СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ ОТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2024 года по МПК C02F1/28 B01J20/26 B01J20/30 

Изобретение относится к способам удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды и может быть использовано при очистке водной поверхности от разлитых нефтепродуктов.

Попадание нефти и нефтепродуктов в водную среду сопровождается распространением их на расстояния, отстоящие на десятки и сотни километров от мест аварии. Это приводит к нарушениям в экологическом балансе территорий и делает невозможным нормальное функционирование биологических систем и технических средств.

Широкое распространение находит сорбиционный способ локализации и сбора нефти с поверхности воды и грунта, заключающийся в обработке загрязненной поверхности различными сорбентами. (В.Ж. Ареж, О.М. Гридин. Эффективные сорбенты для ликвидации нефтяных сорбентов. Журнал «Экология и промышленность России», 1977, февраль, с. 32-37; А.Г. Гумеров, И.С. Бронштейн, Л.П. Худякова, В.Н. Рятухина. Использование сорбентов при ликвидации последствий аварийных разливов нефти. Журнал «Башкирский экологический вестник», 1998, № 1, с. 20-25; Ф.А. Каменщиков, Е.И. Богомольный. Нефтяные сорбенты - Москва - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2005, 286 с.).

Сорбенты, поглощая нефть и нефтепродукты, переводят их из жидкого состояния в пастообразную массу, что облегчает процесс их удаления с поверхности воды механическими способами.

Недостатком известного способа является то, что получаемая пастообразная система «сорбент-нефть» не обладает достаточной прочностью, что затрудняет процесс механического сбора.

Известен способ очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов путем обработки загрязненной поверхности двухкомпонентным средством Rigidoil (полимер и отвердитель) с образованием полимерной сетки, «сшивающей» макромолекулы нефти в химическую матрицу, в результате чего на поверхности нефти через определенное время образуется резиноподобный ковер, который может быть легко удален с поверхности воды (Jetzt kann man Wasser die Ölhaub abziehen «Brennstoffspiegel», 1987, № 9-10, 20, 20 (нем.)).

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и дороговизна в связи с необходимостью тщательного перемешивания обоих компонентов друг с другом и с нефтью и большим расходом компонентов (на 630 кг нефтепродуктов требуется 275 кг полимера и 35 кг вещества, вызывающего реакцию образования резиноподобного ковра).

Известен способ очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов путем нанесения на нефть и нефтепродукты, разлитые на поверхности воды, гранулированной эластомерной смолы, состоящей из блоксополимера этилена/бутилена и стирола. При этом нефть и нефтепродукты впитываются (поглощаются) полимером, образуются плавающие твердые частицы, имеющие нежирную, нелипкую поверхность, которые извлекают из воды или с береговой линии после того, как их выбросило на берег (US 4941978 A, МПК C02F 1/68, опубл. 17.07.1990 г.)

Недостатком данного способа является затрудненный сбор образовавшихся частиц с поверхности воды, поскольку они не образуют сплошную массу.

Наиболее близким к предложенному изобретению является способ очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов (RU 2297388, МПК C02F 1/28, опубл. 20.04.2007г.), включающий обработку загрязненной поверхности мелкодисперсным дивинилстирольным термоэластопластом (ДСТ) при массовом соотношении его с нефтепродуктами, составляющем 1:3-7. Контакт ДСТ с нефтезагрязнениями приводит к их отверждению и образованию прочного резиноподобного ковра, который легко снимается с поверхности воды, например, путем свертывания в рулон.

Недостатком известного способа является длительный процесс сорбции нефтезагрязнений.

Задачей и техническим результатом изобретения является уменьшение времени, необходимого для очистки водной поверхности за счет увеличения скорости сорбции нефти и нефтепродуктов, а также повышение экономичности утилизации благодаря лучшей растворимости снятого с поверхности воды резиноподобного ковра в нефти и нефтепродуктах для увеличения их объема и полезного использования.

Задача решается и технический результат достигается тем, что в способе очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов, включающем обработку загрязненной поверхности порошкообразным дивинилстирольным термоэластопластом при массовом соотношении дивинилстирольный термоэластопласт:нефть и/или нефтепродукт, составляющем 1:3-7, и перевод загрязнений в отвержденное резиноподобное состояние, согласно изобретению, предварительно дивинилстирольный термоэластопласт подвергают воздействию ультразвуком мощностью 60 Вт в течение 10-30 минут при температуре 40-50°С, а после образования на обработанной поверхности прочного резиноподобного ковра его собирают и утилизируют путем растворения в нефти и в тяжелых нефтепродуктах для увеличения их объема и дальнейшего использования.

Дивинилстирольный термоэластопласт является блоксополимером стирола и дивинила и получается сополимеризацией бутадиена со стиролом в растворе в присутствии литиевого катализатора и выпускается согласно техническим условиям ТУ 38.103267-80 «Термоэластопласты бутадиен-стирольные». Традиционно указанные бутадиен-стирольные (дивинилстирольные) термоэластопласты используются в промышленности резинотехнических изделий для изготовления клеев, ленточного герметика, для модификации пластмасс, а также для изготовления защитных покрытий.

