Устройство для отделения жидких углеводородов от воды
Полезная модель относится к устройствам для ликвидации разливов жидких углеводородов (нефти и нефтепродуктов, растительных и минеральных масел) на поверхности и в объеме воды. Полезная модель направлена на повышение адсорбирующей способности. Указанный результат достигается тем, что устройство для отделения от воды и сбора жидких углеводородов включает заполненный натуральной овечьей шерстью каркас, выполненный из пустотелых элементов или сетки. Пустотелые элементы каркаса выполнены из двойного термосоединенного полиэтиленового слоя, с образованием герметичных полостей. Полости элементов каркаса соединены с внешней средой и/или между собой через запорную арматуру с возможностью заполнения полостей водой или воздухом. 7 з.п. 1 илл.
Полезная модель относится к устройствам для ликвидации разливов жидких углеводородов (нефти и нефтепродуктов, растительных и минеральных масел) на поверхности и в объеме воды. Такие устройства предпочтительны при очистке и удалении нефтесодержащих жидкостей, когда неэффективно применение тяжелого оборудования, или в сочетании с последним для доочистки. Устройства могут использоваться в качестве превентивных средств на потенциально опасных объектах: нефтебазах, автопредприятиях, предприятиях воздушного и морского транспорта, магистральных трубопроводах и любых предприятиях, деятельность которых связана с использованием жидких углеводородов, сопровождающимся потенциальными утечками и разливами. Еще одной областью применения таких устройств является использование их в качестве загрузок в фильтр-установках для очистки поверхностных и сточных вод от нефтепродуктов и других жидких углеводородов.
Известно устройство для удаления нефти и нефтепродуктов из воды или поверхности земли, представляющие собой маты или коврики из адсорбирующего нефтепродукты материала (DE 4140247 [1]). В качестве такового используется стекловата, волокна которой покрывают смесью кремния и крахмала. Недостатком известного устройства является невысокая адсорбирующая способность.
Известно устройство для удаления загрязнений нефтепродуктами, включающее два наружных волокнистых слоя, каждый из которых предварительно скреплен иглопрокалыванием, и промежуточный волокнистый слой из синтетических волокон, расположенный между указанными наружными слоями, скрепленные между собой иглопрокалыванием, Наружные слои выполнены из полипропиленовых, а промежуточный слой - из полипропиленовых или полиэфирных волокон, причем наружные волокнистые слои выполнены более плотными, чем промежуточный волокнистый слой (RU 2139959 [2]). Недостатком известного устройства является невысокая адсорбирующая способность.
Известно устройство (RU 2182939 [3]). для удаления загрязнений нефтепродуктами, включающий два наружных волокнистых слоя, содержащих полипропиленовые волокна, и скрепленный с этими слоями промежуточный волокнистый слой, содержащий полипропиленовые или полиэфирные волокна и имеющий плотность более низкую, чем плотность наружных волокнистых слоев. Волокна наружных и промежуточного волокнистых слоев и все слои скреплены между собой термически, каждый из волокнистых слоев дополнительно содержит бикомпонентные полиэфирные волокна, причем содержание бикомпонентных волокон в каждом из наружных волокнистых слоев выше содержания этих волокон в промежуточном волокнистом слое. Объемная плотность каждого из наружных слоев составляет 0,30-0,40 г/м3, а объемная плотность промежуточного слоя - 0,20-0,24 г/м3. Недостатком известного устройства является невысокая адсорбирующая способность.
Известен способ очистки поверхности воды и почвы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами (RU 2091539 [4]), который предусматривает при его реализации использование устройства, выполненного в виде матов из хлопкосодержащего сорбента, внешнюю сторону которых предварительно обрабатывают напылением тонкого слоя машинного или трансформаторного масла. Слой хлопкосодержащего сорбента в мате фиксируют между слоями хлопчатобумажной или синтетической ткани редкого плетения или хлопчатобумажной сетки с расстоянием между нитями ткани или размером ячейки сетки, фиксирующих сорбент в мате, меньшим размера частиц хлопкосодержащего сорбента. Мат выполняют длиной и шириной в пределах 0,5 1 м и толщиной, отношение которой к толщине слоя разлитой нефти или нефтепродукта составляет (0,5:1) (1:1), а в качестве хлопкосодержащего сорбента используют хлопковые отходы прядильного производства.
