Спосіб очищення води та ґрунту від нафти і нафтопродуктів нафтопоглинаючим сорбентом на основі терморозширеного графіту

Реферат: Спосіб очищення води та ґрунту від нафти і нафтопродуктів нафтопоглинаючим сорбентом на основі терморозширеного графіту включає одержання сорбенту безпосередньо на місці аварійного розливу шляхом термічного розширення окисненого графіту, дозоване нанесення сорбенту на забруднені поверхню води чи ґрунт, віджимання насиченого сорбенту шляхом вакуумування, наступну регенерацію віджатого сорбенту шляхом швидкісного нагрівання і терморозширення в циклонній топці та повторне використання сорбенту. UA 79769 U (12) UA 79769 U UA 79769 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів очищення води і ґрунту від нафти і нафтопродуктів методом сорбції. Спосіб може бути використаний для ліквідації наслідків аварійних розливів нафти і нафтопродуктів на поверхні відкритих водоймищ і ґрунті. Відомий спосіб очищення ґрунту від нафтопродуктів графітовим сорбентом (Патент України 7 № 41858, М. кл. В09С1/00, 2001 р.). У відомому способі сорбент на основі терморозширеного графіту одержують безпосередньо на місці аварійного розливу нафти або нафтопродуктів шляхом термічного розширення окисненого графіту, дозовано наносять на забруднений ґрунт, додають воду, перемішують із ґрунтом, відділяють насичений нафтопродуктами сорбент від водно-ґрунтової суспензії, віджимають і віджатий сорбент піддають регенерації шляхом швидкісного нагріву і терморозширення в киплячому шарі інертного теплоносія з використанням тепла згоряння нафтопродуктів, що втримуються у віджатому сорбенті, при цьому цикл поглинання-віджимання-регенерація здійснюють багаторазово. В процесі регенерації віджатого сорбенту шляхом швидкісного нагрівання і терморозширення в киплячому шарі інертного теплоносія частки терморозширеного графіту в результаті контакту із частками інертного теплоносія дробляться, подрібнюються, у результаті чого різко зменшується їхня питома поверхня, збільшується насипна густина і, отже, знижується сорбційна ємність регенерованого сорбенту. У результаті подрібнювання значна частина сорбенту перетворюється в пил і виноситься разом з димовими газами через кінцевий фільтр установки регенерації, внаслідок чого ступінь механічних втрат сорбенту при регенерації досягає 40 мас. %. Внаслідок вказаних вище недоліків число циклів регенерації віджатого сорбенту не перевищує двох. Крім того, тому що інертний теплоносій має певну теплоємність, тепла згоряння нафтопродуктів, що залишилися у віджатому сорбенті (14-15 мас. %), недостатньо для ведення процесу регенерації в автотермічному режимі і для підтримки заданої температури киплячого шару необхідна періодична подача палива, що обумовлює відносно високу питому витрату палива на процес регенерації. Відомий також спосіб очищення ґрунту від нафти і нафтопродуктів графітовим сорбентом 9 (Патент України № 48026, М. кл. В09С 1/00, 2010 p.). У відомому способі сорбент на основі терморозширеного графіту одержують безпосередньо на місці аварійного розливу шляхом термічного розширення окисненого графіту, дозовано наносять його на забруднений нафтою чи нафтопродуктами ґрунт, додають воду, перемішують сорбент із ґрунтом, відділяють насичений сорбент від водно-ґрунтової суспензії, віджимають насичений сорбент, віджатий сорбент піддають регенерації шляхом швидкісного нагрівання і терморозширення у циклонній топці та використовують регенерований сорбент повторно. Завдяки регенерації віджатого сорбенту в циклонній топці, де відсутній контакт часток графіту з частками інертного теплоносія, виключається дроблення і подрібнювання часток терморозширеного графіту під час регенерації, підвищується його питома поверхня і знижується його насипна густина, що обумовлює відносне підвищення сорбційної ємності регенерованого графіту, зниження ступеня механічних втрат і збільшення кількості циклів регенерації (до 5) відпрацьованого сорбенту. Крім того, за рахунок відсутності інертного теплоносія, тепла згоряння нафтопродуктів, що залишилися у віджатому сорбенті (14-15 мас. %), достатньо для ведення процесу регенерації в автотермічному режимі і подача палива необхідна лише в початковій