Коалесцентный материал для разделения нефтеводяной смеси

Изобретение относится к области обработки воды, промышленных или бытовых сточных вод, преимущественно к области разделения нефтеводяной смеси для удаления из нее грубодисперсных и эмульгированных нефтепродуктов. Сущность изобретения состоит в применении гранул сополимера стирола с дивинилбензолом, являющегося исходным продуктом для получения анионита марки АВ 17-08, с коэффициентом однородности фракционного состава не более 1,6 в качестве коалесцентного материала для разделения нефтеводяной смеси. Изобретение позволяет снизить стоимость материала, используемого для разделения нефтеводяной смеси, и повысить эффективность разделения нефтеводяной смеси за счет повышения качества разделения, исключения необходимости периодических промывок материала, используемого для разделения, увеличения его эксплуатационного ресурса и расширения температурных границ при эксплуатации применяемого материала. 2 ил.

 

Изобретение относится к области обработки воды, промышленных или бытовых сточных вод, преимущественно к области разделения нефтеводяной смеси для удаления из нее грубодисперсных и эмульгированных нефтепродуктов.

Известно применение анионита на основе N-алкированного пористого сополимера дивинилбензола и 2-метил-5-винилпиридина ВП-1Ап в качестве материала для разделения нефтеводяной смеси (Авторское свидетельство СССР № 1161536, МПК С 10 G 33/06, опубл. 15.06.85, бюлл. № 22). Данный материал обеспечивает недостаточное качество разделения нефтеводяной смеси, имеет ограниченный ресурс, связанный с ограниченным объемом его пористой структуры (нефтеемкостью), и требует периодических промывок его значительным количеством чистой воды.

Известно также применение анионита, например, марки АВ 17-8 с размером зерен 0,5-0,7 мм в качестве гранулированной загрузки для разделения нефтеводяной смеси (Свидетельство Российской Федерации № 472 на полезную модель, МПК 6 В 01 D 17/022, опубл. 16.06.95, бюлл. № 6).

Недостатками применения известного материала при использовании его для разделения нефтеводяной смеси являются:

- высокая стоимость;

- недостаточная эффективность разделения нефтеводяной смеси, связанная с технологическими ограничениями, обусловленными свойствами анионитов (значительная набухаемость в воде, большая усадка при высыхании и термическая стойкость не более 60°С).

Известные материалы имеют гидрофильную поверхность и пористую структуру, вызывающую их набухание при контакте с водой. В связи с этим осушать аппараты для разделения нефтеводяной смеси с использованием анионитов нельзя, так как при высыхании гранулы анионитов уменьшаются в объеме, вследствие чего уменьшается и общий объем загрузки. Под действием гравитационных сил высохшие гранулы анионитов слеживаются в нижней части корпуса аппарата и при последующем заполнении аппарата нефтеводяной смесью, набухая, уже не могут заполнить занимаемый прежде объем, что при определенных конструктивных особенностях аппаратов для разделения нефтеводяной смеси приводит к частичному перетоку ее без очистки, минуя гранулированную загрузку, вследствие чего снижается качество разделения нефтеводяной смеси.

Температурные ограничения при использовании анионитов в качестве материала для разделения нефтеводяной смеси связаны с тем, что аниониты обладают термической стойкостью до 60°С. По этой причине подогрев нефтеводяной смеси и промывочной воды в аппаратах для ее разделения с использованием загрузки из гранул анионитов не должен превышать 60°С.

Отмеченные недостатки значительно снижают эффективность разделения нефтеводяной смеси.

Задачей заявляемого изобретения является снижение стоимости материала, используемого для разделения нефтеводяной смеси, и повышение эффективности разделения нефтеводяной смеси за счет повышения качества ее разделения, исключения необходимости периодических промывок используемого для разделения нефтеводяной смеси материала, увеличения его эксплуатационного ресурса и расширения температурных границ при эксплуатации применяемого материала.

