материал и способ для обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов

Формула изобретения

1. Материал для обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов, содержащий дисперсный наполнитель и набухающий в нефти и/или нефтепродуктах каучук, отличающийся тем, что указанный каучук содержит золь-фракцию в количестве 50-95% от массы полимера.

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что указанные компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.%:

Набухающий в нефтепродуктах каучук,

содержащий золь-фракцию в количестве

50-95% от массы полимера 10-50

Дисперсный наполнитель 50-90

3. Способ обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов, включающий связывание части нефти и/или нефтепродукта набухающим каучуком, отличающийся тем, что обработку нефти или нефтепродукта осуществляют материалом по п.1 или 2.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к материалам для обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов и может быть использовано для сбора нефти, масел, мазута, топлив и углеводородов с целью очистки поверхности воды и почвы и других твердых поверхностей, а также для очистки загрязненных нефтью или нефтепродуктами водных потоков.

При разливах нефти и/или нефтепродуктов в результате техногенных катастроф происходит загрязнение больших площадей водных или твердых поверхностей, а также проникновение загрязнений в почву, в грунтовые воды. Кроме того, массовое применение нефтепродуктов в промышленности в качестве топлива, смазочных материалов и т.п. и отсутствие надлежащей утилизации соответствующих промышленных отходов также приводят к загрязнению больших поверхностей земельных участков, предназначенных для сбора таких отходов. Промышленные отходы нефтепродуктов также проникают в грунт и грунтовые воды, загрязняя их и нанося тем самым невосполнимый экологический вред.

Для очистки поверхности воды, почвы, асфальта, бетона и других поверхностей от загрязнений нефтью или нефтепродуктами используют непористые и пористые сорбенты, в частности, пористые полимерные сорбенты на основе полиэтилена, полипропилена, полисилоксана в форме порошка, гранул, блоков (пат. РФ №№2091159, 2095318, 2071829).

Известно использование пористых полиуретановых сорбентов для очистки водной среды от нефти и нефтепродуктов (RU 2107033, WO №93/12878, WO 97/01512). Сорбционная способность таких веществ основана на капиллярном эффекте. Недостатком таких сорбентов является низкая эффективность очистки, связанная с неизбежным наличием остаточной пленки нефти или нефтепродукта после процесса сорбции, и, как следствие, продолжение загрязнения окружающей среды.

Кроме капиллярных процессов взаимодействия полимеров с нефтью или нефтепродуктами известны процессы набухания полимеров в нефти или нефтепродуктах.

Известно использование набухающих полимеров и способы обработки загрязнений из нефти или нефтепродукта, основанные на процессах набухания полимеров в нефти или нефтепродуктах, например журнал “Нефтяное хозяйство, №11, 2000 г., А.И. Набаткин, Б.И. Хлебников “Применение сорбентов для ликвидации нефтяных разливов”.

Процесс набухания является процессом взаимного проникновения низкомолекулярных жидкостей в полимеры, а полимеров - в низкомолекулярные жидкости. Процесс набухания сопровождается увеличением объема полимера и связывания в нем молекул низкомолекулярной жидкости, что приводит к снижению интенсивности тепломассообменных процессов.

Наиболее близким аналогом по физической сущности протекаемых процессов, выбранным в качестве прототипа, является материал-сорбент, описанный в способе защиты поверхности жидкости от тепломассообмена в системе жидкость - газ по пат. РФ №1292314, заявл. 13.05.83 г. Известный сорбент представляет собой композиционный материал, состоящий из ограниченно набухающего в нефтепродуктах полимера и дисперсного наполнителя.

Полимер в составе данного сорбента, взаимодействуя с жидкими нефтью и/или нефтепродуктами, ограниченно набухает в этой жидкости и связывает ее в вязкопластичную массу, которая предотвращает испарение нефти или нефтепродукта с поверхности и может быть механически удалена с поверхности.