фазі для розігріву циклонної топки до робочої температури. Це обумовлює зниження питомої витрати палива на процес регенерації. Однак, у відомому способі віджимання насиченого сорбенту здійснюють методом механічного стиснення в пресі чи шляхом центрифугування, в процесі чого значною мірою руйнується наношарувата структура сорбенту - терморозширеного графіту. Внаслідок цього має місце подрібнення часток терморозширеного графіту, зменшення ефективного об'єму пор та, внаслідок цього, значно зменшується, в порівнянні з похідною, сорбційна ємність регенерованого сорбенту та має місце відносно невелика кількість можливих циклів насиченнявіджимання-регенерація. Крім того, внаслідок подрібнювання часток терморозширеного графіту значна його частина з частками розміром до 0,1-0,3 мм після регенерації виноситься через фільтр разом з продуктами згорання, що обумовлює високу ступінь механічних втрат сорбенту в процесі регенерації (до 30-40 %). В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу очищення води та ґрунту від нафти і нафтопродуктів нафтопоглинаючим сорбентом на основі терморозширеного графіту, в якому в результаті віджимання насиченого сорбенту шляхом вакуумування зменшується ступінь подрібнення часток терморозширеного графіту, зберігається його наношарувата структура, внаслідок чого збільшуються ефективний об'єм пор, сорбційна ємність регенерованого сорбенту та, внаслідок цього, кількість можливих циклів насичення-віджимання 1 UA 79769 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 регенерація, а за рахунок зменшення долі часток сорбенту невеликих розмірів значно зменшується ступінь механічних втрат сорбенту під час його регенерації. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в способі очищення води та ґрунту від нафти і нафтопродуктів нафтопоглинаючим сорбентом на основі терморозширеного графіту, що включає одержання сорбенту безпосередньо на місці аварійного розливу шляхом термічного розширення окисненого графіту, дозоване нанесення сорбенту на забруднені поверхню води чи ґрунт, віджимання насиченого сорбенту, наступну регенерацію віджатого сорбенту шляхом швидкісного нагрівання і терморозширення в циклонній топці та повторне використання сорбенту, згідно з корисною моделлю, віджимання насиченого сорбенту здійснюють шляхом вакуумування. Завдяки віджиманню насиченого сорбенту шляхом вакуумування (наприклад в вакуумфільтрі) зберігається похідна наношарувата структура сорбенту, що дозволяє підвищити сорбційну ємність регенерованого сорбенту, збільшити кількість можливих циклів насиченнявіджимання-регенерація та зменшити ступінь механічних втрат сорбенту при його регенерації. Пропонований спосіб очищення води та ґрунту від нафти і нафтопродуктів нафтопоглинаючим сорбентом на основі терморозширеного графіту здійснюють таким чином. Окиснений графіт безпосередньо на місці аварійного розливу піддають високошвидкісному нагріванню до температури 850-900 °C, в результаті чого одержують терморозширений графіт нафтопоглинаючий сорбент. Отриманий сорбент дозовано (у розрахунку 1 кг сорбенту на 50 кг розлитого нафтопродукту) наносять на поверхню води та витримують до повного насичення нафтою або нафтопродуктом. У разі очищення ґрунту сорбент дозовано наносять на забруднений ґрунт, додають воду, перемішують сорбент із ґрунтом, відокремлюють насичений сорбент від водно-ґрунтової суспензії шляхом відстоювання, відділяють поглинений нафтопродукт від насиченого сорбенту шляхом вакуумування (наприклад в вакуум-фільтрі) до залишкового змісту в ньому нафтопродукту 14-15 мас. %, здійснюють регенерацію віджатого сорбенту шляхом швидкісного нагрівання до 850-900 °C і терморозширення в циклонній топці та потім використовують регенерований сорбент повторно. Приклад 1 (за способом-аналогом). Окиснений графіт нагрівали до температури 900 °C, у результаті чого одержували терморозширений графіт - сорбент із насипною густиною 5 г/л і номінальною сорбційною ємністю по дизельному паливу 50 кг/кг. Потім сорбент наносили на забруднений дизельним паливом грунт, додавали воду, перемішували і відокремлювали насичений дизельним паливом сорбент від водно-ґрунтової суспензії шляхом відстоювання. Потім насичений