Способ регенерации сорбента, отработанного в процессах очистки вод и твердых поверхностей от нефти

 

Способ заключается в регенерации сорбента, отработанного в процессах очистки воды и твердых поверхностей от нефти, путем прессования. Регенерации подвергают сорбент, полученный путем удаления влаги из органоминерального сырья с влажностью не выше 60% до 20-48% механическим обезвоживанием с последующей термообработкой без доступа кислорода в среде инертного газа в течение 20-90 мин при температуре на 15-30^oC выше температуры выделения водонерастворимых смол из сырья и последующим охлаждением до температуры не выше 30^oС, причем прессованию подвергают смесь отработанного сорбента и органоминерального наполнителя при их массовом соотношении, обеспечивающем равенство процентного содержания углеводородов в отрегенерированном сорбенте и наполнителе после прессования смеси с усилием до 10 МПа. В качестве наполнителя используют материал, обладающий сорбционной способностью по жидким углеводородам не менее 0,5 г/г, например твердое измельченное топливо. Полученный в результате регенерации сорбента продукт можно использовать в качестве углеродосодержащего топлива. Способ реализуется на месте аварии при низких затратах энергии. 3 з.п. ф-лы.

Предлагаемое изобретение относится к способам регенерации сорбента на месте ликвидации нефтеразливов.

Известны способы регенерации гидрофобных органоминеральных сорбентов, осуществляемые пропусканием теплоносителя при температуре 250^oC [1] или с применением водного раствора аммиака, нагретого до температуры 90^oC [2], а также с применением различных растворителей с последующей перегонкой продукта [3], [4].

Недостатками этих способов являются высокие затраты энергии при их регенерации, они не могут применяться на месте ликвидации нефтеразливов из-за громоздкости используемого для этого оборудования.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ регенерации сорбента [5]. По этому способу регенерация проводится путем механического отжима избыточных углеводородов до 50-70% из материала носителя на ленточных прессах. Отжатый сорбент в виде "листа" в несколько мм толщиной собирается в тару. Отжатая эмульсия (вода в нефти) до 50-70% от собранной нефти отстаивается (естественное разделение эмульсии на две фазы - вода и нефть). После чего вода дополнительно очищается сорбентами, а откаченная с поверхности нефть отправляется на завод для дальнейшей переработки. Данный способ регенерации сложен в осуществлении на месте ликвидации аварии в полевых условиях из-за громоздкости и сложности оборудования, значительных материальных и трудовых затрат.

Предложенный способ регенерации сорбента устраняет недостатки способа [5] и позволяет проводить регенерацию на месте устранения аварий при низких затратах энергии на регенерацию сорбента и многократно использовать привезенный первоначально сорбент.

Технический результат достигается тем, что регенерации подвергают гидрофобный органоминеральный сорбент, полученный путем удаления влаги из органоминерального сырья с влажностью не выше 60% до влажности 20-48% механическим обезвоживанием, с последующей термообработкой без доступа кислорода в среде инертного газа в течение 20 - 90 мин при температуре на 15 - 30^o выше температуры выделения водонерастворимых смол из сырья и с последующим охлаждением до температуры не выше 30^oC (в дальнейшем по тексту сорбент). Прессованию подвергают смесь отработанного сорбента и органоминерального наполнителя при их массовом соотношении, обеспечивающем равенство процентного содержания углеводородов в отрегенерированном сорбенте и наполнителе после прессования смеси с усилием до 10 Мпа.

Суть предложенного способа регенерации сорбента заключается в том, что физико-химическая природа энергии связи молекул нефти с материалом сорбента и усилия, развиваемые на преодоление этой энергии при механическом способе извлечения нефти, предопределяют меняющееся для каждой партии регенерируемого сорбента количество углеводородов, имеющих величину энергии связи большую, чем энергия от усилия, создаваемая прессованием, и остаются после регенерации связанными с материалом сорбента.

В связи с этим для достижения однородных свойств по всей массе продукта, получаемого в ходе регенерации отработанного сорбента, обеспечивают принцип равенства процентного содержания оставшихся углеводородов в материале сорбента и углеводородов, пропитавших наполнитель. Равенство достигается подбором массы наполнителя. При прессовании смеси происходит пропитка наполнителя извлекаемыми углеводородами из перенасыщенного сорбента, уравнивая тем самым их остаточное процентное содержание в регенерируемом сорбенте и наполнителе.

Органоминеральный материал, используемый в качестве материала наполнителя, должен обладать сорбционной способностью к жидким углеводородам не менее 0,5 г/г. В качестве материала наполнителя используют фрезерный верховой торф малой степени разложения с влажностью не выше 60%, предварительно обезвоженный до 20-25% прессованием с усилием до 10 МПа.