В реальных условиях оценка количества пролитой нефти или нефтепродукта и необходимого для ее связывания сорбента затруднительна в связи со сложностью физических процессов, происходящих при взаимодействии нефти или нефтепродукта с жидкими и твердыми поверхностями, а также влиянием внешних климатических факторов (неравномерность по толщине разлитого слоя нефти или нефтепродукта, ветер, температура окружающей среды и т.п.). Это требует неоднократного применения сорбента: нанесение первой порции сорбента; после его набухания производится механическое удаление вязкопластичной массы связанной нефти или нефтепродукта с поверхности, затем повторное нанесение на оставшуюся часть нефти или нефтепродукта слоя сорбента; эти технологические операции повторяются до полного удаления загрязнения.

Недостатком материала для обработки загрязнений из нефти или нефтепродукта с ограниченно-набухающим полимером является то, что часть нефти или нефтепродукта, не связанного этим материалом, сохраняет свою текучесть и продолжает загрязнять окружающую среду: продолжает растекаться по водной или твердой поверхностям, уноситься с поверхности воды вглубь вихревыми потоками или фильтроваться в грунты.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности материала и способа для обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродукта за счет обеспечения снижения текучести не связанной набухающим полимером части нефти и/или нефтепродукта.

В предлагаемом изобретении указанная задача решается тем, что материал для обработки загрязнений из нефти или нефтепродукта содержит набухающий в указанных жидкостях каучук и дисперсный наполнитель, при этом каучук в составе материала содержит золь-фракцию.

Эффективным образом указанная задача решается при содержании золь-фракции в количестве 50-95% от массы каучука.

Эффективным образом указанная задача решается при содержании компонентов материала в следующем соотношении в мас.%: набухающий в нефтепродуктах каучук, содержащий золь-фракцию 10-50; дисперсный наполнитель 50-90.

Указанная задача решается тем, что в предлагаемом способе обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов, включающем связывание части нефти и/или нефтепродукта набухающим каучуком, согласно настоящему изобретению дополнительно осуществляют снижение текучести не связанной набухающим каучуком части нефти и/или нефтепродукта.

Указанная задача решается также тем, что снижение текучести не связанной набухающим полимером нефти и/или нефтепродукта осуществляют путем обработки нефти или нефтепродукта вышеописанным материалом в соответствии с настоящим изобретением.

Наличие в предложенном материале, предназначенном для обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродукта, золь-фракции обеспечивает снижение текучести не связанных до вязкопластичного состояния указанных загрязнений. Золь-фракция по определению не связана макромолекулярной или объемной структурой полимера, поэтому она обладает свойством равномерно распределяться по всему объему загрязняющей жидкости, обработанной заявленным материалом. При этом золь-фракция проникает во все поры, складки, полости твердых поверхностей, заполненных загрязняющей жидкостью. Золь-фракция каучука, равномерно распределенная по всему объему части нефти и/или нефтепродукта, не связанной набухающим каучуком до вязкопластичного состояния, снижает текучесть этой несвязанной части нефти или нефтепродукта, что подтверждено экспериментально, в результате чего снижается распространение загрязнений в окружающей среде.

Таким образом, предложенный материал, содержащий набухающий в нефти и/или нефтепродуктах каучук, который содержит золь-фракцию, обладает одновременно двумя свойствами: свойством связывания нефти и/или нефтепродукта до вязкопластичного состояния, обеспечивающего возможность его механического сбора с поверхности, а также свойством снижения текучести всей, не загущенной до указанного вязкопластичного состояния, части нефти и/или нефтепродукта.

Существенное влияние на эффективность материала, предназначенного для снижения текучести обработанной им нефти и/или нефтепродукта, достигается при содержании золь-фракции в количестве 50-95% от массы каучука. При этом нижний предел содержания золь-фракции в каучуке выбран экспериментальным путем, а верхний предел определен из условия гарантированного образования вязкопластичной массы, образующейся в результате взаимодействия ограниченно набухающей части каучука с нефтью или нефтепродуктами.