Указанный термоэластопласт выпускается в виде мелкодисперсного порошкообразного продукта, не слеживающегося при хранении, с насыпной плотностью 0,32 г/см³. Термоэластопласт легче воды и обладает высокой гидрофобностью, что позволяет ему находиться на поверхности воды без частичного опускания на дно в течение 7-10 суток.

Кроме того, при контакте с нефтью и нефтепродуктами он превращает их в прочный резиноподобный ковер. Удаление такого ковра с поверхности воды не представляет каких-либо затруднений (загущенную нефть можно свернуть в рулон).

При воздействии ультразвука на ДСТ имеет место частичное разрушение полимерных цепей и различных агломератов. Это приводит к уменьшению молекулярной массы и увеличению подвижности молекул ДСТ, изменению структуры полимера за счет образования макрорадикалов. Образование этих макрочастиц инициирует образование других радикалов в молекуле и приводит к возникновению разветвленной или сетчатой структуры полимера, обеспечивающей более эффективную сорбцию. Уменьшение молекулярной массы и изменение структуры способствует увеличению скорости сорбции нефти и нефтепродуктов.

Утилизация ковра осуществляется путем его растворения в нефти и тяжелых нефтепродуктах, тем самым увеличивая объем продукта для полезного использования, такого как гудрон, изоляционное покрытие для трубопроводов и т.д. При этом в результате ультразвуковой обработки ДСТ образованный резиноподобный ковер легче и быстрее растворяется в нефти и нефтепродуктах при его утилизации.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие предлагаемое изобретение.

Пример 1. В химический сосуд диаметром 100 мм налили 150 мл воды, затем сверху добавили взвешенное количество нефти (15 г.) месторождений Башкортостана (вязкость по ВЗ-4 12-17 сек.).

На поверхности воды нефть, растекаясь, образует пленку. На поверхность пленки нефти нанесли равномерным слоем 5 г порошкообразного дивинилстирольного термоэластопласта (ДСТ), предварительно обработанного в течение заданного времени ультразвуком мощностью 60 Вт при 50°С.

Полученные результаты по образованию из нефти резиноподобного ковра приведены в таблице 1.

Таблица 1 Соотношение ДСТ:нефть, масс. Время обработки ДСТ, мин. Время сорбции, мин./Визуальная оценка образующегося продукта сорбции (ковра) 1 2 3 8 20 40 1:3 10 Значительное уменьшение пленки нефти Образование ковра, радужная пленка Мягкий ковер, радужная пленка Мягкий ковер, прозрачная вода Плотный, твердый ковер, прозрачная вода Плотный, твердый ковер, прозрачная вода 1:3 20 Значительное уменьшение пленки нефти Образование ковра, радужная пленка Мягкий ковер, радужная пленка Мягкий ковер, прозрачная вода Плотный, твердый ковер, прозрачная вода Плотный, твердый ковер, прозрачная вода 1:3 30 Значительное уменьшение пленки нефти Образование ковра, радужная пленка Мягкий ковер, радужная пленка Мягкий ковер, прозрачная вода Плотный, твердый ковер, прозрачная вода Плотный, твердый ковер, прозрачная вода 1:3 Без обработки (прототип) Уменьшение пленки нефти Образование мягкого ковра, пленка нефти Мягкий ковер, радужная пленка Мягкий ковер, прозрачная вода Мягкий ковер, прозрачная вода Твердый ковер, прозрачная вода

Снятый с поверхности воды резиновый ковер весом около 20 г был помещен в химический стакан, содержащий 40 г нефти, в него была опущена мешалка. Через 30 мин перемешивания наблюдалось полное растворение ковра, увеличение объема нефти с достижением веса конечного продукта до 60 г, а также увеличение ее вязкости.

Аналогичная процедура была проведена с резиноподобным ковром, полученным по способу-прототипу. В этом случае полное растворение ковра наблюдалось через 55 мин, вес конечного продукта составлял 50 г в результате улетучивания в процессе перемешивания легких углеводородов.

Пример 2. В химический сосуд диаметром 100 мм налили 150 мл воды, затем сверху добавили взвешенное количество нефти (20 г.) месторождений Башкортостана (вязкость по ВЗ-4 12-17 сек.).

На поверхности воды нефть, растекаясь, образует пленку. На поверхность пленки нефти нанесли равномерным слоем 5 г порошкообразного дивинилстирольного термоэластопласта (ДСТ), предварительно обработанного в течение заданного времени ультразвуком мощностью 60 Вт при 50°С.

Полученные результаты по образованию из нефти резиноподобного ковра приведены в таблице 2.