Недостатками известного устройства является невысокая адсорбирующая способность. Кроме того, хлопок впитывает влагу и маты, им заполненные, тонут не исчерпав своей возможности адсорбировать нефтепродукты.
Заявляемое устройство для отделения от воды и сбора жидких углеводородов направлено на повышение адсорбирующей способности.
Указанный результат достигается тем, что устройство для отделения от воды и сбора жидких углеводородов включает заполненный натуральной овечьей шерстью каркас, выполненный из пустотелых элементов или сетки.
Указанный результат достигается так же тем, что пустотелые элементы каркаса выполнены из двойного термосоединенного полиэтиленового слоя, с образованием герметичных полостей.
Указанный результат достигается так же тем, что элементы каркаса выполнены трубчатой или прямоугольной формы.
Указанный результат достигается так же тем, что полости элементов каркаса соединены с внешней средой и/или между собой через запорную арматуру с возможностью заполнения полостей водой или воздухом.
Указанный результат достигается так же тем, что каркас снабжен грузилами.
Указанный результат достигается так же тем, что каркас снабжен поплавками
Указанный результат достигается так же тем, что на овечью шерсть нанесены биокатализирующие вещества и/или споры нефтеокисляющих бактерий.
Указанный результат достигается так же тем, что заполняемая каркас натуральная овечья шерсть имеет плотность 0,01-0,5 г\см3
Использование легко доступной натуральной овечьей шерсти, часть которой в настоящее время уничтожается вследствие невостребованности, существенно повышает эффективность работы устройства. Шерсть гидрофобна, не впитывает влагу и обладает высокой адсорбционной способностью углеводородов из смесей с водой и даже эмульсий. При этом, как было установлено, шерсть обладает уникальным свойством катализации коалесценции жидких углеводородов и таким редким вариантом коалесценции, как автогезия. Коалесценция повышает эффективность отделения углеводородов от воды и их сбор. Волокнистая коалесцентная среда вызывает разделение эмульсий независимо от природы эмульсии. Коалесцентная среда предоставляет для сплошной фазы эмульсии энергетически отличную поверхность от сплошной фазы. Как таковая, поверхность волокон шерсти конкурирует со сплошной фазой эмульсии за дисперсную или капельную фазу эмульсии. Когда эмульсия вступает в контакт с коалесцентной средой и проходит через нее, капли перераспределяются между твердой поверхностью и сплошной фазой. Капли, адсорбированные на поверхности твердых сред, перемещаются вдоль поверхностей волокон и в некоторых случаях смачивают поверхность волокон. Когда дополнительная эмульсия протекает через среды, адсорбированная дисперсная фаза встречает другие капли, ассоциированные со средами, и они коалесцируют. Процесс миграции и коалесценции капель продолжается, пока эмульсия движется через среды. Коалесцентная среда успешно разрушает данную эмульсию, если дисперсная фаза предпочтительно поглощается или отталкивается и в точке выхода из сред капельная фаза коалесцирует до получения достаточно больших капель. Капли отделяются от сплошной фазы как функция разности плотностей между соответствующими жидкостями (RU 2472566 [5]). Выполнение каркаса из пустотелых элементов обеспечивает устройству сразу же несколько преимуществ. Если заполнять их водой, то можно регулировать глубину погружения устройства в жидкость, которую необходимо очистить от углеводородов и обеспечить их сбор. Если плавучести устройства в очищаемой жидкости недостаточно, то объем пустотелых элементов можно заполнять воздухом. Каркас можно выполнять и в виде сетки из любого подходящего для этого материала - проволоки, полимерных нитей и т.д. Необходимо только, чтобы материал сетки обладал достаточной прочностью и был устойчив к воздействию очищаемой жидкости и собираемых жидких углеводородов.
