Способ получения сорбента для жидких углеводородов
Изобретение относится к области получения сорбентов. Предложен способ получения сорбента для жидких углеводородов на основе пористых материалов, включающий обработку смеси составленной из перлита, вермикулита и цеолита, с величиной гранул 5-35 мм и с размером пор 0,5-6,0 мм при общей пористости не менее 50%, в вихревом потоке нагретого инертного газа, под воздействием акустического ультразвукового поля, гидрофобизующим веществом, содержащим высокомолекулярный полидиметилфторсилоксан, этиацетат, полиамидоимид, метилпирролидон. 6 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к области экологической безопасности и предназначено для использования при загрязнении водной среды нефтью и нефтепродуктами, естественными и синтетическими маслами и касается подбора и производства сорбентов для обработки и очистки водных сред от указанных загрязнителей на акватории и в массиве водной среды.
В настоящее время известны несколько принципиальных технологий подбора состава материалов для сорбента, из которых наиболее представительным является сорбент для жидких углеводородов на основе вспученного перлита, обработанного гидрофобизирующим составом, приготовленным из кремнийорганической смеси, парафина и мыла [DE, №2845975, 21.10.1978, С09К 3/32].
Существенными и очевидными недостатками этого сорбента являются: низкая технологичность процесса подбора и составления ингредиентных композиций гидрофобизующего вещества; при использовании парафина и мыла резко снижается пористость материала, которая является основным показателем сорбирующей способности материала; парафин является вязким материалом и при этом обладает весьма низкой температурой плавления (около 54-65°С, по химсоставам), что приводит к его преждевременному удалению из пор материала в условиях субтропиков, тропиков и высоких летних температур в любом регионе, при этом наличие пленок мыла способствует такому процессу, к тому же смытые с материала и вымытые из его пор остатки мыльного состава также неблагоприятно воздействуют на обрабатываемую среду.
Известны также способы производства сорбента на основе пористых перлита и вермикулита, обработанных гидрофобизатором на основе водного раствора спирта и силоксана [Пащенко А.А. Гидрофобный вспученный перлит. Химия и техн. воды, 1977, с.158; RU №2255804, 10.07.2005].
Полученные сорбенты также обладают рядом существенных недостатков, главные из которых заключаются в низкой удельной сорбционной активности по отношению к массе используемого для очистки водной среды сорбента (0,5-0,8 кг загрязн./1 кг сорбента), наличие отрицательного процесса десорбции нефтепродукта (3-5%); использование водного раствора спиртов, где при соединении раствора с силоксаном появляется химически несвязанная вода, что приводит к обводнению пор материала, потере положительной плавучести и снижению эффекта сорбции нефтепродуктов на водной поверхности.
Наиболее близким по существу и составу является способ получения сорбента для жидких углеводородов, на основе пористого материала, обработанного гидрофобизующим веществом [RU 2055637, 10.03.1996].
В этом способе в качестве пористого материала используют вспученный перлит, а в качестве гидрофобизующего вещества берут полиметилгидросилоксан, которым обрабатывают перлит при температуре 320-380°С в течение 20-30 мин.
Недостатки данного способа существенны и аналогичны изложенным, кроме того, получение сорбента при температурах 320-380°С связано, во-первых, с необходимостью соблюдения особых правил техники безопасности; во-вторых, приводит к мгновенному испарению воднометилового компонента, что неизбежно влечет резкое нарушение условий полимеризации силоксана на поверхности материала и, особенно, в его порах, которые остаются (показано лабораторным результатом испытаний этого сорбента) необработанными, и при охлаждении сорбента до температуры окружающего воздуха в порах конденсируется атмосферная влага, т.к. специальный процесс хранения разработчиками этого сорбента не предусмотрен. Эти недостатки в выборе ингредиентов и при получении сорбента приводят в итоге к низкому показателю его сорбционной активности, который может быть использован только при крайне незначительном содержании жидких углеводородов в водной среде (около 3-5 мг/л) в то время как на практике концентрация углеводородных загрязнений всегда превышает 103-105 мг/л (особенно при аварийных и техногенных выбросах нефти и нефтепродуктов на акватории), поэтому требуется значительное количество такого сорбента и многократность обработки водной среды дополнительными порциями такого сорбента.
Технической задачей и социально-техногенным эффектом данного способа является создание сорбента, отвечающего своим составом и технологичностью использования современным и перспективным требованиям, предъявляемым к таким материалам: высокая сорбционная активность; значительный удельный сорбционный эффект по отношению к массе использованного сорбента; положительные экологические характеристики сорбента и процесса очистки водной среды; возможность регенирации сорбента для повторного использования или использование отработавшего сорбента (вместе с загрязнителем) для выполнения гидроизоляции и подстилающего слоя покрытий.
