Способ локализации пятен нефти

 

Изобретение относится к охране окружающей среды и предназначено для очистки поверхности воды и береговой линии в условиях прибоя от нефти и нефтепродуктов. Для локализации пятен нефти поверхность береговой линии, периодически накрываемой прибойной волной, покрывают отвердевающей полимерной пеной. Полимерную пену наносят на поверхность береговой линии посредством генераторов или в виде плит. В состав полимерной пены раздельно или совместно вводят адсорбент и другой наполнитель с отрицательной плавучестью. Приведены несколько вариантов пенообразующего состава и входящего в него поверхностно-активного вещества. Полимерную пену вместе с адсорбентом, наполнителем и загрязняющими их нефтепродуктами убирают с поверхности береговой линии по мере очистки поверхности воды от нефтепродуктов. Изобретение обеспечивает закрепление адсорбента на заданной площади и защиту береговой линии от загрязнения нефтепродуктами. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к очистке поверхности воды и береговой линии в условиях прибоя от нефти, ее продуктов и т.п. и может быть использовано в технологии добычи и транспортировки нефти, а также в области защиты окружающей среды, например, по линии МЧС.

Известен способ локализации нефтяных пятен на поверхности воды путем создания плавучих заграждений /1/.

Основным недостатком этого способа является опасность прорыва нефти через заграждение при вводе нефтесборных плавучих средств, в условиях движущейся воды и при волнении, а главное - практической невозможности использования плавучих заграждений в прибрежной зоне в условиях прибоя. С прибойной волной нефть переносится через боковые заграждения; заграждения смещаются и выносятся на берег, в результате чего береговая черта обильно загрязняется нефтью.

Известен также способ локализации пятен нефти на водной поверхности путем создания пневматического или пенистого барьера, что достигается расположением под водой источника газа или воздуха (перфорированного трубопровода). В трубопровод подают компрессором воздух /2/, а также воздух с пластмассовыми микробаллонами (пламилон) при объемном соотношении 1:0,05 - 1,02 /3/. Благодаря трению между пузырьками воздуха с баллонами (или без них) и водой вода увлекается вверх, образуя восходящий поток, который на поверхности становится горизонтальным и препятствует распространению разлитой нефти. Над трубопроводом с помощью поплавков подвешивается сетка (или две), которая служит для направления пузырьков газа по определенному пути и, таким образом, не позволяет воздушной завесе отклоняться под воздействием течения или завихрений водного потока.

Недостатком этого способа является то, что на практике его невозможно использовать в прибрежной зоне в условиях наличия прибойной волны. Прибойная волна разрушает восходящий поток воздуха (воздуха с баллонами), диспергируя его в прибрежной воде, что не обеспечивает эффекта, достигаемого при использовании способа для локализации нефти в зонах морских скважин, а также на границах гаваней и бухт с акваторией морей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ локализации пятен нефти путем нанесения на их поверхность адсорбентов /4/.

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Практика реализации способа, принятого в качестве прототипа, показала на: довольно значительный расход адсорбента; затруднения, возникающие при регенерации адсорбента; полную потерю адсорбента при невозможности регенерации; значительные остаточные загрязнения береговой линии, связанные с вымыванием адсорбента прибойной волной на берег, при этом адсорбент выносится на максимальное расстояние, а нефтепродукты загрязняют свободную от адсорбента береговую линию, кроме того, адсорбент, вынесенный на берег, смешивается с грунтом (песком и т.п.), что определяет дополнительные расходы при регенерации.

