СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ СРЕД ОТ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ
CLEANING WATER OF LIQUID HYDROCARBONS

Изобретение относится к области экологической безопасности и охраны окружающей среды, в частности к способу очистки сточных вод, содержащих диспергированные в объеме углеводороды, в частности смолы, масла и схожие с ними по свойствам вещества и к очистке водных сред от разлитых на их поверхности углеводородов, в частности нефти, в том числе и горящей, и нефтепродуктов или других подобных жидкостей и может найти применение в коксохимической, химической, нефтяной, машиностроительной и обрабатывающих отраслях промышленности и народного хозяйства.
Проблема очистки сточных вод, содержащих масла, смолы, нефтепродукты и аналогичные не смешивающиеся с водой жидкие углеводороды широко распространена во всем мире. Особенно много внимания уделяется ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов. Несмотря на разработку большого количества способов очистки вод от разлитых на их поверхности или диспергированных в объеме углеводородов, проблема окончательно не решена и является актуальной с точки зрения как экологической безопасности и охраны окружающей среды.
Для сбора и удаления с поверхности воды жидких углеводородов, широко распространено применение пористых материалов, обладающих адсорбционными свойствами. Такие сорбенты должны легко отделяться от очищаемой жидкости, иметь высокую впитывающую способность.
Растворы нефти и нефтепродуктов в воде представляют собой смесь, содержащую полярные и неполярные составляющие. Для их разделения используют в основном неполярные адсорбенты на основе активных углей, получаемые классическими методами карбонизации различных углеродосодержащих веществ, например дерева, угля и др., и последующего активирования полученных остатков с целью увеличения их пористости.
Применяемые вещества помимо достаточных сорбционных свойств должны обладать высокими эксплуатационными характеристиками, в особенности термической устойчивостью, а также невысокой стоимостью, в виду большого объема их потребления. Способность выдерживать повышенные температуры необходима сорбентам для уменьшения их потерь при термической регенерации, а также для применения при очистки водных средот горящей нефти и нефтепродуктов.
В зависимости от специфики загрязнений применяется конкретный вид активированного угля. Недостатками большинства из них являются горючесть, высокая стоимость как самого угля, так и операций по его регенерации.
Широко известны сорбенты и устройства для очистки водных поверхностей природные и синтетические, например торф, солома, опилки, глины, перлит и т.д. (Нефтяное хозяйство. 1991, N 8, С.33-34).
Известны способы очистки поверхности воды от нефти путем нанесения на нефтяную пленку плавающих адсорбентов, представляющих собой носитель (древесные опилки, вермикулит, тальк, бентониты и т.п.), обработанный поверхностно-активными веществами и смачивателем. Затем плавающий сорбент вместе с адсорбированной нефтью собирают с поверхности воды. Плавающий сорбент может представлять собой композицию типа перлитцеллюлозные волокна - глина-асфальт (Патент Англии №129973, Кл. С1С, 1972; Патент США №4.011.175, кл. 252-427, 1977).
Известен способ очистки воды от нефтяной пленки путем нанесения на поверхность воды нефтеадсорбирующей глины (бетонит, каолин и т.п.) с последующим сбором полученной смеси глины с нефтью с поверхности либо затоплением ее при движении воды с добавлением, если это необходимо, эмульгаторов (Патент США №3.634.227, кл. 210-11, 1972). Недостатком этого способа является невозможность очистки поверхности воды от горящей нефти, так как при температуре горения нефти частицы глины оплавляются и перестают быть нефтепоглощающими.
Общим недостатком указанных аналогов является неэффективность, а в некоторых случаях невозможность их применения для очистки водных сред при горении нефти и нефтепродуктов, а также значительные потери сорбента в ходе термической регенерации в виду его неизбежного угара при высоких температурах. Кроме того, возможна регенерация не всех применяемых в аналогах сорбентов, что значительно удорожает процесс очистки вследствие их однократного применения.
