Сорбент для очистки поверхностей от нефти и нефтепродуктов и способ очистки с использованием сорбента

 

Изобретение относится к охране окружающей среды. Предложен многослойный сорбент, содержащий пропитанную активным веществом и гидрофобизатором волокнистый материал из базальтовых волокон, снабженный армирующими, противоусадочными и термопароустойчивыми элементами из базальтовой ткани. Предложен состав материала и способ его использования в циклах сорбция-регенерация. Изобретение позволяет обеспечить многоцикличность процесса очистки, высокую скорость сорбции, высокую нефтеемкость и механическую прочность сорбента. 2 с. и 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для сбора нефти и нефтепродуктов - масел, мазута, топлив и углеводородов с поверхности воды и/или грунта, при ликвидации последствий разлива последних, а также их утилизации.

Известно, что нефть является одним из самых существенных загрязнителей, нарушающих экологию мирового океана и внутренних водоемов, а также почвенных покровов суши.

Одним из направлений защиты окружающей среды является локализация пролитой нефти, сорбирование и сбор ее с помощью различных сорбентов, например древесных стружек, древесной муки, пеньки, торфа, а также глины, золы, керамзита, других минеральных компонентов. Используются также синтетические материалы на основе вискозы, синтетических волокон, термопластических материалов и др.

Для придания сорбентам гидрофобных свойств их обрабатывают парафином, силиконовым или нефтяным маслами, моноалкиловыми эфрами полиэтиленгликоля и т.д. (А.Д. Смирнов "Сорбционная очистка воды", Л., Химия, 1982, стр.92-94).

При этом сорбционные методы очистки воды от нефтепродуктов в основном развиваются в следующих направлениях: а) распределение тонкодисперсных материалов на большой поверхности с последующим сбором; б) обработка загрязненных поверхностей воды или почвы сорбционными материалами вне судна или установки; в) очистка в специальных установках или судах (тот же источник информации, стр.93-94).

Общим недостатком используемых материалов является их недостаточно высокая сорбционная емкость по жидким углеводородам, а зачастую и невозможность их многократного использования.

Перспективным является использование различных волокнистых материалов, пропитанных активным веществом и выполненных в виде матов, многослойных блоков и т.п. (см., например, RU 2071829, 2071828, 2152250). Фиксированные сорбенты из таких материалов можно использовать многократно, регенерируя их на месте путем механического отжима.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является сорбент для очистки и способ очистки поверхностей от нефти и нефтепродуктов, описанные в RU 2132225, B 01 J 20/28, 1999 г.

Известный сорбент содержит нетканый волокнистый материал, пропитанный смесью фракций алкил-карбоновых кислот от С₉ до С₂₇ и алифатическими эфирами алкил-карбоновых кислот, армирующие элементы из полиэтиленовых нитей в эпоксидной смоле или из термоволокон в термопластичных полимерах и противоусадочные элементы из стекловолокна.

Известный способ очистки поверхностей включает контактирование полученного сорбента с очищаемой средой и его регенерацию.

Емкость полученного сорбента составляет в среднем 42-46 кг/кг при числе циклов сорбция-регенерация 23-36, при этом в каждом цикле сорбция-регенерация наблюдается снижение емкости на 2-5%.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение повышения способности сорбента к многократному циклическому использованию, особенно при сборе густых нефтей.

