способ переработки фторопластов и материалов, их содержащих, с получением ультрадисперсного фторопласта и перфторпарафинов

Классы МПК:B29B17/00 Регенерация или переработка пластиков или других составляющих использованных материалов, содержащих пластики
B09B3/00 Уничтожение твердых отходов или переработка их в нечто полезное или безвредное
C08J11/00 Регенерация или переработка отходов
C08J11/04 полимеров
C08F114/26 тетрафторэтен
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ФГБОУ ВПО "ВятГУ") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-12-05
публикация патента:

Изобретение относится к способу переработки сырья - фторопластов и материалов, их содержащих, в том числе производственных и эксплуатационных отходов, с целью получения ультрадисперсного фторопласта и перфторпарафинов. Способ заключается в подготовке сырья и последующем смешении подготовленного сырья с фторирующим агентом при термодеструкции фторопласта с одновременным его фторированием при нагреве. Технический результат - утилизация производственных и эксплуатационных фторопластсодержащих отходов с исключением образования трудноразделяемых неутилизируемых и опасных смесей, снижением затрат энергии на проведение процесса и сокращением времени проведения процесса термодеструкции. 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил. способ переработки фторопластов и материалов, их содержащих,   с получением ультрадисперсного фторопласта и перфторпарафинов, патент № 2528054

Рисунки к патенту РФ 2528054

способ переработки фторопластов и материалов, их содержащих,   с получением ультрадисперсного фторопласта и перфторпарафинов, патент № 2528054

Изобретение относится к химии полимеров, в частности к переработке фторопластов и материалов, их содержащих, в том числе производственных и эксплуатационных отходов, с целью получения ультрадисперсного фторопласта и перфторпарафинов. Изобретение может найти применение при получении модифицирующих добавок полимерных материалов, смазок, композиционных покрытий.

Процессы утилизации фторопластов и материалов, их содержащих, сопровождаются образованием высокотоксичных продуктов, таких как карбонилдифторид, перфторизобутилен, фтористый водород. Получение таких и других смесей ксенобиотиков представляет серьезную угрозу для окружающей среды, что существенно затрудняет расширение их применения в современных технологиях.

В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений переработки фторопластов и материалов, их содержащих, считается регулируемая термодеструкция в специальных условиях, конечной целью которой является, как правило, либо преимущественное получение низкомолекулярного тонкодисперсного фторопласта, либо различных газообразных продуктов, в частности мономеров.

Известны процессы термодеструкции фторопласта с преимущественным получением тонкодисперсного фторопласта, которые можно проводить при периодической загрузке в реакторе с отводом горячих продуктов деструкции, их последующим охлаждением и сбором в виде порошковой массы (патент РФ № 2133196, опубл. 20.07.1999), либо продувкой продуктов термодеструкции через реактор, содержащий фторопласт при температуре реакторе до 490-510°С (патент РФ № 2035308, опубл. 20.05.1995), либо при 480-540°С в потоке циркулирующих газообразных продуктов термодеструкции, содержащих 0,05-1 об.% ненасыщенного водой кислорода или 0,1-5 об.% насыщенного водой воздуха (патент РФ № 2100376, опубл. 27.12.1997). Известен также способ термической переработки фторопласта при 480-540°С в токе инертного газа с охлаждением испаренного сырья инертным газом и сбором частиц абсорбцией растворителем до получения суспензии, из которой выделяют порошок фторопласта (патент РФ № 2124525, опубл. 10.01.1999).

Существенным недостатком описанных способов переработки фторопласта является образование значительного количества сложных смесей газообразных веществ, требующих дополнительного обезвреживания.

Получение преимущественно газообразных продуктов, главным образом фтормономеров, происходит при температурах от 500 до 900°С и может вестись как в отсутствие, так и в присутствии дополнительных агентов, в частности водяного пара (патент США № 5432259, опубл. 11.07.1995).

Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки отходов политетрафторэтилена путем непрерывного пиролиза в присутствии водяного пара при повышенной температуре, отличающийся тем, что пиролиз проводят в две последовательные стадии [патент РФ № 2387632, опубл. 27.04.2010]. Температура пиролиза на первой стадии составляет 600-750°С, а на второй - 500-600°С. Такой способ за счет проведения разложения в две стадии позволяет одновременно получать как фтормономеры, так и мелкодисперсный политетрафторэтилен.

