Спосіб очищення води та ґрунту від нафти і нафтопродуктів графітовим сорбентом

Реферат: Заявлений спосіб очищення води та ґрунту від нафти і нафтопродуктів графітовим сорбентом включає одержання сорбенту на основі терморозширеного графіту безпосередньо на місці аварійного розливу шляхом термічного розширення окисненого графіту, дозоване нанесення сорбенту на забруднені поверхню води чи ґрунт, відділення насиченого сорбенту від водноґрунтової суспензії, віджим насиченого сорбенту, наступну регенерацію віджатого сорбенту шляхом швидкісного нагрівання і терморозширення в циклонній топці та повторне використання сорбенту. Під час регенерації віджатого сорбенту в циклонну топку подають водяну пару з повітрям в об'ємному співвідношенні: водяна пара 1:0,3-0,5. UA 104098 C2 (12) UA 104098 C2 UA 104098 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід 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 у 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-віджим-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, 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 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, при термохімічній регенерації віджатого сорбенту відомим способом частки нафти або нафтопродуктів, які містяться в порах терморозширеного графіту, при умовах високої температури та дефіциту кисню піддаються деструкції (піролізу), в процесі якої утворюються як низькомолекулярні газоподібні вуглеводні (водень, метан, етан, пропан, етилен, пропілен т. і.), так і високомолекулярні продукти реакцій конденсації та згущування (смоли та кокс). Внаслідок відносно високого парціального тиску в зоні реакції результуюча реакція процесів деструкції зміщається в бік утворення високомолекулярних смол та коксу, які блокують (закупорюють) пори регенерованого сорбенту, внаслідок чого значно знижується, відносно похідної, його сорбційна ємність, при цьому кількість можливих циклів насичення-віджим-регенерація обмежена та не перевищує 5. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу очищення води та ґрунту від нафти і нафтопродуктів графітовим сорбентом, в якому в результаті додавання водяної пари під час термохімічної регенерації віджатого сорбенту шляхом швидкісного нагрівання і терморозширення у циклонній топці підвищується сорбційна ємність регенерованого сорбенту і, за рахунок цього, збільшується кількість можливих циклів насичення-віджим-регенерація. Поставлене завдання вирішене завдяки тому, що в способі очищення води та ґрунту від нафти і нафтопродуктів графітовим сорбентом, що включає одержання сорбенту на основі 1 UA 104098 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 терморозширеного графіту безпосередньо на місці аварійного розливу шляхом термічного розширення окисненого графіту, дозоване нанесення сорбенту на поверхню води чи забруднений ґрунт, віджим насиченого сорбенту, наступну регенерацію віджатого сорбенту шляхом швидкісного нагрівання і терморозширення у циклонній топці та повторне використання сорбенту, згідно з винаходом, під час регенерації віджатого сорбенту в циклонну топку подають водяну пару з повітрям в об'ємному співвідношенні: водяна пара - 1:0,3-0,5. Завдяки додаванню водяної пари в зазначеному співвідношенні, під час регенерації віджатого насиченого сорбенту в зоні протікання реакцій окиснення (згорання) та піролізу поглиненого нафтопродукту знижується парціальний тиск вуглеводнів, внаслідок чого, згідно з принципом Ле-Шательє, результуюча реакція процесів піролізу зміщується в бік утворення низькомолекулярних газоподібних вуглеводнів (водню, метану, етану, пропану, етилену, пропилену т. і.) та зменшується кількість утворених високомолекулярних продуктів реакцій конденсації та згущування (смол та коксу). Крім того, завдяки додаванню водяної пари протікають реакції парової конверсії коксу, що утворився, при цьому він розкладається на легкі газоподібні вуглеводні. Внаслідок цього зменшується ступінь блокування (закупорки) пор регенерованого сорбенту, завдяки чому збільшуються його сорбційна ємність та кількість можливих циклів насичення-віджим-регенерація. Пропонований спосіб очищення води та ґрунту від нафти і нафтопродуктів графітовим сорбентом здійснюють таким чином. Окиснений графіт безпосередньо на місці аварійного розливу піддають високошвидкісному нагріванню до температури 850-900 °C і 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, віджимають насичений сорбент до залишкового вмісту в ньому нафтопродукту 14-15 мас. % і потім здійснюють