Способ очистки поверхности водоема от разливов нефти
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для локализации разливов нефти и очистки поверхности водоема от нефтяного пятна. Способ заключается в изготовлении нефтепоглощающего материала, диспергировании его по загрязненной поверхности, сборе материала после операции сорбции, а затем отделении от него нефти. Перед диспергированием нефтепоглощающего материала по загрязненной поверхности в воде под ней растворяют эндотермический реагент. В качестве нефтепоглощающего материала используют снег или лед. Снег или лед изготавливают с помощью снегогенератора или льдогенератора, которые установлены на судне-сборщике нефти или судне-перевозчике нефти. Отделяют снег от нефти путем таяния снега. В качестве эндотермического реагента используют, например, аммиачную селитру. Изобретение позволяет оперативно локализовать разлив нефти, повысить эффективность сбора, существенно снизить затраты и время на ликвидацию аварии, а также сохранить экологию окружающей среды. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и касается локализации разливов нефти и очистки поверхности водоема от нефтяного пятна.
В настоящее время известно много способов локализации разливов нефти и очистки от нефти поверхности водоемов. Основные из них следующие.
1. Собирают в отстойник воду вместе с разлившейся нефтью. Затем нефть отделяют от воды различными методами. Воду выливают в водоем, а нефть собирают в специальном приемнике. Одним из методов разделения является замораживание смеси воды и нефти в холодильных баках при температуре ниже температуры замерзания воды, но выше температуры нефти. После замерзания воды нефть сливают с поверхности льда в приемник, а растаявший лед выливают в водоем (патент РФ на изобретение N 2143517 от 27.12.1999, МПК: Е 02 В 15/04).
2. Собирают нефть посредством нефтевпитывающего материала, который закрепляют на вращающемся барабане (патент РФ №2144109 от 10.01.2000, МПК: Е 02 В 15/10), на матах (патент РФ №2091539) и др. устройствах. Собранную материалом нефть затем отжимают роликом и собирают в специальном приемнике.
Известен также способ сбора нефти на охлажденную поверхность (патент РФ №2067642 от 20.07.1992, МПК: Е 02 В 15/04). Налипшую на охлажденную поверхность нефть затем очищают механическими средствами.
3. На загрязненную поверхность распыляют нефтепоглощающий материал (сорбент). После сорбции материал собирают, нефть отделяют. В качестве сорбентов предлагаются различные вещества:
- пенографит (патент РФ №2140488),
- торф (патент РФ №2219134),
- резиновая крошка (патент РФ №2137946),
- гранулированный доменный шлак (патент РФ №2199383),
- окись хрома (патент РФ №2038333),
- различные бактерии и микроорганизмы (патент РФ №2104248) и др.
Наиболее эффективным из вышеперечисленных способов освобождения водной поверхности от разливов нефти является способ с применением сорбентов. Один грамм сорбирующего материала способен присоединить к себе не менее 50 г улеводородных соединений, что обеспечивает возможность обработки больших загрязненных поверхностей при незначительном расходе сорбирующего материала.
Предлагаемое решение также относится к способам очистки поверхности от разлившихся нефтепродуктов с помощью сорбентов.
Наиболее близким решением к предлагаемому можно считать способ очистки по патенту РФ №2123086 от 17.10.1997, МПК: Е 02 В 15/04.
Указанный способ сбора разлившейся нефти и нефтепродуктов включает изготовление сорбирующего материала из природного графита, обработанного хромовой кислотой, при соотношении массы графита и массы кислоты 1:0,2-1:0,5 путем резистивного нагрева, диспергирование сорбирующего материала по поверхности, загрязненной разлившейся нефтью или нефтепродуктами, и сбор сорбирующего материала после сорбции нефти или нефтепродуктов. При сборе разлившейся нефти с поверхности воды можно производить изготовление сорбирующего материала на судне-сборщике нефти. После сбора сорбирующего материала собранную нефть можно выделить и использовать по прямому назначению. Способ обеспечивает возможность обработки больших загрязненных поверхностей при незначительном расходе сорбирующего материала.