В качестве прототипа принят наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению способ очистки сточных вод от масел и смол (авторское свидетельство СССР №452185, кл. С02С 5/02, 1977 г.), заключающийся в их адсорбции порошком каменноугольной пыли, гидрофобизированной кремнийорганическим соединением, с последующим отделением порошка с адсорбированными маслами и смолами.
Недостаток данного способа - сложность регенерации отработанного сорбента. В прототипе указан экстракционный метод регенерации отработанной каменноугольной пыли, что при больших масштабах ее использования трудно осуществимо ввиду значительных финансовых затрат на осуществление процесса, покупку экстрагента и необходимости утилизации образовавшегося экстракта. В то же время наиболее эффективная термическая регенерация не представляется возможной ввиду низкой термоустойчивости каменноугольной пыли и ее неизбежного угара при высоких температурах осуществления процесса. Недостатком также является невозможность применения каменноугольной пыли для сорбции разлитых на поверхности воды горящих углеводородов, в частности нефти, нефтепродуктов или других подобных жидкостей. Причиной этого также является низкая термоустойчивость каменноугольной пыли, которая будет сгорать при температурах горения углеводородов.
Техническим результатом изобретения является минимизация потерь сорбента в результате его угара при термической регенерации, использование сорбента для очистки водных сред от горящей нефти и нефтепродуктов, снижение экономических затрат на очистку воды и регенерацию сорбента.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе очистки водных сред от жидких углеводородов, включающем адсорбцию их углеродсодержащим сорбентом, гидрофобизированным кремнийорганическим соединением, согласно изобретению в качестве углеродсодержащего сорбента используют коксовую пыль.
Наличие у кокса адсорбционных свойств подтверждается фактами использования его в качестве адсорбента (Zastosowanie pytu koksowego jako sorbentu w procesach adsorpcyjnego oczyszczania sciekow koksowniczych / Karcz Aleksander, Burmistrz Piotr // Gosp.surow. miner. - 1991. - 7. - №3. - С.893-907; Не Xingcun, Tang Xiaolin, Huang Zhi, Chen Menglin // Gongyeshui chulli = Ind. Water Treat. - 2006. - 26, №4. - С.70-73.; Использование сорбции как метода очистки нефтесодержащих вод в XX веке / Болгова А. С., Туктамышев А. Ф., Кузнецова Е.В., Мастобаев Б.Н. // Проблемы строительного комплекса России: Материалы 11 Международной научно-технической конференции при 11 Специализированной выставке „Строительство. Коммунальное хозяйство - 2007", Уфа, 28.02-02.03, 2007. Т.2. Архитектура. Строительство. Коммунальное хозяйство. - Уфа, 2007. - С.260.). Для специалиста в данной области явным образом следует, что кокс является термоустойчивым при температурах до 1000-1100°С, это является основой использования коксовой пыли для очистки водных сред от горящей нефти и нефтепродуктов. Кроме того, при термической регенерации коксовой пыли не будет происходить ее угара, поскольку температура осуществления процесса значительно ниже температуры возгорания кокса.
Коксовая пыль образуется при сухом тушении кокса в результате продувки инертного газа через слой охлаждаемого кокса в специальных установках, на стадии коксосортировки и пересыпах уже охлажденного кокса с одного конвейера на другой. Кроме того, мелкодисперсная фракция коксовой пыли (<1 мм) содержится в составе коксовой мелочи, вымываемой из коксовозного вагона при орошении кокса водой в башнях мокрого тушения. Общие характеристики коксовой пыли и коксовой мелочи представлены в табл.
ТаблицаОбщая характеристика коксовой пыли и коксовой мелочи
Определяемые показатели
Коксовая мелочь мокрого тушения
Коксовая пыль (циклонная)
Фракционный состав:
+10
7,53
0
10-7
9,37
0
7-5
8,25
0
5-3
16,08
0
3-1
27,08
0,11
1-0,4
19,61
10,34
0,4-0,2
5,65
35,24
-0.2
6,43
54,31
Влажность, %
15,9
0,08
Зольность, %
11,2
12,4
Насыпная масса, г/см<sup>3</sup>
0,62
0,69
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Углеродсодержащий сорбент - коксовую пыль обрабатывают гидрофобизированным кремнийорганическим соединением, например полиметилсилоксаном или гидрофобизирующей кремнийорганической жидкостью, например ГКЖ-11 П.
