Регенерация поглощенных продуктов сорбентом ППУ-ОЗК

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕГЕНЕРАЦИЯ ПОГЛОЩЕННЫХ ПРОДУКТОВ СОРБЕНТОМ ППУ-ОЗК

Иванова Мария Александровна, Муртазина Резеда Толгатовна,

Чикина Наталья Сергеевна, Янов Владислав Владимирович,

Зенитова Любовь Андреевна

Кафедра синтетического каучука. Казанский национальный исследовательский технологический университет.

ул. К. Маркса, 68. г. Казань, 420015. Республика Татарстан. Россия.

Аннотация

В работе представлены исследования по извлечению нефти из сатурированного сорбента ППУ-ОЗК, полученного на основе пенополиуретана и отходов шелухи гречихи (ШГ). Оценены методы извлечения поглощенной нефти: отжим и центрифугирование.

В зависимости от физических и химических свойства нефти извлечение методом отжима происходит на ~50-85%. С ростом количества циклов поглощения - отжима сорбционная способность падает, но после 10 циклов отжима остается на уровне 50%. Наилучшие показатели нефтеемкости при многократном использовании сорбента наблюдаются при отдыхе после каждого цикла отжима в течение 1 часа. Чем мельче сорбент, тем больше количество извлеченной нефти.

Установлено, что для извлечения поглощенного продукта также эффективен метод центрифугирования. Количество извлеченной нефти составляет ~80-85% Наибольшее количество нефти извле-кается за первые 15-20 минут.

Ключевые слова: сорбент, нефтепродукты, регенерация, отжим, центрифугирование.

Введение

Разливы продуктов нефтехимии (нефтехимпродуктов) имеют место на всех стадиях обращения с ними, при: производстве, транспортировке, переработке, хранении, приеме, отпуске, использовании. Особенно актуальна эта проблема в России, где в связи с изношенностью оборудования, а также несоблюдением технологической дисциплины на территориях промышленных предприятий, а также в местах прохождения технологических эстакад, трубопроводов имеют место значительные разливы данных продуктов. Наряду с ними происходят разливы нефти и нефтепродуктов - сырья нефтехимических процессов, по масштабам распространения и количеству источников загрязнения окружающей среды, с которыми не может сравниться никакой другой вредный фактор.

Тем не менее, техногенное воздействие предприятий нефтехимии и смежных отраслей промышленности на окружающую среду не ослабевает, поэтому ликвидация разливов различных продуктов нефтехимии продолжается оставаться актуальной проблемой не только в настоящее время, но и в отдаленном будущем. Причем, наиболее сложным случаем являются разливы на поверхности воды.

Существующие методы и средства далеко не всегда оказываются способными достичь главную цель ликвидации разлива нефтехимпродукта - быстро и эффективно извлечь его с поверхности воды. Поэтому, сохраняется необходимость исследования, разработки и создания надежных методов извлечения нефтехимпродуктов с поверхности воды.

В РТ развиты как нефтедобывающая, так и нефтеперерабатывающие отрасли промышленности. Кроме того, по ее территории протекает реки Волга, Кама и другие реки, которые в настоящее время испытывают техногенное воздействие, обусловленное большим количеством вредных выбросов и стоков таких гигантов химической индустрии, как ОАО «Нижнекамскнефтехим», ОАО «Нижнекамскшина», ОАО «Казаньоргсинтез», ОАО «Казанский завод синтетического каучука» и так далее. В этой связи разработка сорбента для сбора нефтепродуктов и топлив как с акваторий, так и разливов на почве является актуальной и целесообразной для РТ.

Ранее на кафедре Технологии синтетического каучука КНИТУ был разработан сорбент ППУ-ОЗК для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов [1. В тоже время остается открытым вопрос извлечения поглощенных продуктов и регенерации сорбента для повторного использования. Предположительно эластичная структура сорбента дает возможность извлекать поглощенную нефть путем отжима или центрифугированием и использовать сорбент повторно.

Целью настоящего исследования явилось обоснование возможности извлечения продукта поглощенного сорбентом ППУ-ОЗК и регенерации сорбента методами отжима и центрифугирования.