Поставленная задача решается описываемым сорбентом для очистки поверхностей от нефти и нефтепродуктов, содержащим чередующиеся слои волокнистой основы из базальтовых волокон с диаметром 0,2-2 мкм и удельной поверхностью 700-1400 м²/кг, пропитанной активным веществом из класса алкил-карбоновых кислот и гидрофобизатором из класса алифатических эфиров алкил-карбоновых кислот, противоусадочные элементы из базальтовой ткани, армирующие элементы из базальтовой ткани и с внешней стороны сорбента термопароустойчивые элементы в виде сплетенных жгутов или лент из базальтовой ткани с удельной поверхностью 200-700 м²/кг, при этом сорбент содержит вышеуказанные компоненты при следующем их содержании, мас.%: Активное вещество - 1,0 - 5,0 Гидрофобизатор - 1,0 - 5,0 Базальтовая волокнистая основа с V_уд 700-1400 м²/кг - 70,0 - 93,0 Армирующие элементы - 1,0 - 5,0 Противоусадочные элементы - 3,0 - 5,0 Термопароустойчивые элементы - 1,0 - 10,0
Поставленная задача также решается описываемым способом очистки поверхностей от нефти и нефтепродуктов с помощью описанного выше сорбента и включает контактирование очищаемой среды с сорбентом, предпочтительно в сепараторе, регенерацию сорбента острым паром и дополнительное введение в него активного вещества и гидрофобизатора, предпочтительно в количестве 0,7-1,4 мас.% за один цикл сорбция-регенерация.

Заявленный сорбент изготавливают следующим образом.

Берут базальтовое волокно с удельной поверхностью 700-1400 ²/г при диаметре волокон 0,2-2,0 мкм и помещают его в раствор, содержащий смесь алкил-карбоновых кислот, фракции от С₉ до С₂₇ в органическом растворителе и алифатический эфир алкил-карбоновых кислот. Выдерживают волокно в растворе 1,0-1,5 часа и сушат его в потоке воздуха.

Далее, на слой высушенного материала накладывают противоусадочные элементы из базальтовой ткани с удельной поверхностью 200-300 м²/г и далее вновь слой пропитанного базальтового волокна, затем слой армирующих элементов из базальтовой ткани. Полученные слои прошивают для прочного соединения их друг с другом.

Количество слоев может меняться в зависимости от требуемых механических характеристик сорбента. На внешнюю сторону многослойного прошитого полотна накладывают жгуты или ленты из базальтовой ткани с удельной поверхностью 500-700 м²/г, формируя таким образом многослойное полотно, которое затем разрезают на определенной величины карты или полосы в зависимости от дальнейшего использования.

Использование в качестве основы материала из базальтовых волокон с характеристиками удельной поверхности от 700 до 1400 м²/кг в сочетании с целевыми функциональными компонентами - армирующими, противоусадочными и термопароустойчивыми элементами из базальтовых тканей с V_уд=200-700 м²/г, облегающих основу с внешних сторон и выполненных в виде сплетений жгутов и плетеных лент, позволяет обеспечить
- многократность проведения циклов сорбция-регенерация;
- повышенную скорость сорбирования нефти, масел, других углеводородов;
- устойчивость к поведению технологических операций, восстанавливающих сорбент (воздействию струй острого пара и воздушного потока, обеспечивающих быстрый смыв следов нефти и воды с основы и ее элементов).

Контактирование полученного сорбента с загрязненной поверхностью можно производить различными известными способами.

Проводить сбор нефтепродуктов с поверхности рекомендовано в следующем режиме:
- контакт сорбента с нефтью (доставка к месту сбора, опускание в среду и пропитки);
- сорбирование (обеспечение времени контакта);
- последующее отделение сорбента от собранных веществ (воздействие давлением или центробежными силами);
- обработка острым паром (для быстрой очистки сорбента от следов нефти) при t=100-105^oС;
- осушение в воздушном потоке (для быстрой очистки сорбента от следов воды);
- добавлением в сорбент новых порций активного вещества и гидрофобных компонентов, завершающих восстановление сорбента к проведению сорбции в новых циклах.

Заявленный сорбент позволяет увеличить число циклов до 2000-4000 для одного образца сорбента. Пределом здесь может служить уменьшение механической прочности базальтовых волокон вследствие усталостных процессов. Сокращение характерного времени сорбции до интервалов 10-20 с, реализация полного времени ресурса, определяемого произведением характерного времени сорбции (10-20) с Х (2000-4000) ц = (20000-80000) с. Таким образом, время ресурса составит от 6 до 22 часов.

Исследования показали, что с уменьшением толщины нефтяной пленки, разлитой по поверхности воды, должно существенно уменьшиться и характерное время его сорбирования. Это особенно важно при ликвидации тонкопленочных загрязнений на больших площадях акватории.

