СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ СБОРА НЕФТИ С ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ Российский патент 1998 года по МПК B01J20/22 C02F1/28 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к сбору разлитой нефти с поверхности пресных и морских водоемов.

Известны составы для получения легких порошкообразных сорбентов, частицы которых представляют собой полые пластмассовые микросферы, получаемые методом распылительной сушки композиций на основе фенолформальдегидных (ф/ф) или мочевиноформальдегидных (м/ф) смол. В указанные композиции для регулирования отдельных свойств микросфер дополнительно вводят химические модифицирующие добавки. Например, в авт.св. N 666136, кл. C 02 F 1/28 защищен состав на основе м/ф смол, в который для повышения сорбционной активности сорбента в результате придания ему гидрофобного характера смачиваемости дополнительно вводят фуриловый спирт. В авт. св. N 1134233, кл. C 02 F 1/28 также защищен состав на основе м/ф смол, дополнительно содержащий диэтиламин для придания сорбенту повышенной водостойкости, гидрофобности и сорбционной активности. Состав по авт. св. N 1341164, кл. C 02 F 1/28 на основе м/ф смол дополнительно содержит поверхностно-активное вещество МЛ-80 для придания сорбенту стабильности его сорбционных свойств.

Наиболее близким из известных технических решений к заявляемому изобретению является состав для получения сорбента для сбора нефти с поверхности воды [1] . Данный состав на основе м/ф смол с целью повышения сорбционной активности сорбента дополнительно содержит кремнийорганическую жидкость ГКЖ-10 при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: порофор 1 - 3; ГКЖ-10 2 - 3; м/ф смола - остальное.

Общими недостатками перечисленных технических решений, в том числе и принятого за прототипа, являются: сравнительно низкая механическая прочность частиц сорбентов, что вызывает их разрушение при распылении на пленку нефти; сравнительно низкая структурная прочность гелеобразной массы, образующейся частицами сорбента с адсорбированной нефтью, что затрудняет ее сбор механическими средствами; снижаются сорбционные свойства сорбентов после их регенерации; сравнительно низкая водостойкость, что ведет к частичному насыщению частиц сорбента водой и тем самым к снижению сорбционной емкости.

Задачей изобретения является улучшение эффективности сбора разлитой нефти за счет повышения механической прочности частиц сорбента и структурной прочности гелеобразной массы при одновременном сохранении сорбционных свойств после многократной регенерации сорбента.

Решение данной задачи достигается тем, что состав для получения сорбента, содержащий мочевиноформальдегидную смолу и порофор, дополнительно содержит алюмометилсиликонат натрия (реагент Петросил-2М) при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Порофор - 1 - 3
Алюмометилсиликонат натрия - 0,5 - 1,0
Мочевиноформальдегидная смола - Остальное
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что хотя в том и в другом случае в составы дополнительно вводится кремнийорганическая жидкость, но наличие в заявляемом составе алюмометилсиликоната натрия (реагента Петросил-2М) приводит к существенному улучшению сорбционной активности сорбента, его механической прочности и особенно прочности гелеобразной массы по сравнению с известными составами, в том числе с составом прототипа. Это свидетельствует о том, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Кроме того, проведенный анализ показал, что неизвестно применение алюмометилсиликоната натрия в известных технических решениях с целью улучшения сбора разлитой нефти. Поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Алюмометилсиликонат натрия (реагент Петросил-2М) выпускается Данковским химзаводом по ТУ 6-02-1296-84 и представляет собой водорастворимую кремнийорганическую жидкость. Известная область ее применения: для регулирования вязкостных и структурно-механических свойств глинистых буровых растворов при бурении скважин (авт. св. N 1153545). Отдельно сам реагент Петросил-2М в качестве сорбента для сбора разлитой нефти не применяется.

Мочевиноформальдегидные смолы выпускаются предприятиями химической промышленности по ГОСТ 14231-69. Они представляют собой вязкие жидкости с содержанием сухого вещества 60 - 70%. Применяются для получения пенопластов, клеев, лаков, пластмасс и т.д. Отдельно сама смола в качестве сорбента для сбора нефти не применяется.

Порофор марки ЧХЗ-57 (азобутиронитрил) выпускается по ТУ 6-03-365-79 в ПО "Корунд" (г. Дзержинск), представляет собой белый порошок и применяется в качестве реагента-газообразователя при получении пенопластов. При нагревании выше 60^oC порофор разлагается с выделением азота (Энциклопедия полимеров. Т. 3, - М.: Советская энциклопедия, 1977, с. 155). Отдельно порофор в качестве сорбента для сбора нефти не применяется.

Технология получения сорбента для сбора разлитой нефти из предлагаемого состава следующая.

