СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ СБОРА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2022 года по МПК B01J20/30 B01J20/22 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для получения сорбирующих материалов для очистки водных, почвенных и твердых поверхностей от нефти и нефтепродуктов.

Одним из приоритетных направлений деятельности МЧС России является предупреждение и ликвидация разливов нефти и нефтепродуктов на территории субъектов Российской Федерации. Любой разлив углеводородов приводит к негативному воздействию на окружающую среду, в случае разлива в акватории или рядом с населенными пунктами возможно негативное воздействие на организм человека. Указанные аварии могут приводить к возникновению взрыва или пожара на промышленных объектах и, как следствие, к финансовым потерям компаний и ухудшению их положения на сырьевом рынке.

Для предотвращения последствий разливов нефти постоянно ведется поиск более удобных, простых и экологически безвредных способов ликвидации ущерба. Одним из способов ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов является применение сорбентов.

Известны различные способы получения сорбентов для сбора нефти и нефтепродуктов (RU 2487751, 2013; RU 2343972, 2009; биосорбенты - RU 2656146, 2018; RU 2559554, 2015; RU 2394628, 2010), характеризующиеся сложными технологиями получения сорбентов, а также недостаточно высокими качественными показателями целевых сорбентов.

Известен способ получения углеродного сорбента из стеблей Тростника Южного. Способ включает измельчение, нагрев при 450-500°С в течение 10-15 минут до потери 70% массы, обработку раствором 5% азотной кислоты с целью извлечения из сорбента поверхностных минеральных примесей, промывку в воде и высушивание при 100-150°С до постоянной массы (RU 2567311, 2015). Недостаток указанного способа заключается в сложности технологической схемы получения данного сорбента, приводящей, в частности, к образованию большого количества технологической воды, требующей дополнительной очистки.

Более близким к предложенному способу техническим решением является способ получения углеродного сорбента, описанный в патенте RU2277967, 2015.

При этом качестве сырья используют органические вещества природного происхождения, в том числе, разнообразное растительное сырье, в частности, жом, сахарное сорго, сахарную свеклу, рис, пшеницу, кукурузу, рожь, ячмень, овес, просо, луб, лен и многое другое.

Указанный способ включает предварительную обработку исходного сырья (увлажнение), в частности, обработку кипятком. Данную обработку осуществляют следующим образом. Сырье погружают в кипящую водопроводную воду на 1-30 минут, затем удаляют лишнюю воду. Таким способом на этой стадии удаляют некоторые растворимые в горячей воде компоненты. Предварительную обработку исходного сырья возможно осуществлять, используя летучие реагенты. Так, сырье увлажняют летучими реагентами, например спиртом, ацетоном, н-гептаном, н-пентаном и изопентаном. Данная предварительная обработка приводит к разбуханию и лучшему взаимодействию исходного материала с окислительной средой. Затем проводят нагревание указанного обработанного сырья в окислительной среде, в частности, кислорода, при температуре 80-700°С, предпочтительно 110-300°С, в течение 0,27-24,0 ч, с одновременным пропусканием потока окислительной среды над обработанным сырьем таким образом, что указанное органическое вещество окисляется, а образующиеся при этом влагу и летучие вещества выводят потоком окислительной среды. Затем, полученный при термической обработке продукт, охлаждают до температуры окружающей среды.

Недостатки данного способа заключаются в наличии таких стадий, как контактирование исходного сырья с горячей водой и со спиртом, в длительности и сложности проведения используемой температурной обработки, что приводит, в том числе, к необходимости очистки образующейся технологической воды, к дополнительным энергозатратам. При этом полученные таким способом сорбенты обладают низкими значениями сорбционной емкости. Так, значение сорбционной емкости сорбента на основе древесных стружек, жома и сахарного сорго составляет до 6 мл масла/г.

Таким образом, известный способ является недостаточно эффективным.

Техническая проблема настоящего изобретения заключается в повышении эффективности способа получения сорбента для сбора нефти и нефтепродуктов, а именно, в упрощении технологии получения сорбента и улучшении его сорбционных свойств.

Указанная проблема решается описываемым способом получения сорбента для сбора нефти и нефтепродуктов путем измельчения борщевика Сосновского, сушки измельченного сырья при температуре 270-350°С, давлении 1,1-3,5 атм, в течение 2,5-3,0 ч и последующего проведения термической карбонизации продукта сушки на открытом воздухе при температуре 300-600°С, в течение 10-15 мин с получением целевого продукта с размером частиц 0,3-5,0 мм.

Достигаемый технический результат заключается в оптимизации совокупности технологических процессов получения сорбента, обеспечивающей упрощение указанных процессов и повышение сорбционных свойств получаемого сорбента.

Описываемый способ осуществляют следующим образом.