сорбент віджимали шляхом стиснення в механічному пресі до залишкового вмісту в ньому дизельного палива 15 мас. % і віджатий сорбент піддавали регенерації шляхом швидкісного нагрівання і терморозширення в циклонній топці при температурі 900 °C в автотермічному режимі. Характеристики регенерованого сорбенту наведені в таблиці. Приклад 2 (за способом-аналогом). Окиснений графіт нагрівали до температури 900 °C, у результаті чого одержували терморозширений графіт - сорбент із насипною густиною 5 г/л і номінальною сорбційною ємністю по дизельному паливу 50 кг/кг. Потім сорбент наносили на забруднений дизельним паливом ґрунт, додавали воду, перемішували і відокремлювали насичений дизельним паливом сорбент від водно-ґрунтової суспензії шляхом відстоювання. Потім насичений сорбент віджимали шляхом центрифугування в центрифузі з числом обертів 1800 об/хв до залишкового вмісту в ньому дизельного палива 15 мас. % і віджатий сорбент піддавали регенерації шляхом швидкісного нагрівання і терморозширення в циклонній топці при температурі 900 °C в автотермічному режимі. Характеристики регенерованого сорбенту наведені в таблиці. Приклад 3 (за пропонованим способом). Окиснений графіт нагрівали до температури 900 °C, у результаті чого одержували терморозширений графіт - сорбент із насипною густиною 5 г/л і номінальною сорбційною ємністю по дизельному паливу 50 кг/кг. Потім сорбент наносили на забруднений дизельним паливом ґрунт, додавали воду, перемішували і відокремлювали насичений дизельним паливом сорбент від водно-ґрунтової суспензії шляхом відстоювання. Потім насичений сорбент віджимали в вакуум-пресі при розрідженні 0,24 кг/см до залишкового вмісту в ньому дизельного палива 15 мас. % і віджатий сорбент піддавали регенерації шляхом швидкісного нагрівання і терморозширення в циклонній топці при температурі 900 °C в автотермічному режимі. Характеристики регенерованого сорбенту наведені в таблиці. 2 UA 79769 U Таблиця Показники процесу регенерації та характеристики регенерованого нафтопоглинаючого сорбенту Показники температура терморозширення похідного графіту насипна густина похідного сорбенту номінальна сорбційна ємність похідного сорбенту по дизельному паливу залишковий вміст дизельного палива у віджатому сорбенті температура регенерації віджатого сорбенту насипна густина регенерованого сорбенту номінальна сорбційна ємність регенерованого сорбенту по диз. паливу ступінь механічних втрат сорбенту під час регенерації кількість можливих циклів регенерації* 5 10 Приклад 1 (прототип) Приклад 2 (прототип) Приклад 3 (пропон. спосіб) °С 900 900 900 г/л 5,0 5,0 5,0 кг/кг 50,0 50,0 50,0 мас. % 15,0 15,0 15,0 °С 900 900 900 г/л 8,5 8,0 6,5 кг/кг 37,0 37,5 44,5 % 36,5 34,0 15,0 од. 4 5 8 Од. вим. *) Виходячи з економічних критеріїв процесу очищення води та ґрунту від нафти і нафтопродуктів графітовим сорбентом, регенерований сорбент повинен мати сорбційну ємність по дизельному паливу не менше 25,0 кг/кг. При досягненні цієї мінімальної межі подальша регенерація насиченого сорбенту є недоцільною. З наведених у таблиці даних витікає, що при здійсненні пропонованого способу очищення води та ґрунту від нафти і нафтопродуктів нафтопоглинаючим сорбентом на основі терморозширеного графіту, завдяки здійсненню процесу віджимання насиченого сорбенту шляхом вакуумування значно збільшуються сорбційна ємність регенерованого сорбенту, кількість можливих циклів насичення-віджимання-регенерація та зменшується ступінь механічних втрат сорбенту під час його регенерації. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб очищення води та ґрунту від нафти і нафтопродуктів нафтопоглинаючим сорбентом на основі терморозширеного графіту, що включає одержання сорбенту безпосередньо на місці аварійного розливу шляхом термічного розширення окисненого графіту, дозоване нанесення сорбенту на забруднені поверхню води чи ґрунт, віджимання насиченого сорбенту, наступну регенерацію віджатого сорбенту шляхом швидкісного нагрівання і терморозширення в циклонній топці та повторне використання сорбенту, який відрізняється тим, що віджимання насиченого сорбенту здійснюють шляхом вакуумування. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3