СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
METHOD OF PRODUCING OIL AND OIL PRODUCT SORBENT

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и позволяет утилизировать отходы лесопереработки, служит для ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов, а также для очистки промышленных стоков.
Известен способ получения абсорбента для очистки водных поверхностей от загрязнений нефтью, нефтепродуктами и органическими растворителями (RU 2150998 С1, 2000), включающий обработку сухих отходов переработки древесной зелени (хвои и побегов первого года, толщиной до 5 мм) после щелочной экстракции раствором едкого натра при комнатной температуре, с целью извлечения низкомолекулярных веществ, с последующей гидрофобизацией сульфатным мылом при расходе 1-2% от веса зелени и добавлением в качестве осадителя алюмокалиевых квасцов.
Недостатками данного способа является то, что для испытаний свойств абсорбента в качестве нефтепродукта выбрано только машинное масло М8-Б1, нет данных по сорбции какого-либо сорта нефти, нет данных по сорбции органических растворителей. Получение отхода переработки древесной зелени требует существенных материальных затрат, связанных со сбором исходного растительного сырья, использованием химических реактивов и специального оборудования для проведения процесса экстракции. Приведены требования к исходному сырью (в основном, побеги первого года - до 5 мм толщиной), что существенно сужает сырьевую базу для получения абсорбента, требует сортировки, увеличивает стоимость конечного продукта.
Известен способ получения абсорбента для очистки водных поверхностей от загрязнений нефтью, нефтепродуктами и органическими растворителями (RU 2149684 С1, 2000), включающий обработку древесных отходов фанерного производства (шлиф-пыли) раствором белого щелока в количестве 4-5% от веса древесного сырья и добавление в качестве осадителя алюмокалиевых квасцов.
Недостатком данного способа является то, что испытания абсорбента проведены только на машинном масле, нет данных по сорбции какого-либо сорта нефти и органических растворителей.
Известен способ получения абсорбента органических жидкостей (RU 2116126 С1, 1998), принятый нами за прототип, включающий гидрофобизацию опилок и/или шлифовальной пыли, и/или опилок распиловки древесно-стружечных плит нерастворимым сульфатным мылом в количестве 0,5-2% от массы отходов, в качестве осадителя используют алюмокалиевые квасцы в эквимолекулярном по отношению к мылу количестве.
Недостатками данного способа являются недостаточно высокий коэффициент поглощения машинного масса (3,1-3,6), а также отсутствие данных о степени фиксации и десорбции. Ограниченная сырьевая база для получения основы сорбента, а также использование в качестве осадителя алюмокалиевых квасцов, которые применяются в различных отраслях народного хозяйства и отличаются высокой стоимостью.
Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении сорбционных характеристик, увеличение коэффициента поглощения и степени удержания сорбированной нефти, удешевлении технологии получения сорбента за счет использования отходов и побочных продуктов производства, улучшении экологической обстановки за счет использования крупнотоннажных отходов лесоперерабатывающих предприятий (коры и кородревесных отходов), а также в расширении сырьевой базы для получения основы сорбента нефти и нефтепродуктов.
В этом заключается новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения.
Существенными признаками настоящего изобретения являются: использование в качестве основы сорбента нефти и нефтепродуктов механически размолотой до размера частиц не более 1 см коры или кородревесных отходов с предварительно удаленными загрязняющими и водорастворимыми веществами, последующая гидрофобизация путем осаждения сульфатного мыла сульфатом алюминия в количестве 0,5-5,0% от массы воздушно-сухой коры или кородревесных отходов из водной суспензии до достижения значения рН среды 5,0.
Способ получения сорбентов нефти и нефтепродуктов осуществляется следующим образом.
Кору или кородревесные отходы сортировали, от кородревесных отходов отделяли отщепы древесины и прочие загрязняющие примеси, подвергали размолу на мельнице для увеличения площади поверхности и поглотительной способности до степени помола не более 1,0 см, замачивали в воде комнатной температуры на 1 сутки для удаления водорастворимых веществ, затем обезвоживали на сите и высушивали до воздушно-сухого состояния. Полученный продукт является кородревесной основой или исходным сырьем для получения нефтесорбентов. Зависимость сорбции нефти от степени помола кородревесной основы показана на примере основы кора сосны : кора ели в соотношении 1:1 (таблица 1). Сорбционные свойства сорбента значительно ухудшаются при степени помола менее 0,2 см и более 1 см.
