книги / Нефтяные сорбенты

Одним из показателей, характеризующих плавучесть сор­ бента, а следовательно, и его технологичность, может служить степень гидрофобности сорбента. Степень гидрофобности сор­ бента есть доля неутонувшего сорбента, отнесенная к общей массе сорбента, взятого для определения, и умноженная на 100. Результаты исследования влияния гидрофобности торфа на его иефтеемкость представлены в табл. 5.30.

Таблица 5 3 0 Влияние гидрофобности торфа на его нефтеемкостъ

В целом, анализируя физико-химическую характеристику торфа, можно констатировать, что наибольшее влияние на из­ менение его нефтеемкости оказывает содержание влаги в тор­ фе, наименьшее - размер частиц торфа. Кратность увеличения нефтеемкости торфа в зависимости от рассмотренных парамет­ ров приведена в табл. 5.31.

Таким образом, по результатам исследований можно пред­ ставить алгоритм создания модели эффективного сорбента на

базе торфа: наибольшей нефтеемкостью обладает гидрофобный, низкозольный, слаборазложившийся торф, высушенный до 6...9 % и размолотый до 1 мм.

Физическое воздействие. Из физических параметров воз­ действия, способных каким-то образом повлиять на сорбцион­ ные свойства торфа, выделены 4 параметра [173], поскольку они могут быть реально воссозданы и исследованы в промыш­ ленных установках: температура, облучение токами высокой частоты (ТВЧ), воздействие магнитным и электрическим по­ лями.

Характеристика величин исследуемых параметров:

1.Температура нагрева 60...250 °С. Время нагрева - 6 часов;

2.Мощность установки тока высокой частоты - 1,7 кВт;

3.Магнитное поле - 5 ампер. Время выдержки - 5 минут;

4.Выдержка в электрическом поле.

Результаты исследования влияния рассматриваемых пара­ метров на гидрофобность и нефтеемкость торфа представлены в табл. 5.32.

Таблица 5 3 2 Влияние физических параметров на нефтеемкость торфа

Воздействие температуры на торф влияет на изменение сте­ пени влажности торфа и выражается в величине снижения ко­ личества влаги в исходном сырье. Наибольший эффект достигется при температуре 140...150 °С. При этой же температуре достигаются и наибольшие величины гидрофобности сорбента и его нефтеемкости. Дальнейшее повышение температуры суш­ ки торфа приводит к снижению нефтеемкости торфа, что свя­ зано с процессами его коксования.

Влияние других видов воздействия на увеличение нефте­ емкости торфа выражено слабо, хотя под действием магнитно­ го и электрического поля у сорбентов возросла гидрофобность, но так как эта обработка требует дополнительных увеличений капитальных и эксплуатационных затрат (электроэнергии), практическое ее применение вряд ли целесообразно.

Воздействие неорганическими соединениями. В качестве исследуемых неорганических соединений, способных в какойто степени повлиять на изменение сорбционных свойств тор­ фа, взяты азотная кислота, щелочи - N114011, КОН, Са(ОН)г и соли - СаС12, РеС1з . В качестве основы принят низинный торф со степенью разложения 40 % и зольностью 8,8 %.

Обработку торфа исследуемыми минеральными вещества­ ми осуществляли следующим образом. Торф, высушенный до воздушно-сухого состояния, размолотый и просеенный через сито с диаметром отверстий 1 мм, смешивали с заданным коли­ чеством минерального вещества, растворенного в дистиллиро­ ванной воде. Затем торф выдерживали при комнатной темпе­ ратуре в течение суток и сушили в сушильном шкафу при тем­ пературе 100... 105 °С до относительной влажности 7,8 %. После этого определяли нефтеемкость модифицированного торфа. Результаты представлены в табл. 5.33.

Наибольший эффект обусловила добавка хлорида кальция, коэффициент нефтеемкости торфа при этом варианте повысился на 43 %. Остальные реагенты, кроме гидрооксида кальция, по­ высили коэффициент нефтеемкости значительно слабее.

Воздействие органическими соединениями. Методика оценки степени влияния органических соединений на нефте-

Таблица 5 3 3 Нефтеемкостъ торфа после воздействия неорганическими соединениями

емкость торфа идентична методике исследования неорганичес­ ких соединений. Полученные результаты приведены в табл. 5.34.