Для регулировки плавучести в этом случае целесообразно использовать грузила или поплавки. В динамически активных условиях (на волнении, в текущих водах) собственных запасов плавучести и объема и стабилизирующих полостей, заполненных водой, может оказаться недостаточно для поддержания устройства в рабочем положении. В этом случае каркас оснащается дополнительными поплавками и оборудуется грузилами.
Наиболее простым представляется выполнять пустотелые элементы каркаса из двойного термосоединенного полиэтиленового слоя, с образованием герметичных полостей. Для обеспечения устойчивости каркаса из пустотелых элементов целесообразно выполнять их трубчатой или прямоугольной формы. Использование в качестве каркаса двойного термосоединенного полиэтиленового слоя, с образованием герметичных полостей облегчает транспортировку устройства сбора и его использование при оконтуривании протяженных разливов.
Компактное и свернутое при транспортировке устройство переводится в рабочее состояние после заполнения полостей воздухом или водой. Выбор контура наполнения задает форму рабочего устройства, которое может образовывать мат или барьер, лежащий на поверхности воды; поверхностный барьер со свободно свисающей занавесью в приповерхностном слое воды или жесткий экран в толще жидкости. Такая гибкость использования устройства позволит ограничивать распространение углеводородов в широком диапазоне плотностей, как легких, плавающих на поверхности жидкости, так и тяжелых, дрейфующих в толще неоднородной среды, стратифицированной по температуре или концентрации соли. Возможность транспортировки протяженных сборок в свернутом виде позволит оперативно оконтуривать высокодебитные разливы, которые образуются при катастрофах танкеров, выбросах на добывающих скважинах, авариях на трубопроводах. Стабильность материалов устройств (натуральная шерсть и армированный полиэтилен) обеспечивает возможность применения во всем диапазоне погодно-климатических условий - от низкотемпературных полярных регионов до тропических широт.
Устройство может использоваться многократно: извлекаться после заполнения ячеек углеводородами и возвращаться для продолжения сбора после удаления собранного материала (масел, нефтепродуктов, и других веществ), например путем отжима. Как показали проведенные опыты, коалесцентное свойство способность натуральной шерсти сохраняется после удаления избытка собранного материала.
Для обеспечения устойчивости формы каркаса из пустотелых элементов и улучшения эксплуатационных свойств целесообразно выполнять их трубчатой или прямоугольной формы. Использование трубчатых элементов каркаса предпочтительно в устройствах блокировании аварийных разливов. Каркас из полостей прямоугольной формы обеспечивает более равномерное размещение шерсти и может использоваться в стационарных барьерах для отделения углеводородов от стоков в местах постоянных потерь (станциях разлива, бензоколонках, ливневых стоках и т.д.).
Соответственно, чтобы предотвратить потери воды или воздуха в полостях пустотелых элементов каркаса, они соединяются с внешней средой и/или между собой через запорную арматуру. Наличие запорной арматуры между полостями пустотелых элементов каркаса в местах их соединения между собой и/или с внешней средой обеспечивает возможность заполнения выбранной части полостей водой или воздухом, что расширяет технические возможности работы устройства. В зависимости от условий разлива устройство может использоваться как барьер или мат на поверхности воды при блокировании разливов легких углеводородов или как частично погруженный барьер или как экран, достаточно большой высоты. Запорные устройства выбираются из числа известных. Наиболее целесообразно использовать применяемые в надувных кругах невозвратные или предохранительные клапаны
Выбор способа заполнения зависит от конкретных условий в месте разлива. Если жидкости расслоены и углеводороды растекаются по поверхности воды, предпочтительнее использовать маты, жгуты или рукава. Для разделения эмульгированных смесей целесообразно использовать экраны.
Если разлив произошел в удаленных труднодостижимых районах, затрудняющих полное извлечение устройства с накопленными углеводородами, то для обеспечения экологической безопасности окружающей среды целесообразно разрушить собранные углеводороды на месте сбора. В этом случае в устройстве используется овечья шерсть с предварительно нанесеными биокаталитическими веществами и/или спорами нефтеокисляющих бактерий. Последние могут быть иммобилизированы и работать как маточный материал, стимулирующий развитие бактериальных популяций в среде, причем скорость размножения бактерий будет зависет от концентрации и расти с увеличением объема накопленных углеводородов.
