СПОСОБ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЦИСТЕРН ОТ ОСТАТКОВ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ И МОЮЩЕЕ СРЕДСТВО, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ В СПОСОБЕ
PROCEDURE OF CLEANING INTERNAL SURFACE OF TANKS OFF ORGANIC PRODUCTS RESIDUES AND DETERGENT APPLIED IN PROCESS

Изобретение относится к технологии очистки твердых поверхностей от органических загрязнений (нефтепродуктов, смазок, жиров, масел и т.п.) и может быть использовано для мойки транспортных средств (железнодорожных и автоцистерн, морских танкеров) и технологических емкостей, преимущественно, к отмывке железнодорожных цистерн из-под растительных и минеральных масел.
Известен способ очистки поверхности изделий от углеводородных загрязнений, в частности от масляно-жировых загрязнений (патент РФ 2019318, В08В 3/08, публ. 1994 г.) с использованием двух жидкостей. Отмывку поверхности изделий по данному способу осуществляют моющим раствором и извлекают отмытые загрязнения из моющего раствора с помощью вспомогательной жидкости, которая не образует устойчивую эмульсию с моющим раствором и при этом способна селективно извлекать из него масляно-жировые загрязнения. После проведения очистки вспомогательную жидкость регенерируют, в частности, путем перегонки и возвращают ее в цикл очистки.
К недостаткам этого способа следует отнести применение двух жидкостей, что усложняет технологическую схему, требует наличия дополнительного оборудования и, соответственно, увеличивает расходы на очистку поверхностей.
Загрязнения от остатков нефти, растительных и животных масел и жиров, а также горюче-смазочных материалов и продуктов их преобразования являются наиболее распространенными в эксплуатации.
Известно изобретение "Способ очистки поверхности от углеводородных загрязнений", защищенное патентом РФ 2135304 В08В 3/08, публ. 27.08.1999. Сущность этого способа заключается в том, что поверхность, загрязненную различными углеводородными загрязнениями, такими как нефть, нефтепродукты, смазки, жиры и масла, отмывают водным раствором моющего средства, способным эмульгировать углеводородные загрязнения, регенерируют моющий раствор путем фазового разделения эмульсии с последующим отделением органической фазы и возвращением водной фазы в цикл очистки. В качестве моющего раствора, образующего неустойчивую эмульсию с углеводородными загрязнениями, используют моющее техническое средство "УБОН", защищенное патентом РФ 2101337,C11D 1/46 или моющее средство "БОК".
Указанное средство "УБОН" имеет следующий состав, мас.%: натриевая соль полиакриловой кислоты, модифицированная эфирными группами - 0,1-10; электролит - 0,5-40; вода до 100.
В состав моющего средства " БОК " входят: неиногенное ПАВ в количестве 0,2-14 мас.%; полиэлектролит в количестве 2,5-5,5 мас.%; активная добавка - остальное. В качестве полиэлектролита в указанном средстве используют полимеры акриловой кислоты, например натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ), а в качестве активной добавки используют карбонат натрия или карбонат натрия в сочетании с карбомидом и/или метасиликатом натрия (патент РФ 2132367, опубл. БИ 18, 1999 г.). В качестве неионогенного ПАВ в указанном моющем составе используют неонол или синтанол.
Для исключения попадания органических загрязнений в моющий раствор фазовое разделение эмульсии осуществляют в разделительной емкости, а водную фазу, возвращаемую в цикл очистки, пропускают через промежуточную емкость. Отбор водной фазы осуществляют из нижней части разделительной емкости, а подачу ее в цикл очистки осуществляют из нижней части промежуточной емкости. При фазовом разделении эмульсии обеспечивают объемное соотношение органических загрязнений и моющего раствора не менее чем 1:2.
В указанном способе обеспечивается требуемая степень очистки поверхности и возможность повторного использования моющего раствора, однако, результат достигается за счет усложнения технологического процесса, т.к. отдельные стадии осуществляются в промежуточных емкостях, а обеспечение объемного соотношения загрязнений и моющего раствора требует перед началом процесса очистки поверхности оценки объема загрязнений, подлежащих удалению. Как такую оценку достоверно выполнить - проблема.
