СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТОВ ДЛЯ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 2008 года по МПК B01J20/32 

Изобретение относится к технологии получения сорбентов для жидких углеводородов, находящихся на водной поверхности ввиду аварийных и технологических выбросов, а также может быть использовано для очистки водной среды от нефтепродуктов, масел и жиров.

Для решения данной технологической проблемы разработаны способы и материалы, наиболее характерными и представительными из которых можно считать способы получения и технологии использования сорбентов для очистки водных поверхностей от углеводородных загрязнений, преимущественно нефти и нефтепродуктов. Способ получения сорбентов основан на использовании пористых минералов, в основном, перлита, вермикулита, которыми обрабатывают поверхность, загрязненную нефтью, затем собирают с водной поверхности вместе с сорбированной нефтью [RU №2055637, 10.03.1996; RU №2097333, 27.11.1997; DE №1167278, 02.04.1964].

Существенными и типичными недостатками известных способов получения и использования сорбентов для жидких углеводородов являются несовершенства операций по обработке материала, из которого получают сорбент, ввиду отсутствия активирующих материал технологических процессов, которые могли бы способствовать наиболее полному удалению свободной и связанной влаги их пористой структуры материала; эти недостатки снижают сорбирующую активность, удельную и объемную емкость полученного и используемого сорбента.

Наиболее близким, по мнению заявителя, является способ получения сорбента для жидких углеводородов (нефти, нефтепродуктов и ароматических веществ), включающий обработку исходного материала на основе алюмосиликатов в рабочей камере путем пропитки его гидрофобизатором и последующей сушки [RU №2255804, 10.07.2005].

В этом способе используют естественные материалы (перлит, вермикулит), а в качестве гидрофобизатора применен водный раствор изопропилового спирта в смеси с октилтриэтоксисиланом.

Обладая определенными преимуществами по сравнению с аналогами, этот способ содержит также существенные недостатки, заключающиеся в том, что обработка, пропитка гидрофобизатором и последующая сушка материала осуществляются в пассивных режимах, что не гарантирует проникновения гидрофобизирующего раствора в микропоры материала и снижает тем самым его сорбирующую активность, т.к. в эти микропоры может проникать вода как более тонкая жидкость по отношению к нефти и вязким нефтепродуктам, что приводит к уменьшению объема поглощения и связывания сорбируемых углеводородов. Кроме того, в процессе сушки обработанного материала значительная часть мелкокапельных парогазовых фаз гидрофобизатора теряется и отводится из рабочей камеры, что также снижает эффективность всего способа.

Технической задачей данного изобретения является создание более производительного, экономически выгодного и высокоэффективного способа получения сорбентов для жидких углеводородов, обладающего исключительной представительностью процесса очистки водных поверхностей от углеводородных загрязнителей и репрезентативностью таких процессов при использовании сорбента в различных условиях.

Техническим результатом данного способа является более полное включение в сорбционный процесс всей макро- и микроструктуры полученного сорбента с достижением его максимальной сорбционной емкости при сборе нефти, нефтепродуктов, масел и жиров с водной поверхности и под непосредственной линией раздела вода-воздух этой среды.

Указанная техническая задача и результат в изобретении достигаются за счет того, что способ получения сорбентов для жидких углеводородов, включающий обработку исходного материала на основе вспученных алюмосиликатов в рабочей камере путем пропитки гидрофобизатором и последующей сушки, при этом в качестве исходного материала берут смесь алюмосиликатов и алюмоферритов при соотношении соответственно 20:1 - 10:1, фракции этого материала выбирают: 2-5, 6-10, 11-30 мм, подвергают обработке гидрофобизатором, при этом активируют материал обработкой его электромагнитным полем и акустическим воздействием. В способе в качестве гидрофобизатора используют водный раствор изопропилового спирта в смеси с полиэтилгидросилоксаном и с ненасыщенной жирной олеиновой кислотой или веществом из ряда аминогруппы.

При этом воздействие на материал электромагнитным полем ведут при его напряженности 10-20 В/м; а воздействие акустическим полем ведут с частотой волн 50-100 Гц при интенсивности воздействия акустическим полем 20-40 дБ.

В качестве газа выбирают смесь аргона с азотом и воздухом, а температуру при сушке обработанного гидрофобизатором материала задают в пределах от 200° до 400°С.

Пылевидные частицы из рабочей камеры отводят в циклон и на фильтры, после этого частицы гранулируют и фракционируют.

В способе используют в качестве алюмосиликатов как естественные, так и синтезированные искусственные материалы, а в качестве гидрофобизаторов используют водорастворимые кремнийорганические соединения, обладающие гидрофобизирующими свойствами по отношению к указанным исходным материалам.

