Состав нейтрализующего компонента для обезвреживания нефтеотходов комбинированным сорбционно-реагентным способом
Владельцы патента RU 2736294:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ «СМАРТ ИНЖИНИРИНГ» (RU)
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к составу нейтрализующего компонента, который может быть использован для обезвреживания нефтеотходов при их попадании в водоем, почву или при разливе на твердую поверхность. Предлагается состав нейтрализующего компонента для обезвреживания нефтеотходов комбинированным сорбционно-реагентным способом, содержащий прокаленный при 800 °С и измельченный до 0-100 мкм диатомит, прокаленную при 400 °С и измельченную до 0-100 мкм цеолитсодержащую породу, 40-45%-ный водный раствор метилсиликоната натрия или метилсиликоната калия, известь-пушонку, концентрированную ортофосфорную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. %: диатомит 70,0-78,0; цеолитсодержащая порода 15,0-20,0; 40-45%-ный водный раствор метилсиликоната натрия или метилсиликоната калия 0,5-1,0; известь-пушонка 5,0-6,0; концентрированная ортофосфорная кислота 1,5-3,0. В результате применения нейтрализующего компонента для обезвреживания нефтеотходов может быть достигнуто снижение отрицательного воздействия нефтеотходов, а также продуктов, образованных путем их обезвреживания, на окружающую среду.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к составу нейтрализующего компонента, который может быть использован для обезвреживания нефтеотходов при их попадании в водоем, почву или при разливе на твердую поверхность.
Известна опасность попадания нефти и нефтепродуктов при их добыче, переработке, транспортировке, применении и утилизации в окружающую среду: водоемы, почву, при разливе на твердой поверхности, так как нефть и нефтепродукты имеют высокую токсичность (Оруджев Р.А., Джафарова Р.Э. Особенности токсического действия углеводородов нефти на организм человека // Вестник ВГМУ. 2017. № 4. С.8-15), пожаро- и взрывоопасность (Злобин В.С., Чернов В.А. Контроль пожаровзрывобезопасности при хранении нефтепродуктов // Решетневские чтения. 2013. № 17. С. 201-202).
Однако при нефтедобыче, транспортировке и нефтепереработке, а также при использовании нефти и нефтепродуктов практически невозможно предотвратить разливы и утечки опасных веществ. Для обезвреживания нефтеотходов применяют различные способы.
Известно применение негашеной извести в качестве реагента для обезвреживания нефтеотходов путем смешивания с углеводородами, в результате чего, при перемешивании полученной смеси на воздухе, углеводороды оказываются заключенными в известковые капсулы, которые под действием углекислого газа должны превращаться в карбонатные (Холкин Е. Г., Штриплинг Л. О., Ларионов К. С. Ликвидация последствий аварийных разливов нефтепродуктов в Арктической зоне России с использованием технологии реагентного капсулирования //Арктика: экология и экономика. 2017. №. 1(25). С.120-129; Логунова Ю. В. Совершенствование технологии и оборудования для обезвреживания нефтезагрязненных материалов методом реагентного капсулирования. Дис… канд. техн. наук. Омск: ОмГТУ. 2009. 24 с.). К недостаткам применения извести-пушонки в качестве реагента для обезвреживания нефтеотходов можно отнести необходимость транспортировки загрязненного почвогрунта или нефтешлама в специальные установки, что невозможно при больших масштабных разливах или утилизации нефтеотходов. Также при использовании извести-пушонки на открытых площадках не происходит полного протекания реакции карбонизации капсул, следствием чего является повторное загрязнение участка нефтеотходами. Также высокий рН получаемых капсул не позволяет использовать их совместно с нефтедеструкторами и при ликвидации разливов на почве.
Таким образом использование только лишь извести-пушонки для обезвреживания нефтеотходов технически мало осуществимо при промышленном применении.
Для обезвреживания нефтеотходов также активно используют нефтесорбенты на основе торфа (RU 2362619, B01J 20/20, B01J 20/16, 2009; RU 2534244, B01J 20/22, B01J 20/24, B01J 20/30, 2014; RU 2504572, C09K 17/40, C09K 17/06, C09K 17/10, 2014), алюмосиликатные микросферы (RU 2393215, C12N 1/26, C02F 3/34, 2010), кожевенную пыль (RU 2430776, B01J 20/22, B01J 20/30, C02F 1/28, B09C 1/08, 2011), вспученный перлит (RU 2496721, МПК C02F 1/28, B01J 20/30, 2013), сорбент на основе поливинилхлорида (RU 94030825, E02B 15/04, C02F 1/28, 1996), цеолит (CN 103819015, C02F 9/04, 2014; RU 2422219, B09C 1/10, 2011; CN 1853770, B01D 17/022; B01J 20/26 ; C02F 1/28, 2006), диатомит (CN 103819015, C02F 9/04, 2014; CN 1853770, B01D 17/022; B01J 20/26; C02F 1/28, 2006; RU 2642566, B01J 20/22, B01J 20/10, B01J 20/32, 2018).
Недостатками известных нефтесорбентов для обезвреживания нефтеотходов является высокая вероятность десорбции нефтеотходов из сорбента, что сводит на нет задачу их обезвреживания.
