Способ локализации нефтяного пятна на поверхности воды

 

Изобретение относится к охране окружающей среды и предназначено для очистки поверхности воды в открытых водоемах и водотоках от нефтяных загрязнений. Для локализации нефтяного пятна на поверхности воды осуществляют подачу на периферию пятна воздушной завесы. При этом в поток воздуха подают пенообразующий состав при объемном соотношении 30:1 - 100:1. Пенообразующий состав содержит воду и поверхностно-активное вещество при объемном соотношении 1: 0,02 - 1:0,1. Иногда в поток воздуха одновременно с пенообразующим составом подают пластмассовые микросферы или адсорбент с положительной плавучестью, в частности гидрофобизированный перлит при объемном соотношении (30: 1 - 60:1) : до 15. Приведены несколько вариантов состава поверхностно-активного вещества. Изобретение обеспечивает предотвращение растекания нефтяного пятна в условиях движущейся воды со скоростью течения более 0,5 м/с за счет создания большой подъемной силы восходящего потока воздушной завесы, что достигается путем увеличения размеров пузырьков воздушной завесы в результате подачи пенообразующего состава в поток воздуха. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к очистке поверхности воды от нефти и может быть использовано в технологии добычи и транспортировке нефти.

Известен способ локализации нефтяных пятен на поверхности воды путем создания плавучих заграждений /1/.

Основным недостатком этого способа является опасность прорыва нефти через заграждение при вводе нефтесборных плавучих средств и в условиях движущейся воды, а также при волнении.

Известен также способ локализации пятен нефти путем нанесения на их поверхность адсорбентов /2/.

Недостатками этого способа являются довольно значительный расход адсорбента, а также затруднения, возникающие при использовании собранной нефти, или затруднения при регенерации адсорбента, или полная его потеря при невозможности регенерации.

Известен также способ локализации нефтяного пятна на водной поверхности путем создания пневматического или пенистого барьера, что достигается расположением под водой источника газа или воздуха (перфорированного трубопровода) /3/. В трубопровод подают компрессором воздух, выходящий из отверстий трубопровода в виде потока пузырьков, поднимающихся к поверхности воды. Благодаря трению между пузырьками воздуха и водой вода также увлекается вверх, образуя восходящий поток, который на поверхности становится горизонтальным и препятствует распространению разлитой нефти. Над трубопроводом с помощью поплавков подвешивается сетка (или две), которая служит для направления пузырьков газа по определенному пути и, таким образом, не позволяет воздушной завесе отклоняться под воздействием течения или завихрений водного потока.

Недостатком этого способа является то, что подъемная сила пузырьков воздуха недостаточна для создания восходящего потока воды, препятствующего растеканию нефтяного пятна. Поэтому при скорости течения более 0,5 м/с, несмотря на наличие направляющей сетки, происходит отклонение и рассев воздушной завесы, и в этом случае заграждение теряет свой эффект.

Наиболее близким техническим решением является способ локализации пятен нефти на водной поверхности путем подачи на периферию пятна воздушной завесы с подачей в поток воздуха пластмассовых микробаллонов (пламилон) при объемном соотношении 1:0,05... 1:0,2 ( в объемных ед.). /4/.

Микробаллоны представляют собой полые сферические частицы размером от 10 до 400 микрон, с плотностью 0,08...0,2 г/см³, нерастворимые в воде и органических жидкостях. Совместное всплывание пузырьков воздуха с пластмассовыми микробаллонами усиливает скорость восходящего потока воды за счет большой подъемной силы последних, что и способствует более надежной локализации нефтяного пятна в условиях повышенных скоростей водного потока.

Однако на практике реализация этого способа затруднена проблемой распределения микробаллонов по перфорации трубопровода. В тупиковых трубопроводах образуются скопления микробаллонов в конце трубы, а в кольцевых - заполнение не выдуваемыми баллонами нижней части трубы.

Задачей, решаемой предложенным способом, является предотвращение растекания нефтяного пятна в условиях движущейся воды со скоростью течения более 0,5 (0,5. ..1,5) м/с с одновременным повышением надежности и упрощением его технической реализации.