Изложенная принципиальная сущность способа получения сорбентов для жидких углеводородов далее более полно раскрывается с указанием на технологическое оборудование, представленное на чертеже, где показана принципиальная технологическая последовательность осуществления данного способа, начиная от процесса заполнения бункера 1 исходным материалом, в качестве которого используют вспученные алюмосиликаты с добавлением алюмоферритов; этот материал подают в полость рабочей камеры 2, с которой магистралями соединены агрегаты и вспомогательное оборудование, в том числе, емкость 3 с гидрофобизатором, имеющая насос 4 для его дозировки; компрессор 5 для подачи сжатого воздуха (воздуха, смеси воздуха с аргоном и азотом, или аргона, или смеси аргона с азотом); компрессор 6 с регулируемым клапаном 7 для подачи газа сквозь полость калорифера 11 и нагрева его до температуры 200°-400°С с последующей подачей в полость рабочей камеры 2, которая соединена с бункером 12 накопления сорбента и расхода его подачей через задвижку 13.

Если в рабочей камере образуются пылевидные частицы, то отвод их осуществляют в циклоны 14, которые могут быть оборудованы тонкими фильтрами типа фильтра Петрянова; из фильтров сухой остаток, с помощью регулируемой арматуры 15, отводят в бункер 16 и посредством его задвижки 17 подают далее на гранулирование и прямое использование в качестве сорбента (или используют по другому назначению).

Тонкие частицы подают через задвижку 18 компрессором 19 в скруббер 20 для влажной очистки, остаток отводят в емкость 21; подачу жидкости в скруббер ведут насосом 22, при этом из верхней части полости скруббера чистую воду подают в оборотное использование.

В процессе получения сорбента загрузка бункера 1 может вестись как подготовленным по фракциям материалом, так и регулироваться дополнительно конкретными фракциями, находящимися в бункерах 23, 24 и 25, фракции 2-5 мм, 6-10 мм, 11-30 мм (и другие, необходимые для осуществления способа по конкретному регламенту фракций).

Для активации фракционированного материала используют излучатель 26 электромагнитных волн и поля, а также используют излучатель 27 акустических волн; при этом в полости камеры 2 на материал парогазовые фазы воздействуют излучателем 28 в инфракрасном диапазоне световых волн, улучшая процесс осажения парогазовых фаз на поверхность материала и проникновение в его поры и микроскопы.

Способ более подробно демонстрируется на примерах его осуществления с использованием технологической последовательности.

Пример 1. Бункер 1 заполняют исходным материалом из группы алюмосиликатов (вспученный перлит, вермикулит, цеолит и т.п.) с добавлением алюмоферритов при соотношении соответственно 20:1- 10:1, мас.%, предпочтительно 12- 16:1; материал гранулируют и сортируют по фракциям: 2-5 мм, 6-10 мм, 11-30 мм (возможно до 50 мм в зависимости от рода загрязнений углеводородами); фракции берут в количестве, соответственно: 20:50:30, мас.%; этот материал подвергают сушке в камере 2 до абсолютной влажности не более 8%.

Для повешения материала при сушке и пропитке его активируют воздействием электромагнитного поля излучателя 26 при напряженности 10-20 В/м, предпочтительно 13-18 В/м, а так же воздействуют акустическим излучением 27 с частотой волн 50-100 Гц, при интенсивности воздействия 20-40 дБ, преимущественно: 65-85 Гц и 30-35 дБ. Материал в камере 2 подвергают обработке гидрофобизатором вместе с олеиновой кислотой с помощью форсунок 8, в качестве которого используют водный раствор изопропилового спирта в смеси с полиэтилгидросилоксаном (соотношение этих компонентов выбирают в зависимости от используемого материала); для улучшения процесса гидрофобизации гранул материала и снижения расхода гидрофобизирующего вещества верхнее пространство камеры облучают световым потоком в инфракрасном диапазоне световых волн от излучателя 28, сушку обработанного гидрофобизатором материала ведут потоком газа при его температуре 200°-400°С. При этом подаваемый гидрофобизатор составлен из смеси водного раствора изопропилового спирта (35-50%) или полиэтилгидросиликона при соотношении 0,6:1, мас.%, которым образуют равномерную устойчивую пленку на поверхности гранул и порах, что предупреждает смачивание гранул гидрофобизированного материала водой, но создает условия для высокоэффективной сорбции с загрязненной водой поверхности различных углеводородов (нефти, нефтепродуктов, масел естественного и синтетического состава, жиров и ароматических углеводородов).

После пропитки основы сорбента гидрофобизатором между ними происходит химическая реакция поликонденсации, в результате которой после сушки сорбента на поверхности его гранул и всей площади пор образуется тонкая, прочная, водонерастворимая, гидрофобная, обладающая олифильными свойствами пленка. Сорбент приобретает высокоэффективные сорбционные свойства для очистки поверхности воды от нефтепродуктов.

Незначительная часть пылевидных и аэрозольных частиц из камеры отводится в циклоны 14 для осаждения частиц в бункер 16; дополнительно аэрозольные фазы очищают в скруббере 20 мокрым способом. Готовый сорбент из камеры 2 подают в бункер 12 для дальнейшего использования по прямому назначению.

Для сокращения времени на обработку материала в камеру 2 подают олеиновую кислоту вместе с гидрофобизатором, с помощью которого существенно улучшают процесс более глубокого проникновения в поры и микроскопы гранул материала гидрофобизующего состава.