Таблица 2 Соотношение ДСТ:нефть, масс. Время обработки ДСТ, мин. Время сорбции, мин. / Визуальная оценка образующегося продукта сорбции (ковра) 1 2 3 8 20 40 1:4 10 Начало связывания, пленка нефти на поверх-ти Продолжение связывания нефти в ковер, уменьшение пленки Наличие ковра, пленка нефти Мягкий ковер, прозрачная вода Плотный ковер, прозрачная вода Плотный ковер, прозрачная вода 1:4 20 Начало связывания, пленка нефти на поверх-ти Продолжение связывания нефти в ковер, уменьшение пленки Наличие ковра, пленка нефти Мягкий ковер, прозрачная вода Плотный ковер, прозрачная вода Плотный ковер, прозрачная вода 1:4 30 Пленка нефти на поверх-ти, жидкий ковер Пленка нефти, жидкий ковер Радужная пленка, комкование ковра Мягкий ковер, радужная пленка Плотный ковер, прозрачная вода Плотный ковер, прозрачная вода 1:4 Без обработки (прототип) Пленка нефти на поверх-ти начало связывания, наличие пленки нефти Образование жидкого ковра, наличие пленки нефти Незначительное количество нефти, комкование ковра, радужная пленка Мягкий ковер, прозрачная вода Плотный ковер, прозрачная вода

Пример 3. В химический сосуд диаметром 100 мм налили 150 мл воды, затем сверху добавили взвешенное количество нефти (35 г.) месторождений Башкортостана (вязкость по ВЗ-4 12-17 сек.).

На поверхности воды нефть, растекаясь, образует пленку. На поверхность пленки нефти нанесли равномерным слоем 5 г порошкообразного дивинилстирольного термоэластопласта (ДСТ), предварительно обработанного в течение заданного времени ультразвуком мощностью 60 Вт при 40°С.

Полученные результаты по образованию из нефти резиноподобного ковра приведены в таблице 3.

Таблица 3 Соотношение ДСТ:нефть, масс. Время обработки ДСТ, мин. Время сорбции, мин./ Визуальная оценка образующегося продукта сорбции (ковра) 1 2 3 8 20 40 1:7 10 Значительное уменьшение пленки нефти Образование ковра, радужная пленка Мягкий ковер, радужная пленка Мягкий ковер, прозрачная вода Плотный, твердый ковер, прозрачная вода Плотный, твердый ковер, прозрачная вода 1:7 20 Значительное уменьшение пленки нефти Образование ковра, радужная пленка Мягкий ковер, радужная пленка Мягкий ковер, прозрачная вода Плотный, твердый ковер, прозрачная вода Плотный, твердый ковер, прозрачная вода 1:7 30 Значительное уменьшение пленки нефти Образование ковра, радужная пленка Мягкий ковер, радужная пленка Мягкий ковер, прозрачная вода Плотный, твердый ковер, прозрачная вода Плотный, твердый ковер, прозрачная вода 1:7 Без обработки (прототип) Уменьшение пленки нефти Образование мягкого ковра, пленка нефти Мягкий ковер, радужная пленка Мягкий ковер, прозрачная вода Мягкий ковер, прозрачная вода Твердый ковер, прозрачная вода

Из полученных результатов следует, что с использованием предложенного способа очистки полная сорбция нефти на поверхности воды происходит за 20 мин., в то время как по известному способу-прототипу без ультразвуковой обработки ДСТ для полной очистки требуется 40 мин. При этом видно, что оптимальное время для обработки ультразвуком составляет 10-30 мин, при увеличении времени обработки до 60 мин. образующийся резиноподобный ковер становится мягким, что затрудняет его удаление с поверхности воды.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет сократить время очистки водной поверхности от нефти и нефтепродуктов и повысить экономичность утилизации благодаря лучшей растворимости снятого с поверхности воды резиноподобного ковра в нефти и нефтепродуктах для увеличения их объема и полезного использования.

Изобретение относится к способам удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды и может быть использовано при очистке водной поверхности от разлитых нефтепродуктов. Способ очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов включает обработку загрязненной поверхности порошкообразным дивинилстирольным термоэластопластом при массовом соотношении дивинилстирольный термоэластопласт : нефть и/или нефтепродукт, составляющем 1:3-7, и перевод загрязнений в отвержденное резиноподобное состояние. При этом предварительно дивинилстирольный термоэластопласт подвергают воздействию ультразвуком мощностью 60 Вт в течение 10-30 минут при температуре 40-50°С. После образования на обработанной поверхности прочного резиноподобного ковра его собирают и утилизируют путем растворения в нефти и в тяжелых нефтепродуктах для увеличения их объема и дальнейшего использования. Обеспечивается уменьшение времени, необходимого для очистки водной поверхности за счет увеличения скорости сорбции нефти и нефтепродуктов, а также повышение экономичности утилизации благодаря лучшей растворимости снятого с поверхности воды резиноподобного ковра в нефти и нефтепродуктах для увеличения их объема и полезного использования. 3 табл., 3 пр.

Способ очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов, включающий обработку загрязненной поверхности порошкообразным дивинилстирольным термоэластопластом при массовом соотношении дивинилстирольный термоэластопласт: нефть и/или нефтепродукт, составляющем 1:3-7, и перевод загрязнений в отвержденное резиноподобное состояние, отличающийся тем, что предварительно дивинилстирольный термоэластопласт подвергают воздействию ультразвуком мощностью 60 Вт в течение 10-30 минут при температуре 40-50°С, а после образования на обработанной поверхности прочного резиноподобного ковра его собирают и утилизируют путем растворения в нефти и в тяжелых нефтепродуктах для увеличения их объема и дальнейшего использования.