PL207908B1

PL207908B1 - Sposób wytwarzania emulsji

Info

Publication number: PL207908B1
Application number: PL372059A
Authority: PL
Inventors: Aleksander Sobolewski; Marek Ściążko; Teresa Topolnicja; Alfred Tramer
Original assignee: Inst Chemicznej Przerobki Węgla
Priority date: 2005-01-03
Filing date: 2005-01-03
Publication date: 2011-02-28
Also published as: PL372059A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania emulsji smoły węglowej lub jej pochodnych, przeznaczonych do procesów termochemicznego przetwarzania węgla.

Emulsje stanowią metatrwałe układy dwu nierozpuszczalnych wzajemnie faz ciekłych. Zawieszona w postaci drobnych cząstek jedna z faz nazywana jest fazą rozproszoną lub nieciągłą natomiast ciecz, w której istnieje rozproszona faza nazywa się fazą rozpraszającą zewnętrzną lub ciągłą Układy takie występują w naturze jak również są wytwarzane w sposób sztuczny. Sztucznie wytwarzane emulsje znajdują bardzo szerokie zastosowanie techniczne w różnych dziedzinach, szczególnie dotyczy to emulsji związków polimerowych. W zastosowaniach technicznych ważnymi parametrami charakteryzującymi emulsje jest stopień dyspersji faz, stabilność i trwałość emulsji. Wymagany stopień dyspersji w procesie wytwarzania emulsji osiąga się na ogół w wyniku oddziaływań mechanicznych stosując do tego celu intensywne mieszalniki (miksery, homogenizatory, atomizery, młyny koloidalne). Natomiast dla uzyskania pożądanej stabilności i trwałości emulsji wykorzystuje się różnego rodzaju substancje pomocnicze, zwane emulgatorami oraz stabilizatorami, które na ogół mają właściwości powierzchniowoczynne. Budowa cząsteczek chemicznych tych substancji powoduje, że na powierzchni rozdrobnionych cząstek fazy zdyspergowanej, w wyniku oddziaływań elektrostatycznych tworzy się powłoka, która ogranicza wzajemny kontakt między cząstkami zdyspergowanymi oraz zapobiega koagulacji, co w konsekwencji zapobiega rozwarstwianiu się faz. Dla wytworzenia emulsji w zależ noś ci od charakteru substancji, z których ma być wytworzona oraz efektu trwał o ś ci, jaki należ y uzyskać stosuje się różnego rodzaju emulgatory i stabilizatory. Generalnie, ze względu na sposób oddziaływania elektrostatycznego emulgatory dzieli się na anionowe, kationowe oraz obojętne. Nie ma zasadniczo prostych reguł doboru emulgatorów dla wytworzenia emulsji zdefiniowanej substancji w okreś lonym środowisku. Sprawa doboru emulgatora jest szczególnie trudna w przypadku wytwarzania emulsji substancji niejednorodnych chemicznie lub skomplikowanego układu różnego rodzaju związków chemicznych. Takim układem związków chemicznych jest smoła węglowa oraz produkty jej przetwarzania (oleje smołowe, paki). Zawierają one szereg związków aromatycznych o różnym stopniu skondensowania oraz obojętne, kwaśne i zasadowe pochodne tych związków. Dodatkowo właściwości fizykochemiczne smoły, zwłaszcza smoły koksowniczej różnią się zazwyczaj w zależności od źródła jej pochodzenia. Stosowane w procesie koksowania różne surowce węglowe oraz zmienne parametry temperaturowe zdecydowanie wpływają na jakość uzyskiwanej smoły, a także na produkty wytwarzane w wyniku jej przerobu. Wymienione okoliczności powodują że wytworzenie wodnej emulsji smoły węglowej (a także wodnej emulsji produktów przerobu smoły węglowej) o dużym stopniu dyspersji i dużej trwałości jest technicznie skomplikowane.

Wodne emulsje wytwarzane na bazie produktów przerobu smoły węglowej mają różnorodne zastosowanie. Są to przede wszystkim preparaty impregnacyjne do drewna oraz izolacyjne stosowane w budownictwie. Produkowane są one w niewielkiej skali z wyselekcjonowanych surowców a emulgatory do ich wytwarzania dobierane są każdorazowo w sposób doświadczalny. Wytwarzanie emulsji wodnych bezpośrednio ze smoły surowej (nieprzetworzonej) nie miało dotychczas większego znaczenia technicznego. Jak wynika z przeprowadzonych prób dla uzyskania wymaganego stopnia dyspersji emulsji smołowo-wodnej oraz wymaganej trwałości emulsji zastosowanie znanych sposobów ich wytwarzania nie prowadzi do oczekiwanych efektów.