Кроме того, достижение требуемой степени очистки при применении моющего средства "УБОН", имеющего состав, приведенный в описании изобретения, вызывает некоторые сомнения. Так он не содержит активной составляющей, т.е. основного моющего средства. Это сомнение подтверждается и тем, что в описании осуществления указанного способа отсутствуют примеры его применения.
2
При использовании в качестве моющего раствора технического средства "БОК" необходимо учитывать, что неонол и синтанол относятся к неионогенным ПАВ, вызывающим большое ценообразование, а при приготовлении моющего раствора при относительно низких температурах они могут разлагаться, теряя свои свойства. Использование метасиликатов в моющем растворе также является нежелательным, т.к. при содержании его более 20% на очищаемой поверхности происходит выделение SiO, который препятствует очистке.
Полиэлектролиты склонны к образованию полимерколлоидных комплексов, что может вызвать уменьшение извлечения органических соединений и степени очистки моющего раствора, т.е. более частой его корректировки.
Известно изобретение, которое относится к технологии очистки твердых поверхностей, в частности, предназначено для отмывки от загрязнений органической и неорганической природы нефтеналивного оборудования любых форм и объемов: железнодорожных и автоцистерн, морских танкеров, наземных и подземных емкостей.
11
13
Способ заключается в струйной обработке поверхности моющим средством, в качестве которого использован 2-10%-ный водный раствор композиции, образующей на очищенной поверхности пленку, предотвращающую испарение остатков загрязнений, причем струйную обработку осуществляют моечными машинками под давлением 4-40 атм при температуре раствора 20-90°С в две стадии, при этом объем подачи раствора к поверхности и объем отвода смеси раствор - отмываемые загрязнения регулируют таким образом, чтобы на первой стадии накопление образующейся смеси в очищаемой емкости не превышало 1/3 ее объема, а на второй стадии накопление смеси полностью отсутствовало. В обоих способах выводят в сборную емкость смесь раствор - загрязнения и непрерывно разделяют ее, отбирая плавающие на поверхности раствора загрязнения, которые подают потребителю, и осуществляя возврат раствора на очистку поверхности. Моющая композиция, предназначенная для использования в способе, имеет состав, мас.%: алкилбензолсульфонат натрия С-С в алкиле 4,5-7,0; неонол 2,0-7,0; полиэтиленгликоль 3,0-11,0; карбонат и/или бикарбонат натрия - остальное (Патент РФ №2170630, опубл. 20.07.2001 г.).
Указанный способ и моющее средство имеют следующие недостатки, а именно:
- очень широкий диапазон давления моющих головок, концентрации моющего раствора и температуры нагрева моющего состава, что затрудняет проведение технологического процесса из-за необходимости обеспечения широких технических характеристик оборудования (моющих головок, насосов и т.д.):
- процесс мойки проходит в две стадии, при условии лимитирования в емкости объема образующейся смеси, причем на второй стадии объем смеси должен быть постоянным.
Однако, учитывая тот факт, что моющее средство содержит большое количество смеси неионогенных и ионогенных ПАВ (9,5-25 мас.%), оно обладает значительным ценообразованием и осложняет проведение процесса мойки.
- возможность поддержания постоянного объема смеси на второй стадии мойки является проблематичной.
Наиболее близким к предлагаемому способу является техническое решение, защищенное Патентом РФ №2200637, опубликованное 20.03.2003 г.
Изобретение относится к способам очистки поверхности от углеводородных загрязнений, таких как нефть, нефтепродукты, смазки, технические и бытовые жиры, масла, и может быть использовано в различных областях промышленности для химико-механизированной мойки и очистки технологических и транспортирующих средств.