Наиболее эффективно заявленный материал проявляет свои свойства при содержании компонентов материала в следующем соотношении в мас.%: набухающий в нефтепродуктах каучук, содержащий золь-фракцию, 10-50; дисперсный наполнитель 50-90. Минимальное количество каучука, содержащего золь-фракцию, равное 10% от общей массы материала, определено из условия обеспечения эффективности материала при концентрациях загрязнений ниже значений, при которых существуют “стабильные” водонефтяные эмульсии. При таких концентрациях нефти или нефтепродукта в воде каучук будет обеспечивать связывание частиц нефтепродуктов, образующих эмульсию за счет общеизвестных явлений на границе раздела фаз “жидкость-жидкость”, например, явления сольватации. [Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. - Л.: Химия, 1984, с.249.]

При содержании набухающего каучука больше 50% от общей массы материала происходит укрупнение частиц каучука при набухании его в загрязняющей жидкости и соответственно уменьшение поверхности контакта каучука с загрязняющей жидкостью, что снижает эффективность процесса набухания.

В предложенном способе в процессе набухания каучука в составе заявленного материала для обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов золь-фракция, входящая в его состав, в процессе набухания переходит из каучука в часть нефти или нефтепродукта, не связанную набухшим каучуком, и равномерно распределяется в ней, уменьшая тем самым ее текучесть, что препятствует растеканию несвязанной нефти и/или нефтепродукта по водной или твердой поверхностям и фильтрации их в пористые материалы, вещества, грунты, в результате чего снижается распространение загрязнений в окружающей среде.

Материал для обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов содержит дисперсный наполнитель и набухающий в нефти и/или нефтепродуктах каучук. Наилучшим образом необходимые для реализации изобретения свойства материала проявляются при содержании в указанном каучуке золь-фракции в количестве 50-95% от массы каучука. Наиболее эффективно указанная выше задача решается при следующем соотношении компонентов в мас.%: набухающий в нефтепродуктах каучук, содержащий золь-фракцию, 10-50; дисперсный наполнитель 50-90. В качестве набухающих каучуков могут быть использованы любые известные набухающие в нефти или нефтепродуктах каучуки, например этиленпропиленовые каучуки (СКЭП и СКЭПТ), бутилакрилатный каучук (БАК), каучуки СКС-С, БС-65, БС-70 и другие.

Каучук с необходимым содержанием золь-фракции может быть изготовлен на заводе-изготовителе каучуков согласно требованиям заказчика. Такой каучук также может быть получен путем смешивания ограниченно набухающего каучука с каучуком, содержащим только золь-фракцию. При этом соотношение смешиваемых каучуков определяется по общепринятым методикам в зависимости от содержания золь-фракции в исходных составляющих.

Каучук с необходимым содержанием золь-фракции может быть также получен путем облучения необходимого количества каучука гамма-лучами от источника кобальт 60 с последующим контролем путем отбора проб, с помощью общепринятых методик.

Каучук, содержащий только золь-фракцию, определяют по отсутствию степени предельного набухания.

Материал получают из исходных компонентов путем перемешивания любым известным способом, например путем механического смешения компонентов или путем осаждения каучуков из их латексов на поверхность наполнителя в среде осадителя.

Смешение дисперсных компонентов проводят в реакторах смесителях или резиносмесителях известных конструкций. Причем смешение можно проводить как в твердой, так и в жидких фазах. После смешения производят измельчение и высушивание образовавшийся смеси. Удаление жидкой фазы из раствора каучука можно проводить в подогреваемой водной среде при непрерывном перемешивании.

Возможно получение материала путем осаждения каучука с заданным содержанием золь-фракции из латексной формы на поверхность дисперсного наполнителя, осуществляемого в среде осадителя. Причем осаждение каучука из латексной формы возможно как путем ввода латекса в среду осадителя, содержащего в своей массе дисперсный наполнитель, так и путем ввода осадителя в массу латекса, содержащего в своей массе дисперсный наполнитель.

