Способ очистки воды от эмульгированных нефтепродуктов Российский патент 2020 года по МПК C02F1/28 C02F1/40 C02F1/48 B01J20/28 B01D17/02 

Изобретение предназначено для защиты окружающей среды от нефтяных загрязнений. Может быть использовано для доочистки вод от эмульгированных нефтепродуктов на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях.

Известны многочисленные способы очистки воды с применением различных ферромагнитных сорбентов и способов захвата загрязнений.

Известен способ очистки воды от эмульгированной нефти, где предложено использовать в качестве адсорбента гранулы и порошка с диаметром частиц не более 100 мкм прокаленного гальваношлама, в котором основную часть занимает у оксид железа [Пат. 2156225 Российская Федерация, МПК C02F 1/40, B01D 17/05, C02F 101:32. Способ очистки сточных вод, содержащих эмульгированные нефтепродукты / В. М. Макаров; Л. А. Петрухно; Л. А. Тельцова; заявитель и патентообладатель Ярославский государственный технический университет. - №:99119876/12; заявл. 16.09.1999; опубл. 20.09.2000]. При этом порошок имеет функцию не только сорбента, но и деэмульгатора. Данный порошок смешивают с постоянными магнитами сферической формы 8-10 мм. Полученная смесь является адсорбционным комплексом, через который пропускают загрязненную воду.

Недостатком данного способа очистки является сложность обслуживания адсорбционного комплекса.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является метод по очистке сточных вод от нефти, масел и других органических примесей [Пат. 1792919 СССР, МПК C02F 1/28, 1/48. Способ очистки воды от органических примесей / В.А, Чумаков, В.А. Ларичев, М.М. Загубытько и А.А. Харитонова; заявитель и патентообладатель Днепропетровский горный институт им. Артемова. - №:408909; заявл. 29.05.1990; опубл. 07.02.1993, Бюл. №5. - 3 с.]. В воду, загрязненную органическими примесями, добавляют сухой магнетитовый концентрат с размером частиц 50-70 мкм в количестве 65-70% масс. Полученную суспензию пропускают через намагничивающее устройство, где отделяют очищенную воду. В дальнейшем для экономического эффекта направляют магнетитовый концентрат загрязненный нефтепродуктами на аглофабрики металлургических заводов. Сгорающие при этом нефтепродукты экономят энергию, которая расходуется на аглопроцесс.

Недостатком данного способа является применение крупного размер сухого порошкового магнетита, что снижает его сорбционную способность.

Своеобразный подход магнитной обработки воды описан в работе [Пат. 2466238 Российская Федерация, МПК Е02В 15/04, C02F 1/48. Способ сбора с поверхности воды разливов нефти / В.В. Шайдаков, А.А. Селуянов, О.Ю. Полетаева, Е.В. Шайдаков, Е.В. Чернова; заявитель и патентообладатель ООО "Инжиниринговая компания "ИНКОМП-НЕФТЬ. - 2011119014/13; заявл. 12.05.2011; опубл. 10.11.2012, Бюл. №31. - 4 с.]. Тонкодисперсный магнетит распыляют по поверхности. После растворения сорбента в нефтепродуктах его прокачивают через намагничивающее устройство, которое состоит из магнитных пластин с антифрикционным покрытием, снижающим силу адгезии между частицами и поверхностью пластинки. Ферромагнитные частицы, покрытые нефтепродуктами, намагничиваются в этом магнитном поле. Далее смесь направляется в турбулизатор, где происходит коагуляция частиц и образование крупных агрегатов за счет остаточной намагниченности. После чего агломераты отделяются от воды осаждением или фильтрованием. Эффект очистки воды с использованием данного устройства автор оценивает на 98%.

Недостатком данного способа очистки является сложный многократный процесс очистки.

Цель изобретения - оптимизировать способ очистки вод от эмульгированных нефтепродуктов путем увеличения степени дисперсности магнитного сорбента и использования предлагаемого ферромагнитного фильтра.