Способ включает приготовление водного раствора моющего средства, содержащего 2-4 мас.% неионогенного поверхностно-активного вещества на основе алкоксилата жирного спирта и активную составляющую, содержащую только кальцинированную соду или частично замененную на натриевые соли фосфорной кислоты, в качестве неионогенного поверхностно-активного вещества используют оксиэтилированные полиоксипропиленгликолевые производные этилендиамида или этилендиамина, струйную отмывку поверхности водным раствором моющего средства, откачку полученной эмульсии, разделение эмульсии на водную и органическую фазы путем пропускания ее через самоочищающийся тонкослойный отстойник, с последующим возвращением водной фазы в цикл мойки или на приготовление моющего раствора, и периодическим удалением органической фазы в сборник, а шламов на утилизацию.
После процесса мойки осуществляют промывку внутренней поверхности цистерн слабым раствором ОБИС - М (концентрация раствора 0,5 вес.%) или оборотной водой с дальнейшей сушкой (естественной или горячим воздухом).
Изобретение обеспечивает упрощение технологического процесса, повышение извлечения углеводородных загрязнений при регенерации моющего раствора и повышение технико-экономических показателей процесса.
Указанное моющее средство, известное под торговой маркой ОБИС-М широко применяется при очистке железнодорожных цистерн от нефти, различных нефтепродуктов и других органических соединений и обеспечивает хорошее качество очистки.
Однако попытки использования известного способа для очистки железнодорожных цистерн от остатков растительного или минерального масла, выявило следующие недостатки:
- при мойке указанным моющим раствором происходило большое ценообразование, т.к. остатки масла хорошо эмульгировали в щелочной раствор, в результате чего резко ухудшались его свойства, а ПАВ выносился из моющего раствора вместе с пеной;
- резко возрастал расход моющего средства, а качество отмывки не удовлетворяло требованиям эксплуатации железнодорожных цистерн, т.к. даже незначительное количество остатков растительного масла могут значительно снизить качество вновь заливаемого в цистерну растительного масла.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка технологии отмывки и моющего состава, применяемого в способе, позволяющие в совокупности обеспечить высокое качество отмывки цистерны из-под любого масла.
Технический результат достигается тем, что в известный способ очистки внутренней поверхности цистерн от остатков органических продуктов, включающий приготовление моющего раствора до заданной концентрации, струйную отмывку поверхности водным раствором моющего средства при заданном давлении струй, откачку полученной эмульсии, разделение эмульсии на водную и органическую фазы, с последующим возвращением водной фазы моющего средства в цикл мойки и периодическим удалением органической фазы и шлама в соответствующие емкости, последующие ополаскивание и сушку внутренней поверхности внесены изменения, а именно:
- перед мойкой цистерны моющим раствором вводят дополнительную операцию - обмывку внутренней поверхности цистерны горячей водой с температурой - 75-90°С;
- сливают, образовавшуюся неустойчивую эмульсию из цистерны и через фильтр направляют в сепаратор на разделение на органическую и водную фазы;
- направляют продукты разделения в соответствующие емкости;
- мойку внутренней поверхности цистерны осуществляют водным раствором концентрации 3,0-3,5% моющего средства, имеющего следующий состав, вес.%:
- анионное ПАВ - 2,5-6,5
- пеногаситель - 0,25-0,35;
- активная составляющая - остальное до 100%;
- сполоскивание внутренней поверхности осуществляют в два этапа: оборотной и горячей проточной водой.
Затем осуществляют сушку горячим воздухом с одновременной дегазацией цистерны.
Обмывка горячей водой в заданном диапазоне температур позволяет удалить не менее 90-95% органических загрязнений, образующих неустойчивую эмульсию, которая легко разделяется на органическую и водную фазу путем простого отстаивания.
В процессе мойки цистерны, указанным моющим раствором не образуется большого ценообразования и достигается удаления минерального масла не менее 98-99%, а практически полное удаление растительного масла обеспечивается ополаскиванием внутренней поверхности цистерны горячей водой.
В качестве активной составляющей моющего средства применяют кальцинированную соду или частичную замену ее на фосфаты натрия, как в известном средстве ОБИС.