Предлагаемый состав нейтрализующего компонента для обезвреживания нефтеотходов сочетает в себе преимущества использования извести-пушонки и нефтесорбентов. Нейтрализующий компонент для обезвреживания нефтеотходов комбинированным сорбционно-реагентным способом содержит прокаленный при 800 °С и и измельченный до 0-100 мкм диатомит (70,0-78,0 мас. %), прокаленную при 400 °С и измельченную до 0-100 мкм цеолитсодержащую породу (15,0-20,0 мас. %), 40-45 %-й водный раствор метилсиликоната натрия (калия) (0,5-1,0 мас. %), известь-пушонку (5,0-6,0 мас. %), концентрированную ортофосфорную кислоту (1,5-3,0 мас. %).
Техническая задача, на решение которой направлено данное изобретение, – создание состава для универсального, эффективного и дешевого нейтрализующего компонента для обезвреживания нефтеотходов комбинированным сорбционно-реагентным способом.
Техническим результатом является снижение отрицательного воздействия нефтеотходов, а также продуктов, образованных путем их обезвреживания, на окружающую среду.
Для решения поставленной технической задачи в состав нефтесорбента включены сорбирующие компоненты – прокаленный при 800 °С и измельченный до 0-100 мкм диатомит и прокаленная и измельченная до 0-100 мкм при 400 °С цеолитсодержащая порода; а также реагенты для капсулирования – 40-45 %-й водный раствор метилсиликоната натрия (калия), известь-пушонка, концентрированная ортофосфорная кислота, в указанной пропорции.
Диатомит является гидрофильной опал-кристобалитовой породой с хорошими адсорбционными свойствами по отношению к нефти, особенно применяемый совместно с гидрофобизатором – метилсиликонатом натрия (CN 1853770, B01D 17/022; B01J 20/26; C02F 1/28, 2006; RU 2642566, B01J 20/22, B01J 20/10, B01J 20/32, 2018). При прокаливании при 800 °С происходит дегидратация и дегидроксилирование поверхности диатомита, вследствие чего его поверхность становится гидрофобной. Использование прокаленного при 800 °С порошка диатомита (0-100 мкм) в составе нейтрализующего компонента позволяет увеличить его емкость, по сравнению с не прокаленным диатомитом, по минеральному маслу – на 14,0 %, по легким фракциям нефти – на 30,0 %, тяжелым фракциям нефти – на 12,0 %.
Цеолитсодержащая порода, содержащая от 15 до 100 мас. % цеолита (Шарафиев Д.Р., Хацринов А.И. Анализ потребительских свойств природных цеолитов в странах СНГ // Вестник Казанского технологического университета. 2016. №12. С. 95-98), также часто применяется для адсорбции нефти (CN 103819015, C02F 9/04, 2014; RU 2422219, B09C 1/10, 2011; CN 1853770, B01D 17/022; B01J 20/26 ; C02F 1/28, 2006), так как, кроме нефтеемкости, имеет высокую сорбционную емкость по токсичным тяжелым металлам (Бодня М. С. Применение цеолитсодержащего минерального сырья для ремедиации техногенно загрязненных почв //Вопросы современной науки и практики. Университет им. ВИ Вернадского. 2008. Т. 2. №. 1. С. 142-149), содержащихся в нефтеотходах (Ященко И. Г. Тяжелые нефти России, обогащенные токсоопасными металлами //Горные ведомости. – 2011. – №. 7. – С. 26-33). Использование порошка цеолитсодержащей породы (0-100 мкм), прокаленной при 400 °С, в составе нейтрализующего компонента позволяет повысить его емкость по легким фракциям нефти – на 11,0 %, по тяжелым фракциям – на 4,5 %, по сравнению с не прокаленной.
В качестве сорбента в составе нейтрализующего компонента применяется смесь прокаленного при 800 °С порошка диатомита и прокаленного при 400 °С порошка цеолитсодержащей породы в подобранном весовом соотношении диатомит : цеолитсодержащая порода, равном 3,5-5,2 : 1,0, что соответствует 70,0-78,0 мас. % диатомита и 15,0-20,0 мас. % цеолитсодержащей породы в составе нейтрализующего компонента. Такая смесь эффективно сорбирует нефтеотходы, что позволяет достигнуть снижения отрицательного воздействия нефтеотходов на окружающую среду.
40-45 %-й раствор метилсиликоната натрия (калия) является широко применяемым гидрофобизатором и в то же время служит реагентом для капсулирования, так как может реагировать с углекислотой на воздухе, образуя нерастворимый гель, чем и обусловлена гидрофобизация (Бажант В. Силиконы – кремнийорганические соединения, их получение, свойства и применение. Москва, Госхимиздат, 1960. 700 с.). 40-45 %-й раствор метилсиликоната натрия (калия) не оказывает влияния на сорбирующие свойства смеси для выбранного сорбента (смеси диатомита и цеолитсодержащей породы), но его содержание в нейтрализующем компоненте в пределах 0,5-1,0 мас. % предотвращает десорбцию нефтеотходов после обезвреживания их нейтрализующим компонентом, что снижает отрицательное воздействие нефтеотходов, а также продуктов, образованных путем их обезвреживания, на окружающую среду.