Задачей, решаемой изобретением, является предотвращение растекания нефтепродуктов по береговой линии в условиях прибоя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе локализации пятен нефти, заключающемся в нанесении на поверхность адсорбентов: во-первых, адсорбент и (или) другой наполнитель с отрицательной плавучестью, раздельно или совместно введенные в состав отвердевающей полимерной пены, наносят посредством генераторов или в виде плит на поверхность береговой линии, периодически накрываемой прибойной волной, причем адсорбент и (или) наполнитель вместе с полимерной пеной и загрязняющими их нефтепродуктами убирают с поверхности береговой линии по мере очистки поверхности воды от нефтепродуктов; во-вторых, адсорбент и другой наполнитель, в частности перлитовый песок, или золу уноса, или пористые пески на основе шлаков, или лигниин, или чистый речной песок, раздельно или совместно вводят в пенообразующий состав при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбамидно-формальдегидная смола - 25 - 50 поверхностно-активное вещество - 1 - 5 кислый катализатор отверждения - 1 - 10
адсорбент и (или) другой наполнитель - 0,5 - 25
вода - остальное до 100,
в частности в качестве поверхностно-активного вещества используют:
натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₃;
или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов алкилоамидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ - 1,0 - 2,0
натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,1 - 0,5;
или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₂-C₁₆ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,7 - 3,5
натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₂-C₁₆ - 0,3 - 1,5;
или оксиэтилированный нионилфенол с содержанием 9-12 молей окиси этилена;
и, кроме того, выбранную, по крайней мере, одну добавку из группы: натрий-алкилсульфаты фракции C₁₀-C₁₃, бутанол, бутилцеллюлоза, спирт фракции C₁₂-C₁₆, высшие жирные кислоты фракции C₁₂-C₁₆, этиловый спирт, моноэтаноламиды синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆, в количестве до 5,8% от массы поверхностно-активного вещества;
в-третьих, в пенообразующем составе дополнительно используют глицерин или этиленгликоль, или полиэтиленгликоль в количестве 0,2 - 5% от общей массы состава;
в-четвертых, в пенообразующем составе дополнительно используют оксиэтилцеллюлозу или поливиниловый спирт в количестве 0,5 - 10% от общей массы состава;
в-пятых, в пенообразующем составе дополнительно используют портландцемент в количестве 0,5 - 11% от общей массы состава.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что:
во-первых, адсорбент и другой наполнитель с отрицательной плавучестью, раздельно или совместно введенные в состав отвердевающей полимерной пены, наносят посредством генераторов или в виде плит на поверхность береговой линии, периодически накрываемой прибойной волной, причем полимерную пену вместе с адсорбентом и наполнителем, и загрязняющими их нефтепродуктами убирают с поверхности береговой линии по мере очистки поверхности воды от нефтепродуктов;
во-вторых, адсорбент и другой наполнитель, в частности перлитовый песок, или золу уноса, или пористые пески на основе шлаков, или лигнин, или чистый речной песок, раздельно или совместно вводят в пенообразующий состав при следующем соотношении компонентов, мас.%:
карбамидно-формальдегидная смола - 25 - 50
поверхностно-активное вещество - 1 - 5
кислый катализатор отверждения - 1 - 10
адсорбент и другой наполнитель - 0,5 - 25
вода - остальное до 100,
в частности в качестве поверхностно-активного вещества используют:
натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₃;
или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
натриевая или триэтаноламиновые соли алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ - 1,0 - 2,0
натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,1 - 0,5;
или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₂-C₁₆ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,7 - 3,5
натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₂-C₁₆ - 0,3 - 1,5;
или оксиэтилированный нионилфенол с содержанием 9-12 молей окиси этилена;
и, кроме того, в поверхностно-активное вещество вводят, по крайней мере, одну добавку из группы: натрийалкилсульфаты фракции C₁₀-C₁₃, бутанол, бутилцеллюлоза, спирт фракции C₁₂-C₁₆, высшие жирные кислоты фракции C₁₂-C₁₆, этиловый спирт, моноэтаноламиды синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆, в количестве до 5,8% от массы поверхностно-активного вещества;
в-третьих, в пенообразующем составе дополнительно используются глицерин или этиленгликоль, или полиэтиленгликоль в количестве 0,2 - 5% от общей массы состава;
в-четвертых, в пенообразующем составе дополнительно используют оксиэтилцеллюлозу или поливиниловый спирт в количестве 0,5 - 10% от общей массы состава;
в-пятых, в пенообразующем составе дополнительно используют портландцемент в количестве 0,5 - .11% от общей массы состава.