Затем для очистки водных сред от разлитых на их поверхности углеводородов, в частности нефти, в том числе и горящей, и нефтепродуктов или других подобных жидкостей сорбент рассыпают на пятно нефти или нефтепродуктов (например, минерального масла, дизельного топлива, бензина, толуола, гептана и т.п.) и за счет действия адгезионных сил сорбент связывает их в количестве, значительно превышающем собственный вес. В случае сорбции горящей нефти или нефтепродуктов необходимо напыление коксовой пыли на очаг возгорания, в результате происходит сбивание пламени и отсекание его от кислорода воздуха. Это приводит к возникновению на обрабатываемой поверхности воды твердого, легко рассыпчатого агломерата. Его площадь меньше по сравнению с пятном сорбируемого загрязнения, а плотность более низкая, чем у воды. Этот агломерат легко собирается любым механическим способом, например, с помощью ковшей, изготовленных из металлической сетки. В случае образования суспензии возможно применение физико-химических методов очистки (например флотации и т.п.), для более полного разделения обработанную воду подвергают кратковременному отстаиванию. Собранный агломерат регенерируют, выделяя сорбент и собираемый нефтепродукт в виде, пригодном для дальнейшего использования и переработки.
Ниже приводится конкретные примеры осуществления заявляемого способа:
Пример 1
На горящую нефть или нефтепродукты распыляют слоями мелкодисперсный порошок гидрофобизированной коксовой пыли, которые сбивают огонь, не допуская его распространения по поверхности и не допуская прогрева нефти по глубине. При дальнейшем напылении происходит образование достаточного слоя твердого, легко рассыпчатого агломерата для предотвращения доступа кислорода воздуха и прекращение горения пламени при любой температуре горения нефти до 1100°С независимо от этапа ее горения. Тушение эффективно как в начале горения, так и в момент максимального развития температуры.
Пример 2
3
Нефть в количестве 100 см наносили на поверхность воды, помещенной в емкость. Гидрофобизированную коксовую пыль в количестве 1 г напыляли на слой нефти. Частицы порошка, введенные в водную среду, вследствие своей гидрофобности не тонут, а флотируют и равномерно распределяются в слое нефти. Мелкодисперсный размер частиц используемой пыли обеспечивает высокую сорбционную способность в отношении нефти. Собранную смесь взвешивают и оценивают эффективность сбора нефти в вышеописанных условиях.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с известными позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение удовлетворяет критерию изобретения «новизна».
Применение заявляемого способа позволит минимизировать потери сорбента в результате его угара при термической регенерации. Это возможно благодаря тому, что коксовая пыль является термоустойчивой и не выгорает при температурах проведения процесса термической регенерации.
Применение заявленного способа позволит использовать коксовую пыль для очистки водной поверхности от горящих нефти и нефтепродуктов, т.к. коксовая пыль является термоустойчивой и не будет выгорать или разрушаться при температурах горения нефти и нефтепродуктов. Распыление слоями порошка гидрофобизированной коксовой пыли, сбивает огонь, не допуская его распространения по поверхности и не допуская прогрева нефти по глубине. При дальнейшем напылении происходит образование достаточного твердого, легко рассыпающегося слоя агломерата для предотвращения доступа кислорода воздуха и прекращение горения пламени при любой температуре горения нефти до 1100°С независимо от этапа ее горения.
Также применение заявляемого способа позволит значительно снизить финансовые затраты, поскольку затраты на термическую регенерацию ниже, чем на регенерацию растворителями. Высокая термическая устойчивость сорбента позволит избежать его дополнительных покупок, так как снизятся потери по причине отсутствия угара.