Способ очистки поверхности от углеводородных загрязнений

 

Изобретение относится к способам очистки поверхности от углеводородных загрязнений, таких как нефть, нефтепродукты, смазки, технические и бытовые жиры, масла, и может быть использовано в различных областях промышленности для химико-механизированной мойки и очистки технологических и транспортирующих средств. Способ включает приготовление моющего средства, содержащего 2-4 мас. % неионогенного поверхностно-активного вещества на основе алкоксилата жирного спирта и активную составляющую, содержащую только кальцинированную соду или частично замененную на натриевые соли фосфорной кислоты, в качестве неионогенного поверхностно-активного вещества используют оксиэтилированные полиоксипропиленгликолевые производные этилендиамида или этилендиамина, отмывку поверхности водным раствором моющего средства, откачку полученной эмульсии, разделение эмульсии на водную и органическую фазы путем пропускания ее через самоочищающийся тонкослойный отстойник, выполненный в виде плоскопараллельных вертикальных коалесцирующих пластин, образующих щелевые зазоры, с последующим возвращением водной фазы в цикл очистки и периодическим удалением органической фазы в сборник. Изобретение обеспечивает упрощение технологического процесса, повышение извлечения углеводородных загрязнений при регенерации моющего раствора и повышение технико-экономических показателей процесса. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к способам очистки поверхности от углеводородных соединений, таких как нефть, нефтепродукты, смазки, технические и бытовые жиры, масла, и может быть использовано в различных областях промышленности для химико-механизированной мойки и очистки технологических и транспортирующих средств.

Процесс обработки (зачистки, отмывки, обезжиривания) деталей, узлов, механизмов и оборудования, а также резервуаров и емкостей, загрязненных нефтью, нефтепродуктами, жирами и другими жидкими углеводородами, является одной из актуальных проблем как с позиции эксплуатационной, экологической и пожарной безопасности, так и с точки зрения огромных финансовых затрат.

Известные способы очистки, применяемые ранее, не могли отвечать современным требованиям. Причиной этого является сложность и неполная изученность физико-химических процессов, протекающих при очистке поверхностей от жидких углеводородов, на результаты которой оказывает влияние комплекс факторов: материал поверхности, состав и свойство загрязнений, параметры и режимы процесса очистки, состава технических моющих средств, от которого зависят его свойства, особенности взаимодействия моющих растворов с загрязнениями и т. д.

Известны способы и композиции (Лабомид, МС-61, МЛ-51, МЛ-80 и другие), а также различные растворители для очистки металлических поверхностей от масляно-грязевых, нефтяных и асфальто-смолистых загрязнений, которые нашли широкое применение в промышленности. Как правило, применяются универсальные растворители, способные растворять различные вещества, входящие в загрязнения, такие как ацетон, керосин, уайтспирит и т.д. (Б.Г. Петрик, П.В. Чулков и С. И. Калашников "Справочник: Растворители и составы для очистки машин и механизмов", М., "Химия", 1989 г.). Основными операциями этих способов являются промывка очищаемой поверхности, откачка образующейся эмульсии растворителя и жидких углеводородов и ее удаление со сливом в очистные сооружения.

К основным недостаткам использования в качестве моющих жидких растворителей разного рода относятся высокая пожароопасность, экологическая вредность как для окружающей среды, так и для обслуживающего персонала. Известные растворители с высокой температурой воспламенения (трихлорэтан, трихлорэтилен и др.), несмотря на то, что снижают пожароопасность, крайне токсичны и опасны для здоровья обслуживающего персонала, поэтому требуют жесткого соблюдения техники безопасности.

Известен способ очистки поверхности изделий от углеводородных загрязнений, в частности от масляно-жировых загрязнений (патент РФ 2019318, В 08 В 3/08, публ. 1994 г.) с использованием двух жидкостей. Отмывку поверхности изделий по данному способу осуществляют моющим раствором и извлекают отмытые загрязнения из моющего раствора с помощью вспомогательной жидкости, которая не образует устойчивую эмульсию с моющим раствором и при этом способна селективно извлекать из него масляно-жировые загрязнения. После проведения очистки вспомогательную жидкость регенерируют, в частности, путем перегонки и возвращают ее в цикл очистки.