При толщине пленки нефти от нескольких см до 20 см обычно необходимо введение в действие сложных устройств по сбору нефти, покрывающей водную поверхность пленкой такой толщины. Подобная ситуация системы "нефть-вода" может возникнуть либо на самых ранних этапах разлива нефти, либо когда нефть накапливается на берегу у обреза воды.

Эффективнее будут работать конструкции, работающие по типу всасывающих систем. Остается без изменений и последовательность технологических операций по сбору нефти, а сорбент работает не путем подачи его к месту разлива углеводородов вне инженерного устройства, а путем всасывания нефти с водой в сепарационный блок, где происходят все сорбционные процессы. При этом основная масса нефти сепарируется и отделяется от воды до контакта с сорбентом. Он же используется на завершающем этапе - после сепарации. Предварительная сепарация особенно необходима, когда происходит сбор нефти с грунта и необходимо дополнительное ее отделение от грунта и других примесей.

Для обеспечения непрерывности работы инженерного оборудования в конструктивных решениях также предусматриваются обработка сорбента острым паром, сушка в воздушном потоке и компенсационная подача активного вещества и гидрофобных компонентов.

Эффективно также использовать для очистки водной поверхности блоки сорбента, свернутые в виде полотен и установленные на подвижных ленточных транспортерах.

Судно, оснащаемое таким транспортером, осуществляет подачу подушечных блоков сорбента в воду с разлившейся нефтью по нижней ветви питателя за необходимое время контакта. Далее, в процессе движения подушечные блоки переходят на верхнюю ветвь питателя и попадают на борт судна-сборщика. Продолжая движение вспять с собранной нефтью, питатель последовательно проходит технологические камеры отжима/вальцевания или др./, промывки и просушки, дозированной добавки активного вещества для воспроизводства сорбирующей способности. Переходя на нижнюю ветвь питателя обновленный блок сорбента переправляется за борт - для повторения цикла сбора. На транспортере может находиться несколько десятков блоков сорбента, объединяемых на ленте питателя в виде обрамляющей арматуры, позволяющей осуществлять быструю смену блока по мере необходимости, без прекращения общего движения транспортера. За смену работы судна-подборщика количество циклов может измеряться несколькими тысячами.

Формула изобретения

1. Сорбент для очистки поверхностей от нефти и нефтепродуктов, содержащий чередующийся слой волокнистой основы, пропитанный активным веществом из класса алкилкарбоновых кислот и гидрофобизатором из класса алифатических эфиров алкилкарбоновых кислот, элементов из водоусадочного волокнистого материала, слой из армирующих элементов, отличающийся тем, что с внешней стороны сорбент дополнительно содержит термопароустойчивые элементы, выполненные в виде жгутов или лент из базальтовой ткани с удельной поверхностью 200-700 м²/кг, основа выполнена из базальтовых волокон с диаметром 0,2-2,0 мкм при удельной поверхности 700-1400 м²/кг, армирующий и противоусадочные элементы выполнены из базальтовой ткани, при этом сорбент содержит компоненты, мас. %:
Активное вещество - 1,0 - 5,0
Гидрофобизатор - 1,0 - 5,0
Базальтовая волокнистая основа с V_уд 700-1400, м²/кг - 70,0 - 93,0
Армирующие элементы - 1,0 - 5,0
Противоусадочные элементы - 3,0 - 5,0
Термопароустойчивые элементы - 1,0 - 10,0
2. Способ очистки поверхностей от нефти и нефтепродуктов, включающий контактирование очищаемой среды с сорбентом и его регенерацию, отличающийся тем, что используют сорбент по п. 1, регенерацию осуществляют острым паром, после чего сорбент сушат и дополнительно вводят в него активное вещество и гидрофобный компонент.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что дополнительно вводят активное вещество и гидрофобизатор в количестве 0,7-1,4 мас. % за один цикл сорбция-регенерация.

4. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что контактирование очищаемой среды с сорбентом осуществляют в сепараторе.