IT201900006569A1 - Composizione e metodo per la rimozione ed il recupero di idrocarburi da una fase solida - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“COMPOSIZIONE E METODO PER LA RIMOZIONE ED IL RECUPERO DI IDROCARBURI DA UNA FASE SOLIDA”
La presente invenzione è relativa ad una composizione e ad un metodo per la rimozione di idrocarburi da una fase solida, in particolare da un terreno contaminato ed il loro recupero.
Le operazioni di estrazione, manipolazione e trasporto di idrocarburi spesso provocano la contaminazione del terreno superficiale dove tali attività sono svolte a causa di sversamenti. La concentrazione di idrocarburi in questi terreni o sabbie può raggiungere valori molto alti, fino a centinaia di chilogrammi per metro cubo di suolo, necessitando quindi di una bonifica atta a ripristinare il terreno e riportare i suoi parametri nei limiti richiesti dalle singole leggi nazionali. Inoltre, la grande quantità di idrocarburi presente nel terreno contaminato rappresenta una grande fonte di inquinamento e, a volte, anche una perdita di significative risorse.
Ad oggi, sono noti diversi metodi per la rimozione di idrocarburi da terreni e sabbie.
Uno di questi metodi prevede l’incenerimento e il desorbimento in-situ. Questa tecnica di bonifica di terreni e sabbie comporta l’innalzamento della temperatura del terreno fino a portare gli idrocarburi a combustione controllata o alla loro trasformazione in gas. Questa tecnica però non permette un controllo delle concentrazioni finali di idrocarburo e comporta grande costo ambientale a causa di una significativa immissione di inquinanti nell’atmosfera durante il processo e la perdita degli idrocarburi.
Un altro metodo noto è la solidificazione/stabilizzazione/incapsulazione. Questa tecnica comporta la produzione di una massa solida che ha un'integrità strutturale sufficientemente elevata da consentirne il trasporto e / o lo smaltimento senza necessità di contenimento secondario e minimizzando la dispersione dei contaminanti. La stabilizzazione implica l'immobilizzazione di idrocarburi, metalli pesanti e altri costituenti del terreno per alterazione chimica con un legante idraulico (ad esempio silicati) per formare composti insolubili o per inglobamento nel terreno solidificato utilizzando ad esempio cementificazione. Il materiale secco così ottenuto presenta parametri accettabili per l’interramento in loco o lo smaltimento in una struttura di deposito approvata. Questa tecnica utilizza una grande quantità di composti per la stabilizzazione e solidificazione e comporta l’impossibilità di recuperare gli idrocarburi. Inoltre, a lungo termine si presenta il rischio di fessurazioni con conseguente percolamento degli idrocarburi.
Il desorbimento termico è invece la tecnica più utilizzata in Algeria, poiché permette il parziale recupero degli idrocarburi. Comporta lo scavo dei terreni o sabbie, il loro trasporto off site, dove vengono sottoposti ad un procedimento termico operato tra i 250 e i 500 gradi centigradi per effettuare il desorbimento della parte organica (idrocarburi) sotto forma di gas dalla parte inorganica (matrice del terreno e sabbie). Gli idrocarburi gas sono successivamente depurati da polveri e altre sostanze, ricondensati, e in parte recuperati. Questa tecnica ha alto costo per il trasporto di grandi quantità di terreno. Inoltre, si producono gas e polveri che devono essere trattati prima della loro reimmissione nell’ambiente. Anche questo processo è caratterizzato da una significativa immissione di inquinanti nell’atmosfera.
Altri sistemi includono lo scavo e il lavaggio ex-situ del terreno o sabbia contenente gli idrocarburi, tecnica che rimuove gli idrocarburi e altre sostanze dal terreno lavandolo con un liquido (spesso con un additivo chimico), e poi separando i terreni puliti da terreno contaminato e acqua di lavaggio, tecnica che utilizza grandi volumi di acqua e che non permette il recupero degli idrocarburi.
È pertanto sentita nell’arte la necessità di una nuova composizione e di un metodo per la rimozione di idrocarburi da una superficie solida, in particolare un terreno contaminato, che sia privo degli svantaggi dei metodi noti.