Таблица 5 3 4 Нефтеемкостъ торфа после воздействия органическими соединениями

Полученные результаты могут быть учтены и использованы при разработке составов сорбентов и технологий их получения.

Эффективность сорбентов на основе торфа может быть по­ вышена с помощью модификаторов, в качестве которых пред­ лагается использовать соли алифатических аминов с длиной органической цепи Cg-Cie [12]. Солянокислые и уксуснокис­ лые соли алифатических аминов, имеющих от 8 до 18 атомов углерода в линейной цепи, относятся к катионным ПАВ. При взаимодействии водного раствора соли амина с торфом в ре­ зультате ионообменной сорбции органического катионаамина происходит изменение первоначально гидрофильной поверх­ ности в гидрофобную (олеофилизация поверхности), что спо­ собствует значительной интенсификации избирательной сорб­ ции нефтепродуктов полученным материалом.

Адсорбент получают при взаимодействии торфа с водным раствором соли амина при температуре 20...90 °С (в зависимос­ ти от длины цепи амина) в течение 3...5 часов. После отделения фильтрата и подсушивания адсорбент готов к использованию. Например, для модифицирования торфа солянокислым октадециламином необходимо фракцию торфа размером 0,5...3 мм с влажностью 10 % обработать 0,03 М раствором C18H37NH2CI при 80 °С в течение 3 часов. При таком способе воздействия содержание амина в торфе достигает 0,56 %.

Сорбционная способность торфа, модифицированного раз­ личными солями амина, по отношению к автомобильному мас­ лу марки MIO В2 (ТУ 38101-287-72) приведена в табл. 5.35.

Результаты исследований показывают, что существует оп­ тимальная концентрация амина, ниже и выше которой маслоемкость сорбентов снижается.

5.3*2. Сорбенты на основе сапропеля

Одним из интересных многокомпонентных природных био­ генных органо-минеральных образований озерно-болотнош ге­ незиса является сапропель. Накопление сапропелей и илов в во­ доеме происходит за счет поступления веществ с водосбора, а так­ же за счет веществ, образующихся в результате внутриводоем-

Таблица 5 3 5 Сорбционная способность модифицированного торфа

ных процессов. Водоемы за время своего существования прохо­ дят целый ряд трофических стадий развития: олиготрофную, мезотрофную, политрофную, эвтрофную и дистрофную [86].

Вначальной стадии осадконакопления донные отложения фор­ мируются за счет высокозольного материала, основу которого со­ ставляют пластические компоненты: песчаные, глинистые, карбо­ натные минеральные вещества и частично органические компонен­ ты водосбора. На завершающей стадии накопления донных осад­ ков доминируют органические вещества, представляющие собой продукты разной степени биохимически переработанного органи­ ческого материала остатков фито- и зоопланктона, макрофитов.

Всапропелевых залежах проявляется последовательное на­ пластование сапропелей с четко очерченными интервалами золь­ ности, границы которых статистически оценены соответствую­ щими им значениями зольности: 90...65, 65...30, < 30%. Золь­ ность отложений зависит и от характеристики стока водоемов. Отмечено, что при переходе от проточных озер к бессточйЬш увеличивается мощность сапропелевых отложений и снижает­ ся средняя зольность А, табл. 5.36.

Взависимости от соотношения органической и минераль­ ной составляющей сапропели подразделяются на следующие таксономические уровни классификации, табл. 5.37.

Таблица 5 3 6 Зависимость зольности сапропелей от характеристики объекта

Таблица 5 3 7 Таксономические уровни классификации сапропелей

Химический состав органической части сапропелей.

Органическое вещество сапропелей формируется за счет орга­ нического вещества терригенного происхождения, остатков фито- и зоопланктона, макрофитов и растворенного, колло­ идного вещества. Органические вещества, поступающие с во­ досборов (аллохтонный генезис), содержат большое количе­ ство гумусовых веществ и сравнительно бедны углеводно­ белковым комплексом. Основные компоненты органическо­ го вещества сапропелей (автохтонного генезиса), образован­ ные из фито- и зоопланктона и макрофитов, являются веще­ ствами углеводно-белкового комплекса. Основными группа­ ми химических веществ в органической части сапропелей яв­ ляются гуминовые и легкогидролизуемые вещества. Содер­ жание последних обратно пропорционально содержанию гуминовых кислот.

Компонентный состав сапропелей представлен в табл. 5.38.