Экспериментальная часть

Объектом исследования служил сорбент ППУ-ОЗК, полученный на основе полужесткого пенополиуретана с 30-45% наполнением ШГ в виде матов (30х25х10 см) и крошки объемом 0.125, 1.000 и 3.375 см³ [1-3].

Для определения нефтеёмкости сорбента в пластиковую форму вносили в определенном количестве нефть. Нефтеемкость определяли по разности масс насыщенного и исходного сорбента через 15, 60 и 120 минут его пребывания в нефти.

С целью имитации тонкой пленки нефти на поверхности воды в емкость со 100 мл нефти добавляли 1 мл нефти.

Табл. 1. Физико-химические характеристики нефти различных областей РТ

Табл. 2. Характеристика нефти УПСВН

Определение количества извлеченного продукта из сатурированного сорбента.

Метод отжима. После каждого цикла сорбции поглощенный продукт отжимали и помещали в емкость с определенным количеством нефтепродукта и удерживали в таком состоянии в течение 5 минут. Затем образец закрепляли, подвесив на металлический крючок в вертикальном положении для свободного стекания нефтепродукта с его поверхности, и через 5 минут проводили взвешивание.

Метод центрифугирования. Извлечение поглощенного продукта проводили на центрифуге Ц 1,5 (ТУ27-56-843-80) со следующими характеристиками: напряжение 220 V; частота ~50 Hz; потребляемая мощность 250W; ёмкость - 1.5 кг. Количество извлеченной нефти оценивали весовым методом по разности масс сатурированного сорбента и сорбента после центрифугирования. Взвешивание проводили непосредственно после удаления продукта из центрифуги.

С целью определения влияния времени центрифугирования на степень извлечения поглощенного продукта насыщение нефтью проводили в каждом случае свежей порцией сорбента в течение 15, 60 и 120 минут, а затем сатурированный сорбент подвергали центрифугированию.

Исследовались нефти различных месторождений, отличающихся составом и вязкостью, свойства которых приведены в табл. 1.

Исследование процесса извлечения нефти из сорбента методом центрифугирования проводилось на сверх вязкой нефти, показатели которой приведены в табл. 2.

сатурированный сорбент нефть центрифугирование

Табл. 3. Результаты многократного использования сорбента ППУ-ОЗК (время поглощения в каждом цикле 1 час) (тонкая пленка нефти)

Результаты и их обсуждение

Из табл. 3 видно, что с ростом количества циклов поглощения - отжима сорбционная способность падает, но остается на достаточно высоком уровне. Кроме того, насыщенный сорбент после 1 суток «отдыха» на откры-том воздухе частично «высыхает» (вероятно, за счет испарения легких фракций нефти и воды), но становится тяжелее и визуально пропитан нефтью.

Поскольку масса образцов после каждого часа поглощения с последующим отжимом и «просыханием» в течение суток увеличивается, а летучесть воды выше, чем давление насыщенных паров тяжелых фракций нефти, то можно предположить, что сорбент удерживает преимущественно тяжелые фракции нефти. Замечено, что на шестом цикле испытаний пропал эффект мгновенного поглощения.

Для образца с наполнением 45% сохраняются те же закономерности, что и для образца 30%. Сорбент хуже «работает» (уменьшается нефтеемкость) в случае его многократного использования без «отдыха».

Следующим этапом исследования было изучение возможности регенерации продукта, поглощенного сорбентом, наполненным ШГ в количестве 45 % масс. в виде крошки рис. 1. В общем случае наилучшее поглощение наблюдается с помощью более мелкой крошки сорбента.

Рис. 1. Количество регенерированной нефти в зависимости от размеров зерна крошки и месторождения нефти

Видно, что в зависимости от физических свойств нефти ее извлечение происходит на ~60-85% (рис. 2). При этом, чем мельче сорбент, тем больше количество регенерируемой нефти, вследствие более высокого процента поглощения. Отжатую нефть после соответствующей очистки можно использовать по назначению.

Рис. 2. Влияние времени центрифугирования на количество регенерированной воды

Часто на практике, на поверхности воды после очистки остается тонкая пленка нефти, сбор, который обязателен, но представляет существенную трудность. Исследование возможности поглощения жидкости в случае тонкой пленки нефти на поверхности воды приведены в табл. 4.

