Патент на изобретение №2375403

(54) МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ИЗ НЕФТИ И/ИЛИ НЕФТЕПРОДУКТОВ

(57) Реферат:

Группа изобретений относится к материалу и способу для сбора нефти, масел, мазута, топлив и углеводородов с поверхности воды, почвы, других твердых поверхностей, а также для очистки загрязненных нефтью и нефтепродуктами водных потоков. Материал для обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов содержит набухающий в нефти и/или нефтепродуктах каучук и дисперсный минеральный наполнитель с открытой внутренней гидрофобной пористостью. Техническим результатом является повышение эффективности и экономичности материала и способа за счет увеличения скорости связывания нефти и/или нефтепродуктов и уменьшения количества каучука в материале. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

Группа изобретений относится к материалам и способам для обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов и может быть использована для сбора нефти, масел, мазута, топлив и углеводородов с целью очистки поверхности воды, почвы, других твердых поверхностей, а также для очистки загрязненных нефтью и нефтепродуктами водных потоков.

При разливах нефти и/или нефтепродуктов в результате техногенных катастроф происходит загрязнение больших площадей водных или твердых поверхностей, а также проникновение загрязнений в почву и грунтовые воды. Кроме того, массовое применение нефтепродуктов в промышленности в качестве топлива, смазочных материалов и т.п. и отсутствие надлежащей утилизации соответствующих промышленных отходов также приводит к загрязнению больших поверхностей земельных участков, предназначенных для складирования таких отходов.

Известны способы очистки поверхности воды, почвы, асфальта, бетона и других поверхностей от загрязнений нефтью или нефтепродуктами с помощью капиллярно-пористых или иных материалов-сорбентов. В частности, известны способы обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов с помощью пористых полимерных сорбентов на основе полиэтилена, полипропилена, полисилоксана (пат. РФ 20911159, 2095318, 2071829). При этом на загрязненную жидкую или твердую поверхность наносят слой сорбента, оставляют его до полного связывания загрязнения, после чего полученную смесь собирают и подвергают дальнейшей переработке или утилизации.

Недостатком упомянутых способов и сорбентов является то, что эти сорбенты имеют дисперсность от 0,1 мм до 5 мм, малую насыпную плотность от 0,01 г/см³ до 0,08 г/см³, что затрудняет их применение на открытых поверхностях, поскольку вследствие незначительной весовой плотности материал сильно распыляется воздушными ветровыми потоками. При увеличении размеров частиц указанных сорбентов происходит уменьшение поверхности контакта этих материалов с нефтепродуктами, вследствие чего уменьшается скорость связывания нефти и/или нефтепродуктов, что снижает эффективность процесса очистки. Кроме того, известно, что капиллярно-пористые сорбенты способствуют образованию вторичных загрязнений: выделение ранее связанных нефти или нефтепродуктов в окружающую среду. Такое вторичное загрязнение происходит при механическом воздействии на отработанный сорбент или при изменении климатических факторов хранения такого отработанного сорбента.

Известно также использование набухающих полимеров и способы обработки загрязнений из нефти или нефтепродуктов, основанные на процессах набухания полимеров в нефти или нефтепродуктах (см., например, журнал «Нефтяное хозяйство, 11, 2000 г., А.И.Набаткин, Б.И.Хлебников «Применение сорбентов для ликвидации нефтяных разливов», пат. РФ 1292314). Данные материалы, вследствие диффузионной природы взаимодействия с нефтью и/или нефтепродуктами, не провоцируют вторичное загрязнение поверхностей, так как из набухшего каучука нефтепродукты могут выделятся только в виде паров. Однако недостатком этих способов и сорбентов является большая длительность времени связывания загрязнений по сравнению с капиллярно-пористыми материалами.

Наиболее близкими к предлагаемому решению, выбранными в качестве прототипа, являются материал и способ для сбора нефти и/или нефтепродуктов по пат. РФ 2238295, опубликованному 20.10.2004 г. В указанном патенте загрязненная поверхность обрабатывается материалом-сорбентом, содержащим дисперсный наполнитель и набухающий в нефтепродуктах каучук.

Недостатком этого материала является низкая эффективность вследствие значительного времени связывания загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов.

Недостатком материала по прототипу является также его низкая экономичность вследствие высокой стоимости каучука.