регенерацію віджатого сорбенту шляхом швидкісного нагрівання до 850-900 °C і терморозширення в циклонній топці з використанням тепла згоряння нафтопродуктів з одночасною подачею водяної пари в співвідношенні повітря:водяна пара 1:0,3-0,5. Приклад 1 (за способом-прототипом) 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 забруднену дизельним паливом ґрунт, додавали воду, перемішували і відокремлювали насичений дизельним паливом сорбент від водно-ґрунтової суспензії шляхом відстоювання. Потім насичений сорбент віджимали шляхом центрифугування 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 і витратні показники процесу регенерації наведені в таблиці. Приклад 2 (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 шляхом центрифугування 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 з одночасною подачею водяної пари в співвідношенні повітря:водяна пара 1:0,2. Характеристики регенерованого сорбенту і витратні показники процесу регенерації наведені в таблиці. Приклад 3 Як у прикладі 2, але співвідношення повітря:водяна пара складало 1:0,3. Характеристики регенерованого сорбенту і витратні показники процесу регенерації наведені в таблиці. Приклад 4 Як у прикладі 2, але співвідношення повітря:водяна пара складало 1:0,5. Характеристики регенерованого сорбенту і витратні показники процесу регенерації наведені в таблиці. Приклад 5 2 UA 104098 C2 Як у прикладі 2, але співвідношення повітря:водяна пара складало 1:0,6. Характеристики регенерованого сорбенту і витратні показники процесу регенерації наведені в таблиці. Таблиця Показники процесу регенерації нафтопоглинаючого сорбенту Показники Од. вим. Температура терморозширення °С похідного графіту Насипна густина похідного г/л сорбенту Номінальна сорбційна ємність похідного сорбенту по кг/кг дизельному паливу Залишковий вміст дизельного мас. % палива у віджатому сорбенті Температура регенерації °С віджатого сорбенту Об'ємне співвідношення повітря:водяна пара Насипна густина регенерованого г/л сорбенту Номінальна сорбційна ємність регенерованого сорбенту по диз. кг/кг паливу Питома витрата природного газу 3 нм /кг на процес регенерації Кількість можливих циклів од. регенерації** Пр. 1 прототип Пр. 2 Пр. 3 Пр. 4 винахід Пр. 5 900 900 900 900 900 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 900 900 900 900 900* 1:0,2 1:0,3 1:0,5 1:0,6 8,5 8,0 6,5 6,2 6,2 37,0 37,5 43,0 47,0 47,4 0,12 0,13 0,13 0,15 0,45* 4 4 7 8 9 *) Внаслідок відносно великого обсягу додаваної водяної пари для підтримування зазначеної температури регенерації (для ведення процесу в автотермічному режимі) в циклонну топку періодично подавався природний газ **) 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 менш 25,0 кг/кг. При досягненні цієї мінімальної межі подальша регенерація насиченого сорбенту є недоцільною. 5 10 З наведених у таблиці даних витікає, що при здійсненні пропонованого способу очищення води та ґрунту від нафти і нафтопродуктів з додаванням водяної пари в об'ємному співвідношенні повітря:водяна пара 1:0,2 (приклад 2) сорбційна ємність регенерованого сорбенту та кількість можливих циклів регенерації до досягнення її граничного мінімального значення практично не перевищують показники згідно зі способом-прототипом. При об'ємному співвідношенні повітря:водяна пара 1:0,3 та 1:0,5 (приклади 3, 4) сорбційна ємність регенерованого сорбенту та кількість можливих циклів регенерації значно підвищуються. При подальшому збільшенню обсягу додаваної водяної пари (співвідношення повітря:водяна пара 1:0,6 (приклад 5) значно збільшується питома витрата палива на процес регенерації. Таким чином, оптимальне об'ємне співвідношення повітря:водяна пара становить 1:0,3-0,5. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 Спосіб очищення води та ґрунту від нафти і нафтопродуктів графітовим сорбентом, що включає одержання сорбенту на основі терморозширеного графіту безпосередньо на місці аварійного розливу шляхом термічного розширення окисненого графіту, дозоване нанесення сорбенту на забруднені поверхню води чи ґрунт, відділення насиченого сорбенту від водно-ґрунтової суспензії, віджим насиченого сорбенту, наступну регенерацію віджатого сорбенту шляхом швидкісного нагрівання і терморозширення в циклонній топці та повторне використання 3 UA 104098 C2 сорбенту, який відрізняється тим, що під час регенерації віджатого сорбенту в циклонну топку подають водяну пару з повітрям в об'ємному співвідношенні: 0,3-0,5:1. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 4