Решение задачи локализации нефтяного пятна на поверхности воды путем подачи на периферию пятна воздушной завесы достигается тем, что: во-первых, в поток воздуха подают пенообразующий раствор при объемном соотношении 30:1...100:1, причем пенообразующий состав содержит воду и поверхностно-активное вещество при объемном соотношении 1:0,02...1:0,1; во-вторых, в поток воздуха одновременно с пенообразующим составом подают пластмассовые микросферы или адсорбент с положительной плавучестью, в частности гидрофобизированный перлит при объемном соотношении (30:1...60:1): до 15; в-третьих, в качестве поверхностно-активного вещества (ПАВ) используют: натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C_0--C₁₃; или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ при следующем соотношении компонентов пенообразующего состава, мас.%: натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ - 1,0...2,0; натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,1...0,5: или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₂-C₁₆ при следующем соотношении компонентов пенообразующего состава, мас.%: натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,7...3,5; натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₂-C₁₆ - 0,3...1,5;
или оксиэтилированный нионилфенол с содержанием 9-12 молей окиси этилена;
в-четвертых, в ПАВ дополнительно используют выбранную, по крайней мере, одну добавку из группы: натрийалкилсульфаты фракции C₁₀-C₁₃, бутанол, бутилцеллюлоза, спирт фракции C₁₂-C₁₆, высшие жирные кислоты фракции C₁₂-C₁₆, этиловый спирт, моноэтаноламиды синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆, в количестве до 5,75% от массы поверхностно-активного вещества.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что:
во-первых, в поток воздуха подают пенообразующий состав при объемном соотношении 1:0,02...1:0,1;
во-вторых, в поток воздуха одновременно с пенообразующим составом подают пластмассовые микробаллоны или адсорбент с положительной плавучестью при объемном соотношении (30: 1...60:1): до 15, в качестве адсорбента используют гидрофобизированный перлит;
в-третьих, в качестве поверхностно-активного вещества (ПАВ) используют:
натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₃; или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀ -C₁₆ при следующем соотношении компонентов пенообразующего состава, мас.%:
натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ - 1,0...2,0;
натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,1...0,5;
или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₂-C₁₆ при следующем соотношении компонентов пенообразующего состава, мас.%:
натриевые или триэнаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,7...3,5;
натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₂-C₁₆ - 0,3...1,5;
или оксиэтилированный нионилфенол с содержанием 9 - 12 молей окиси этилена;
в-четвертых, в ПАВ дополнительно используют выбранную, по крайней мере, одну добавку из группы: натрийалкилсульфаты фракции C₁₀-C₁₃, бутанол, бутилцеллюлоза, спирт фракции C₁₂-C₁₆,высшие жирные кислоты фракции C₁₂-C₁₆, этиловый спирт, моноэтаноламиды синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆, в количестве до 5,75% от массы поверхностно-активного вещества.

Известен способ локализации нефтяного пятна на поверхности воды путем подачи на периферию пятна воздушной завесы, в котором в поток воздуха подают пластмассовые микробаллоны (пламилон) при объемном соотношении 1:0,05...1: 0,2 /4/. Однако более надежная локализация нефтяного пятна в известном способе /4/ достигается путем увеличения скорости восходящего потока воды за счет создания большей подъемной силы потока, которая достигается в заявляемом техническом решении путем увеличения размеров пузырьков за счет подачи через перфорацию трубы водовоздушной пены. К тому же за счет совместной подачи в поток воздуха адсорбента или микросфер с пенообразующим составом достигается их взаимное диспергирование и равномерное распределение по перфорации без накопления в пазухах трубы. Кроме того, наличие в потоке воздуха поверхностно-активных веществ и адсорбента является дополнительным преимуществом заявляемого способа за счет создания на поверхности воды более устойчивой пены и препятствия для нефти, а также за счет разрушения (адсорбирования нефти) водно-нефтяной эмульсии. Дополнительными отличительными признаками заявляемого способа являются используемые в нем варианты поверхностно-активного вещества, обеспечивающие:
более надежное образование пены в потоке воздуха;
хорошее смешивание ПАВ с адсорбентом;
устойчивость ПАВ к жесткой морской воде;
высокие эксплуатационные характеристики ПАВ и получаемого пенообразующего раствора.

Способ осуществляется следующим образом. В местах наиболее вероятного появления нефтяного пятна под водой закладывается перфторированный трубопровод, в который нагнетается смесь воздуха с пенообразующим составом, и кроме того, с адсорбентом или микросферами. В трубопроводе пенообразующий состав, а при наличии и адсорбент или микросферы, диспергируются в потоке воздуха, образуя пену с наполнителем (адсорбента или микросфер) или без него. Наполнитель при этом относительно равномерно распределен в пене. Выходя из отверстий трубопровода, пена образует более крупные пузырьки, которые усиливают скорость потока воды за счет большей подъемной силы пузырьков большего размера, образованных за счет поверхностной активности пенообразующего раствора, содержащегося в пене, что способствует более надежной локализации нефтяного пятна с одновременным упрощением его технической реализации. Кроме того, на поверхности воды образуется более устойчивая пена, одновременно с изменением поверхностного натяжения воды и воздушным потоком, препятствующая прорыву нефти. Равномерно распределенный в пене адсорбент или микросферы не создают засорения в пазухах трубопровода и относительно одинаково распределяются по всей перфорации. Наличие перлита (адсорбента) влечет к адсорбированию нефти из нефтяной эмульсии в воде, сопровождающей способ локализации пятна нефти применением воздушной завесы, а применение микросфер связано с необходимостью локализации пятна нефти при высоких скоростях поверхностного течения воды с учетом того, что микросферы имеют более надежное проникновение через перфорацию по сравнению с микробаллонами несферической формы.