Однако большинство известных сорбентов, в том числе применяемый в указанном способе, очень дороги. Кроме того, многие из них загрязняют водоемы и ухудшают экологию водной среды.
Так, для сорбции 1 кг (примерно 1 л) нефти требуется 0016 м3 типового сорбента. При стоимости 1 м3 примерно 400$ это обойдется в 0,64$. Таким образом, цена материала для сорбции 1 тонны (1000 л) нефти=640$!
Цена той же тонны нефти при 25÷30$/баррель (159 литров)=157-190$!
Задача предлагаемого технического решения - повышение эффективности и экологичности, а также снижение затрат при очистке поверхности водоемов от нефтяных разливов.
Для решения поставленной задачи в способе очистки поверхности водоема от разливов нефти, включающем изготовление нефтепоглощающего материала, диспергирование его по загрязненной поверхности, сбор материала после операции сорбции, а затем отделение от него нефти, перед операцией диспергирования нефтепоглощающего материала по загрязненной поверхности или в непосредственной близости от нее в воде под ней растворяют эндотермический реагент, а в качестве нефтепоглощающего материала используют снег или лед, который размещают поверх или под загрязненной поверхностью.
В качестве эндотермического реагента можно использовать, например, аммиачную селитру.
Отделение такого нефтепоглощающего материала от нефти осуществляют путем простого таяния снега.
Использование эндотермического реагента перед диспергированием нефтепоглощающего материала способствует понижению температуры воды в водоеме, что увеличивает вязкость нефти и снижает скорость растекания (локализацию пятна) вплоть до полной остановки (образования ледяного тромба в месте утечки). Кроме того, снижение температуры усиливает эффект прилипания нефти к нефтепоглощающему материалу (снегу). Все это способствует повышению эффективности очистки поверхности водоемов от нефтяных разливов.
Снег абсолютно экологичен, не оставляет на поверхности водоемов никаких осадков, отходов, примесей.
Добиться снижения температуры в месте вытекания нефти можно, используя эндотермическую реакцию, например реакцию растворения в воде специально подготовленной аммиачной селитры (крупнотоннажное минеральное удобрение).
На чертеже представлен график зависимости вязкости нефти от температуры.
При снижении температуры с 15°С до -12°С вязкость нефти возрастает втрое.
Известны смеси, которые при растворении в воде дают снижение температуры на 40°С и более; вопрос их использования - чисто экономический.
Снег является хорошим сорбентом, в частности нефтепоглощающим материалом. Свойства снега как сорбента различных химических элементов были отмечены давно. Так, путем изучения химического состава снежного покрова определяют величину поступления техногенных веществ в экосистему, так как снежный покров способен концентрировать химические элементы, мигрирующие воздушным путем. Известно использование искусственного снега (патент Украины №39288) при тушении кокса, улавливании пыли и газов при его выгрузке. Известно использование сорбирующих свойств снега при отделении металла от руды (патент РФ №2048549).
Снег отвечает всем требованиям, предъявляемым к нефтяным сорбентам:
- эффективно поглощает нефть или нефтепродукты, хорошо смачивается углеводородами нефти, является гидрофобным;
- обладает высокой плавучестью;
- технологичен с точки зрения нанесения, последующего сбора и утилизации отработанного материала;
- абсолютно пожаробезопасен, не оказывает аллергенного воздействия при применении;
- абсолютно безвреден для окружающей среды (поскольку обрабатываются водные объекты, обладающие рыбными запасами). Особую опасность в этом смысле представляют полимерные сорбенты, а также биосорбенты.
Снег можно получить не только при отрицательных атмосферных температурах, но и при положительных. Для этого используются снегогенераторы (установки для производства насыпного снега) или льдогенераторы. Снегогенераторы и льдогенераторы выпускаются многими фирмами по всему миру. Имеют надежную конструкцию, компактны и обеспечивают высокую производильность (до 100 т снега или льда в сутки).