Указанная задача решается, а названные технические результаты достигаются применением в качестве коалесцентного материала для разделения нефтеводяной смеси сополимера стирола с дивинилбензолом.

Сополимер стирола с дивинилбензолом и его основное назначение известны. Он используется при промышленном производстве лучших по своим качествам ионообменных смол, предназначенных для химического обессоливания технической воды в большой теплоэнергетике, в том числе и в атомной (Гельферих Ф. Иониты. Основы ионного обмена. - М.: Издательство иностранной литературы, 1962, стр.18-20; Салдадзе К.М., Пашков А.Б., Титов B.C. Ионообменные высокомолекулярные соединения. - М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1960, стр.54-75).

Сополимер стирола с дивинилбензолом используется также (http://firma-dis.narod.ru):

- в гидрометаллургии для извлечения и концентрирования золота из растворов и пульп;

- для разделения цианистых комплексов цветных и благородных металлов при сорбции из рудных пульп сложного солевого состава;

- в процессах извлечения молибдена из кислых рудных пульп и растворов.

Однако сополимер стирола с дивинилбензолом до сих пор не применялся в качестве коалесцентного материала для разделения нефтеводяной смеси, так как утилитарные свойства его в этом направлении изучены не были.

Исследованию подвергались свойства сополимера стирола с дивинилбензолом (по ТУ 6-05-1811-83 изм. 1), являющегося исходным продуктом для получения анионита марки АВ 17-8 на научно-производственном объединении «Завод ионообменных смол», г.Омск (Российская Федерация).

Сополимер стирола с дивинилбензолом по внешнему виду представляет мелкие сферические прозрачные гранулы, имеющие в слое белый цвет со слабым розоватым и желтоватым оттенками. Гранулированный состав содержит не менее 95% фракции с размером гранул от 0,25 до 0,8 мм, коэффициент однородности не превышает 1,6. Удельный объем сополимера стирола с дивинилбензолом от 2,4 до 2,7 см³/г. Гранулы сополимера стирола с дивинилбензолом имеют гидрофобную поверхность, пористую структуру и термическую стойкость до 100°С. Он стоек к действию воды, щелочей, кислот и различных детергентов (ТУ 6-05-1811-83 изм. 1).

Разделению подвергали нефтеводяную смесь, полученную в эмульгаторе гидродинамического типа смешением водопроводной воды и мазута марки М40. Эмульгированную таким образом нефтеводяную смесь пропускали через сплошной слой гранул сополимера стирола с дивинилбензолом толщиной 78 мм.

Процесс разделения нефтеводяной смеси иллюстрируется графическими изображениями, представленными на фигурах 1 и 2.

На фигуре 1 изображены гранулы сополимера стирола с дивинилбензолом в процессе контакта их с разделяемой нефтеводяной смесью.

На фигуре 2 изображен график распределения частиц (капель) мазута М40 в нефтеводяной смеси до и после ее разделения.

При фильтрации нефтеводяной смеси через слой гранул 1 сополимера стирола с дивинилбензолом вода 2 отталкивается от поверхностей гранул 1 и свободно проходит по каналам между ними, а мазут (в том числе и эмульгированный) за счет адгезии налипает на поверхностях гранул 1, проникая в их внутренние поры 3, и образует пленки, которые в местах соприкосновения гранул друг с другом формируют мениски 4. Соединяясь друг с другом, мениски 4 заполняют каналы между гранулами 1, образуя поверхность 5 раздела сред «вода - мазут - воздух».

Отделившись от капель мазута, вода 2 свободно проходит по каналам между гранулами 1 и по ходу выталкивает на периферию гранулированного слоя участки соединившихся друг с другом менисков 4, которые формируются в крупные быстро всплывающие капли мазута.

Таким образом, в процессе разделения нефтеводяной смеси при фильтрации ее через сплошной гранулированный слой сополимера стирола с дивинилбензолом наблюдается классическое явление коалесценции (укрупнения) капель мазута с последующим отделением их от воды.