В реакторе смешивают в необходимых соотношениях мочевиноформальдегидную смолу (например, марки УКС), порофор (марки ЧХЗ-57) и алюмометилсиликонат натрия (марки Петросил-2М). Затем полученную композицию подвергают распылительной сушке, подавая ее насосом в распыливающее устройство (форсунку или центробежный диск), находящееся в верхней части сушильной камеры. Температура на входе в сушильную камеру поддерживают равной 275^oC, а на выходе 110^oC. Во время падения частицы распыленной композиции в атмосфере горячих газов под действием тепла происходит одновременное отверждение смолы и разложение порофора с выделением азота, который раздувает частицу композиции в полую микросферу. На дне сушильной камеры скапливается готовая продукция - микросферические частицы сорбента.

Примеры конкретного приготовления предлагаемого состава и сорбента из него.

Пример 1. Перемешивают в реакторе 1 кг порофора, 0,5 кг алюмометилсиликоната натрия и 98,5 кг мочевиноформальдегидной смолы в течение 1 ч. Затем готовую композицию подвергают распылительной сушке при температуре на входе в сушильную камеру 275^oC и на выходе 110^oC.

Пример 2. Перемешивают в реакторе 2 кг порофора, 0,7 кг алюмометилсиликоната натрия и 97,3 кг мочевиноформальдегидной смолы в течение 1 ч. Затем готовую композицию подвергают распылительной сушке при температуре на входе в сушильную камеру 275^oC и на выходе 110^oC.

Пример 3. Перемешивают в реакторе 3 кг порофора, 1 кг алюмометилсиликоната натрия и 96 кг мочевиноформальдегидной смолы в течение 1 ч. Затем готовую композицию подвергают распылительной сушке при температуре на входе в сушильную камеру 275^oC и на выходе 110^oC.

В табл. 1 представлены предлагаемые компонентные составы (составы 1 - 5) и состав прототипа по авт. св. N 1088785 (состав 6) для получения сорбентов для сбора нефти. Причем в составе 1 содержание ингредиентов взято ниже заявляемых значений, в составах 2 - 4 ингредиенты содержатся в пределах заявляемых значений, а в составе 5 содержание ингредиентов выше заявляемых значений.

В лабораторных условиях проведена оценка некоторых физико-механических свойств сорбентов, полученных из составов, приведенных в табл. 1. Эти свойства оценивали по следующим методикам.

Плотность сорбентов определяли по стандартной методике согласно ТУ 6-05-221-258-75.

Водостойкость определяли путем взвешивания после сушки до постоянного веса оставшихся на плаву микросферических частиц при выдержки в воде навески сорбента в течение 60 суток.

Механическую прочность оценивали по величине гидростатического давления, при котором в автоклаве разрушалось 50% по весу микросфер.

Результаты лабораторных исследований представлены в табл. 2.

Как следует из данных табл. 2, сорбент, получаемый из предлагаемого состава при оптимальных соотношениях ингредиентов (составы 2 - 4), обладает низкой плотностью, высокой водостойкостью и гидростатической прочностью. Если соотношение ингредиентов в составе меньше предлагаемых значений (состав 1), то из-за недостаточного содержания в составе порофора образуется много монолитных сферических частиц, которые тонут в воде. Поэтому у данного сорбента низкий показатель водостойкости (68%) при сравнительно хорошей гидростатической прочности (28,2 МПа). Если соотношение ингредиентов в составе выше предлагаемых значений (состав 5), то из-за избытка порофора образуется много крупных вспененных сферических частиц. Они имеют низкую плотность и гидростатическую прочность, поскольку у них очень тонкая оболочка. Из-за избытка порофора также образуются микросферы с дефектами в виде отверстий и тонких пор в оболочке частиц. Поэтому в воде они сразу тонут.

Сорбент, полученный из состава прототипа (состав 6), существенно уступает по водостойкости и гидростатической прочности предлагаемому сорбенту.

Эксперименты по сбору разлитой нефти с поверхности воды в лабораторных условиях производились по следующей методике.

На поверхность воды, налитой в широкий цилиндрический сосуд с делениями, наливается навеска нефти, которая образует на поверхности воды пленку определенной толщины. Затем нефть равномерно распыляет сорбент, который, сорбируя нефть, образует с ней гелеобразную массу. Ее удаляют с поверхности воды механическим способом и взвешивают. С помощью пластометра Ребиндера по глубине погружения конуса в гелеобразную массу под действием нагрузки определяют структурную (пластическую) прочность массы. После отмыва растворителем частиц сорбента от нефти их высушивают и взвешивают, рассчитывая удельный расход сорбента. Степень очистки воды от нефти оценивали на приборе Дина и Старка.

В табл. 3 приведены результаты опытов. Толщина пленки нефти во всех опытах была одинаковой, равной 1 мм. Применялась безводная нефть Арланского месторождения Башкирии, имеющая следующую краткую характеристику: плотность 0,845 г/см³, вязкость при 20^oC 2,56 сП, содержание, %: смол 26, асфальтенов 3,3, парафина 1,4, масел 11,2%.