Недостатком этого способа является возможность образования сложных смесей, содержащих помимо мономера тетрафторэтилена (80-85%), используемого для фторорганического синтеза, примеси других фторолефинов, в частности гексафторпропилена (5-10%), октофторциклобутилена, а также октофторциклобутана (5-10%) и оксидов углерода. Все это создает серьезные предпосылки к усложнению производственных процессов, связанных с разделением, очисткой и утилизацией перечисленных продуктов. Проведение процессов в несколько стадий также существенно усложняет технологию переработки исходного сырья. Кроме того, при проведении термодеструкции требуются значительные затраты энергии для поддержания высоких температур в реакционных аппаратах (до 750°С) в течение 120 часов, что может приводить также к развитию многих побочных процессов.

Техническим результатом заявляемого способа является переработка фторопластов и материалов, их содержащих, путем термодеструкции при одновременном фторировании. Это позволяет избежать образования трудноразделяемых неутилизируемых и опасных смесей и снизить затраты энергии на проведение процесса. При реализации заявляемого способа наблюдается существенное сокращение времени проведения процесса термодеструкции по сравнению с прототипом. Способ позволяет утилизировать производственные и эксплуатационные фторопластсодержащие отходы с получением на их основе востребованных материалов.

Описание способа

Предварительно подготовленные фторопласт или материалы, его содержащие, механически смешиваются с фторирующим агентом. При этом подготовка может рассматриваться либо как подготовка сырья, представленного в виде фторопласта и/или изделий из фторопласта, выражающаяся в очистке поверхностей, удалении механических примесей и последующем измельчении сырья до размеров 0,3-2 мм; либо как подготовка сырья, представленного в виде материалов, содержащих фторопласт, (для увеличения выхода ультрадисперсного фторопласта) выражающаяся в выделении фторопласта из таких материалов и последующем измельчении выделенного фторопласта до размеров 0,3-2 мм. В качестве фторирующего агента может быть использован как газообразный фтор, так и различные соединения-переносчики фтора, в том числе фторид кобальта СоF3, фторид никеля NiF2 и другие фториды металлов с переменной валентностью. Процесс термодеструкции с одновременным фторированием происходит в реакторе при нагреве. Температурный интервал проведения процесса термодеструкции с одновременным фторированием и оптимальное соотношение фторопласта или материалов, его содержащих, и фторирующего агента обусловлены выбором соответствующего фторирующекго агента, а также особенностями проведения реакции. При использовании в качестве фторирующего агента фторида кобальта СоF3 оптимальными параметрами проведения процесса является температура в интервале 480-520°С и соотношение фторопласта или материалов, его содержащих и переносчика фтора СоF3 в интервале 1:5-1:10. Образующиеся в процессе термодеструкции с одновременным фторированием продукты, выходя из реактора, охлаждаются и разделяются на твердую, жидкую и газообразную фазы. Твердая фаза, представляющая собой ультрадисперсный фторопласт, отделяется в сборниках в виде порошка белого цвета. После этого происходит накопление жидких и газообразных продуктов, в основном перфторпарафинов СnF2n+2 , где n до 26, в поглотителе, например перфтордекалине. Для улавливания остаточного количества продуктов термодеструкции предусмотрено использование ловушек.

Процесс термодеструкции фторопласта и материалов, его содержащих, осуществляют с одновременным фторированием в присутствии фторирующего агента на установке, схематично изображенной на фигуре, где 1 - реактор, 2 - высокотемпературный термостат, 3 - труба, 4 - система сборников ультрадисперсного фторопласта, 5 - абсорбер, 6 - ловушка.

Изобретение иллюстрируется примерами, приведенными в таблице.

Переносчиком фтора во всех приведенных примерах является фторид кобальта СоF3.

В качестве исходного компонента в примерах 1-3 используется фторопласт Ф 4Д. Опыты по примерам 4-5 отличаются тем, что в качестве исходного компонента используются отходы фторопласта, полученные удалением парафинов из парафино-фторопластовых отходов производства эмульсионного фторопласта Ф 4Д. Удаление парафинов из материалов, содержащих фторопласт, проводится при промывке отходов деминерализованной водой или маточным раствором, образующимся в процессе синтеза фторопласта Ф 4Д. Температура воды или маточного раствора - 95-100°С. Для увеличения степени отмывки парафинов выполняют перемешивание. Удаление парафинов с поверхности воды выполняют после остывания воды до температуры ниже температуры плавления парафинов. Опыты по примерам 6-13 отличаются тем, что в качестве исходного компонента используются измельченные неразделенные парафино-фторопластовые отходы производства эмульсионного фторопласта Ф 4Д, содержащие до 87% целевого продукта.

