СОРБЕНТ ДЛЯ СБОРА НЕФТИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК B01J20/20 B01J20/26 B01J20/28 B01J20/30 C02F1/28 

Изобретение относится к сорбентам для очистки от нефти водных поверхностей, а именно к сорбентам для удаления разлитой нефти и нефтепродуктов с поверхности водоемов.

Разливы нефти периодически происходят во всем мире, и причины их различны. Для защиты окружающей среды необходимо ликвидировать без остатка нефтяные пятна, наносящие невосполнимый ущерб природе. Предпочтительнее всего для этого пользоваться сорбирующими материалами. Нефтяные сорбенты - высокоэффективные вещества, функцией которых является очистка воды и почвы от нефтепродуктов. За счет своей гигроскопичной микроструктуры, пористости и большой удельной поверхности сорбенты впитывают в себя нефть. При этом желательно, чтобы сами сорбенты могли использоваться многократно, были бы недороги и после использования могли быть утилизированы.

Известен [Пат. РФ 2091159, опубл. 27.09.1997] сорбент, содержащий хлопоксодержащие отходы прядильного производства и целлюлозосодержащие отходы сельского хозяйства растительного происхождения, имеющие пространственно-каркасную структуру. Для развития пористой структуры сорбента их предварительно просушивают и измельчают при следующем соотношении компонентов, мас.%: хлопоксодержащий отход 40 - 70, целлюлозосодержащий отход 30-60, причем сорбент содержит хлопоксодержащие и целлюлозосодержащие отходы в виде трехслойного пакета, внешние слои которого содержат хлопоксодержащие отходы, а внутренние - целлюлозосодержащие отходы. В качестве целлюлозосодержащих отходов сорбент содержит соломенную или камышовую сечку и древесные опилки определенного размера в соотношении:

0,5-1,0 мм 60-80

1,0-2,0 мм 15-30

2,0-3,0 мм 5-10

Известен [Заявка Великобритании 20040026619, опубл. 04.12.2004 г.] способ извлечения загрязнений из жидкостей с помощью вулканизированной резины, полученной с заводов по переработке шин. Резину, которая может быть природной, синтетической или их смесью, предварительно гранулируют или истирают, получая гранулы или чешуйки. Вулканизированная резина может быть сформована в плитки или распылена на загрязненную водную поверхность. Повышенную плавучесть достигают введением безводного порошка, термообработкой или промывкой перед применением. Альтернативно, вулканизированная резина в процессе применения тонет, и обрабатываемые водные загрязнения тонут на дне. Типичный состав резиновых частиц следующий: природная или синтетическая резина 35%, сажа 30%, оксид цинка 5%, стеариновая кислота 3%, технические масла 10%, наполнители 10%, органические ускорители 2%, другие компоненты 5%. Этот состав стабилен при температуре от 50°С до 150°С из-за примененного при вулканизации углерода. Когда обработанная таким образом резина адсорбирует нефтяные разливы и плавает очень близко к поверхности воды, ее собирают каким-либо из известных способов и затем либо регенерируют, либо утилизируют.

Известен [Пат. РФ 2108147, опубл. 10.04.1998] поглотитель Сорбойл, который получают простым смешением всех компонентов в обычных условиях, при этом в качестве оборудования может быть использован, например, горизонтальный роторный смеситель для сыпучих материалов. При изготовлении поглотителя в смеситель загружают резиновый порошок, а затем, в процессе перемещения его по смесителю, подают необходимое количество измельченного волокна и порошкообразного углеродного материала. Компоненты равномерно распределяются по рабочему объему смесителя, образуя сыпучую массу, перемещаемую далее на выгрузку.

Резиновый порошок, полученный при переработке изношенных шин, обычно содержит до 5 мас.% измельченных волокон корда, поэтому при смешении добавляют волокна, полученные, например, из отходов коврового, кордного и текстильного производства. Выбор соотношений компонентов определяется их физическим состоянием.