Предлагаемый способ локализации нефтяного пятна на поверхности воды реализован следующим образом. Поперек ручья под водой закреплялся перфорированный трубопровод, в который из компрессора нагнетался воздух, и в него через тройник из бака под давлением подавался пенообразующий состав, а также адсорбент. Результаты проведенных опытов свидетельствуют о том, что совместная закачка воздуха и пенообразующего состава, а также адсорбента (или микробаллонов) существенно увеличивает надежность локализации нефтяного пятна. При одной и той же производительности подачи воздуха и толщине нефтяной пленки для прорыва пневматического барьера скорость течения воды должна быть до 15 раз больше. Применение для практической реализации способа указанных вариантов поверхностно-активного вещества обеспечивает:
более надежное образование пены в потоке воздуха;
хорошее смешивание ПАВ в жесткой морской воде;
высокие эксплуатационные характеристики ПАВ и получаемого пенообразующего раствора.

Испытания показали, что подача в поток воздуха пенообразующего состава при объемном соотношении 30:1...100:1 обеспечивает более надежное диспергирование пены в трубопроводе и образование пузырьков увеличенных размеров. Подача в поток воздуха одновременно с пенообразующим составом микросфер и (или) адсорбента при объемном соотношении (30:1...60:1): до 15 обеспечивает равномерное распределение твердого наполнителя (адсорбента, микросфер) в пене, диспергированной в трубопроводе, и равномерное распределение твердых включений по перфорации. Соотношение ингредиентов поверхностно-активных веществ оценивалось экспериментально путем проведения лабораторных и полигонных исследований с выпуском опытных партий ПАВ. Экспериментально доказано, что выход за пределы заявляемых соотношений, в конечном счете, снижает эффект локализации нефтяных пятен при повышенных скоростях воды.

В реальных условиях заграждения подобного типа наиболее целесообразно использовать для предотвращения растекания нефти и нефтепродуктов в зонах налива и слива танкеров, вокруг морских нефтяных скважин, а также в гаванях и бухтах. Предлагаемый способ локализации может осуществляться как непрерывно, так и периодически - при аварийных разливах нефти, на период локализации и удаления нефти. Основными технико-экономическими преимуществами предлагаемого способа по сравнению с известными являются возможность локализации нефтяного пятна при значительно больших скоростях течения воды, более простыми техническими приспособлениями и устройствами с значительной экономией средств, а также предотвращение эмульгирования разлитой нефти в воде, способствующее растеканию нефти путем введения адсорбента.

Источники информации
1. Патент США N 3666098, кл. 210-83, 1972.

2. Патент Франции N 2057015, кл. C 02 B 9/00, 1971.

3. Патент США N 3744254, кл. 61-1, 1973.

4. А. с. СССР N 916646 от 30.03.82 по заявке 2887563/23-26 от 26.02.80, Мкл⁵ E 02 B 15/08, C 02 F 1/40, Н.Ф.Когарманов и Г.П.Бочкарев. Способ локализации нефтяного пятна на поверхности воды. Башкирский ГНИ и ПИНП.

Формула изобретения

1. Способ локализации нефтяного пятна на поверхности воды путем подачи на периферию пятна воздушной завесы, отличающийся тем, что в поток воздуха подают пенообразующий состав при объемном соотношении 30:1 - 100:1, причем пенообразующий состав содержит воду и поверхностно-активное вещество при объемном соотношении 1:0,02 - 1:0,1.

2. Способ локализации нефтяного пятна на поверхности воды по п.1, отличающийся тем, что в поток воздуха одновременно с пенообразующим составом подают пластмассовые микросферы или адсорбент с положительной плавучестью, в частности, гидрофобизированный перлит при объемном соотношении (30:1 - 60: 1): до 15.

3. Способ локализации нефтяного пятна на поверхности воды по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₃ или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ при следующем соотношении компонентов пенообразующего состава, мас.%:
Натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ - 1,0 - 2,0
Натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,1 - 0,5
или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₂-C₁₆ при следующем соотношении компонентов пенообразующего состава, мас.%:
Натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,7 - 3,5
Натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₂-C₁₆ - 0,3 - 1,5
или
Оксиэтилированный нионилфенол с содержанием молей окиси этилена - 9 - 12
4. Способ локализации нефтяного пятна на поверхности воды по любому из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что в поверхностно-активном веществе дополнительно используют выбранную, по крайней мере одну, добавку из группы: натрий - алкилсульфаты фракции C₁₀-C₁₃, бутанол, бутилцеллюлоза, спирт фракции C₁₂-C₁₆, высшие жирные кислоты фракции C₁₂-C₁₆, этиловый спирт, моноэтаноламиды синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆, в количестве до 5,8% от массы поверхностно-активного вещества.