При прекращении пропуска нефтеводяной смеси через сплошной слой гранул сополимера стирола с дивинилбензолом и осушении аппарата для разделения нефтеводяной смеси гранулы его не усыхали, а занимаемый гранулами объем не уменьшался. В связи с этим при повторном заполнении аппарата для разделения нефтеводяной смеси и пропускании нефтеводяной смеси через загрузку из гранул сополимера стирола с дивинилбензолом не было выявлено слеживания загрузки и образования в ней зазоров, что исключило переток нефтеводяной смеси, минуя гранулированную загрузку, и тем самым повысило качество разделения нефтеводяной смеси.

Для более глубокого анализа качества разделения нефтеводяной смеси с использованием сополимера стирола с дивинилбензолом производился подсчет количества частиц (капель) мазута М40 и их размеров до и после разделения.

Для указанного подсчета использовался микроскоп Intel QX3, имеющий цифровую фотокамеру с USB интерфейсом, что позволяет обрабатывать полученные фотографии на компьютере.

Результаты обработки полученных экспериментальных данных представлены на фигуре 2 в виде кривой 6, характеризующей распределение в нефтеводяной смеси частиц (капель) мазута М40 по их размерам и количеству до разделения, и в виде кривой 7, характеризующей распределение в нефтеводяной смеси частиц (капель) мазута М40 по их размерам и количеству после разделения.

Анализ полученных экспериментальных данных позволяет сделать вывод о высоком качестве разделения нефтеводяной смеси при применении для разделения в качестве коалесцентного материала сополимера стирола с дивинилбензолом.

В процессе исследований было также выявлено, что через определенное время (в зависимости от концентрации мазута в разделяемой смеси, скорости фильтрации смеси и ее температуры) процесс разделения нефтеводяной смеси выходит на установившийся режим, после чего количество мазута в слое гранулированной загрузки остается постоянным и не зависит от концентрации его в исходной нефтеводяной смеси. Указанное обстоятельство исключило необходимость промывок загрузки из гранул сополимера стирола с дивинилбензолом или ее замену.

В процессе дальнейших исследований деэмульгирующих свойств гранулированного слоя сополимера стирола с дивинилбензолом был установлен его неограниченный эксплуатационный ресурс. При кольматации (заиливании) гранулированного слоя из этого материала асфальтенами и парафинами, содержащимися в мазуте, он легко отмывается (регенерируется) в среде легкого дизельного топлива при барботировании его сжатым воздухом, тогда как гранулированная загрузка из известных анионитов, используемых в качестве сорбентов, как показывает опыт технической эксплуатации судового фильтрующего оборудования, при очистке воды с 1%-м содержанием мазута М40 требует регенерации или замены уже через 50-100 часов работы.

При проведении регенерации загрузки из гранул сополимера стирола с дивинилбензолом чистой подогретой водой ее температуру увеличивали до 95°С, так как гранулы сополимера стирола с дивинилбензолом обладают термической стойкостью до 100°С, что позволило расширить температурные границы при эксплуатации применяемого для разделения материала.

Коммерческая стоимость сополимера стирола с дивинилбензолом в два раза меньше стоимости изготовленных на его основе ионитов (анионитов и катионитов), используемых в настоящее время в качестве сорбентов в судовом фильтрующем оборудовании для предотвращения загрязнения моря сточными нефтеводяными смесями.

Анализ проведенных исследований и полученных экспериментальных данных позволил сделать вывод о том, что применение сополимера стирола с дивинилбензолом в качестве коалесцентного материала для разделения нефтеводяной смеси является более эффективным и целесообразным по сравнению с ионитами, изготовленными на его основе, а также с другими известными сорбентами, которые в настоящее время используются в судовом фильтрующем оборудовании.

Применение гранул сополимера стирола с дивинилбензолом, являющегося исходным продуктом для получения анионита марки АВ 17-08, с коэффициентом однородности фракционного состава не более 1,6 в качестве коалесцентного материала для разделения нефтеводяной смеси.