Продолжительность проведения процесса термодеструкции с одновременным фторированием во всех приведенных примерах не превышает 10 минут.

Оптимальное соотношение утилизируемых фторопластов или материалов, их содержащих, и переносчика фтора по массе равно 1:7,5. Дальнейшее увеличение массового избытка переносчика фтора не приводит к существенному росту выхода ультрадисперсного фторопласта при снижении количества газообразных продуктов (примеры 3, 11-13). Уменьшение массового избытка СоF3 ниже 5-кратного по отношению к утилизируемым фторопластам или материалам, их содержащим, приводит к существенному сокращению выхода ультрадисперсного фторопласта при некотором увеличении количества газообразных продуктов (примеры 8, 9).

Таблица
Пример № Исходный компонент Массовый избыток СоF3Выход ультрадисперсного

фторопласта,

% масс.

к исходному

компоненту
Выход газообразных продуктов, % масс. к исходному

компоненту
1 фторопласт7,5 60,463,2
2549,3 64,7
3 1060,762,2
4 фторопласт, выделенный из отходов производства 7,557,363,8
55 47,866,5
61059,2 63,0
7 парафино-фторопластовые отходы производства

эмульсионного

фторопласта

Ф4Д
7,5 55,267,8
82,5 1,675,6
934,9 70,9
10 544,469,6
1110 56,164,9
1215 56,762,7
132057,0 62,2

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ переработки сырья - фторопластов и материалов, их содержащих, в ультрадисперсный фторопласт и перфторпарафины заключается в подготовке сырья и последующем смешивании подготовленного сырья с фторирующим агентом при термодеструкции фторопласта с одновременным его фторированием при нагреве.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подготовка сырья в виде фторопласта и/или изделий из фторопласта заключается в очистке поверхностей, удалении механических примесей и последующем измельчении до размеров 0,3-2 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что подготовка сырья в виде материалов, содержащих фторопласт, заключается в выделении фторопласта из таких материалов и последующем измельчении выделенного фторопласта до размеров 0,3-2 мм.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что выделение фторопласта из материалов, его содержащих, проводят промывкой деминерализованной водой или маточным раствором, образующимся в процессе синтеза фторопласта, при температуре 95-100°С.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что выделение фторопласта выполняют при перемешивании.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторирующего агента используют газообразный фтор.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторирующего агента используют соединения-переносчики фтора.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве переносчика фтора применяют фторид кобальта СоF3 при температуре 480-520°С и оптимальном соотношении фторопласта или материалов, его содержащих, и переносчика фтора СоF3 в интервале 1:5-1:10.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь продуктов термодеструкции с одновременным фторированием выводят из реактора, охлаждают и разделяют, при этом вначале отделяют ультрадисперсный фторопласт, а затем улавливают перфторпарафины.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2528054

patent-2528054.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B29B17/00 Регенерация или переработка пластиков или других составляющих использованных материалов, содержащих пластики

Патенты РФ в классе B29B17/00:
способ рециклинга отходов алюминированных упаковочных материалов и устройство для его осуществления -  патент 2526067 (20.08.2014)
нож для разрезания покрышки или ее фрагментов на части -  патент 2506159 (10.02.2014)
способ и устройство для переработки изношенных покрышек методом деструкции -  патент 2504469 (20.01.2014)
способ переработки резиновых отходов -  патент 2502596 (27.12.2013)
способ утилизации отходов политетрафторэтилена -  патент 2497846 (10.11.2013)
способ переработки изношенных шин в реакторе и реактор для переработки изношенных шин -  патент 2497668 (10.11.2013)
установка для переработки резинотехнических материалов -  патент 2493961 (27.09.2013)
установка для термохимической переработки углеводородного сырья -  патент 2493234 (20.09.2013)
способ и устройство для первичной обработки материала -  патент 2492045 (10.09.2013)
устройство для одновременного разрезания по двум или нескольким линиям реза покрышки -  патент 2489256 (10.08.2013)

Класс B09B3/00 Уничтожение твердых отходов или переработка их в нечто полезное или безвредное