К недостаткам этого способа следует отнести применение двух жидкостей, что усложняет технологическую схему, требует наличия дополнительного оборудования и, соответственно, увеличивает расходы на очистку поверхностей.

Известен способ очистки поверхности от нефтепродуктов (авт. свид. 944685, В 08 В 3/08, публ. 1982 г.). В этом способе очистку поверхности осуществляют водным раствором моющих средств на основе ПАВ и электролитов, который образует устойчивую эмульсию с углеводородными загрязнениями. Для проведения очистки поверхности по замкнутому циклу моющий раствор регенерируют путем фазового разделения эмульсии электрофлотацией, после чего удаляют органическую фазу, а водную суспензию возвращают в цикл очистки.

В указанном способе обеспечивается требуемая степень очистки поверхности и возможность повторного использования моющего раствора, однако из-за образования устойчивой эмульсии, которая обусловливается недостатками выбранного технического моющего средства, технологический процесс усложняется и требует длительного времени и затрат на очистку образовавшихся промывных вод.

Известен способ промывки цистерны и извлечение остаточной жидкости, который включает всасывание и откачку остаточной жидкости, подачу моющего раствора в цистерну, разделение смеси нефть - вода с подачей инертного газа для отделения нефтяного компонента (патент РФ 2099156, В 08 В 9/08 Публ. 17.06.93).

Недостатками этого способа являются проведение каждой из операций на отдельном транспортном средстве и применение горячей воды в качестве моющего средства, что не может обеспечить должной степени очистки поверхности.

Известны способы очистки поверхности от загрязнений нефтью с помощью коагулянта и различных депрессоров, в качестве которых используют присадки, содержащие полимеры и углеводородный растворитель (патент РФ 2109583, В 08 В 9/08, Опубл. 27. 04. 98) или водную суспензию углеводородов и соли азота, фосфора и калия (патент РФ 2104103 В 09 С 1/10 Публ. БИ 4-98), с последующим ополаскиванием внутренней поверхности горячей водой или обработки острым паром.

К недостаткам этих способов следует отнести высокую температуру до 95-100 С процесса и сложность технологического обеспечения для проведения его. Отсутствие данных о составе моющего средства не позволяют судить о качестве очистки.

Наиболее близким к предлагаемому способу является техническое решение, защищенное патентом РФ 2135304 В 08 В 3/08, публ. 27.08.99 "Способ очистки поверхности от углеводородных загрязнений". Сущность этого способа заключается в том, что поверхность, загрязненную различными углеводородными загрязнениями, такими как нефть, нефтепродукты, смазки, жиры и масла, отмывают водным раствором моющего средства, способным эмульгировать углеводородные загрязнения, регенерируют моющий раствор путем фазового разделения эмульсии с последующим отделением органической фазы и возвращением водной фазы в цикл очистки. В качестве моющего раствора, образующего неустойчивую эмульсию с углеводородными загрязнениями, используют моющее техническое средство "УБОН", защищенное патентом РФ 210133 7, С 11 D 1/46 или моющее средство "БОК".

Указанное средство "УБОН" имеет следующий состав, мас.%: натриевая соль полиакриловой кислоты, модифицированная эфирными группами - 0,1-10; электролит - 0,5-40; вода до 100.

В состав моющего средства " БОК " входят: неиногенное ПАВ в количестве 0,2-14 мас. %; полиэлектролит в количестве 2,5-5,5 мас.%; активная добавка остальное. В качестве полиэлектролита в указанном средстве используют полимеры акриловой кислоты, например натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ), а в качестве активной добавки используют карбонат натрия или карбонат натрия в сочетании с карбомидом и/или метасиликатом натрия (патент РФ 2132367, опубл. БИ 18, 1999 г.). В качестве неионогенного ПАВ в указанном моющем составе используют неонол или синтанол.