Качественный состав моющего средства был определен на основании длительных исследований различных анионных ПАВ и пеногасителей.
В результате испытаний были сделаны выводы, что наилучшие результаты были достигнуты при применении оксифоса-Б. в качестве анионного ПАВ, а в качестве пеногасителя средство ПЕНТА - 465, который является силиконовым универсальным пеногасителем, применяемым в нефтегазодобывающей и перерабатывающей промышленности.
Количественный диапазон ПАВ выбран в пределах 2,5-6,5 вес.%, исходя из того, что при меньшем, чем 2,5% значительно ухудшаются моющие показатели и не удается получить удовлетворительного качества отмывки от загрязнений как минерального, так и тем более растительного масла. При содержании ПАВ более 6,5 увеличивается ценообразование, а качество отмывки находится, практически, на том же уровне, поэтому это приводит только к удорожанию моющего средства, т.к. надо соответственно с ПАВ увеличивать и количество пеногасителя.
В результате исследований было установлено, что оптимальным для отмывки от остатков минерального масла является содержание оксифоса-Б - 2,5-4.0 вес.%, а пеногасителя ПЕНТА - 465 - 0,25-0,30 вес.%.
Для отмывки от остатков растительного масла оптимальное количество указанных ингредиентов составляет вес.%: 5,5-6,5 и 0,30-0,35 соответственно.
Это вызвано тем, что к чистоте отмывки цистерн от растительного масла, в отличие от большинства нефтепродуктов, т.к. оно является пищевым продуктом, требования к чистоте внутренней поверхности цистерны значительно выше и не допускается наличия даже следов масла.
При частичной замене кальцинированной соды на фосфаты натрия качество отмывки улучшается, но и стоимость моющего средства увеличивается, поэтому целесообразно такую замену при отмывке внутренней поверхности цистерн производить от Застарелых остатков, если цистерны долго не были в эксплуатации.
В результате исследований установлена и оптимальная концентрация моющего средства в водном растворе, независимо от вида масла, она должна находиться в пределах 3,0-3.5%.
При концентрации водного раствора моющего средства меньше 3,0% не достигается требуемого качества отмывки внутренней поверхности цистерны, а при концентрации более 3,5 увеличивается расход моющего средства без улучшения качества отмывки.
Рассмотрим осуществление предлагаемого способа на конкретном примере работы установки, предназначенной для отмывки железнодорожных цистерн для транспортировки минерального и растительного масла.
Установка содержит следующее оборудование (см. чертеж).
Железнодорожную цистерну 1, универсальную технологическую крышку 2, снабженную специальным спуском, на котором установлены моющие головки 3, устройство нижнего слива (УСН) с системой разогрева клапанов 4, лебедку 5, осуществляющую передвижение цистерн посредством тележки 14, модуль емкостной 6 с устройством подогрева проточной воды, блок сепарационный 7, содержащий фильтр 7а и отстойник 7б, емкостной модуль 8 для приготовления моющего раствора, емкостной модуль 9, являющийся промежуточным для моющего раствора, сепарационный блок 10, включающий фильтр 10 а, тонкослойный отстойник 10б и ультрафиолетовый обеззараживатель 10с, модуль промывочный 11, модуль дегазации и сушки 12, сборник шламов 13. Масло, выделившееся в сепарационных блоках 7 и 10 собирается в сборнике масла (на фиг.1 не показан).
Кроме того, на фиг.1 не показано вспомогательное оборудование (насосы, клапаны, вентили, приборы КИП и автоматики и т.п.).
Работа установки осуществляется следующим образом. После слива из цистерны 1 масла (растительного или минерального), железнодорожную цистерну посредством тележки 14 и лебедки 5 устанавливают на позицию отмывки и подготавливают к работе.