2
4
3
2
Далее в качестве гидрофобизатора использовали сульфатное мыло. Расход гидрофобизатора составлял 0,5-5,0% от массы воздушно-сухой коры. В качестве осадителя применяли сульфат алюминия Al(SO)×10НО в равном по отношению к сульфатному мылу количестве. Расчетное количество сульфатного мыла суспендировали в небольшом объеме воды, переносили в мерный стеклянный стакан емкостью 1 л, доводили объем воды до объема 1000 мл, добавляли кородревесную основу (исходное сырье), при постоянном перемешивании и нагревании доводили температуру до 60-70°С, при этой температуре выдерживали 10-15 мин. Затем к полученной водной суспензии добавляли сульфат алюминия при перемешивании в течение 10-15 мин до достижения значения рН среды 5,0. Согласно проведенным испытаниям, использованный расход сульфата алюминия является оптимальным, поскольку для всех рассмотренных случаев величина рН достигает значения 5,0, что свидетельствует о полном осаждении сульфатного мыла на кородревесную основу и ее гидрофобизации. Полученный сорбент обезвоживали на сите, затем высушивали до воздушно-сухого состояния.
Сорбционные характеристики полученных образцов сорбентов испытывали на эмульсии нефти в воде. Использовали следующие образцы нефтей: 1) тяжелая нефть Харьягинского месторождения, Республика Коми, 2) нефть Возейского месторождения, залежь Нижнепермская. В качестве нефтепродуктов применяли смесь машинное масло : бензин в соотношении 1:3. Использовали машинное масло М8-Б1 и бензин АИ 95. В качестве образцов сравнения брали кородревесную основу (кору или кородревесные отходы до проведения гидрофобизации).
Для определения сорбционных характеристик полученных сорбентов готовили эмульсию «вода в нефти» в соотношении 1:1 по массе или смесь машинное масло : бензин в соотношении 1:3. К эмульсии или смеси машинное масло : бензин добавляли сорбент и перемешивали при комнатной температуре в течение 15 мин. Затем сорбент с нефтью переносили на стеклянную воронку с бумажным фильтром «белая лента». Сорбент с поглощенной нефтью сушили до воздушно-сухого состояния, затем взвешивали на технических весах.
По результатам экспериментов рассчитывали следующие показатели: коэффициент поглощения нефти или нефтепродуктов, степень десорбции (СД) и степень фиксации (СФ) удержания) нефти сорбентом. Значения показателей рассчитаны в среднем по результатам 4-х испытаний.
Характеристики степени десорбции и степени фиксации (удержания) нефти сорбентом являются важными для практического использования. Так, чем меньше показатель десорбции, тем лучше сорбент удерживает нефть и, следовательно, тем выше его эффективность.
Десорбцию нефти проводили методом настаивания отработанных сорбентов в воде в течение 30 мин при комнатной температуре, затем воду отфильтровывали на стеклянной воронке с бумажным фильтром. Сорбент высушивали до воздушно-сухого состояния и взвешивали. Степень десорбции рассчитывали по разности навесок воздушно-сухого сорбента до и после настаивания в воде.
Ниже приведены примеры получения сорбентов нефти и нефтепродуктов на основе коры и кородревесных отходов. В качестве кородревесной основы для получения сорбентов нефти и нефтепродуктов использовали: 1) еловую кору, отобранную в рубительно-окорочном цехе (РОЦ) лесоперерабатывающего предприятия; 2) смесь коры сосны и ели в соотношении 1:1 (РОЦ); 3) смесь коры березы и осины в соотношении 1:1 (РОЦ); 4) кородревесные отходы различного срока давности хранения, отобранные на полигоне кородревесных отходов лесоперерабатывающего предприятия.
Пример 1. Для получения сорбента с 0,5%-ным от массы воздушно-сухой коры расходом сульфатного мыла навеску сульфатного мыла массой 0,1 г суспендируют в 30 мл воды, переносят в мерный стеклянный стакан емкостью 1000 мл, доводят объем воды до 1000 мл, что отвечает 0,01%-ному раствору сульфатного мыла, добавляют 20 г кородревесной основы, при постоянном перемешивании и нагревании доводят температуру до 60-70°С, при этой температуре выдерживают 15 мин. Затем добавляют 0,1 г сульфата алюминия, перемешивают в течение 10-15 мин, проводят контроль рН среды до достижения значения 5,0. Полученный сорбент обезвоживают на сите, затем высушивают до воздушно-сухого состояния. Показатели сорбентов приводятся в таблицах 2-4.