Для исключения попадания органических загрязнений в моющий раствор фазовое разделение эмульсии осуществляют в разделительной емкости, а водную фазу, возвращаемую в цикл очистки, пропускают через промежуточную емкость. Отбор водной фазы осуществляют из нижней части разделительной емкости, а подачу ее в цикл очистки осуществляют из нижней части промежуточной емкости. При фазовом разделении эмульсии обеспечивают объемное соотношение органических загрязнений и моющего раствора не менее чем 1:2.

В указанном способе обеспечивается требуемая степень очистки поверхности и возможность повторного использования моющего раствора, однако результат достигается за счет усложнения технологического процесса, т.к. отдельные стадии осуществляются в промежуточных емкостях, а обеспечение объемного соотношения загрязнений и моющего раствора требует перед началом процесса очистки поверхности оценки объема загрязнений, подлежащих удалению. Как такую оценку достоверно выполнить - проблема.

Кроме того, достижение требуемой степени очистки при применении моющего средства "УБОН", имеющего состав, приведенный в описании изобретения, вызывает некоторые сомнения. Так он не содержит активной составляющей, т.е. основного моющего средства. Это сомнение подтверждается и тем, что в описании осуществления указанного способа отсутствуют примеры его применения.

При использовании в качестве моющего раствора технического средства "БОК" необходимо учитывать, что неонол и синтанол относятся к неионогенным ПАВ, вызывающим большое пенообразование, а при приготовлении моющего раствора при относительно низких температурах они могут разлагаться, теряя свои свойства. Использование метасиликатов в моющем растворе также является нежелательным, т.к. при содержании его более 20% на очищаемой поверхности происходит выделение SiO₂, который препятствует очистке.

Полиэлектролиты склонны к образованию полимер-коллоидных комплексов, что может вызвать уменьшение извлечения органических соединений и степени очистки моющего раствора, т.е. более частой его корректировки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение технологического процесса, повышение извлечения углеводородных загрязнений при регенерации моющего раствора и повышение технико-экономических показателей процесса.

Технический результат достигается за счет того, что в известный способ очистки поверхности от углеводородных загрязнений по замкнутому циклу, включающий приготовление водного раствора моющего средства, содержащего неионогенное ПАВ и активную составляющую, отмывку поверхности водным раствором моющего средства, откачку полученной эмульсии, разделение эмульсии на водную и органическую фазы, с последующим возвращением водной фазы в цикл очистки и периодическим удалением органической фазы в сборник внесены некоторые изменения, которые приведены ниже.

В качестве моющего средства используют моющее средство следующего состава, маc. %: неионогенное ПАВ на основе алкоксисилата жирного спирта 2-4 и активное вещество остальное до 100%, причем в качестве активного вещества применяется кальцинированная сода или состав с частичной заменой ее на натриевые соли фосфорной кислоты в определенном соотношении компонентов.

Откачиваемую эмульсию (моющий раствор с углеводородными загрязнениями) пропускают через самоочищающейся тонкослойный отстойник, который может быть установлен в той же емкости, где находится моющий раствор и осуществляется регенерация его или отдельно от этой емкости. Некоторые различия конструктивного оформления технологического процесса не влияют на реализацию предлагаемого способа очистки.

В зависимости от вида загрязнений (нефть, масло, жиры и т.п.) и материала очищаемой поверхности (сталь, алюминий или другой цветной металл) используют моющий раствор с различным содержанием в нем моющего средства - от 1,5 до 4,0 мас.%. Соответственно, и температура моющего раствора выбирается в пределах 40-55^oС.

В процессе очистки концентрация моющего раствора контролируется по остаточной щелочности моющего раствора, и, в случае необходимости, проводят периодически корректировку его путем добавления свежего моющего раствора.

Неионогенное гидрофильное поверхностно-активное вещество (НПАВ) на основе алкоксилата жирного спирта хорошо растворяется в воде и дает невысокое пенообразование в нейтральных и щелочных средах. Обладает высокой поверхностной и межфазной активностью в щелочной среде и хорошими смачивающими свойствами на полярной и твердой поверхности.

В качестве такого НПАВ можно использовать, например, оксиэтилированные полиоксипропиленгликолевые производные этилендиамида или оксиэтилированные полипропиленэтилендиамин, известные под торговой маркой Alcatronic EDP, EGE, PGP и другие, которые обладают рядом полезных свойств, в т.ч. эмульгирующими и сгущающими (могут применяться в качестве загустителя).