Низкие эффективность и экономичность этого материала обусловлены также наличием значительной балластной массы, связанной с тем, что дисперсный наполнитель, играющий лишь технологическую роль и не участвующий в процессе связывания загрязнений из нефти и нефтепродуктов, занимает более половины массы материала по прототипу.

Недостатками способа обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов с помощью сорбента по прототипу являются низкие эффективность и экономичность вследствие длительности процесса связывания загрязнений, а также вследствие наличия в массе сорбента более половины балластной массы.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности и экономичности материала и способа для обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов за счет увеличения скорости связывания нефти и/или нефтепродуктов, а также за счет уменьшения количества каучука и одновременного увеличения полезной массы материала, применяемого для очистки поверхностей от нефти и нефтепродуктов, активно участвующего в процессе связывания нефти и/или нефтепродуктов.

В предлагаемом изобретении поставленная задача решается тем, что материал для обработки загрязнений из нефти и нефтепродуктов содержит набухающий в указанных жидкостях каучук и дисперсный наполнитель, в качестве которого использован минерал с открытой пористой внутренней гидрофобной структурой.

Поставленная задача решается также тем, что вышеуказанный дисперсный наполнитель в составе материала содержится в количестве в % объема: 93-97.

Указанная задача решается тем, что в предлагаемом способе обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов применяется материал, содержащий набухающий в указанных жидкостях каучук и дисперсный наполнитель в виде минерала с открытой внутренней пористой гидрофобной структурой.

Поставленная задача решается также тем, что в указанном сорбенте дисперсный наполнитель в составе материала содержится в количестве в % объема: 93-97.

Наличие в предложенном материале, предназначенном для обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов, дисперсного наполнителя в виде минерала с открытой пористой гидрофобной структурой позволяет повысить его эффективность вследствие увеличения скорости связывания загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов за счет использования капиллярных процессов, которые по определению имеют большую скорость в сравнении с диффузионными процессами. Так как скорость диффузии зависит от градиента концентрации, от вязкости диффундирующего вещества и от молекулярного строения поглощающего каучука, а скорость капиллярного поглощения зависит только от вязкости поглощаемой жидкости.

Кроме того, применение в качестве наполнителя капиллярно-пористого минерала позволяет повысить эффективность и экономичность материала-сорбента вследствие того, что в нем происходит увеличение объема связанной нефти и/или нефтепродукта на единицу объема этого материала за счет отсутствия в нем балластной массы, не участвующей в процессе связывания загрязнений.

Материал по предлагаемому решению, при контакте с жидкими нефтью и/или нефтепродуктами, вступает с ними во взаимодействие, проявляющееся как капиллярные и диффузионные процессы: каучук в составе материала набухает в нефти и/или нефтепродуктах, минеральный дисперсный наполнитель с открытой пористой структурой насыщается этой нефтью и/или нефтепродуктами. При этом проявление этих процессов происходит в три основных этапа.

Первый этап – процесс предварительного смачивания материала при контакте с жидкими нефтью и/или нефтепродуктами. При этом происходит проникновение жидкостей в массу материала по точкам контакта всех дисперсных частиц пористого наполнителя и каучука: взаимодействие материала с загрязняющими жидкостями на макроуровне.

Второй этап – процесс связывания загрязняющих жидкостей на микроуровне: каучук в составе материала вступает в диффузионное взаимодействие, что проявляется в процессе набухания этого каучука, а дисперсный минеральный наполнитель с открытой внутренней пористостью – в капиллярное взаимодействие, что проявляется в процессе напитывания этими жидкостями открытой пористой структуры дисперсных частиц наполнителя.

Третий этап – процесс удаления с очищенных поверхностей и складирование отработанного материала. При этом между набухшим каучуком и напитанным нефтью и/или нефтепродуктами пористым наполнителем устанавливается динамическое равновесие: каучук, теряющий часть связанных жидкостей за счет испарения, добирает недостающую до полного насыщения часть жидкости из капиллярно-пористых частиц дисперсного наполнителя. Причем испарение нефтепродукта из набухшего каучука происходит более интенсивно, в сравнении с испарением этих жидкостей из капиллярно-пористой структуры наполнителя, так как частицы каучука имеют большую теплопроводность и меньшую теплоемкость в сравнении с пористыми минеральными частицами. Такие процессы общеизвестны и описаны в учебниках по коллоидной химии.