Lo scopo della presente invenzione è pertanto quello di fornire una composizione eco-compatibile che sia in grado di rimuovere grandi quantità di idrocarburi e un metodo per il suo utilizzo che consenta di ridurre al minimo la quantità di terreno non recuperabile, il riciclo dell’acqua utilizzata, il recupero degli idrocarburi rimossi nonché una notevole riduzione dei costi.
Lo scopo della presente invenzione è raggiunto da una composizione per la rimozione degli idrocarburi da una fase solida secondo la rivendicazione 1 e metodi per la rimozione ed il recupero degli idrocarburi secondo le rivendicazioni 6 e 7.
In particolare, la composizione secondo l’invenzione comprende:
- dal 10 al 20% in peso sul peso totale della composizione di un alchilpoliglucoside con una catena alchilica avente lunghezza media tra 6 e 14 atomi di carbonio;
- dal 2 al 10% in peso sul peso totale della composizione di un surfattante non ionico comprendente un trigliceride alcossilato con ossido di etilene e/o ossido di propilene ed esterificato almeno parzialmente con un acido grasso con una catena alchilica avete da 6 a 22 atomi di carbonio;
- dallo 0.5 al 6% in peso sul peso totale della composizione di un alchilbenzenesolfonato; e acqua.
In una forma di realizzazione, l’alchilpoliglucoside è scelto tra alchilpoliglucosidi con una catena alchilica avente lunghezza media tra 10 e 12 atomi di carbonio, come ad esempio il GLUCOPON GD70. Preferibilmente, l’alchilpoliglucoside è presente in una quantità compresa tra il 17 e 19% in peso sul peso totale della composizione.
Il surfattante comprendente un trigliceride alcossilato è un prodotto ottenuto per alcossilazione di trigliceridi, esterificati in tutto o in parte con acidi grassi a 6-22 atomi di carbonio in cui sono impiegate da 2 a 40 moli di agente alcossilante per mole di trigliceride. Sono preferibilmente addotti dell’olio di ricino e/o olio di ricino deidrato con ossido di etilene, parzialmente esterificati con acido oleico, come il MARLOWET LVS.
Preferibilmente, tali composti sono presenti in una quantità compresa tra 5 e 7% in peso sul peso totale della composizione.
L’alchilbenzenesolfonato è preferibilmente lineare ed è, ancora più preferibilmente il sodio dodecilbenzenesolfonato, come ad esempio il MARLON A350.
La composizione dell’invenzione può inoltre comprendere un solvente organico, un chelante e un agente sospendente.
Il solvente organico, quando presente, è presente in una quantità fino al 5% in peso sul peso totale della composizione ed è preferibilmente scelto nel gruppo costituito da isopropanolo e etanolo.
Il chelante, ad esempio, il sale tetrasodico di acido glutammico, acido N,N di acetico, è presente in una quantità fino all’1% in peso sul peso totale della composizione.
L’agente sospendente, preferibilmente un silicato, più preferibilmente sodio metasilicato, è presente fino al 3% in peso sul peso totale della composizione.
Il metodo per la rimozione degli idrocarburi da una fase solida ed il loro recupero secondo la presente invenzione verrà ora descritto in modo dettagliato con riferimento alle figure dei disegni annessi, che riportano esempi realizzativi puramente illustrativi e non limitativi, in cui la Figura 1 illustra una rappresentazione schematica di una forma di realizzazione del metodo della presente invenzione.
Vantaggiosamente, il metodo dell’invenzione consente il recupero di idrocarburi con catene alchiliche contenenti prevalentemente da 5 a 40 atomi di carbonio, ma anche idrocarburi a catena più lunga da terreni contaminati anche da bentoniti e polimeri.
Il metodo raffigurato nella Figura 1 si riferisce al processo per la rimozione di idrocarburi da un terreno contaminato, ad esempio sabbia, prelevata in prossimità di impianti per l’estrazione e il raffinamento di idrocarburi oppure lungo le linee di distribuzione e trasporto degli idrocarburi.
Prima di essere processato per la rimozione degli idrocarburi, il terreno prelevato dal sito di estrazione può essere miscelato meccanicamente, se necessario, in modo da ottenere un prodotto omogeneo (fase 1).
Il campione può essere inoltre analizzato per ottenere una sua caratterizzazione in modo da ottimizzare i parametri di processo per la rimozione degli idrocarburi (fase 2).