При содержании НПАВ менее 1,5 мас. % снижаются показатели процесса очистки, т. к. затрудняется "отщепление" углеводородных загрязнений от очищаемой поверхности, замедляется скорость очистки, а при содержании более 4,0 мас.% происходит увеличение расходов на очистку, что нецелесообразно.

Использование в качестве активной составляющей кальцинированной соды объясняется тем, что это самое дешевое и распространенное моющее средство, хотя оно несколько и уступает по эффективности более дорогим средствам, например триполифосфату или тринатрийфосфату. Однако в тех случаях, когда углеводородные загрязнения имеют очень сложный состав или сильную степень загрязненности, особенно застарелые, целесообразно применять более эффективное моющее средство. Такая необходимость может возникнуть и в случае дефицита кальцинированной соды или дефицита времени при наличии натриевых солей фосфорной кислоты.

На практике было установлено, что для достижения оптимальных показателей очистки достаточно заменить порядка 30% кальцинированной соды, т.е. соотношение кальцинированная сода:натриевая соль фосфорной кислоты должно находитmся в пределах 1,9-2,3:1. Из вышеизложенного ясно, что при большем соотношении возникает опасность снижения эффективности очистки, а при меньшем увеличивается себестоимость процесса очистки.

Как показали исследования, проведенные с использованием моющих растворов, приготовленных из указанных составов для очистки поверхности от жидких углеводородов, если цистерна выполнена из цветного металла, например алюминия, то применяют водный раствор моющего средства с концентрацией 1,5-2,5%, если же поверхность выполнена из стали или чугуна, то применяют 2,0-4,0%-ный моющий раствор. При меньших концентрациях моющего раствора увеличивается время процесса очистки, а при более высокой концентрации увеличиваются затраты на очистку. Диапазон температур моющего раствора 40-55^oС является оптимальным по времени очистки. При температуре менее 40^oС время очистки увеличивается, а при большем значении заданного предела эффективность очистки снижается, т.к. растет пенообразование, а активность НПАВ падает.

Самоочищающийся тонкослойный отстойник представляет из себя конструкцию, в корпусе которой размещена плоскопараллельная насадка. Самоочищение насадки достигается подбором режимов обработки, а также соответствующим наклоном пластин, что зависит от состава и свойства разделяемой смеси. Различные конструкции таких самоочищающихся тонкослойных отстойников защищены патентами РФ 2032443 и авт.свид. 1001961 (коалесцирующий сепаратор), имеющие некоторые конструкционные отличия.

Коалесцирующий сепаратор представляет собой блок параллельных пластин, ориентированных вертикально. Щелевой зазор между пластинами обеспечивается за счет прокладок. Разделяемая смесь (эмульсия) поступает в него через верхний патрубок и распределяется по щелевым каналам, которые имеют три участка: вертикальный, где происходит сепарация частиц нефтепродуктов на стенках пластин; поворота, где поток меняет ориентацию в гравитационном поле, и расширения, где всплывает отсепарированная органическая фаза в верхнюю часть аппарата и выводится в сборник декантированных нефтепродуктов. Очищенная вода поступает в резервуар с моющим раствором.

По сравнению с лучшими зарубежными аналогами, например Utility Vault Co, самоочищающиеся тонкослойные отстойники не требуют частых остановок и демонтажа для очистки и регенерации плоскопараллельной насадки. По сравнению с отстойниками, снабженными гофрированной насадкой Quantek, которая имеет угол наклона только 45^o, вышеуказанные отстойники обеспечивают любой угол наклона пластин и исключают повторное перемешивание отсепарированных фаз.

При малой задержке удается отсепарировать углеводородные частицы с размерами до 10 мкм и исключается накопление частиц твердой фазы в щелях, образованных вертикальными пластинами.

Эффективность использования самоочищающихся тонкослойных отстойников повышается за счет того, что в результате применения моющего раствора указанного состава ТМС не создается статического заряда загрязненного раствора. Он практически нейтрален, поэтому органическая фаза прижимается к пластинам и размывается по их поверхности, повышая степень отделения от загрязнененного раствора.