Данный способ очистки заключается в использовании водного раствора высокодисперсных магнитных частиц магнетита. Конденсация магнитных наночастиц магнетита проводилась, путем воздействия оснований на раствор смеси солей 2- и 3-валентного железа. Образующиеся наночастицы Fe₃O₄ имеют достаточно узкое распределение по размерам около 10 нм. Частицы таких размеров обладают суперпарамагнитными свойствами, т.е. обладают большим магнитным моментом и отсутствием остаточной намагниченности. Несмотря на это, частицы подвержены слипанию и образованию агрегатов за счет межмолекулярного взаимодействия. При этом, средний размер образованных из наночастиц агрегатов в водном растворе составил 0,8 мкм. Несмотря на свои низкие гидрофобные свойства наночастицы обладают повышенной поверхностной активностью на границе нефти и воды, даже при высоком минеральном составе пластовых и сточных вод и при образовании стабильных эмульсий.

Вода, содержащая тонкоэмульгированные нефтепродукты, первоначально смешивается в определенном соотношении с водным раствором наночастиц магнетита. После этого она поступает в ферромагнитный фильтр. Фиг. 1 - Ферромагнитный фильтр. а) Общий вид ферромагнитного фильтра. б) Стержни ферромагнитного фильтра. Внутри него размещена упаковка из упорядоченного множества тонких стальных стержней. Силовые линии магнитного поля пронизывают стальные стержни, тем самым, образуя полюса, где наблюдается усиление индукции магнитного поля. Омагниченные эмульсионные капли стремятся занять область, где наблюдается наибольшее значение магнитной индукции. На поверхности стержня капли укрупняются под действием магнитной силы. Исследования показали, что наночастицы магнетита становятся магнитно насыщенными в поле не менее 100 кА/м, поэтому для эффективного извлечения должно наблюдаться поле выше этого значения.

Для проведения опытов макет ферромагнитного фильтра (Фиг. 1) был изготовлен из железных стержней диаметром 1 мм. Корпус устройства изготовлен из пластикового материала. Магнитное поле внутри, создаваемое неодимовыми магнитами, составляло от 2000 до 5500 Гс.

Все образцы пластовых вод были отобраны с Ярегского и Нижнечутинского месторождений из резервуаров-отстойников.

Пример 1: Водный концентрат высокодисперсного магнетита перемешивался в емкости объемом 1 л. нефтесодержащей пластовой воды с Ярегского месторождения в течение 10 мин. Далее жидкость пропускалась через ферромагнитный фильтр со скоростью 15 м/ч. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 2: В следующем эксперименте водный концентрат высокодисперсного магнетита перемешивался в емкости объемом 1 л. с нефтесодержащей пластовой водой с Нижнечутинского месторождения в течение 10 мин. И далее пропускался через магнитный сепаратор со скоростью 15 м/ч. Результаты эксперимента приведены в таблице 2.

Пример 3: Результаты очистки пластовой воды Нижнечутинского месторождения водным раствором наночастиц магнетита (размер частиц магнетита 10 нм, средний размер агрегатов 0,8 мкм)

Изобретение может быть использовано на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях для доочистки вод от эмульгированных нефтепродуктов. Для осуществления способа в очищаемую воду добавляют водный раствор суперпарамагнитных наночастиц магнетита с размерами около 10 нм и средним размером агрегатов 0,8 мкм. Для извлечения омагниченной эмульсии, покрытой слоем наночастиц магнетита, используют ферромагнитный фильтр, наполнитель которого представляет собой упорядоченный набор тонких стальных стержней диаметром 1 мм, вдоль которых проходит очищаемая вода. Очищаемые воды пропускают через такой ферромагнитный фильтр, внутри которого создают магнитное поле, обеспечиваемое неодимовыми магнитами, с индукцией от 2000 до 5500 Гс. Способ обеспечивает оптимизацию способа и повышение степени очистки обрабатываемых вод от эмульгированных нефтепродуктов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 3 пр.

1. Способ очистки вод от эмульгированных нефтепродуктов, включающий использование магнетита в качестве сорбента с последующим отделением очищенной воды, отличающийся тем, что используют суперпарамагнитные наночастицы магнетита, для извлечения омагниченной эмульсии, покрытой слоем наночастиц магнетита, используют ферромагнитный фильтр, наполнитель которого представляет собой упорядоченный набор тонких стальных стержней, вдоль которых проходит очищаемая вода.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используются суперпарамагнитные наночастицы магнетита с размерами около 10 нм и средним размером агрегатов 0,8 мкм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наполнитель ферромагнитного фильтра представляет собой упорядоченное множество тонких стальных стержней диаметром 1 мм, находящихся в магнитном поле с индукцией от 2000 до 5500 Гс, создаваемом неодимовыми магнитами.