Видно, что для всех нефтей с уменьшением размеров крошки сорбента растет его поглощающая способность. При этом для размера крошки сорбента 3.375 см³ более вязкая нефть поглощается сорбентом в меньшем количестве.

Табл. 4. Влияние размеров крошки сорбента на поглощающую способность в среде вода - нефть в зависимости от месторождения при экспозиция 1 час (тонкая пленка нефти)

Для крошки объемом 1.0 и 0.125 см³, то есть с уменьшением размеров, картина меняется. Более вязкая нефть сорбируется в большем количестве. Вероятно, что в данном случае на поглощающую способность также оказывает влияние состав, кислотность и т.п. нефти.

При отжиме поглощенной жидкости вместе с нефтью отжимается и вода. Отжатый сорбент окрашен в цвет нефти. Очевидно, что нефть после удаления воды частично остается на поверхности сорбента, который подлежит утилизации традиционными методами: сжиганием, отмывкой растворителями или вторичному использованию для поглощения новых порций разливов. Отжатая вода с небольшим содержанием нефти подлежит традиционным методам очистки.

Таким образом, полученные данные показывают, что сорбент ППУ-ОЗК может многократно использоваться путем отжима до 10 циклов. При этом количество регенерируемого продукта составляет в зависимости от слоя на поверхности воды от ~50 до 85%.

Также был оценен способ извлечения поглощенного продукта методом центрифугирования.

В первую очередь обосновывалась возможность отделения методом центрифугирования поглощённой жидкости на примере воды. Рис.2 Основное содержание влаги извлекается за первые 15-20 минут центрифугирования. Далее исследовался процесс извлечения нефти центрифугированием (рис. 3).

Рис. 3. Влияние времени центрифугирования сатурированного сорбента ППУ-ОЗК на количество извлеченной нефти в зависимости от времени поглощения

Отделение поглощенной нефти от сорбента происходит достаточно эффективно, на ~75-85% поглощенного продукта за 15-20 минут центрифугирования (рис. 3).

В связи с тем, что сорбент может находиться на поверхности разлива нефти значительное время, было целесообразно оценить возможность извлечения поглощенной нефти через 1 и 2 часа экспозиции (рис. 3). Видно, что с ростом времени поглощения количество извлеченной нефти уменьшается, а характер кривой извлечения сорбированного продукта остается неизменным. Такой характер хода кривых извлечения нефти закономерен, так как основное количество нефти сорбируется в первые 15-20 минут. Также с увеличением времени центрифугирования количество извлеченной нефти возрастает

Таким образом, метод центрифугирования для извлечения из сатурированного сорбента поглощенной нефти также является весьма эффективным.

Выводы

Выявлено, что извлечение поглощенных продуктов сорбентом ППУ-ОЗК как, в виде мата, так и ввиде крошки может проводится методом отжима. В зависимости от физических свойства нефти извлечение происходит на ~50-85%. С ростом количества циклов поглощения - отжима сорбционная способность падает, но после 10 циклов отжима остается на уровне 50%. Наилучшие показатели нефтеемкости при многократном использовании сорбента наблюдаются при отдыхе после каждого цикла отжима в течение 1 часа. Чем мельче сорбент, тем больше количество извлеченной нефти.

Установлено, что для извлечения поглощенного продукта также эффективен метод центрифугирования. Количество извлеченной нефти составляет ~75-85%. Наибольшее коли-чество нефти извлекается за первые 15-20 минут.

Литература

[1] Чикина Н.С., Мухамедшин А.В., Зенитова Л.А. Обеспечение экологической безопасности при разливах углеводородов с помощью сорбента на основе пенополиуретана и шелухи гречихи. Безопасность жизнедеятельности. 2008. №.9. С.49-53.

[2] Чикина Н.С., Мухамедшин А.В., Зенитова Л.А. Применение сорбента на основе пенополиуретана и шелухи гречихи для снижения экологической нагрузки на водных акваториях. Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2008. №10. С.53-57.

[3] Чикина Н.С., Мухамедшин А.В., Анкудинова А.В., Зенитова Л.А., Сироткин А.С., Гарабаджиу А.В. Снижение экологической нагрузки от разливов нефти и нефтепродуктов с помощью сорбента на основе пенополиуретана и отходов зерновых культур. Вестник Казанского технологического университета. 2009. №6. С.184-192.

Размещено на Allbest.ru