Пример 2. В условиях примера 1 в качестве материала берут искусственный материал цеолит (общей формулы: СаХ, NaX) в смеси с естественным материалом - вермикулитом при соотношении 0,6:1, мас.%, а в качестве гидрофобизатора берут метилсиликонат калия или натрия, этилсиликонат калия или натрия или фенилсиликонат натрия при концентрации в водном растворе 25-35%; при этом предварительную обработку материала ведут на указанных предельных значениях напряженности поля и акустического воздействия ввиду более плотной структуры такого материала и обладающего меньшей степенью поглощения вводимого в камеру обработки гидрофобизатора, что требует создание условий витания гранул материала в потоке подаваемого горячего воздуха или его смеси с инертным газом, где скорость восходящего по полости камеры потока превышает на 3-5% скорость витания частиц материала в этом потоке, однако время инфракрасного облучения материала несколько сокращается за счет активного перемещения гранул в потоке. Получаемый этим технологическим процессом сорбент подают или в бункер 12, или на прямое использование; при необходимости длительного хранения, в том числе при дальних транспортировках, сорбент упаковывают в контейнеры или плотные эластичные пакеты.

Таким образом, способ получения сорбентов для жидких углеводородов существенно расширяет компонентную базу материалов как по типу и роду наполнителей, так и по гидрофобизирующим составам и ввиду полной автоматизации процессов получения сорбентов, его высокой технологичности способ превосходит базовый объект (совпадающий с прототипом) в 1,12-1,16 раза, что существенно в процессах производства сорбентов; при этом предлагаемый способ более экономичен: стоимость 1 м³ (насыпной объем по Нормам ТУ) сорбента снижена на 10-13%, что создает более благоприятные условия для его коммерческого использования; кроме того, представительность способа и сорбента к различным углеводородным загрязнителям является абсолютной - сорбент одинаково эффективно очищает водные поверхности от любых углеводородов, включая очистку эмульгированных растворов; репрезентативность применения способа в различных условиях также является исключительной, подтверждая во всех случаях использования одинаково высокие результаты по очистке водных поверхностей от углеводородных загрязнений, вызванных аварийным разливом или техногенными причинами за счет работы сорбента всей микро- и макроструктурами по сбору этих загрязнений под непосредственной линией раздела вода-воздух и на поверхности водоема.

Некоторые технологические характеристики сорбента: флотационная способность (плавучесть) 100% (неопределенно длительное время); удерживающая способность сорбентом нефтепродуктов 100% (нет десорбции); емкость поглощения нефтепродуктов от 6 до 15 кг сорбента в зависимости от вязкости нефтепродуктов. Опытным путем установлено, что после пребывания сорбента в течение 15 дней под водой его плавучесть и емкость поглощения практически не изменяется. Испытательным лабораторным центром Госсанэпиднадзором г. С.-Петербурга проведена оценка сорбента на острую токсичность с помощью биологических тест-объектов: активных клеток быка и дафний (Daphnia Manga Straus). В результате было установлено: из сорбента не происходит вымывания гидрофобизатора. После 72-часового пребывания сорбента в сосуде с дистиллированной водой, в которой находились тест-объекты, все 100% их особей остались живыми.

Насыщенный нефтепродуктами сорбент легко регенерируется и может использоваться многократно.

С использованием данного сорбента достигается безотходная, экологически безопасная технология сбора нефтепродуктов в процессах: сорбция-регенерация-сорбция.

Изобретение относится к способам получения гидрофобных сорбентов. Предложен способ получения сорбентов для жидких углеводородов, включающий гранулирование, обработку исходного материала на основе алюмосиликатов в рабочей камере путем пропитки гидрофобизатором и сушки, при этом в качестве исходного материала берут смесь алюмосиликатов и алюмоферрита, гранулы материала пропитывают в виброкипящем слое в условиях витания гранул с наложением электромагнитного поля и акустического воздействия, при этом напряженность электромагнитного поля с помощью излучателя задают 10-20 В/м, а воздействие акустическим полем ведут частотой 50-100 Гц и интенсивностью 20-40 дБ. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения сорбентов для жидких углеводородов, включающий гранулирование исходного пористого алюмосиликата, его пропитку гидрофобизирующим веществом при нагреве в рабочей камере, отличающийся тем, что процесс осуществляют в виброкипящем слое в условиях витания гранул в потоке газа, нагретого до 200-400°С, при наложении электромагнитного поля с напряженностью 10-20 В/м и акустического излучения частотой 50-100 Гц и интенсивностью 20-40 дБ, при этом исходный материал дополнительно содержит алюмоферрит, а в качестве гидрофобизирующего вещества используют смесь полиэтилгидроксилоксана с водным раствором изопропилового спирта в присутствии ненасыщенной жирной кислоты.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газа используют смесь воздуха и инертного газа.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс осуществляют при дополнительном воздействии светового инфракрасного излучения.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пропитке подвергают гранулы исходного материала фракций 2-5, 6-10 или 11-30 мм.