Указанная задача и эффективность достигается за счет способа получения сорбента для жидких углеводородов на основе пористого материала, обработанного гидрофобизующим материалом (веществом), где в качестве пористого материала используют смесь вспученных материалов: перлита, вермикулита и цеолита, просеивают (отделяя пыль и мелочь), отбирают гранулы материала, которые перемешивают до получения однородного состава, пропускают отобранные гранулы материала в вихревом потоке нагретого газа, подвергая материал одновременному воздействию акустического ультразвукового поля, после этого отбирают материал с величиной гранул 5-35 мм и с размером пор (в этих гранулах) 0,5-6,0 мм при общей пористости (сумме этих пор по отношению к объему материала) не менее 50%, добавляют пироуглерод, вводя в материал гидрофобизующее вещество, составленное ингредиентами: высокомолекулярный полидиметилфторсилоксан, этилацетат, полиамидоимид, метилпирролидон, перемешивают материал с гидрофобизующим веществом до получения однородной пленки на поверхности и в порах гранул материала, остаток гидрофобизующего вещества удаляют продувкой обработанных гранул материала нагретым газом, полученный сорбент направляют на прямое использование или упаковывают до использования в контейнер в среде инертного газа и при пониженном, к атмосферному, давлении в полости герметизированного (с сорбентом) контейнера.
При этом соотношение материалов: перлита, вермикулита, цеолита и пероуглерода С20-С32 выбирают соответственно: (0,5-1):1:(0,2-0,6):(0,05-0,1):(0,01-0,1) мас.%%.
А ингредиентный состав гидрофобизующего вещества выбирают при соотношении: первый компонент - высокомолекулярный полидиметилфторсилоксан и этилацетат 1:1-1:3, мас.%; второй компонент - полиамидоимид и метилпирролидон 1:2 -1:5, мас.%, смешивают первый и второй компоненты при их соотношении соответсвенно 5:1-10:1, мас.%.
Газ для создания вихревого потока нагревают до 120-180°С, а скорость газового потока задают равной или превышающей на 5-7% скорость витания гранул материала в этом потоке. При этом частоту волн акустического ультразвукового воздействия выбирают 20-25 кГц.
В качестве газа выбирают инертный типа: гелий или аргон, или криптон (Не, Ar, Kr), или смесь этих газов в любом сочетании и любом соотношении.
Для упрощения процесса использования сорбента, особенно при очистке значительных площадей водной поверхности, гранулы материала (до или после обработки) закрепляют на сетчатой основе, а ячейки сетки выбирают, по отношению к размерам гранул материала, в пределах 3·3-30·30 мм.
Процесс выбора ингредиентов, компонентов и способ получения сорбента раскрывается далее на примерах.
Пример 1. Сорбент для жидких углеводородов получают выбором наиболее согласуемых по физико-химическими свойством и физической эффективности ингредиентов, такой совокупностью ингредиентов выбраны: перлит, вермикулит, цеолит и пироуглерод (20С-32С). В качестве ингредиентов выбран наиболее эффективный состав: первый компонент - высокомолекулярный полиметилфторсилоксан; второй компонент - полиамидоимид и метилпирролидон. Материал выбран из числа вспученных (пористых): перлит, вермикулит, цеолит, вспученный при его фазовом превращении при возгонке и вакуумировании, и пироуглерод берут в соотношении 0,7:1:0,4:0,05 (мас.%%); к первому компоненту - высокромолекулярному полидиметилфторсилоксану добавляют этиацетат при их соотношении 1:2 (мас.%), второй компонент берут при эго соотношении ингредиентов (указаны выше) 2:3 (мас.%); весовое соотношение компонентов берут: перлит - 70 г, вермикулит - 100 г, цеолит 40 г, пироуглерод - 5 г, перемешивают компоненты до получения однородного состава, гранулы материала отбирают от 5 до 35 мм (через соответствующие сита) с пористостью (общей) не менее 50% и размером пор 0,5-6,0 мм (большее значение пор - в больших гранулах), конкретно берут навеску материала 210 г, в котором материал с величиной гранул 5-10 мм и порами 0,5-3,0 мм составляет 50 г, с гранулами 10-20 мм, порами 1,0-4 мм, - 140 г, с гранулами 20-35 мм, порами 2,6 мм, 20 г. Материал подают в восходящий поток газа, нагретого до 145°С, на материал в этом потоке воздействуют акустическими ультразвуковыми волнами частотой 22 кГц при интенсивности 20 дБ; через 2 минуты в материал вводят гидрофобизирующее вещество состава: первый компонент (1:2) - 60 мл, второй компонент (1:3) - 80 мл, всего 140 мл; скорость витания гранул материала в потоке газа (аргона) задают равной скорости восходящего потока газа (около 10 м/с) или на 5-7% меньше этой скорости потока. Время обработки материала установлено 5 минут, в течении которого, как установлено анализом полученного сорбента, заданным процессом поликонденсации, образована равномерная пленка гидрофобизатора на поверхности и на стенках пор гранул материала, закрывшая полностью всю структуру материала для исключения попадания в поры воды при ее очистке от загрязнителей (нефть, ее продукты, масла); остаток гидрофобизующего вещества удален продувкой обработанного материала потоком нагретого инертного газа, которым удаляют микрокапельную фазу с гранул и из пор материала. Полученный сорбент готов к его непосредственному прямому использованию или к упаковке (до использования) в контейнер в среде инертного газа (Не, Ar, Kr) при пониженном на 5-7% давлении по отношению к атмосферному.