Авторами изобретения впервые установлена возможность использования токсичного растительного сырья - борщевика Сосновского в качестве сырья для получения эффективного сорбента нефти и нефтепродуктов.

Указанное растение, при его росте, проникает в естественные экосистемы, практически полностью разрушая их.

Сбор борщевика Сосновского производят как механизированными устройствами, так и вручную, соблюдая правила техники безопасности, так как сок данного растения токсичен и ядовит и при соприкосновении с кожей человека вызывает ожоги вследствие наличия в нем таких органических соединений как кумарины и фуранокумарины.

Собранное сырье сортируют.

После сбора биомассы борщевика Сосновского участки сбора последнего с целью снижения распространения указанного растения и гарантии эффективной борьбы с опасным для человека растением желательно обрабатывать такими химикатами, как, например, Торнадо Экстра, Агрокиллер.

Собранный борщевик повергают измельчению, предпочтительно, до 1,0-6,0 мм. Затем измельченное сырье сушат при температуре 270-350°С, предпочтительно 300-320°С и давлении 1,1-3,5 атм, преимущественно, 3,0-3,2 атм в течение 2,5-3,0 ч. Продукт сушки имеет размер 0,5-5,0 мм. Далее проводят термическую обработку - карбонизацию продукта сушки в присутствии кислорода на открытом воздухе в металлических емкостях, в течение 10-15 мин, предпочтительно 12 мин. Температура карбонизации составляет 300-600°С, предпочтительно 500-550°С. В результате данного процесса размер частиц обрабатываемого продукта снижается. Целевой сорбент имеет размер частиц 0,3-5,0 мм, предпочтительно 0,3-3,0 мм.

Указанный сорбент упаковывают в герметичные мешки, в которых производят также хранение и доставку сорбента до места аварии.

Полученный вышеописанным способом сорбент применяют для ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов как на суше, так и в акватории, а также для очистки технической воды.

Для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов сорбент равномерно распределяют по площади нефтяного пятна или пятна нефтепродуктов. Время активного впитывания загрязнений сорбентом составляет 1,0-1,5 часа. Сорбент с поглощенными нефтью, нефтепродуктами собирают с поверхности любым механическим способом и утилизируют, в частности, путем применения в качестве топлива для ТЭЦ. Для сбора сорбента, впитавшего нефть, нефтепродукты с поверхности воды возможно использовать шламовые насосы, для удаления с суши применимы вакуумные машины. Описываемый сорбент безвреден для окружающей среды.

Ниже представлены примеры, иллюстрирующие заявленный способ, но не ограничивающие его.

Для определения качественных характеристик получаемого сорбента (примеры 1-3) в лабораторных условиях проводят тесты на определение сорбционной емкости и плавучести.

Тест на сорбционную емкость проводят следующим образом.

В три стеклянные пробирки одинакового объема, каждая из которых содержит по 300 мг: первая - нефти (плотность 860 кг/м³), вторая -машинного масла (плотность 850 кг/м3), третья - дизельного топлива (плотность 840 кг/м³), добавляют полученный описываемым способом сорбент порциями по 3-5 мг до полного поглощения последним углеводородов. Под сорбционной емкостью понимают количество вещества, которое может поглотить сорбент на единицу своей массы.

Тест на плавучесть проводят следующим образом.

Три стеклянные пробирки заполняют водой (1000 кг/м³). На поверхность воды первой пробирки наливают слой нефти (плотность 860 кг/м³), на поверхность воды второй пробирки - слой машинного масла (плотность 850 кг/м³), на поверхность воды третьей пробирки - дизельное топливо (плотность 840 кг/м³). Затем в эти пробирки добавляют полученный описываемым способом сорбент до полного впитывания последним углеводородов. Через определенные промежутки времени (5 минут, 2 часа, день, 3 дня, неделя, месяц) определяют количество осевшего на дно пробирки сорбента и количество оставшегося сорбента на поверхности углеводорода от его исходного количества (в процентах). Под плавучестью понимают отношение массы плавающего на поверхности сорбента к массе исходного сорбента. Для получения значения плавучести, выраженного в процентах, значение, являющееся результатом отношения масс, умножают на 100.

Пример 1.

Борщевик Сосновского повергают измельчению до размера частиц 4,0-6,0 мм. Измельченное сырье сушат при температуре 270°С, давлении 1,1 атм, в течение 3,0 ч. Размер частиц сырья после сушки составляет 3,0-5,0 мм.