Подготовка заключается в том, что снимают или откидывают крышку горловины цистерны и устанавливают универсальную технологическую крышку 2, на спуске 3 которой установлены моечные головки 3. К нижнему люку железнодорожной цистерны присоединяют устройство нижнего слива 4 (УСН - Р). Емкостной модуль 6 с помощью насоса заполняется горячей проточной водой и включается нагревательное устройство. Нагрев проточной воды до заданной температуры 70-90°С осуществляется и поддерживается теплообменным оборудованием, входящим в состав модуля 6. В модуле 9 приготовления раствора осуществляют доведение моющего раствора до заданной концентрации. Для этого емкость с помощью насоса заполняется до определенного уровня водой и подогревается до 45-55°С. Затем засыпается расчетная порция моющего средства заданного состава и производят перемешивание раствора. Концентрация раствора периодически контролируется. Количественное значение каждого компонента, входящего в состав моющего средства, зависит от вида отмываемого продукта: минеральное или растительное масло.
После окончания подготовительных операций, при достижении заданной температуры горячей воды вентиль на выходе емкости 6 автоматически открывается и горячая вода при помощи насоса поступает в моечные струйные головки 3, работающие под давлением 10-12 бар. Изменение давления происходит посредством крана, установленного на байпасной линии. Откачку загрязненной воды осуществляют через УСН-Р. Загрязненная вода поступает в фильтр 7а, в котором механические примеси в виде шлама оседает на дно, а жидкая фаза, образующая неустойчивую эмульсию, поступает в отстойник 7б. В отстойнике 7б осуществляется разделение эмульсии на оборотную воду, которая может быть использована при ополаскивании цистерны или при приготовление моющего раствора в модуле 8, а органическая фаза (масло) поступает в соответствующий сборник (на фиг.1 не показан).
Среднее время обработки цистерны горячей водой составляет 14-15 минут.
По окончании процесса отмывки горячей водой система управления автоматически переключается на процесс мойки моющим раствором, который насосом из модуля 8 -приготовления моющего раствора, через соответствующую запорную аппаратуру поступает в моечные головки 3. Время мойки - 14-15 минут.
В процессе мойки образующаяся эмульсия (загрязненный моющий раствор) через нижний клапан цистерны и УСН - Р поступает в модуль 9 - промежуточная емкость и далее в сепарационной модуль 10 на регенерацию. Этот блок, кроме насосов и запорной аппаратуры, содержит фильтр 10 а (для механических примесей и сепаратор 7б, представляющий тонкослойный отстойник. В этом блоке происходит фазовое разделение эмульсии на: масло, моющий раствор и шлам. Масло и шлам направляются в соответствующие сборники, а очищенный моющий раствор обеззараживается в блоке 10 с и может использоваться при циркуляции моющего раствора или направлен в модуль 8 на приготовление моющего раствора.
По окончании времени мойки котла цистерны, по сигналам датчиков потоков насосы отключаются и выдаются команды на осуществление процесса ополаскивания.
Споласкивание котла цистерны горячей водой осуществляется в два этапа:
- оборотной водой;
- проточной водой.
Ополаскивание нагретой до 70-80°С оборотной водой осуществляется из промывочного модуля 11 с помощью циркуляционного насоса. Вода циркулирует из модуля 11 в цистерну и обратно в модуль. Концентрация моющего раствора в промывочной воде не должно превышать 0.5 вес.%. При превышении ее нейтрализуют и сбрасывают в канализацию.
3
Расход споласкивающей воды 20 м/час устанавливается по показаниям расходомера.
Среднее время ополаскивания оборотной водой 14 минут, после чего по сигналу реле времени подача оборотной воды отключается, а выдается сигнал на подачу горячей проточной воды.
Споласкивание горячей проточной водой производится из модуля 6 аналогично уже описанному выше этапу обработке внутренней поверхности цистерны горячей водой. Отличие заключается в том, что слив ее из цистерны осуществляется в промывочный модуль 11, т.к. очистка ее не требуется.
По окончании процесса ополаскивания, крышка 2 универсальная технологическая вместе с опуском удаляется. Закрывается клапан и крышка нижнего люка цистерны и она по сигналу автоматической системы позиционирования (АСППВ) с помощью лебедки 5 и тележки 14 перемещается к месту размещения оборудования для сушки и дегазации.