Соотношение компонентов смеси выбирают таким образом, что после прессования получается однородный регенерированный сорбент. Принцип равенства процентного содержания углеводородов в сорбенте и наполнителе выражается пропорцией откуда определяют массу наполнителя где Мн - масса органоминерального наполнителя, необходимая для регенерации отработанного сорбента; Мс - масса сорбента, используемого для сбора нефти; Мо. н - масса оставшейся нефти в отработанном сорбенте после извлечения из отработанного сорбента нефти давлением с усилием до 10 МПа; Ми.н - масса извлеченной нефти из отработанного сорбента давлением с усилием до 10 МПа.

Пример 1. Способ регенерации сорбента.

Регенерацию проводят при температуре окружающего воздуха минус 35^oC. В качестве материала наполнителя берут фрезерный верховой торф малой степени разложения, обезвоженный до влажности 20-25%. Предварительно готовят наполнитель, получают дисперсный материал, который перемешивают с отработанным сорбентом, при массовом соотношении сорбент: наполнитель = C:H = (с) мас.ч.: (1-2,5) мас.ч.

Берут, например, 100 г сорбента в виде порошка с размерами частиц 1 - 1,5 мм и в струе сжатого воздуха наносят на поверхность собираемой нефти.

В течение 30-90 сек сорбент впитывает нефть и превращается в "жидкую кашицу", которую собирают вакуумными всасывающими установками (в данном случае, с учетом малого объема, можно собрать сетчатым сачком с размерами ячеек 0,5 х 0,5 мм).

Массу отработанного сорбента взвешивают на весах с точностью до третьего знака после запятой и получают 229,000 г.

Прессованием с усилием до 10 МПа из массы 229 г получают 90,300 г извлеченной нефти (Ми.н) и 138,7 г отработанного сорбента, в том числе 38,7 г (Мо. н) оставшейся в материале отработанного сорбента нефти, а также 100 г (Мс) исходного сорбента.

Исходя из принципа равенства процентного содержания оставшейся нефти (Мо.н = 38,7 г) в отработанном сорбенте (Мс + Мо.н = 100 + 38,7) с процентным содержанием массы извлеченной нефти (Ми.н = 90,3 г) в массе наполнителя (Мн + Ми.н = Мн + 90,3) определяют массу наполнителя, которая равняется

где Мн - масса наполнителя для регенерации 229 г отработанного сорбента;
Ми.н - масса 90,3 г извлеченной нефти из 229 г отработанного сорбента:
Мс - масса 100 г сорбента для сбора нефти;
Мо. н - масса 38,7 г оставшейся в отработанном сорбенте нефти после извлечения из 229 г отработанного сорбента 90,3 г нефти.

Определяют для данной партии регенерируемого сорбента массовое соотношение смеси сорбент: наполнитель = 229 г : 233,333 г = (1) мас.ч.: (1,018) мас.ч.

С таким соотношением готовят смесь для регенерации, для этого перемешивают ранее подготовленный материал наполнителя с отработанным сорбентом.

Смесь отжимают на прессе с усилием до 10 МПа.

Получен твердый продукт плотностью 784 кг/м³ и массой 462,333 г, состоящий из 333,333 г торфа и 129 г нефти. Далее продукт размалывают, например, на крупорушке или на краскотерке до заданной дисперсности с плотностью 384 кг/м³.

Таким образом 100 г гидрофобного органоминерального сорбента собрано 129 г нефти при температуре окружающего воздуха минус 35^oC. На месте ликвидации нефтеразлива при регенерации 229 г отработанного сорбента получен гидрофобный органоминеральный сорбент массой 462,333 г с уменьшенной сорбционной способностью на 21,8% от нефтеемкости исходного сорбента, но превышающий по массе (Мс. = 100 г) регенерируемый отработанный сорбент на 462,333%, что обеспечивает дополнительный сбор до 362,34% нефти от собранной исходным сорбентом массой 100 г, снижая тем самым затраты на ликвидацию нефтеразливов.

Характеристика гидрофобного органоминерального сорбента, полученного по заявляемому способу регенерации.

1. Скорость поглощения нефти - 0,12 г/г/сек, скорость поглощения воды 0,0002 г/г/сек.

2. Время поглощения 0,5 мл воды 2 г сорбента - 360 часов.

3. Рабочая нефтеемкость при средней вязкости нефти с толщиной пленки (h) мм на поверхности воды: в знаменателе для температуры окружающего воздуха минус 35^oC, в числителе до плюс 20^oC.

Примечание:
1. Нефтеемкость определялась по разработанной методике.

2. Определение массовой доли влаги сорбента по ГОСТ 11306-83.

Целью данной части изобретения является разработка способа регенерации сорбента с получением высококалорийного углеродосодержащего печного твердого топлива беспламенного горения.