Пропускание эмульсии, представляющей смесь углеводородных загрязнений и моющего раствора через самоочищающийся тонкослойный отстойник, позволяет уловить основную массу загрязнений на этой стадии и тем самым практически исключить стадию гравитационного отстоя загрязненного моющего раствора. В результате такого разделения эмульсии извлечение жидких водородов составило 98,5% по сравнению с 95% по прототипу.

В зависимости от вида загрязнений и материала поверхности, как уже выше отмечалось, надо поддерживать определенную концентрацию моющего раствора. Контроль концентрации моющего раствора осуществляют по остаточной щелочности методом титрования соляной кислотой с индикатором метилоранжем. Соответствие общей щелочности моющего раствора от его концентрации приведена в таблице 1.

На практике, корректировку раствора осуществляют через 6-8 циклов очистки путем добавления свежеприготовленного моющего раствора в количестве, достаточном до доведения общей концентрации до заданного значения.

Примером реализации предлагаемого способа является работа универсальной мобильной промывочной станции (УМПС), с помощью которой могут отмываться железнодорожные и автоцистерны, вертикальные, горизонтальные и подземные стационарные резервуары, а также прочие емкости для хранения и транспортировки жидких углеводородов.

УМПС защищена свидетельством РФ 13333 на полезную модель и представляет конструкцию, включающую следующие основные узлы: резервуар для моющего раствора 1, нагнетательный насос 2 для подачи моющего раствора в зону отмывки 3 (цистерну), нагреватель 4 моющего раствора, устройство струйной отмывки, представляющее комплекс моечных головок 5, установленных с возможностью их ориентации, устройство для откачивания смеси моющего раствора и продуктов отмывки 6 (насос мембранного типа) в резервуар с моющим раствором. На линии откачки загрязненного моющего раствора установлен самоочищающийся тонкослойный отстойник 7, представляющий блок наклонных пластин, который может быть размещен непосредственно в резервуаре с моющим раствором или отдельно от него. Для обеспечения лучшей работы отстойника на линии отвода очищенного раствора выполнена петля 8, играющая роль гидрозатвора. Посредством устройства (не показано) перекачки жидких углеводородов в емкость-хранилище выводится отсепарированная фаза для декантированного продукта 9. Все емкости, насосы и т.п. соединены соответствующими трубопроводами с установленными на них запорной и контролирующей арматурой.

УМПС снабжено устройством стыковки с цистерной или резервуаром-хранилищем, которые подвергаются очистке (не показаны).

Процесс отмывки цистерн начинается с приготовления моющего раствора, который готовят из расчета 15-20 кг сухого моющего средства указанного состава, если материал цистерны - цветной металл - и 25-40 кг, если цистерна выполнена из стали, на 1000 л воды. Моющий раствор приготавливают путем порционного растворения моющего средства в воде, нагретой не ниже 40^oС (40-60^oС), с тщательным перемешиванием (мешалкой, барботажем сжатым воздухом и т.п.).

В рассматриваемом примере осуществляется отмывка стальной цистерны емкостью 63 м³, 3,5%-ным раствором моющего средства, имеющего состав 3,0 мас.% НПАВ, представляющего оксиэтилированную полиоксипропиленгликолевую производную этилдиамина (Alcatronic EDP) и 97 мас.% кальцинированной соды. Указанный моющий раствор из резервуара УМПС с помощью эжектора подавали в моющие головки, установленные внутри цистерны, каждая из которых имеет два сопла. Давление моющей жидкости составляло 1,5 МПа. Температура моющего раствора контролировалась по термометру и поддерживалась в диапазоне 45-55^oС за счет подогрева его змеевиком. После 10-минутной струйной промывки полученную эмульсию, представляющую смесь моющего раствора и жидких углеводородов, откачивали с помощью мембранного насоса.

Загрязненный моющий раствор поступает в верхнюю часть (патрубок) самоочищающегося тонкослойного отстойника, на пластинах которого оседает основная масса жировых, илистых загрязнений. Практически очищенный моющий раствор поступает через верхний патрубок в резервуар, в котором находится моющий раствор. Моющий раствор на отмывку отбирается из нижнего фланца резервуара. Время разделения фаз составило всего несколько минут.