Таким образом, взаимодействие набухшего в нефти и/или нефтепродуктах каучука с минеральными частицами наполнителя, внутренняя пористая структура которых напитана этими же жидкостями, исключает проявление вторичных загрязнений: самопроизвольного выделения жидкостей из отработанного материала.

Применение данного материала в способе обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов повышает его эффективность и экономичность за счет увеличения скорости связывания загрязнений, за счет отсутствия в применяемом материале балластной массы, не участвующей в процессе связывания загрязнений, что повышает удельную нефтеемкость материала, а также за счет снижения стоимости материала вследствие уменьшения объема в нем дорогостоящего каучука. Кроме того, увеличение эффективности и экономичности предложенного способа связано с отсутствием вторичных загрязнений в местах складирования отработанного материала-сорбента.

Количество дисперсного наполнителя в составе заявленного материала определялось опытным путем по эффективности связывания загрязнений, а также по отсутствию вторичных загрязнений.

При этом эффективность предлагаемого материала-сорбента оценивалась по уменьшению времени связывания нефти и/или нефтепродуктов и по увеличению коэффициента нефтеемкости материала-сорбента по предлагаемому решению, в сравнении с материалом-сорбентом по прототипу.

Такая оценка проводилась на стандартном лабораторном оборудовании: с применением электронных весов ВК-600, Чашек Петри, мельницы, стандартного набора сит с размером ячейки не более 0,1 мм и центрифуги Ц-25 Пензенского Завода Коммунального Машиностроения.

Пример 1.

Предлагаемый в настоящем изобретении материал был получен на основе дисперсного вспученного перлита и каучука БС-65 следующим образом. После осаждения каучука БС-65, из латексной формы на поверхность перлита в среде осадителя, 1% раствора сернокислого алюминия, образовавшаяся смесь маточного раствора и полученного продукта была отделена с помощью фильтра от маточного раствора. В результате была получена масса с влажностью, равной 80-85 весовых процентов. Затем указанная масса помещалась в центрифугу Ц-25, в которой влажность получаемого продукта уменьшалась до 42-50% веса. После этого полученная масса измельчалась в лабораторной мельнице в течение 5 минут, до образования частиц размером не более 0,1 мм в количестве не менее 85% от всего состава. Полученная масса высушивалась и подвергалась дальнейшим лабораторным исследованиям.

Общеизвестно, что частицы вспученного перлита по ГОСТ 10832-91 не имеют открытой пористости. Для получения частиц перлита с открытой пористостью его измельчают (см. пат. РФ 2097333, опубликованный 27.11.1997 г.). При получении материала по предлагаемому решению перлит можно измельчать до процесса осаждения на него каучука из латексной формы, или после осаждения. В данном случае из технологических соображений был выбран второй вариант.

Материал по прототипу был изготовлен в соответствии с описанием изобретения по пат. РФ 2238295. Для простоты сравнения материалы по прототипу и по предлагаемому решению изготовлены одинаковыми по составу и отличающимися только наличием в материале по предлагаемому решению перлита с открытой внутренней пористостью.

Значения коэффициентов нефтеемкости определялись общеизвестными весовыми методами, описанными в любом пособии по лабораторным практикумам по физике и химии. В качестве нефтепродукта использовалось отработанное машинное масло.

Полученные результаты приведены в таблицах 1, 2.

Из таблицы 1 видно, что материал по предлагаемому решению имеет большее значение коэффициента нефтеемкости по сравнению с материалом прототипа при прочих равных условиях.

Определение изменения времени связывания нефтепродукта материалом по предлагаемому решению в сравнении с материалом по прототипу в зависимости от объемной доли наполнителя также проводилось в лабораторных условиях.

В реальных условиях при очистке поверхностей от загрязнений используется минимально возможное количество материала, которое определяется по коэффициенту нефтеемкости в соответствии с количеством фактического загрязнения. Поэтому в лабораторных исследованиях определялось время связывания максимального количества нефтепродукта, которое способно связать фиксированное количество исследуемого материала – 12,5 г, в соответствии с коэффициентом нефтеемкости, определенным по таблице 1.