Пример 2. Для получения сорбента с 2,5%-ным от массы воздушно-сухой коры расходом сульфатного мыла навеску сульфатного мыла массой 0,5 г суспендируют в 30 мл воды, переносят в мерный стеклянный стакан емкостью 1000 мл, доводят объем воды до 1000 мл, что отвечает 0,05%-ному раствору сульфатного мыла, добавляют 20 г кородревесной основы, при постоянном перемешивании и нагревании доводят температуру до 60-70°С, при этой температуре выдерживают 15 мин. Затем добавляют 0,5 г сульфата алюминия. Далее по примеру 1. Показатели сосорбентов приводятся в таблицах 2-4.
Пример 3. Для получения сорбента с 5,0%-ным от массы воздушно-сухой коры расходом сульфатного мыла навеску сульфатного мыла массой 1,0 г суспендируют в 30 мл воды, переносят в мерный стеклянный стакан емкостью 1000 мл, доводят объем воды до 1000 мл, что отвечает 0,1%-ному раствору сульфатного мыла, добавляют 20 г кородревесной основы, при постоянном перемешивании и нагревании доводят температуру до 60-70°С, при этой температуре выдерживают 15 мин. Затем добавляют 1,0 г сульфата алюминия. Далее по примеру 1.
Показатели сорбционных свойств сорбентов на основе коры или кородревесных отходов приводятся в таблицах 2-4. Для определения коэффициента поглощения нефти сорбентами, полученными по примерам 1-3, берут 5 г нефти и готовят эмульсию «вода в нефти» в соотношении 1:1 по массе, добавляют 1 г сорбента на основе коры или кородревесных отходов и перемешивают при комнатной температуре в течение 15 мин. Затем сорбент с нефтью переносят на стеклянную воронку с бумажным фильтром «белая лента». Сорбент с поглощенной нефтью сушат до воздушно-сухого состояния и взвешивают на технических весах, после чего определяют привес сорбированной нефти. Результаты приведены в таблице 2.
Для определения сорбционных характеристик сорбента на основе кородревесных отходов, полученного по примерам 1-3, берут 10 г нефтепродукта - смесь машинное масло: бензин в соотношении 1:3, к смеси добавляют 1 г сорбента и перемешивают при комнатной температуре в течение 15 мин. Затем сорбент с нефтепродуктом фильтруют, сушат до воздушно-сухого состояния и взвешивают на технических весах, после чего определяют привес сорбированного нефтепродукта. Результаты сорбционных характеристик сорбентов по использованию на нефтепродуктах приведены в таблице 3.
Для определения степени десорбции и степени фиксации (удержания) сорбированной нефти и нефтепродуктов отработанные сорбенты, полученные по примерам 1-3, помещают в стеклянный стакан емкостью 1000 мл, заливают водой и настаивают в течение 30 мин при комнатной температуре, затем воду отфильтровывают на стеклянной воронке с бумажным фильтром. Сорбент высушивают до воздушно-сухого состояния и взвешивают. Данные приводятся в таблицах 3 и 4.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что эффективные сорбенты нефти и нефтепродуктов могут быть получены на основе отходов окорки, образующихся и хранящихся на лесоперерабатывающих предприятий - коры и кородревесных отходов хвойных и лиственных пород древесины различного срока давности хранения. Как показывают экспериментальные данные, исходная кора обладает сорбционными свойствами, однако эти показатели можно значительно повысить за счет гидрофобизации. Использование в качестве осадителя сульфата алюминия дает возможность организации выпуска нефтесорбентов на действующем целлюлозно-бумажном комбинате, производящего товарную целлюлозу методом сульфатной варки. Предлагаемый способ позволяет повысить сорбционную способность сорбента в отношении нефти до значения 5,0 г/г, а в отношении нефтепродуктов - до значения 8,4 г/г.
Принципиально важной характеристикой предлагаемых сорбентов является сочетание высоких сорбционных и низких десорбционных показателей, что дает возможность их практического применения в реальных условиях аварийных ситуаций розлива нефти и нефтепродуктов.
Основные целевые группы, которые могут использовать предлагаемые сорбенты нефти и нефтепродуктов на основе коры и кородревесных отходов различного срока давности хранения: предприятия нефтяной отрасли; автозаправочные станции; очистные сооружения бытовых и промышленных стоков; транспортные предприятия; садоводческие хозяйства.