При этом в смеситель загружают компоненты в следующем соотношении:

- порошкообразный углеродный материал из группы "технический углерод, кокс, графит" - 0,5-0,25;

- измельченное волокно из натурального, и/или синтетического, и/или искусственного материала (в частности, из отхода коврового, кордного и текстильного производства - 20-30;

- резиновый порошок (в частности, из отходов производства резиновых изделий или из изношенных резиновых изделий) - остальное.

Если в смеси имеется избыток указанного углеродного материала, то в процессе сорбции наблюдается расслоение поглотителя, в связи с чем поглощающая способность падает.

Недостатком этого состава является и то, что через некоторое время наблюдается его набухание в воде за счет адсорбции воды волоконной составляющей. При длительном хранении происходит разделение и расслоение состава на угольную и резиновую составляющие, и кроме того, через некоторое время наблюдается слеживаемость сорбента, что ведет к ухудшению его эксплуатационных свойств.

Задача, стоявшая перед разработчиками предлагаемого технического решения, состоит в разработке сорбента с хорошей сорбирующей способностью, способного длительное время находиться на поверхности воды, не слеживающегося и не расслаивающегося при хранении.

Сущность предлагаемого решения состоит в том, что разработан новый сорбент для сбора нефти на поверхности воды, включающий порошкообразный углерод, полиамидное волокно и резиновую крошку, имеющий следующий состав, мас.%:

порошкообразный углерод 2,6-3,0 гидрофобизатор 3,0-3,4 полиамидное волокно 14,0-24,0 резиновая крошка остальное.

Кроме того, разработан способ получения этого сорбента, включающий перемешивание компонентов, отличающийся тем, что на предварительно измельченное полиамидное волокно при перемешивании наносят распылением гидрофобизатор, затем в половину массы резиновой крошки при перемешивании постепенно вводят одну треть расчетного количества углерода, массу перемешивают 10-20 минут, и постепенно, в течение 10 минут, вводят измельченные волокна, затем вводят оставшуюся половину резинового порошка, после этого массу перемешивают еще 20 минут, затем в течение 20 минут при перемешивании вносят остальную часть углеродного порошка, и после введения всех компонентов состав подвергают перемешиванию еще 10 минут. В результате получают готовый продукт.

В качестве углеродного порошка может быть использован, например, углерод технический К-354; углерод, соответствующий ГОСТ 7885-86; углерод технический марки №220, соответствующий ТУ 38 41558, а также другие коммерчески доступные марки, без ограничения.

В качестве гидрофобизатора могут быть использованы коммерческие марки этого продукта, например гидрофобизатор по ГОСТ 13032-77, или другой подобный продукт, без ограничения.

В качестве сырья для резиновой крошки используют отходы шинного производства, отработанные шины и другое вторичное резиновое сырье, которое предварительно подвергают помолу любым известным способом до получения крошки размером от 2 до 10 мм. В качестве волокон применяют измельченное кордовое волокно.

Отличие предлагаемого решения от прототипа состоит в том, что предлагаемый состав при указанном новом соотношении компонентов содержит гидрофобизатор, который наносят на измельченное полиамидное волокно. Подготовленное таким образом волокно сразу же перемешивают с остальными компонентами, при этом происходит налипание на них углерода и мелких частиц резины. В результате образуется новый состав сорбента, в котором компоненты находятся в определенном соотношении. Кроме того, разработан новый способ приготовления сорбента, включающий определенную последовательность введения установленных количеств исходных составляющих и определенное время их перемешивания. Этот способ позволяет получить сорбент с улучшенными свойствами.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Готовят 100 кг сорбента состава, мас.%:

порошкообразный углерод 2,6 гидрофобизатор (ПМС-5) 3,4 полиамидное волокно 14,0 резиновая крошка остальное.

Сорбент готовят, вводя в измельчитель сначала резиновый материал в виде крупных кусков неправильной формы, который перемалывают, вводя в него 2 порции по 40 кг с интервалом в 10 минут, и получают резиновую крошку размером около 4-6 мм.