На рабочую позицию отмывки в это же время перемещается очередная цистерна.
После установки отмытой цистерны на позицию сушки, на горловину цистерны устанавливают крышку технологическую вентиляционную с помощью пневмоподъемника.
При включении модуля 12 дегазации и сушки начинает работать вентилятор. Воздух просасывается через фильтры ячейковые и поступает в калорифер, где нагревается до температуры 60°С и поступает по воздуховоду в цистерну 1. Отработанный воздух из цистерны выбрасывается в атмосферу. Если режим сушки требуется перевести в режим охлаждения(в летнее время), нагрев воздуха отключают. Среднее время сушки - 45 минут. После окончания процесса сушки, цистерна подлежит приемки, т.е проверки на качество очистки от остатков минерального или растительного масла.
После приемки крышку технологическую вентиляционную снимают и закрывают крышкой горловину цистерны.
В процессе очистки в сборниках масла и шлама объем их накапливается и по мере накопления вывозятся: шлам на утилизацию, а масло на дальнейшую очистку или использование в технических целях.
На этом процесс очистки внутренней поверхности от минерального и растительного масла закончен.
Как мы уже отмечали, количественный состав компонентов, из которого приготавливают моющий раствор при мойке котла цистерны от минерального масла, несколько отличается от отмывки от остатков растительного масла. Поэтому, учитывая особые требования к очистке цистерны от остатков растительного масла, рекомендуется, на стадии ополаскивания оборотной водой, осуществлять ее очистку и обеззараживание.
В таблице 1 приведены результаты отмывки внутренней поверхности цистерн от остатков минерального масла, в зависимости от концентрации моющего раствора, а в таблице 2 при отмывке цистерны от остатков растительного масла.
Для сравнения в таблицах приводится результаты при попытке отмывки внутренней поверхности цистерны способом и моющим раствором, приготовленным из средства по составу, соответствующему прототипу(средство ОБИС-М) и концентрации моющего раствора 3,5 вес.%.
Таблица 1
№ примера
Концентрация моющего р-ра, вес.%
Время операции мойки, мин
Ценообразование
Моющая способность, мин
К-во моек без корректировки р-ра
Качество отмывки, в %
1.
2,5
20
Сред.
>2
8
97
2.
3,0
16
Сред.
2
9
98
3.
3,5
14
Сред.
2
10
98,75
Прототип
3,5
35
большое
6,5
5
92
Примечание: 1. Во всех примерах (1-3) моющий раствор приготовлен из моющего средства, имеющего следующий состав, вес.%: оксифос-Б - 3,2; Пента - 0,28; кальцинированная сода - остальное до 100.
2. Качество отчистки для минерального масла должно быть не менее 98%
Таблица 2
№ примера
Концентрация моющего р-ра, вес.%
Время операции мойки, мин
Пенообразование
Моющая способность, мин
К-во моек без корректировки р-ра
Качество отчистки, %
5.
2,5
18
среднее
2
8
98
6.
3,0
14
среднее
<2
9
100
7.
3,5
14
среднее
<2
9
100
8.
прототип
Очень большое
8,0
4
89
Примечание: 1. Во всех примерах (1-3) моющий раствор приготовлен из моющего средства, имеющего следующий состав, вес.%: оксифос-Б - 6,0; пента - 0,32; кальцинированная сода - остальное до 100.
2. Требования к качеству отчистки от остатков растительного масло должно быть не мене 100% не допускается даже следов.
Анализ приведенных примеров подтверждает достижение технического результата в пределах заявляемого моющего состава и концентрации моющего раствора.
Таким образом, предлагаемый технологический процесс отмывки внутренней поверхности железнодорожных цистерн с использованием заявляемого моющего состава позволяет отмыть цистерны от минерального и растительного масла с качеством, удовлетворяющим требованиям к перевозке указанных продуктов.
В настоящее время проведена опытно-промышленная проверка технологии и моющего средства на одном из предприятий Ленинградской области и закончен проект, внедрение которого намечено в начале 2008 г.