Элементарный состав сапропелей, %:

Дисперсность сапропелей. Сапропель является высокодис­ персным материалом. Фракционный состав сапропелей зави­ сит от соотношения органической и неорганической составля­ ющих, генетически связанных с условиями формирования дон­ ных отложений. С увеличением зольности (Ас<30 -> Ас - 30...65 % -> Ас = 65...90%) сапропелей в среднем снижается со­ держание грубодисперсных фракций й <250 (26,7 -> 9,5 -> 8,2 %), фракции й - 250...50 мкм имеют экстремальное накопление в органоминеральных сапропелях (16,9 -» 31,3 -> 13,3%). Содер­ жание фракций й = 50...5 мкм закономерно увеличивается с по­ вышением зольности (19,6 —> 27,1 —» 28,2 %), содержание фрак­ ций 5...1 мкм экстремально увеличивается (8,4 —> 11,5 —> 7,2 %).

Естественная влажность сапропелей изменяется от 100 до 3000 % на сухое вещество. Она зависит от содержания органи­ ческого вещества, структуры агрегатов и уплотненности дон­ ных отложений.

При высушивании он образует пористые частицы с высо­ кой удельной поверхностью. При этом, чем ниже исходная золь­ ность сапропеля, тем выше пористость и ниже удельный вес полученных при высушивании порошков. При пропитке нефтью этих порошков образуется устойчивый агломерат, плавающий на поверхности воды и легко собираемый известными способа­ ми. При использовании высокозольных сапропелей удельный вес частиц, пропитанных нефтью, становится выше удельного веса воды, вследствие чего частицы оседают на дно.

Процесс высушивания сапропеля ведется до получения кон­ систенции, позволяющей получать порошкообразный матери­ ал, что соответствует показателю консистенции не больше нуля. Показатель консистенции определяется как

Ж-РЬ _ Ж-РЬ Ы - Р Ь ~ Р1 9

где V/ —влажность продукта,%; РЬ —предел пластичности, %; ЬЬ - предел текучести, %; Р1 - число пластичности, %.

Для органического и органоминерального сапропеля РЬ « 30 %, IX « 80 %. При В < 0 получают твердую массу, из которой можно приготовить порошок. При 0 < В < 1 материал является пластич­ ным, а при В > 1 — текучим. Следовательно, условие В < 0 являет­ ся необходимым для получения порошкообразного материла, экви­ валентного условию < РЬ, т. е. влажность продукта численно должна быть меньше предела пластичности сапропеля (30 %). Так, например, исследования показывают, что сапропель, высушенный до 35 % (зольность 30 %), имеет показатель консистенции

и не измельчается в порошок. После досушивания сапропеля до влажности 25% и получения показателя консистенции

удается измельчить продукт до размера частиц < 1 0 мкм.

Другим необходимым условием получения эффективного сорбента для очистки водной поверхности от нефти является обеспечение гидрофобности частиц сапропеля. Сапропель орга­ нического или органоминерального типа используют в виде по­ рошкообразного материала, высушенного до показателя конси­ стенции не больше нуля и обработанного гидрофобным аген­ том [48] - раствором смеси высших жирных кислот, с числом атомов углерода не менее 14, например стеариновой, пальмити­ новой, маргариновой, в летучих органических растворителях. Данные кислоты являются твердыми и легко транспортируют­ ся. Объем использованных жирных кислот непосредственно влияет на технологическую и экономическую эффективность сорбента. Результаты определения нефтеемкости сапропеля в зависимости от концентрации жирных кислот представлены в табл. 5.39. Для определения нефтеемкости сорбента использо­ валась нефть плотностью 865 кг/м3.

Таблица 5 3 9 Нефтеемкостъ сапропеля

Увеличение удельного расхода смеси жирных кислот приво­ дит к увеличению нефтеемкости сорбента, однако повышение объе­ ма кислот выше 3% нецелесообразно, так как не приводит к адек­ ватному увеличению нефтеемкости сапропеля. В то же время не­ целесообразно снижение расхода кислот менее 1%. В указанном

р

интервале расхода кислот обеспечивается отношение -^->1,02,

где Рс —масса сапропеля, кг; Рц —масса собираемой нефти, кг. Наличие сапропеля и торфа на торфяных месторождениях

увеличивает сырьевой потенциал добывающих торфяных пред­ приятий и расширяет возможности рационального многоцеле­ вого использования этих материалов для производства сорбен­ тов и увеличения их нефтеемкости.