Пример 2. В условиях примера 1 к материалу добавляют пироуглерод (20С-32C) в кол - ве 0,1 мас.%, это позволяет получить более простую технологию получения смеси материалов ввиду тонкости частиц (молекулы, глобулы, кластеры) пироуглерода, обладающего (на молекулярно-кластерном уровне) электронодефицитностью и высокой активностью, способствующей более равномерному распределению в гранулах остальных компонентов, но не допускают увеличения количества пироуглерода, т.к. это ведет к обратному процессу.
Пример 3. В условиях примеров 1 и 2, получаемые гранулы сорбента наносят на сетчатую основу (сетку), выполненную, например, из стеклоткани, при этом или гранулы нанизывают на нити, или наклеивают клеящими мономерами (типа силоксана или полиамида) на сетку, согласовывая размер ячеек с размером гранул, чтобы не было проскока гранул сквозь отверстия в сетчатой основе. Такой сорбент эффективно использовать для большей оперативности покрытия значительных площадей загрязнения акватории нефтепродуктами и сбора этих загрязнителей. Сетчатую основу можно использовать многократно за счет смыва в бункеры нефтепродукта (сухим паром), или сброса гранул с сетки вместе с сорбированными загрязнителями.
Таким образом, разработанный способ, а также созданный и экспериментально проверенный сорбент позволяет существенно повысить его сорбционные свойства (не менее чем 4-5 кг загрязн./на 1 кг сорбента) при высокой активности сорбирования в самом начале физико-механического контакта с загрязнителем; полностью отсутствует десорбция собранного загрязнителя; сорбент с аккумулированным загрязнителем обладает 100-процентной плавучестью неопределенное время, сохраняя требуемые экологические показатели водной среды (не более 0,02 мг/л); экономичность получения такого сорбента также более положительна (по сравнению с аналогами и базовым сорбентом ЗАО «Сев.-Зап. Экол. компании»), - стоимость такого сорбента на 0,4-0,7 ниже базового сорбента. Кроме того, полученный сорбент технологичен и при его регенерации, что позволяет использовать и сорбент (повторно), и собранный нефтепродукт (по прямому назначению).
1. Способ получения сорбента для жидких углеводородов, включающий обработку смеси гранул вспученного перлита и вермикулита гидрофобизирующим веществом при перемешивании до получения однородной пленки на поверхности и на стенках пор гранул, отличающийся тем, что исходная смесь гранул дополнительно содержит цеолит, смесь перемешивают до однородного состава, отбирают гранулы размером 5-35 мм с размером пор 0,5-6,0 мм и с общей пористостью не менее 50% и подвергают обработке в вихревом потоке инертного газа при 120-180°С с одновременным воздействием ультразвукового акустического поля при использовании в качестве гидрофобизирующего вещества смеси, содержащей 5-10 мас.ч. полидиметилфторсилоксана в этилацетате и 1 мас.ч. полиамидоимида в метилпирролидоне, остаток гидрофобизирующего вещества удаляют путем продувки обработанных гранул инертным газом, полученный сорбент направляют на использование или упаковывают в среде инертного газа при пониженном давлении в герметизированный контейнер.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходная смесь гранул содержит перлит, вермикулит и цеолит при их массовом соотношении, равном (0,5-1):1:(0,2-0,6) соответственно.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что массовое соотношение полидиметилфторсилоксана к этилацетату составляет 1:(1-3), а массовое соотношение полиамидоимида к метилпирролидону составляет 1:(2-5).
4. Способ по п.1, отличающийся тем. что скорость потока инертного газа задают равной или на 5-7% превышающей скорость витания гранул в потоке.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что частоту волн акустического воздействия выбирают 20-25 кГц.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве инертного газа используют гелий, или аргон, или криптон, или смесь этих газов в любом сочетании и соотношении.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученные гранулы сорбента закрепляют на сетчатой основе, ячейки которой составляют от 3×3 до 30×30 мм.