Так, материал, содержащий в качестве полимера бутилакрилатный каучук БАК, осаждают на поверхность наполнителя в виде стеклянных микросфер с размером частиц до 0,02 мм путем ввода латекса этого полимера в 5-7% водный раствор сернокислого алюминия, в котором при постоянном перемешивании находятся частицы наполнителя.

Материал, содержащий каучуки БС-65, или БС-70, или СКС-С получают путем ввода осадителя в виде 2-5% водного раствора сернокислого алюминия в водную смесь перлита и латекса этих полимеров при постоянном перемешивании (латекс БС-65 или латекс БС-70 - ТУ 38.103550-84; латекс СКС-С - ТУ 38.300-01-40-92). Полученный таким образом материал высушивается любым известным способом и при необходимости измельчается на любом известном устройстве.

Полученный таким образом материал представляет собой сыпучий порошок белого, желтого или светло-серого цвета.

Способ обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов предусматривает нанесение на поверхность этих загрязнений материала в соответствии с настоящим изобретением, в результате чего происходит связывание части нефти и/или нефтепродукта набухающим каучуком и дополнительное снижение текучести не связанной набухающим каучуком части нефти и/или нефтепродукта.

Процессы набухания нефти и/или нефтепродукта и снижения текучести не связанной набухающим каучуком части нефти и/или нефтепродукта осуществляются одновременно при обработке их заявленным материалом.

Оценка эффективности заявленных в настоящем изобретении материала и способа обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродукта осуществлялась через оценку способности заявленного материала снижать текучесть нефти и/или нефтепродуктов, обработанных этим материалом.

Оценка способности заявленного материала снижать текучесть нефти и/или нефтепродуктов, обработанных этим материалом, осуществлялась в лабораторных условиях. При этом текучесть оценивалась по времени прохождения через песчаный фильтр равных объемов соответствующих жидких сред, обработанных равными количествами исследуемого материала.

Такая оценка проводилась на специальной экспериментальной установке, состоящей из стеклянной цилиндрической емкости диаметром 200 мм, высотой 300 мм, оснащенной выпускной трубкой, находящейся на высоте 10 мм от дна емкости. В этой емкости на высоте 100 мм от ее дна была установлена металлическая сетка. На сетку сверху засыпался прокаленный, просеянный песок с размером частиц не более 0,1 мм, в количестве, обеспечивающем толщину слоя 15 мм.

В экспериментальную емкость заливалась вода до верхнего уровня поверхности песчаного фильтра. Затем на поверхность воды выливалось 470 мл нефти или нефтепродукта. После чего часть воды из емкости выпускалась через нижнюю выпускную трубку до уровня металлической сетки. При этом нефть или нефтепродукт проникали и пропитывали весь песчаный фильтр, размещенный на сетке. В результате выполненных действий над слоем песчаного фильтра образовывался слой нефти или нефтепродукта глубиной 3-5 мм. На нефть или нефтепродукт, находящийся поверх песчаного фильтра, наносился исследуемый материал в количестве 100 г. Этого количества материала во всех экспериментах было достаточно для того, чтобы связать до вязкопластичного состояния весь слой жидкой нефти или нефтепродукта над песчаным фильтром. После выдержки в течение 10-15 минут образовавшаяся на поверхности смесь материала и нефти или нефтепродукта удалялась механическим путем. После удаления смеси вода из емкости сливалась через нижний патрубок. Одновременно с началом слива воды включался секундомер для измерения времени выделения нефти или нефтепродукта из песчаного фильтра. Окончание процесса выделения нефти или нефтепродукта определялось визуально. Время прохождения нефти или нефтепродукта через песчаный фильтр косвенно характеризует текучесть этих жидкостей. Полученные таким образом результаты, а именно зафиксированное время прохождения обработанной испытываемым материалом нефти или нефтепродукта, сравнивались со временем прохождения через такой же песчаный фильтр такого же объема необработанных нефти или нефтепродуктов. Результаты лабораторных испытаний приведены ниже.