Предлагаемый способ позволяет регенерировать отработанный сорбент, содержащий в 1 г (1,29 - 6,7) г нефти, и при этом получать углеродосодержащее твердое печное топливо беспламенного горения уже на месте ликвидации последствий нефтеразливов. Регенерация осуществляется одновременно с пропитыванием извлеченными углеводородами органоминерального носителя путем прессования с усилием до 10 МПа предварительно подготовленной смеси сорбента с наполнителем при массовом соотношении сорбент: наполнитель, обеспечивающим однородное содержание углеводородов в регенерируемом сорбенте и наполнителе. В качестве материала наполнителя используют органоминеральное сырье влажностью не выше 60%, предварительно обезвоженное до влажности 20-25% прессованием с усилием до 10 МПа.

Пример 2. Получение на месте ликвидации аварий углеродосодержащего твердого высококалорийного печного топлива на основе регенерируемого отработанного сорбента.

Для получения на месте ликвидации аварий углеродосодержащего твердого высококалорийного печного топлива на основе регенерируемого отработанного сорбента берут, например, 100 г гидрофобного сорбента и собирают разлитую нефть с водной поверхности при температуре окружающего воздуха плюс 20^oC. Материалом наполнителя для регенерации сорбента служит, например, низинный торф до 60% влажности. Далее все операции и действия по аналогии с примером 1.

Отработанный сорбент с нефтью весит 770 г, из которого прессованием с усилием до 10 МПа получают извлеченной нефти Ми.н = 631,3 г, 138,7 г отработанного сорбента, в том числе Мс = 100 г исходного сорбента и Мо.н = 38,7 г оставшейся в сорбенте нефти.

Масса наполнителя [по принципу равенства (1)] составила 1631,266 г.

Соотношение сорбент: наполнитель = C:H = 770 г: 1631,266 г = (1) мас.ч.: (2,118) мас.ч.

Готовят смесь сорбент: наполнитель и прессуют с усилием до 10 МПа. Таким образом, на основе 770 г регенерируемого сорбента по предложенному способу регенерации на месте ликвидации нефтяного разлива получено 2262, 566 г углеродосодержащего высококалорийного твердого печного топлива с плотностью 784 кг/м³.

Основные характеристики топлива, получаемого при регенерации отработанного сорбента.

1. Топливо возгорается при температуре воспламенения 650^oC от источника зажигания и продолжает самостоятельно гореть.

2. При пересчете на условное топливо приближается к каменному углю (1 т топлива на основе регенерируемого сорбента = 0,8-1 т условного).

К примеру, каменный уголь - 1 т усл., нефть 1,4, бурый уголь - 0,4 т условного топлива.

Сравнительные характеристики теплоты сгорания различных топлив, кДж/кг:
Нефть - 42000
Каменный уголь - 29300
Торф - 8300-16700
Древесина - 830-15400
Топливо на основе регенерируемого сорбента - 28000-32000
Топливо может применяться в коммунальном хозяйстве, а также для обогрева помещений ликвидаторов аварий или теплиц садоводов при отрицательных температурах воздуха, поскольку процесс горения топлива протекает без пламени и без образования горючих и газопарообразных продуктов.

Источники информации
1. RU 2116128 C1, 97.09.02, B 01 J 20/24.

2. RU 2069184, C1, 93.11.23, C 02 F 1/28.

3. RU 2031849, C1, 91.12.18, C 02 F 1/28.

4. RU 2036843 C1, 92.02.17, C 02 F 1/28.

5. РАЕН, Горно-металлургическая секция "Очистка окружающей среды от углеводородных загрязнений", под ред. Д.г.н., вице-президента РЕАЕН Аренс и др. , изд-во "Интербук", 1999 г.

Формула изобретения

1. Способ регенерации сорбента, отработанного в процессах очистки воды и твердых поверхностей от нефти, включающий прессование, отличающийся тем, что регенерации подвергают сорбент, полученный путем удаления влаги из органоминерального сырья с влажностью не выше 60% до 20 - 48% механическим обезвоживанием с последующей термообработкой без доступа кислорода в среде инертного газа в течение 20 - 90 мин при температуре на 15 - 30^oС выше температуры выделения водонерастворимых смол из сырья и последующим охлаждением до температуры не выше 30^oС, прессованию подвергают смесь отработанного сорбента и органоминерального наполнителя при их массовом соотношении, обеспечивающем равенство процентного содержания углеводородов в отрегенерированном сорбенте и наполнителе после прессования смеси с усилием до 10 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют материал, обладающий сорбционной способностью по жидким углеводородам не менее 0,5 г/г.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют твердое измельченное топливо, а полученный в результате регенерации сорбента продукт используют в качестве углеродосодержащего топлива.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что массовое соотношение сорбента к наполнителю в смеси обеспечивают равным 1:(1 - 2,5).