Известен способ локализации пятен нефти путем нанесения на их поверхность адсорбента /3/. Однако надежная локализация пятен нефти в известном способе /3/ достигается только в отсутствии прибойной волны, что решается в заявляемом способе путем нанесения адсорбента и наполнителя с отрицательной плавучестью, раздельно или совместно введенных в состав полимерной пены, наносимой на поверхность береговой линии, периодически накрываемой прибойной волной, за счет чего достигается закрепление адсорбента на поверхности и воспрепятствование загрязнению береговой линии, периодически накрываемой прибойной волной. Приведенные в описании изобретения пенообразующий состав и частные примеры применяемых ингредиентов обеспечивают закрепление адсорбента на заданной площади и способствуют лучшим ее эксплуатационным качествам.

Способ осуществляется следующим образом. Вдоль береговой линии от уреза воды, а при наличии плит, и ниже, до верхней кромки предполагаемой наиболее дальней точки, накрываемой прибойной волной, наносится посредством генератора на месте из описанного в способе пенообразующего состава или выкладывается из заранее изготовленных плит, выполненных из того же пенообразующего состава, полимерная пена. Плиты при этом закрепляются, например, анкерными. По мере того как поверхность воды очищается от нефтепродуктов, очищается и береговая линия от полимерной пены (плит), одновременно с загрязнителем - нефтью и т.п. Полимерная пена на месте реализации способа приготавливается посредством генератора, например, путем прямого смешения ингредиентов пенообразующего состава или двухкомпонентного состава, предварительно приготовленного из тех же ингредиентов, причем в один из них входит кислый катализатор отверждения, а во второй - карбамидно-формальдегидная смола. Введение остальных ингредиентов в первый или другой состав особого значения не имеет. Плиты изготавливаются из того же пенообразующего состава, но, как правило, в заводских условиях, где они могут подвергаться сушке при температуре до 100^oC.

Способ локализации пятен нефти реализован следующим образом. В строительный поддон, предназначенный для приема, подачи и перемешивания растворов (загрязнять нефтью реальный водоем для проведения исследований авторы сочли нецелесообразным) заливалась водопроводная вода (h ≈ 100 мм), на поверхность которой добавлялись нефть, мазут и дизельное топливо (h ≈ 2 - 5 мм), а на наклонный борт поддона наносилась пена или выкладывались плиты. Путем периодического покачивания в течение 30 - 60 минут в поддоне создавалась (имитировалась прибойная) волна. Вода с нефтепродуктами из поддона сливалась, после чего соскребалась пена (снимались плиты). Результаты проведенных опытов свидетельствуют, что наклонная сторона поддона после снятия пены осталась чистой, остальные поверхности поддона обильно загрязнялись нефтепродуктами. Из-за неплотного прилегания плит к поверхности поддона под ними можно было наблюдать загрязнения, которые исключаются при совместном применении плит и генератора пены для заделывания неплотностей между плитами. Исследования показали, что устойчивость полимерных пен к прибойной волне повышается с повышением процентного содержания адсорбента и/или другого наполнителя, а также с введением в исходный пенобразующий состав: пластификаторов (глицерина или этиленгликоля, или полиэтиленгликоля) в количестве 0,2 - 5% от общей массы; оксиэтилцеллюлозы или поливинилового спирта в количестве 0,5 - 10% от общей массы состава; портландцемента в количестве 0,5 - 11% от общей массы состава. Снижение содержания добавок ниже указанных пределов не обеспечивает достижения целей устойчивости, а превышение влечет к увеличению стоимости без достижения значительного повышения эффекта и снижению устойчивости пены. В то же время введение адсорбента и/или другого наполнителя в пену выше указанных пределов (0,5 - 25 мас.%) может повысить устойчивость пен, однако при этом возникает проблема с оперативным приготовлением и нанесением пен на защищаемую поверхность. Повышается вероятность задержек генератора и засорение, например, пеноформирующего рукава. Приведенные пенообразующие составы наиболее полно отвечают вопросам практической технической реализации способа. Применение для практической реализации способа указанных вариантов поверхностно-активного вещества (ПАВ) обеспечивает: более надежное образование пены в потоке воздуха; хорошее смешивание ПАВ в жесткой морской воде; высокие эксплуатационные характеристики ПАВ и получаемого пенообразующего раствора; практическую совместимость пен с окружающей средой, так как полимерная пена, реализуемая в заявляемом способе, близка к пенам, применяемым для улучшения структуры почв. Карбамидно-формальдегидный полимер (смола) изготавливается из водного раствора мочевины, применяемой в качестве удобрения, и 37% формалина (формальдегид), который является антисептиком. Соотношение ингредиентов ПАВ оценивалось экспериментально путем проведения лабораторных и полигонных исследований с выпуском опытных партий ПАВ. Экспериментально доказано, что выход за пределы заявляемых соотношений, в конечном счете, снижает эффект локализации пятен нефти.