Для этого навески сравниваемых материалов по 12,5 г помещались в емкости с нефтепродуктом, масса которого определялась из вышеописанных условий.

Одновременно оценивалось образование вторичного загрязнения сравниваемых материалов по наличию пленки нефтепродукта на поверхности чистой воды, на которую помещался отработанный материал после 20-минутной выдержки.

Пример 2.

Исследованию подвергался материал, изготовленный на основе каучука БС-65 и капиллярного сорбента на основе вспененного графита. Известно, что вспененный графит используется как сорбент: при средней весовой плотности 0,01 г/см³, он характеризуется коэффициентом нефтеемкости порядка 40 г/г, что означает, что 40 г нефти и/или нефтепродукта связывается 1 г данного материала.

Материал по предлагаемому решению на основе вспененного графита и каучука БС-65 получали следующим образом. После осаждения каучука БС-65, из латексной формы на поверхность вспененного графита, в заданном весовом соотношении, в среде осадителя, 1% раствора сернокислого алюминия, образовавшаяся смесь маточного раствора и полученного продукта отделялась с помощью фильтра от маточного раствора и затем высушивалась. Оценка значений нефтеемкости такого материала осуществлялась весовым способом с помощью лабораторных весов. Полученные результаты приведены в таблице 3.

Изменение времени связывания нефтепродукта материалом по предлагаемому решению в сравнении с материалом по прототипу в зависимости от объемной доли наполнителя проводилось аналогично примеру 1. Полученные значения приведены в таблице 4.

В соответствии с данными таблиц 1-4 определен диапазон количества дисперсного наполнителя с внутренней открытой гидрофобной пористостью в составе заявленного материала.

Максимальное значение объемной концентрации дисперсных частиц с открытой пористой гидрофобной структурой составляет 97% объема материала, исходя из условия, что при этом отсутствуют вторичные загрязнения.

Минимальное значение объемной концентрации дисперсных частиц с открытой пористой гидрофобной структурой составляет 93% объема. При меньших значениях уменьшение времени связывания загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов играет несущественную роль.

Примеры конкретного осуществления предложенной группы изобретений.

Материал по предложенному решению получают в промышленных условиях известным способом путем осаждения каучука из латексной формы на поверхность минерального наполнителя с открытой внутренней гидрофобной пористостью в среде осадителя, 1% раствора сернокислого алюминия с последующей фильтрацией образовавшейся массы материала с последующим ее высушиванием. При этом дисперсный наполнитель в составе материала составляет 93-97% объема.

В качестве каучука могут быть использованы каучуки, набухающие в предельных углеводородах, такие как СКЭП, СКЭПТ, СКС-С, натуральные каучуки, как в дисперсной форме, так и в латексной.

В качестве минерального наполнителя с открытой внутренней гидрофобной пористостью могут быть использованы вспененный измельченный перлит, вспененный графит, вермикулит и другие минералы с открытой внутренней гидрофобной пористостью.

Способ обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов осуществляется путем нанесения заявленного материала-сорбента на загрязненную поверхность любым известным способом, с последующим выдерживанием и удалением отработанного материала. Отработанный материал подвергается дальнейшей переработке или утилизации.

Предложенная группа изобретений способствует повышению эффективности и экономичности материала и способа обработки загрязнений из нефти или нефтепродукта за счет увеличения скорости связывания этой нефти и/или нефтепродуктов, а также увеличения нефтеемкости материала без образования вторичных загрязнений.

Кроме того, повышение нефтеемкости материала за счет применения дисперсных капиллярно-пористых частиц наполнителя позволяет уменьшить в составе материала долю дорогостоящего каучука, что делает материал и способ для обработки загрязненных поверхностей более экономичным по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

1. Материал для обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов, содержащий дисперсный наполнитель и набухающий в нефти и/или нефтепродуктах каучук, отличающийся тем, что в качестве дисперсного наполнителя использован минерал с открытой внутренней гидрофобной пористостью.

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что дисперсный наполнитель в составе материала содержится в количестве 93-97 об.%.

3. Способ для обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов, включающий связывание части нефти и/или нефтепродуктов набухающим каучуком, отличающийся тем, что обработку загрязнений осуществляют материалом по п.1 или 2.