Пример 1.

В качестве полимера в составе испытываемого материала использовался бутилакрилатный каучук (БАК), осажденный из латексной формы на стеклянные микросферы в среде осадителя: 5-7%-ного водного раствора сернокислого алюминия. Изменение содержания золь-фракции в полимере осуществлялось методом радиационного облучения проб бутилакрилатного каучука с содержанием золь-фракции, равным верхнему пределу, а именно 95% от массы полимера, с подбором режимов облучения по общепринятым методикам (Воллоу А. Радиционная химия органический соединений. - М.: Иностранная литература, 1963). В качестве нефтепродукта применялась смесь из толуола и изооктана в соотношении 1:1. Полученные результаты отражены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, увеличение содержания золь-фракции в составе полимера БАК увеличивает время прохождения смеси нефтепродуктов через песчаный фильтр. Следовательно, золь-фракция, проникла в смесь нефтепродуктов, просочившихся в песчаный фильтр и снизила ее текучесть. Нижним пределом содержания золь-фракции в полимере выбрано значение, равное 50% от массы полимера. Начиная с этого значения, наличие золь-фракции в полимере оказывает существенное влияние на текучесть нефтепродукта.

Пример 2.

В качестве полимера в составе испытываемого материала использовался каучук СКЭПТ по ТУ 38.103252-92. Материал получен путем смешения крошки этого полимера с вспученным перлитовым песком по ГОСТ 10832-91. Изменение содержания золь-фракции в полимере осуществлялось методом радиационного облучения проб каучука с содержанием золь-фракции, равным верхнему пределу, а именно 95% от массы полимера, с подбором режимов облучения по общепринятым методикам (Воллоу А. Радиционная химия органический соединений. - М.: Иностранная литература, 1963). В качестве нефтепродукта применялся керосин.

Полученные результаты отражены в таблице 2.

Пример 3.

В качестве полимера в составе испытываемого материала использовался каучук СКЭПТ по ТУ 38.103252-92. Материал получен путем смешения крошки этого полимера с вспученным перлитовым песком. Изменение содержания золь-фракции в полимере осуществлялось методом радиационного облучения проб каучука с содержанием золь-фракции, равным верхнему пределу, а именно 95% от массы полимера, с подбором режимов облучения по общепринятым методикам (Воллоу А. Радиционная химия органический соединений. - М.: Иностранная литература, 1963). В качестве загрязняющей жидкости применялась нефть. Полученные результаты отражены в таблице 3.

Результаты испытаний, отраженные в таблицах 1-3, подтверждают снижение текучести нефти или нефтепродукта, обработанного заявленным материалом.

Следовательно, золь-фракция, проникая в нефть или нефтепродукты, просочившиеся в песчаный фильтр, снижает их текучесть. Нижним пределом содержания золь-фракции в полимере выбрано значение, равное 50% от массы полимера. Начиная с этого значения, наличие золь-фракции в полимере оказывает существенное влияние на текучесть нефти или нефтепродуктов.

Таким образом, предложенные материал и способ обработки загрязнений из нефти и/или нефтепродуктов позволяют повысить эффективность обработки таких загрязнений вследствие снижения загрязнения окружающей среды.

Кроме обработки техногенных загрязнений в окружающей среде предлагаемое изобретение может применяться для обработки загрязнений в производственных условиях, например, для очистки металлических поверхностей напольных покрытий, кожухов устройств или машин, а также поверхностей деталей от масляных пленок. В ряде случаев предложенный материал может использоваться для очистки от следов нефти или нефтепродуктов бетонных полов и стен.

Предложенный материал может также применяться для очистки паровоздушных смесей от нефти или нефтепродуктов.