Znane ze stosowania są sposoby wytwarzania emulsji asfaltowych stosowanych w drogownictwie. Asfalty podobnie jak smoła węglowa są mieszaniną różnorodnych, wysokocząsteczkowych związków organicznych. Okazało się jednak, że stosowane sposoby wytwarzania emulsji asfaltowych, zwłaszcza stosowane w tych sposobach emulgatory kationowe nie nadają się do wytwarzania emulsji smołowych. Próby indywidualnego doboru emulgatorów do wytwarzania emulsji ze smół różnego pochodzenia również nie dają zadowalających rezultatów trwałości emulsji. Celem wynalazku jest opracowanie nowych, skutecznych sposobów wytwarzania emulsji smołowo-wodnych.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że w pierwszym etapie do surowców: smoły koksowniczej lub jej pochodnych wprowadza się emulgator o charakterze obojętnym w ilości do 0,5% masowych w stosunku do ilości wytwarzanej emulsji zaś do wody, korzystnie wody pogazowej wytwarzanej w procesie koksowania węgla, wprowadza się emulgator o charakterze anionowym w ilości 0,05 do 5% masowych w stosunku do wytwarzanej emulsji. W drugim etapie oba strumienie cieczy w dowolnej proporcji poddaje się procesowi emulgowania znanymi metodami.

PL 207 908 B1

Jako emulgator o charakterze obojętnym stosuje się polioksyalkiloglikole, produkty oksyalkilowania alkoholi wyższych lub etery polioksyetlenoglikolowych alkoholi tłuszczowych zaś jako emulgatory o charakterze anionowym stosuje się sole sodowe sulfonowanych α-olefin, siarczanowanych alkoholi wyższych, siarczanowanych oksyetylowanych lub oksyetylenowanych alkoholi lub alkilobenzenosulfonianiany sodu.

Sposób według wynalazku ilustrują przykłady.

P r z y k ł a d 1

Do surowej smoły koksowniczej wprowadzono polioksyetylenoglikol (emulgator o charakterze obojętnym) w ilości 0,15% w stosunku do masy wytwarzanej emulsji. Do wody przeznaczonej do wytwarzania emulsji wprowadzono równomolową mieszaninę soli sodowych sulfonowanych α-olefin C14-C16 (emulgator o charakterze anionowym) w ilości 0,5% w stosunku do masy wytwarzanej emulsji. Tak spreparowane ciecze w proporcji 60% smoły i 40% wody wprowadzono do młyna koloidalnego. Uzyskano emulsję o dyspersji poniżej 10 nm o długotrwałej stabilności.

P r z y k ł a d 2

Do wody przeznaczonej do wytwarzania emulsji wprowadzono 1% masowy mieszaniny w równomolowej proporcji soli sodowych sulfonowanych α-olefin C₁₄ - C₁₆ oraz soli sodowych siarczanowanych, oksyetylowanych alkoholi C12 - C15 (emulgator o charakterze anionowym). Tak przygotowaną wodę wprowadzano do wysokosprawnego miksera, do którego jednocześnie w równoważnej ilości masowej wprowadzano ciężki olej antracenowy wraz z 0,1% masową w stosunku do wytwarzanej emulsji, zawartością polioksyetylenoglikolu (emulgator o charakterze obojętnym). Uzyskano emulsję o bardzo długotrwałej stabilności.

Stabilność emulsji otrzymywanych w sposób przedstawiony w przykładach ulegała zwiększeniu, jeżeli do ich wytwarzania wykorzystywano surową wodę pogazową z procesu koksowania, której pH wynosiło 9,8 - 10. W wyniku poszukiwania tych rozwiązań okazało się, że praktycznie niezależnie od pochodzenia smoły wymaganą trwałość emulsji smołowo-wodnej uzyskuje się w wyniku stosowania dwóch emulgatorów, o charakterze obojętnym i o charakterze anionowym przy zachowaniu postępowania polegającego na tym, że w pierwszej kolejności emulgator o charakterze obojętnym wprowadza się do smoły, a emulgator o charakterze anionowym do wody, a następnie oba strumienie miesza się razem w urządzeniu dyspergującym. Nieoczekiwanie okazało się, że wyjątkowo dobrą stabilność emulsji uzyskuje się, jeżeli pH wody stosowanej do sporządzenia emulsji jest wyższe od 7 i zawiera się w przedziale od 9 do 11. Kwasowość taka jest charakterystyczna dla odpadowych wód koksowniczych, które w wytwarzaniu emulsji mogą być wykorzystane bez dodatkowych zabiegów uzdatniających.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania emulsji polegający na wymieszaniu surowej smoły koksowniczej lub jej pochodnych ze środkami emulgującymi o właściwościach powierzchniowo - czynnych, znamienny tym, że w pierwszej kolejności do surowej smoły koksowniczej lub jej pochodnych wprowadza się emulgator o charakterze obojętnym w ilości do 0,5% masowych w stosunku do ilości wytwarzanej emulsji, zaś do wody, korzystnie wody pogazowej wytwarzanej w procesie koksowania węgla wprowadza się emulgator o charakterze anionowym w ilości 0,05 do 5% masowych w stosunku do ilości wytwarzanej emulsji, a w drugim etapie oba strumienie cieczy, w dowolnej proporcji poddaje się procesowi zemulgowania.
2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że jako emulgator o charakterze obojętnym stosuje się polioksyalkiloglikole, produkty oksyalkilowania alkoholi wyższych lub etery polioksyetlenoglikolowych alkoholi tłuszczowych.
3. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że jako środek emulgator o charakterze anionowym stosuje się sole sodowe sulfonowanych α-olefin, siarczanowanych alkoholi wyższych, siarczanowanych oksyetylowanych lub oksyetylenowanych alkoholi lub alkilobenzenosulfoniany sodu.