В качестве основного реагента для капсулирования нефтеотходов в составе нейтрализующего компонента применяется известь-пушонка, 5-6 мас. % которой достаточно для ограничения десорбции и закрепления процесса капсулирования при обезвреживании нефтеотходов комбинированным сорбционно-реагентным способом, чтобы снизить отрицательное воздействие нефтеотходов, а также продуктов, образованных путем их обезвреживания, на окружающую среду.
Для достижения максимального технического результата в состав нейтрализующего компонента в качестве реагента и стабилизатора рН включена концентрированная ортофосфорная кислота. Водородный показатель 10-й суспензии нейтрализующего компонента находится в пределах 5-7, что безопасно для использования нейтрализующего компонента при обезвреживании нефтеотходов, так как известно, что процессы деструкции нефтепродуктов бактериями осуществляются в определенном диапазоне величин рН, причем значения рН, близкие к нейтральным, являются оптимальными для роста большинства микроорганизмов на углеводородах (Янкевич М. И., Хадеева В. В., Мурыгина В. П. Биоремедиация почв: вчера, сегодня, завтра //Биосфера. 2015. Т. 7. № 2. С. 199-208; Гакаев Р. А. К вопросу использования методов биоремедиации при восстановлении нарушенных земель //Биоэкономика и экобиополитика. 2016. №1. С. 160-163).
Количество концентрированной ортофосфорной кислоты в составе нейтрализующего компонента (1,5-3 мас. %) определяется количеством извести-пушонки (5-6 мас. %). В отсутствие влаги в реагентной смеси концентрированная ортофосфорная кислота не будет реагировать с известью-пушонкой, так как и ортофосфорная кислота, и известь являются слабыми гидроксидами, к тому же, вступая в реакции нейтрализации, образующими нерастворимые соединения (соли кальция и фосфаты), которые приводят к упрочнению капсул при реагентном капсулировании.
Таким образом техническая задача, заключающаяся в создании состава для универсального, эффективного и дешевого нейтрализующего компонента для обезвреживания нефтеотходов комбинированным сорбционно-реагентным способом, решается в данном изобретении за счет включения в его состав прокаленного при 800 °С диатомита (70,0-78,0 мас. %), прокаленной при 400 °С цеолитсодержащей породы (15,0-20,0 мас. %), 40-45 %-го водного раствора метилсиликоната натрия (калия) (0,5-1,0 мас. %), извести-пушонки (5,0-6,0 мас. %), концентрированной ортофосфорной кислоты (1,5-3,0 мас. %). При этом достигается заявленный технический результат – снижение отрицательного воздействия нефтеотходов, а также продуктов, образованных путем их обезвреживания, на окружающую среду.
Ниже изобретение иллюстрируется следующим примером.
Пример. 728 г диатомита, прокаленного при 800 °С и измельченного на шаровой мельнице до размера частиц 0-100 мкм, 184 г цеолитсодержащей породы, прокаленной при 400 °С и измельченной на шаровой мельнице до размера частиц 0-100 мкм, перемешивали в смесителе интенсивного действия, затем добавляли к смеси 10 г 40-45 %-го водного раствора метилсиликоната калия, 59 г извести-пушонки, 19 г концентрированной ортофосфорной кислоты. Перемешивали, получали 1000 г нейтрализующего компонента для обезвреживания нефтеотходов комбинированным сорбционно-реагентным способом. Нефтеемокость нейтрализующего компонента составила 80,00±1,20 мас. %, класс опасности – IV, класс пожароопасности продукта, образовавшегося после обезвреживания нефти – НГ, рН 10-й водной суспензии нейтрализующего компонента – 5,97±0,09 мас. %, десорбция нефти в воду продукта, образовавшегося после обезвреживания нефти, через сутки после обезвреживания отсутствовала. Измеренный расход полученного образца нейтрализующего компонента для обезвреживания нефтеотходов комбинированным сорбционно-реагентным способом при разливе нефти на воде составил 720±10 г/л нефти, при разливе на гладкой твердой поверхности – 850 г±10 г/л нефти при насыпной плотности нейтрализующего компонента 360±35 кг/м3. Время полного обезвреживания нефти нейтрализующим компонентом составило 50 мин.
Состав нейтрализующего компонента для обезвреживания нефтеотходов комбинированным сорбционно-реагентным способом, содержащий прокаленный при 800 °С и измельченный до 0-100 мкм диатомит, прокаленную при 400 °С и измельченную до 0-100 мкм цеолитсодержащую породу, 40-45%-ный водный раствор метилсиликоната натрия или метилсиликоната калия, известь-пушонку, концентрированную ортофосфорную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. %: диатомит 70,0-78,0; цеолитсодержащая порода 15,0-20,0; 40-45%-ный водный раствор метилсиликоната натрия или метилсиликоната калия 0,5-1,0; известь-пушонка 5,0-6,0; концентрированная ортофосфорная кислота 1,5-3,0.