В результате биодеструкция связанных углеводородов осуществляется естественным путем, за счет жизнедеятельности нанесенного на шерсть биопрепарата, который может включать известные культуры углеводородоокисляющих микроорганизмов и ассоциацию почвенных нефтеокисляющих бактерий, и мице-лиальные грибы. Используются культуры углеводородоокисляющих микроорганизмов и ассоциация почвенных нефтеокисляющих бактерий подобранных биопрепаратов, в зависимости от состава нефтепродуктов. Выбор видов микроорганизмов, которые подходят непосредственно для решения поставленной задачи, осуществляется эмпирически, методом лабораторного подбора. В зависимости от поставленной задачи можно использовать как один, так и несколько видов микроорганизмов.
Важной особенностью конструкции устройства является возможность использования в каркасе натуральной овечьей шерсти в широком диапазоне плотностей от 0,01 г\см3 до 0,5 г\см3. Шерсть малой плотности применяется при сборе углеводородов в малоподвижных водах, когда реализуется ее коалесцентные свойства. Шерсть высокой плотности (войлок) используется в напорных течениях, которые в естественных условиях формируются на крутых склонах или характерны промышленных установок. Шерсть большей плотности обладает высоким гидравлическим сопротивлением, затрудняющим реализацию других ее свойств.
При плотности ниже 0,01 г\см3 использование устройства становится малоэффективным из-за малого количества рабочего материала. При плотности более 0,5 г\см 3 использование устройства нецелесообразно вследствие малой пропускной способности материала. Высокоплотную шерсть или войлок можно использовать в технологических аппаратах, в которых прокачивается жидкость.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется примером реализации и чертежом на котором схематично представлен общий вид устройства..
Устройство для отделения от воды и сбора жидких углеводородов включает каркас, выполненный из пустотелых элементов или сетки 1, заполненный натуральной овечьей шерстью 2 (мытой или немытой). Каркас может быть выполнен различной геометрической формы - в виде мата в форме прямоугольного параллелепипеда (как показано на чертеже), коврика, жгута, полотенца, трубки и т.д.
Способность овечьей шерсти собирать и удерживать капли углеводородов обеспечивает возможность широкого применения таких устройств. В качестве матов, жгутов или полотенец они могут использоваться для оконтуривания разливов для уменьшения площади разливов. При этом, для оконтуривания разливов целесообразно соединять несколько устройств между собой с образованием протяженной сборной конструкции или замкнутого контура. Устройства могут соединятся с помощью любых известных средств, например одного или нескольких канатов, веревок, проходящих через технологические усиленные отверстия в матах или экранах или с помощью пары «кольцо-карабин», в том числе образованными элементами каркаса.
Селективная способность шерсти пропускать воду и задерживать углеводороды обеспечивает большие преимущества использования по сравнению с другими видами сорбентов, в частности хлопка или лигнина, намокающих и утяжеляющихся. Такое устройство может работать на спокойных водоемах, в текущей воде, проходящей через поглощающий материал, и даже на взволнованной поверхности. Рукава, жгуты или полотенца могут многократно применяться для извлечения нефти из оконтуренного разлива, поскольку собранный материал легко отделяется от шерсти например путем отжима. Отработанный сборник может утилизироваться различными способами с использованием технологий утилизации полиэтиленового каркаса, или контролируемого сжигания.
1. Устройство для отделения от воды и сбора жидких углеводородов, включающее заполненный натуральной овечьей шерстью каркас, выполненный из пустотелых элементов или сетки.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пустотелые элементы каркаса выполнены из двойного термосоединенного полиэтиленового слоя с образованием герметичных полостей.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что пустотелые элементы каркаса выполнены трубчатой или прямоугольной формы.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что полости пустотелых элементов каркаса соединены с внешней средой и/или между собой через запорную арматуру с возможностью заполнения полостей водой или воздухом.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каркас снабжен грузилами.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каркас снабжен поплавками.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на овечью шерсть нанесены биокатализирующие вещества и/или споры нефтеокисляющих бактерий.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что заполняемая каркас натуральная овечья шерсть имеет плотность 0,01-0,5 г/см 3.