Параллельно готовят полиамидный компонент, для чего распыляют 3,4 кг гидрофобизатора - полиметилсилоксановую жидкость ПМС-5, над поверхностью 14 кг полиамидного волокна при перемешивании. Затем в 40 кг резиновой крошки при перемешивании постепенно вводят 0,8 кг порошкообразного углерода, массу перемешивают 10 минут, и постепенно, в течение 10 минут, вводят измельченные полиамидные волокна, на которые только что нанесен гидрофобизатор, и оставшуюся половину резинового порошка. После их введения массу перемешивают еще 20 минут, затем в течение 20 минут при перемешивании вносят 1,6 кг углеродного порошка, и перемешивание продолжают 10 минут. По завершении перемешивания в бункер выгружают готовый продукт.

Пример 2

Готовят сорбент состава, масс.%:

порошкообразный углерод (ТУ 38 41558) 3,0 гидрофобизатор (ПМС-100р) 3,0 полиамидное волокно 24,0 резиновая крошка остальное.

Готовят сорбент в количестве 100 кг. Для этого в измельчитель вводят резиновый материал в виде крупных кусков неправильной формы, который перемалывают, вводя его порциями с интервалом в 10 минут, и получают резиновую крошку размером около 4-6 мм.

Распыляют указанный гидрофобизатор над поверхностью 24 кг измельченного полиамидного волокна, которое перемещают по шнековому смесителю. Резиновый материал в количестве 33 кг от планируемого (требующегося по заданию) количества перемалывают в течение 20 минут.

В полученную крошку постепенно вводят 1 кг порошка углерода, перемешивают 20 минут и постепенно, в течение 10 минут, вводят 24 кг измельченных гидрофобизированных волокон, на которые только что нанесен гидрофобизатор, и затем - остальную часть резиновой крошки. Массу перемешивают еще 20 минут, внося остальную часть углеродного порошка. После введения всех компонентов состав подвергают перемешиванию еще 10 минут.

Готовый продукт выгружают в бункер.

Для подтверждения возможности применения различных гидрофобизаторов приведены дополнительные примеры получения сорбента и его составы, см. Таблицу. Способы нанесения разных типов гидрофобизаторов не отличаются.

В некоторых отдельных случаях может подбираться только вид их распыления (в разогретом виде или в виде раствора), если этого требует вязкость применяемого гидрофобизатора), однако это не является предметом данного изобретения. Выбор гидрофобизатора определяется его доступностью, удобством применения в данной технологии и экологическими свойствами.

Новый сорбент обладает улучшенной способностью к хранению, поскольку при хранении в течение 2-х лет не наблюдалось его расслаивания на компоненты

Сравнительные испытания сорбента, приготовленного по прототипу, показали, что плавучесть известного сорбента составляла до 40 дней, а расслаивание наблюдалось через 11 месяцев хранения.

При введении гидрофобизатора, но при простом перемешивании компонентов (то есть не по заявляемому способу получения), расслаивание сорбента наблюдалось через 12 месяцев хранения.

Сорбент, полученный согласно предлагаемому изобретению, сохраняет плавучесть не менее 80 дней, не слеживается за 24 месяца хранения и более.

Таким образом, решена задача, стоявшая перед авторами изобретения: разработаны новый состав и способ его получения, позволивший улучшить однородность и антислеживаемость сорбента, благодаря чему предотвращается расслоение состава на компоненты при хранении.

Предлагаемый способ получения позволяет получать материал сорбента строго определенного однородного состава. Улучшение эксплуатационных свойств проявляется также в увеличении срока неслеживаемости товарного продукта до 2-х лет и более. Сорбент после 2-х лет хранения (в экспериментальных условиях) показал поглотительную способность нефть/сорбент не менее 8 см³/1 см³.