Устройства для производства снега могут быть размещены непосредственно на судне-сборщике нефти и даже на судне, перевозящем нефть.
Использование снега в качестве сорбента существенно снижает затраты всего процесса очистки (операции приготовления сорбента и операции отделения его от нефти), а также объединяет процессы локализации и очистки.
Способ реализуется следующим образом.
При выявлении нефтяного пятна на поверхности водоема, согласно предлагаемому способу, в воде под загрязненной поверхностью растворяют эндотермический реагент, после чего диспергируют нефтепоглощающий материал - снег или лед по загрязненной поверхности, изготовленный с помощью снего- или льдогенератора. Подобные устройства позволяют его производить в любых широтах и при любой температуре. Это, в первую очередь, приводит к понижению температуры воды и разлившейся по ней нефти. Охлаждение нефти приводит к снижению ее текучести. При низких температурах можно добиться полной потери текучести нефти - гипотермического тромба. Во вторую очередь происходит сорбирование нефти снегом (мелкодисперсным льдом).
Использование льдогенераторов позволяет также доставлять снег (мелкодисперсный лед) под разлившееся пятно с ее последующим всплыванием, а также непосредственно к месту утечки.
Совместное использование снего- и льдогенераторов позволяет локализовать пятно одновременно сверху и снизу.
Сбор загрязненного снега осуществляется так же, как и любого сорбента.
Способ доставки такого сорбента - любой, от насосного до глубинных бомб. Снеговые пушки оперативно покрывают огромные площади, а льдогенераторы могут пневмоспособом доставлять снег (мелкодисперсный лед) под воду вплоть до места утечки.
Таким образом, использование в качестве сорбента снега дает дополнительные преимущества, т.к. снижает скорость растекания нефти вплоть до полной остановки путем создания ледяного тромба в месте утечки.
Разлившаяся нефть прилипает к снегу и удерживается им, что также снижает текучесть и упрощает процесс сбора нефти.
Создание «шубы» из снега позволит длительно сохранять пониженную температуру нефтяного пятна, не давая ему таять до момента сбора вследствие низкой теплопроводности снега.
Собранный материал легко разделить на составляющие - воду и нефть.
Воду затем сливают в водоем, а нефть собирают в приемник.
Такой сорбент легко утилизируется (тает), экологичен и не оставляет никаких отходов.
Снего- и льдогенераторы могут быть установлены как на судне-сборщике нефти, так и непосредственно на судне-перевозчике нефти. В последнем случае аварийные работы можно начать до подхода судна-сборщика нефти.
Таким образом, использование снега в качестве сорбента для сбора нефти позволяет оперативно локализовать разлив нефти, повысить эффективность сбора, существенно снизить затраты и время ликвидации аварии, а также позволит сохранить экологию окружающей среды.
1. Способ очистки поверхности водоема от разливов нефти, включающий изготовление нефтепоглощающего материала, диспергирование нефтепоглощающего материала по загрязненной поверхности, сбор материала после операции сорбции, а затем отделение от него нефти, отличающийся тем, что перед диспергированием нефтепоглощающего материала по загрязненной поверхности в воде под ней растворяют эндотермический реагент, а в качестве нефтепоглощающего материала используют снег или лед.
2. Способ очистки по п.1, отличающийся тем, что снег или лед изготавливают с помощью снегогенератора или льдогенератора, смонтированного непосредственно на судне-сборщике или судне-перевозчике нефти.
3. Способ очистки по п.1, отличающийся тем, что отделение снега от нефти осуществляют путем таяния снега.
4. Способ очистки по п.1, отличающийся тем, что снег размещают поверх или под загрязненной поверхностью.
5. Способ очистки по п.1, отличающийся тем, что в качестве эндотермического реагента используют аммиачную селитру.