Затем проводят термическую обработку - карбонизацию продукта сушки в присутствии кислорода на открытом воздухе в металлических емкостях, в течение 10 минут. Температура карбонизации составляет 300°С. В результате данного процесса размер частиц обрабатываемого продукта снижается. Целевой сорбент имеет размер частиц 0,3-4,0 мм. Сорбционная емкость в испытаниях с нефтью составляет 17,7 г/г (сорбционная емкость сорбента составляет 17,7 г нефти на 1 г сорбента), плавучесть 92% спустя 2 часа. Сорбционная емкость в опытах с машинным маслом составляет 13,5 г/г, плавучесть 88% по истечении 2 часов. Сорбционная емкость при исследовании с дизельным топливом составляет 8,6 г/г, плавучесть 85% по прошествии 2 часов.

Пример 2

Борщевик Сосновского повергают измельчению до размера частиц 1,0-5,0 мм. Измельченное сырье сушат при температуре 350°С, давлении 3 атм, в течение 3,0 ч. Размер частиц сырья после сушки составляет 0,5-4,5 мм.

Затем проводят термическую обработку - карбонизацию продукта сушки в присутствии кислорода на открытом воздухе в металлических емкостях, в течение 15 мин. Температура карбонизации составляет 550°С. В результате данного процесса размер частиц обрабатываемого продукта снижается. Целевой сорбент имеет размер частиц 0,3-4,0 мм.

Сорбционная емкость в испытаниях с нефтью составляет 18,0 г/г, плавучесть 93% спустя 2 часа. Сорбционная емкость в опытах с машинным маслом составляет 13,9 г/г, плавучесть 90% по истечении 2 часов. Сорбционная емкость при исследовании с дизельным топливом составляет 8,8 г/г, плавучесть 87% по прошествии 2 часов.

Пример 3.

Борщевик Сосновского повергают измельчению до размера частиц 1,0-6,0 мм. Измельченное сырье сушат при температуре 310°С, давлении 3,2 атм, в течение 2,5 ч. Размер частиц сырья после сушки составляет 0,5-4 мм.

Затем проводят термическую обработку - карбонизацию продукта сушки в присутствии кислорода на открытом воздухе в металлических емкостях, в течение 12 мин. Температура карбонизации составляет 600°С. В результате данного процесса размер частиц обрабатываемого продукта снижается. Целевой сорбент имеет размер частиц 0,3-3,0 мм.

Сорбционная емкость в испытаниях с нефтью составляет 18,3 г/г, плавучесть 95% спустя 2 часа. Сорбционная емкость в опытах с машинным маслом составляет 14,2 г/г, плавучесть 93% по истечении 2 часов. Сорбционная емкость при исследовании с дизельным топливом составляет 9,4 г/г, плавучесть 90% по прошествии 2 часов.

Таким образом, из приведенных примеров 1-3 следует, что полученный сорбент, при высокой степени плавучести, обладает большей сорбционной емкостью, в среднем, более чем на 50% отн., по сравнению с сорбентом, полученным известным способом.

В таблице представлены сравнительные данные по таким параметрам, как «сорбционная емкость» и «плавучесть» сорбента, получаемого описываемым способом и известных аналогов - органического сорбента -Peat Sorb, изготовленного на основе натурального торфяного мха и органического сорбента - Сорбент МОХ, получаемого из верхового слаборазложившегося сфагнового мохового торфа.

Из представленных данных следует, что сорбент для сбора нефти и нефтепродуктов, получаемый предложенным способом (пример 3) является более эффективным, чем известные аналоги. Так, при более высоких показателях по плавучести, сорбционная емкость данного сорбента по сравнению с известными аналогами выше, в среднем, более чем на 50% отн.

Полученный описываемым способом сорбент безвреден для окружающей среды, после эксплуатации утилизируется без выброса токсичных веществ в атмосферу.

Таким образом, описываемый способ обеспечивает упрощение технологической схемы его проведения и повышение сорбционных свойств получаемого сорбента.

Кроме того, проведение описываемого способа приводит к снижению катастрофически быстрого распространения борщевика на территории РФ.

Изобретение относится к способу получения сорбента для сбора нефти и нефтепродуктов путем измельчения борщевика Сосновского, сушки измельченного сырья при температуре 270-350°С, давлении 1,1-3,5 атм в течение 2,5-3,0 ч и последующего проведения термической карбонизации продукта сушки на открытом воздухе при температуре 300-600°С в течение 10-15 мин с получением целевого продукта с размером частиц 0,3-5,0 мм. 3 пр., 1 табл.

Способ получения сорбента для сбора нефти и нефтепродуктов путем измельчения борщевика Сосновского, сушки измельченного сырья при температуре 270-350°С, давлении 1,1-3,5 атм в течение 2,5-3,0 ч и последующего проведения термической карбонизации продукта сушки на открытом воздухе при температуре 300-600°С в течение 10-15 мин с получением целевого продукта с размером частиц 0,3-5,0 мм.