Патенты РФ в классе B09B3/00:
способ утилизации бурового шлама -  патент 2528035 (10.09.2014)
способ окомкования кальцийсодержащих шламов и/или порошково-пылевидных материалов -  патент 2527469 (27.08.2014)
реагент для обезвреживания отходов нефтегазовой промышленности и способ получения реагента -  патент 2527288 (27.08.2014)
способ получения биогаза из экскрементов животных -  патент 2526993 (27.08.2014)
способ рекультивации карт-шламонакопителей предприятий по производству беленой сульфатной целлюлозы -  патент 2526983 (27.08.2014)
способ растворения угля, биомассы и других твердых органических материалов в перегретой воде -  патент 2526254 (20.08.2014)
установка для переработки органического сырья -  патент 2525897 (20.08.2014)
способ газификации органических отходов и устройство для его осуществления -  патент 2524909 (10.08.2014)
способ переработки бурового шлама -  патент 2524708 (10.08.2014)
способ локализации отходов остекловыванием в металлических контейнерах -  патент 2523844 (27.07.2014)

Класс C08J11/00 Регенерация или переработка отходов

Патенты РФ в классе C08J11/00:
способ получения битумно-каучукового вяжущего -  патент 2529552 (27.09.2014)
битумно-уретановое вяжущее и способ его получения -  патент 2527470 (27.08.2014)
способ совместной переработки нефтяных фракций и полимерных отходов -  патент 2522615 (20.07.2014)
способ регенерации резиновой крошки -  патент 2519476 (10.06.2014)
способ получения битума из нефтесодержащих отходов -  патент 2515471 (10.05.2014)
олигоэтоксисилоксан (варианты) -  патент 2515327 (10.05.2014)
битумно-резиновая композиция связующего для дорожного покрытия и способ ее получения -  патент 2509787 (20.03.2014)
способ измельчения каучука для получения композиций на его основе -  патент 2508945 (10.03.2014)
устройство для переработки органических и минеральных отходов -  патент 2507236 (20.02.2014)
способ утилизации некондиционной полимеризованной карбамидоформальдегидной смолы с помощью компостирования -  патент 2505561 (27.01.2014)

Класс C08J11/04 полимеров

Патенты РФ в классе C08J11/04:
способ регенерации резиновой крошки -  патент 2519476 (10.06.2014)
олигоэтоксисилоксан (варианты) -  патент 2515327 (10.05.2014)
битумно-резиновая композиция связующего для дорожного покрытия и способ ее получения -  патент 2509787 (20.03.2014)
способ утилизации некондиционной полимеризованной карбамидоформальдегидной смолы с помощью компостирования -  патент 2505561 (27.01.2014)
способ удаления полифенилполиаминов, связанных мостиковыми метиленовыми группами, из водного потока -  патент 2503654 (10.01.2014)
способ получения нанодисперсного фторопласта -  патент 2501815 (20.12.2013)
способ утилизации отходов политетрафторэтилена -  патент 2497846 (10.11.2013)
способ приготовления резинобитумной композиции -  патент 2489464 (10.08.2013)
способ переработки резиносодержащих и полимерных отходов -  патент 2480491 (27.04.2013)
способ утилизации полимерных отходов -  патент 2473573 (27.01.2013)

Класс C08F114/26 тетрафторэтен

Патенты РФ в классе C08F114/26:
способ получения ультрагидрофобных покрытий для борьбы с обледенением больших площадей -  патент 2525292 (10.08.2014)
композиция на основе сополимера фторолефина и перфторалкилвиниловых эфиров, содержащего нитрильные группы -  патент 2515784 (20.05.2014)
способ получения нанодисперсного фторопласта -  патент 2501815 (20.12.2013)
способ получения тонкодисперсного порошка политетрафторэтилена -  патент 2478654 (10.04.2013)
соль перфторкарбоновой кислоты и способ ее получения -  патент 2453529 (20.06.2012)
способ получения политетрафторэтилена методом фотохимической полимеризации -  патент 2409594 (20.01.2011)
способ получения политетрафторэтиленоксида -  патент 2397181 (20.08.2010)
способ переработки отходов политетрафторэтилена -  патент 2387632 (27.04.2010)
фтортеломеры алкилкетонов, способы их получения (варианты) и способ получения функциональных покрытий на их основе -  патент 2381237 (10.02.2010)
фторполимерная дисперсия, не содержащая или содержащая небольшое количество низкомолекулярного фторированного поверхностно-активного вещества -  патент 2349605 (20.03.2009)


Наверх