Как следует из анализа данных табл. 3, по таким показателям как удельный расход сорбента, количество собранной нефти на единицу веса сорбента и степень очистки воды от нефти, предлагаемый сорбент (составы 2 - 4) находится на том же уровне, что и сорбент из состава прототипа (состав 6). Однако прочность гелеобразной массы при использовании предлагаемого состава почти в два раза выше, чем при использовании состава прототипа. Высокая прочность гелеобразной массы позволит избежать ее разрушения (диспергирования) при ветровом или волновом воздействии (например, в морских условиях) и облегчит удаление с поверхности воды механическими средствами. Кроме того, расход кремнийорганической добавки Петросил-2М в предлагаемом составе в 3 - 4 раза ниже, чем кремнийорганической добавки ГКЖ-10 в составе прототипа.

В лабораторных условиях проведены опыты по многократному сбору разлитой нефти одним и тем же сорбентом после его регенерации. Они проводились в следующей последовательности.

После первого сбора нефти с поверхности воды, оценки удельного расхода сорбента, степени очистки воды от нефти и структурной прочности гелеобразной массы производили регенерацию сорбента путем экстракции отмыва растворителем, его высушивали и вновь распыляли на вновь налитую навеску нефти. Опыты в такой последовательности повторяли многократно (до 10 раз).

В табл. 4 приведены данные, полученные в результате указанных экспериментов.

Так как разлитая на воде нефть в реальных условиях под воздействием ветра, волнения, солнца окисляется и частично переходит в эмульгированное состояние, то важно было оценить способность сорбентов сорбировать нефть из эмульсии. Эмульсию первого рода типа "нефть в воде" готовили путем интенсивного перемешивания нефти и воды, взятых в соотношении 1 : 1, с помощью миксера "Воронеж" при скорости вращения 9000 об/мин. Чтобы эмульсия была стабильной, в нее дополнительно вводили эмульгатор (сульфонол) в объемных долях 0,2%. В приготовленную эмульсию вводили навеску сорбента в количестве 5% от объема нефти в эмульсии. Смесь перемешивали 10 мин и оставляли в покое на 30 мин. Частицы сорбента вместе с адсорбированной нефтью всплывали на поверхность, образуя гелеобразную массу. Ее удаляли механическим способом и замеряли структурную прочность. С помощью прибора Дина и Старка определяли остаточное содержание нефти в воде, тем самым оценивали степень удаления нефти из эмульсии.

Аналогичные опыты повторяли с навесками сорбентов в 10% от объема нефти в эмульсии.

В табл. 5 приведены результаты опытов.

Данные табл. 5 свидетельствуют о том, что сорбент из предлагаемого состава при оптимальных соотношениях ингредиентов (составы 2 - 4) способен при расходе порядка 10% (от объема нефти в эмульсии) практически полностью удалить нефть из эмульсии (93 - 98%). Несколько ниже эти значения при расходе сорбента 5% (82 - 90%). Структурная прочность образующейся гелеобразной массы также зависит от расхода сорбента: чем больше расход, тем выше структурная прочность.

Что касается сорбент из состава прототипа (состав 6), то он существенно уступает предлагаемому сорбенту и по степени удаления нефти из эмульсии и по прочности образующейся гелеобразной массы.

Таким образом, сорбент из предлагаемого состава имеет следующие технико-экономические преимущества по сравнению с сорбентами из известных составов:
высокая водостойкость и гидростатическая прочность, что позволяет его эффективно и многократно применять для сбора разлитой нефти;
сорбент с адсорбированной нефтью образует гелеобразную массу с высокой структурной прочностью, что позволяет избежать ее диспергации, рассеивания по водной поверхности при ветровом и волновом воздействии;
сорбент эффективен и для удаления эмульгированной нефти;
экономический эффект может быть получен за счет многократного применения данного сорбента для сбора разлитой нефти.

Использование: в области охраны окружающей среды, для сбора разлитой нефти с поверхности пресных и морских водоемов. Сущность: состав для получения сорбента для сбора нефти с поверхности воды содержит ингредиенты при следующем соотношении, мас. %: порофор 1-3; алюмометилсиликонат натрия (реагент Петросил-2М) 0,5-1,0; мочевиноформальдегидная смола - остальное. 5 табл.

Состав для получения сорбента для сбора нефти с поверхности воды, содержащей порофор и мочевиноформальдегидную смолу, отличающийся тем, что для улучшения эффективности сбора разлитой нефти за счет повышения водостойкости и гидростатической прочности частиц сорбента, а также повышения структурной прочности гелеобразной массы при одновременном сохранении сорбционных свойств сорбента после его многократной регенерации, состав дополнительно содержит алюмометилсиликонат натрия (реагент Петросил-2М) при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Порофор - 1 - 3
Алюмометилсиликонат натрия (реагент Петросил-2М) - 0,5 - 1,0
Мочевиноформальдегидная смола - Остальноез