapylväät tehden liimamaisina v *ΙΓ. materiaalin jatkokäsittelyn mahdottomaksi.

30 Vertailuesimerkki 2

Esimerkin 1 käytetty lentokoneenjäänpoistoneste • · '.··1 yritettiin suodatuksen jälkeen mainitulla suodatuspaperil- • · · la, mutta ilman etukäteen suoritettua ultrasuodatusta ja <'. ioninvaihtajakäsittelyä, yksinkertaisesti tislaamalla sää- ,. 35 tää haluttuun glykolipitoisuuteen 50 - 80 paino-%:iin.

« I

11« • « · • t · · 9 105340 Täydellistä tislausta ei voitu suorittaa, koska läsnäolevan tensidin aiheuttaman vahvan vaahtoamisen ja paksunnos-aineen rikastumisen aiheuttaman viskositeetin kasvun vuoksi se ei ollut mahdollista.

5 • i > · • < « • ·

«III « ( I

«Il « · · • · « • · • · · • · · • * • · • f * ···· • · · I I t • · · • · · • * • · • · · • · · c r i ( * I » * t *

I

• · · • « • · * • m

Claims (8)

10 105340

1. Menetelmä glykoleihin perustuvien käytettyjen 5 lentokoneenjäänpoistoaineiden jälleenrikastamiseksi, tunnettu siitä, että (1) käytetty lentokoneenjäänpoistoaine ensin suodatetaan erityisesti suspendoituneiden epäpuhtauksien poistamiseksi, 10 (2) vaiheessa (1) saatu suodos ultrasuodatetaan erityisesti polymeeristen paksunnosaineiden poistamiseksi, (3) vaiheessa (2) saatua ultrasuodatus-permeaattia käsitellään anioninvaihtajalla ja kationinvaihtajalla erityisesti läsnäolevien suolojen ja ionlsten yhdisteiden 15 erottamiseksi ja (4) vaiheessa (3) saatu liuos tislataan ylimääräisen veden poistamiseksi ja siten glykolipitoisuuden säätämiseksi haluttuun arvoon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n- 20. e t t u siitä, että ultrasuodatus suoritetaan siten, että (2.1) käytetään ultrasuodatuskalvoa, jonka nimellinen ero-tusraja on 1 000 - 500 000, (2.2) ultrasuodatuskalvo koostuu orgaanisesta polymeeristä 25 tai epäorgaanisesta materiaalista, : (2.3) kalvon muotona käytetään putkimuotoa, kapillaari- • · · :\\ muotoa, levymuotoa tai spiraaliksi kiedottua muotoa, (2.4) työskenneltäessä transmembraanipaine on 200 - 1 000 ”'Y. kPa (2-10 bar), ja • » · ' ' ^ 30 (2.5) lämpötila on 20 - 80°C.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n- • · · • · *···1 n e t t u siitä, että ultrasuodatus suoritetaan siten, • ·· , että (2.1) käytetään ultrasuodatuskalvoa, jonka nimellinen ero-35 tusraja on 100 000 - 300 000, I ( I • · I 4 I « · · • · « 105340 (2.2) ultrasuodatuskalvo koostuu orgaanisesta polymeeristä tai epäorgaanisesta materiaalista, (2.3) kalvon muotona käytetään putkimuotoa, kapillaarimuo-toa, levymuotoa tai spiraaliksi kiedottua muotoa, 5 (2.4) työskenneltäessä transmembraanipaine on 300 - 600 kPa (3-6 bar), ja (2.5) lämpötila on 40 - 60°C.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ultrasuodatuskalvo koostuu 10 orgaanisesta polymeeristä, joka kuuluu ryhmään: polysulfo-nit, polyeetterisulfonit ja polyaramidit.

5. Patenttivaatimuksen 2, 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ultrasuodatuskalvon muotona on spiraaliksi kiedottu muodo.

6. Yhden tai useamman patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ultrasuo-datuksella saatu permeaatti saatetaan kosketuksiin ensin kationinvaihtajan kanssa ja siitä ulos tuleva virta saatetaan kosketuksiin anionvaihtajan kanssa.

7. Yhden tai useamman patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ultrasuo-datuksella saatu permeaatti saatetaan kosketuksiin ensin vahvasti happamen kationinvaihtajan kanssa ja siitä ulos \\ tuleva virta saatetaan kosketuksiin vahvasti emäksisen 25 anionvaihtajan kanssa.

8. Yhden tai useamman patenttivaatimuksen 1-7 • · · mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ionin- t · vaihtokäsittelyn jälkeen saatu liuos, joka pääasiallisesti o ”··. koostuu glykolista ja vedestä, veden erottamiseksi tisla- • « · 30 taan siten, että glykolipitoisuus liuoksessa säädetään 40 - 80 paino-%:iksi liuoksen painosta laskettuna. · • · • M • · · r « r c ( I (Cl I f I • « 1 • I · « · 105340