Испытания в рабочих условиях в акватории Мурманского порта показали, что сорбент поглощает нефть в массовом соотношении нефть/сорбент, равную 8 см³/1 см³, время достижения равновесного состава - 10-15 минут. При этом сохраняется плавучесть поглотившего сорбента в течение 80-90 суток. Это позволяет собирать его в течение длительного времени, проводя неоднократно промежуточную регенерацию. Отработанный сорбент может быть использован в качестве компонента асфальтовых покрытий или как топливо для промышленных предприятий.

Таким образом, в результате создания предлагаемого изобретения решается задача, стоявшая перед авторами изобретения.

ТАБЛИЦА Пример Состав Свойства** Порошкообразный углерод, мас.% Гидрофобизатор П-мид вол-но*, мас.% Резин. крошка, мас.% 1С, мес. 2С, дней Тип Мас.% 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2,6 технический марки К-354 ПМС-5 3,4 14,0 до 100 26 95 2 3,0 ТУ 38-41558 ПМС-100 3,0 24,0 26 90 3 2,8 ПМС-400 3,0 20,0 25   4 2,6 Бутилолеат (ВО) 3,3 20,2 24 85 5 3,0 Бутил стеарат 3,0 18,0 24   6 2,6 Стеарат кальция 3,4 24,0 24 82 7 2,8 Стеарат натрия 3,2 20,0 24 82 8 3,0 Мылонафт*** 3,4 24,0 24 85 9 3,0 Жирные кислоты C_12-24 3,0 20,0 24 80 * - полиамидное волокно. ** - 1С - слеживаемость не наблюдается, месяцев; 2С - плавучесть, дней. *** - техническая смесь натриевых солей нафтеновых кислот, получаемая как отход при щелочной очистке керосиновых, газойлевых и соляровых дистиллятов нефти. М. - мазеобразный продукт от соломенно-желтого до темно-коричневого цвета с неприятным запахом.

Все перечисленные в таблице сорбенты не расслаивались в течение срока испытания (см. столбец 7 Таблицы).

Сорбирующая способность составляла от 6 до 8 г/см³ и более.

Изобретение относится к сорбентам для очистки от нефти водных поверхностей. Сорбент для сбора нефти на поверхности воды содержит (мас.%): порошкообразный углерод - 2,6-3; гидрофобизатор - 3-3,4; полиамидное волокно - 14-24; резиновая крошка - остальное. Сорбент получают перемешиванием компонентов. На предварительно измельченное полиамидное волокно распылением наносят гидрофобизатор. В половину массы резиновой крошки при перемешивании вводят одну треть расчетного количества углерода, массу перемешивают 10-20 минут. Затем постепенно вводят измельченные волокна, после этого вводят оставшуюся половину резинового порошка. Массу перемешивают еще 20 минут и затем в течение 20 минут при перемешивании вносят остальную часть углеродного порошка. После введения всех компонентов состав подвергают перемешиванию еще 10 минут. Согласно изобретению получен новый сорбент, обладающий улучшенной способностью к хранению. Сорбент не слеживается более 2-х лет. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

1. Сорбент для сбора нефти на поверхности воды, включающий порошкообразный углерод, полиамидное волокно и резиновую крошку, имеющий следующий состав, мас.%:
порошкообразный углерод 2,6-3 гидрофобизатор 3-3,4 полиамидное волокно 14-24; резиновая крошка остальное

2. Способ получения сорбента по п.1, включающий перемешивание компонентов, отличающийся тем, что на предварительно измельченное полиамидное волокно при перемешивании наносят распылением гидрофобизатор, затем в половину массы резиновой крошки при перемешивании постепенно вводят одну треть расчетного количества углерода, массу перемешивают 10-20 мин, и постепенно в течение 10 мин вводят измельченные волокна, затем вводят оставшуюся половину резинового порошка, после этого массу перемешивают еще 20 мин, затем в течение 20 мин при перемешивании вносят остальную часть углеродного порошка и после введения всех компонентов состав подвергают перемешиванию еще 10 мин.