Органическая фаза всплывает в верхнюю часть отстойника и удаляется с помощью насоса или специальных жироуловителей в сборник-хранилище декантированного продукта. Периодически через пробоотборник, установленный на линии подачи моющего раствора, отбирают пробу и проверяют общую щелочность раствора. В нашем случае после восьми циклов промывки для корректировки заданной концентрации было добавлено порядка 30 л воды и 800 г моющего средства.

При использовании моющего средства состава, мас.%: НПАВ 3,0; триполифосфат 30; кальцинированная сода остальное до 100, время промывки несколько сократилось (до 7 мин).

Степень извлечения углеводородных соединений из эмульсии составила 98%.

На промытую цистерну бригадир составляет акт по форме ВУ-19, и на промывку ставится следующая цистерна.

Способ апробировался не только на железнодорожных цистернах, но и других различных объектов. Так в таблице 2 приведены данные об очистке резервуаров для хранения нефтепродуктов, а в таблице 3 - вертикальных цилиндрических резервуаров различной вместимостью под щитовой кровлей. Применялись моющие растворы с концентрацией 3-4% моющего средства.

В среднем при использовании моющего средства, содержащего одинаковое количество НПАВа и различной активной составляющей, только кальцинированную соду или с заменой ее частично на натриевые соли фосфорной кислоты, время отмывки отличается на 8-12%, или для достижения такого же результата снижается концентрация моющего раствора на 0,10-0,18 мас.%.

Апробация предлагаемого способа показала, что по сравнению с известными технологиями очистки поверхностей от углеводородных соединений и составами моющего средства, применяемого для этих целей, он обладает рядом преимуществ, а именно: - увеличение степени извлечения углеводородных соединений из загрязненного моющего раствора до 97-98,5%; - уменьшение энергозатрат за счет снижения температуры моющего раствора в процесса очистки; - упрощение оформления технологического процесса, т.к. регенерация отработанного моющего раствора происходит в той же емкости, где находится основной моющий раствор; - применение предлагаемого состава позволяет исключить использование более дорогих моющих средств, которые дополнительно содержали соли натрия полиакриловой кислоты и ингибитор коррозии; - улучшение экологии окружающей среды и условий работы обслуживающего персонала за счет исключения вышеуказанных компонентов; - снижение стоимости и времени очистки от углеводородных загрязнений единицы полезной площади.

Предлагаемый способ и состав моющего средства найдет применение в различных областях промышленности, о чем свидетельствуют положительные отзывы, полученные от организаций, осуществляющих их апробацию.

Формула изобретения

1. Способ очистки поверхности от углеводородных загрязнений по замкнутому циклу, включающий приготовление моющего средства, содержащего 2-4 мас. % неионогенного поверхностно-активного вещества на основе алкоксилата жирного спирта и активную составляющую, содержащую только кальцинированную соду или частично замененную на натриевые соли фосфорной кислоты, в качестве неионогенного поверхностно-активного вещества используют оксиэтилированные полиоксипропиленгликолевые производные этилендиамида или этилендиамина, отмывку поверхности водным раствором моющего средства, откачку полученной эмульсии, разделение эмульсии на водную и органическую фазы путем пропускания ее через самоочищающийся тонкослойный отстойник, выполненный в виде плоскопараллельных вертикальных коалесцирующих пластин, образующих щелевые зазоры, с последующим возвращением водной фазы в цикл очистки и периодическим удалением органической фазы в сборник.

2. Способ по п. 1, в котором при частичной замене кальцинированной соды в качестве натриевых солей фосфорной кислоты используют триполифосфат и/или тринатрийфосфат при массовом соотношении кальцинированная сода: натриевые соли фосфорной кислоты (1,9-2,3): 1.

3. Способ по п. 1 или 2, при котором для отмывки в зависимости от материала поверхности и вида загрязнения используют водный моющий раствор с концентрацией моющего средства в нем в диапазоне 1,5-4,0 мас. %.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4