Предлагаемый способ локализации пятен нефти может осуществляться периодически на наиболее вероятных участках загрязнения береговой линии или локально в зонах, загрязнения которых связано с аварийными ситуациями (например, как это было на побережье Японии после гибели российского танкера). Основными технико-экономическими преимуществами предлагаемого способа по сравнению с известными являются возможность локализации пятен нефти, ее производных и прочего в прибрежной зоне для предотвращения загрязнений береговой линии в условиях прибоя с учетом простоты, невысокой стоимости и возможности широкой промышленной реализации.

Источники информации
1. Патент США N 3666098, кл. 210-83, 1972.

2. Патент США N 3744254, кл. 62-1, 1973.

3. А. с. СССР N 916646 от 30.03.82 по заявке 2887563/23-26 от 26.02.80. М. кл. ⁵ E 02 B 15/08, C 02 F 1/40, Н.Ф. Когорманов и Г.П. Бочкарев. Способ локализации нефтяного пятна на поверхности воды. Башкирский ГНИ и ПИНП
4. Патент Франции N 2057015, кл. C 02 B 9/00, 1971.

Формула изобретения

1. Способ локализации пятен нефти путем нанесения на поверхность адсорбентов, отличающийся тем, что адсорбент и другой наполнитель с отрицательной плавучестью, раздельно или совместно введенные в состав отвердевающей полимерной пены, наносят посредством генераторов или в виде плит на поверхность береговой линии, периодически накрываемой прибойной волной, причем полимерную пену вместе с адсорбентом, наполнителем и загрязняющими их нефтепродуктами убирают с поверхности береговой линии по мере очистки поверхности воды от нефтепродуктов.

2. Способ локализации пятен нефти по п.1, отличающийся тем, что адсорбент и другой наполнитель, в частности перлитовый песок, золу уноса, пористые пески на основе шлаков или лигнин, или чистый речной песок, раздельно или совместно вводят в пенообразующий состав при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Карбамидно-формальдегидная смола - 25 - 50
Поверхностно-активное вещество - 1 - 5
Кислый катализатор отверждения - 1 - 10
Адсорбент и/или другой наполнитель - 0,5 - 25
Вода - Остальное до 100
в частности, в качестве поверхностно-активного вещества используют натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₃; или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракции C₁₀-C₁₈ - 1,0 - 2,0
Натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,1 - 0,5
или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₂-C₁₆ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Натриевые или триэтаноламиновые соли алкилсерных кислот фракции C₁₀-C₁₆ - 0,7 - 3,5
Натриевые или триэтаноламиновые соли сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции C₁₂-C₁₆ - 0,3 - 1,5
или оксиэтилированный нионилфенол с содержанием 9 - 12 молей окиси этилена; и, кроме того, в поверхностно-активное вещество вводят выбранную, по крайней мере, одну добавку из группы: натрий-алкилсульфаты фракции C₁₀-C₁₃, бутанол, бутилцеллюлоза, спирт фракции C₁₂-C₁₆, высшие жирные кислоты фракции C₁₂-C₁₆, этиловый спирт, моноэтаноламиды синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₁₆, в количестве до 5,8% от массы поверхностно-активного вещества.

3. Способ локализации пятен нефти по п.1 или 2, отличающийся тем, что в пенообразующем составе дополнительно используют глицерин, или этиленгликоль, или полиэтиленгликоль в количестве 0,2 - 5% от общей массы состава.

4. Способ локализации пятен нефти по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в пенообразующем составе дополнительно используют оксиэтилцеллюлозу или поливиниловый спирт в количестве 0,5 - 10% от общей массы состава.

5. Способ локализации пятен нефти по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что в пенообразующем составе дополнительно используют портландцемент в количестве 0,5 - 11% от общей массы состава.