Opzionalmente, il campione viene vagliato (fase 3). I frammenti di dimensioni maggiori a quelle delle maglie del vaglio sono ulteriormente frantumati in modo da aumentare l’area superficiale del campione di terreno da trattare (fase 4). Il campione frantumato viene reinviato alla fase di vagliatura.
A questo punto, il campione di terreno pretrattato viene sottoposto al procedimento di rimozione degli idrocarburi secondo l’invenzione.
In particolare, il terreno contaminato viene miscelato in una vasca con acqua ed una soluzione comprendente:
- dal 10 al 20% in peso sul peso totale della composizione di un alchilpoliglucoside con una catena alchilica avente lunghezza media tra 6 e 14 atomi di carbonio;
- dal 2 al 10% in peso sul peso totale della composizione di un surfattante comprendente un trigliceride alcossilato con ossido di etilene e/o ossido di propilene ed esterificato almeno parzialmente con un acido grasso con una catena alchilica avete da 6 a 22 atomi di carbonio;
- dallo 0.5 al 6% in peso sul peso totale della composizione di un alchilbenzenesolfonato; e acqua.
Ad esempio la composizione è così costituita:
Per ogni metro cubo di terreno trattato vengono aggiunti circa 1,4 metri cubi di acqua e dai 7 ai 13 litri della composizione dell’invenzione.
La miscela così ottenuta viene agitata meccanicamente per favorire il lavaggio (fase 5) del terreno e il passaggio degli idrocarburi nella fase acquosa per formare una sospensione. Preferibilmente, tale processo viene eseguito utilizzando acqua ad una temperatura compresa tra 30 e 60°C, più preferibilmente ad una temperatura di 45°C.
La fase solida costituita dal terreno pulito viene quindi fatta sedimentare e il surnatante, costituito da una sospensione acquosa ricca in idrocarburi, viene raccolto.
I risultati ottenuti sottoponendo un campione di terreno alla sola fase di lavaggio (fase 5) sono riportati nella tabella 2.
Tabella 1
Il terreno pulito può quindi, prima del suo reinserimento nell’ambiente (fase 11), esser lavato con acqua (fase 9) e asciugato (fase 10).
Il surnatante della fase 5 costituito dalla sospensione acquosa ricca di idrocarburi può quindi esser trattato per separare e recuperare gli idrocarburi e l’acqua per un loro possibile riutilizzo.
In particolare, il surnatante della fase 5 viene trattato mediante elettrocoagulazione/elettroflottazione (fase 7) in modo da eliminare i solidi ancora presenti in sospensione e da separare l’acqua e gli idrocarburi. Prima di tale fase 7, il surnatante della fase 5 può essere pretrattato facendo sedimentare ulteriormente la fase solida in esso contenuta, costituita da terreno pulito, che viene poi recuperata e reimmessa nell’ambiente.
L’elettrocoagulazione/elettroflottazione è una tecnica che consente la separazione di un idrocarburo sospeso in una soluzione acquosa tramite l’applicazione di una corrente elettrica. L’applicazione di una corrente elettrica tramite elettrodi immersi nella sospensione genera, per ossidazione elettrolitica dell’anodo, degli ioni che agiscono da coagulante.
In particolare, nel caso di un anodo realizzato in alluminio, all’applicazione della corrente elettrica, si verificano le seguenti reazioni:
Al(0) -> Al<3+ >+ 3e-H2O 2e<- >-> 2OH<- >+ H2 (gas)
Al<3+ >+ 3OH<- >-> Al(OH)3 (solido)
In questo caso, l’idrogeno gassoso che si sviluppa favorisce la flottazione degli idrocarburi verso la superficie della sospensione. L’idrossido di alluminio invece, precipita ed, eventualmente con l’ausilio di un polimero flocculante, come poliacrilammide o polidildildimetilammonio cloruro (PDADMAC), facilita la precipitazione dei solidi sospesi.
Preferibilmente la fase 7 di elettrocoagulazione/elettroflottazione viene condotta a pH leggermente basico, ad esempio 7.5, ottenuto mediante l’aggiunta di una base, ad esempio idrossido di sodio o di calcio.
Al termine della fase 7 si ottengono idrocarburi riutilizzabili, un sedimento e acqua riutilizzabile sia, tramite ricircolo, nel processo dell’invenzione, ad esempio nella fase 5 di lavaggio del terreno contaminato o nella fase 9 di lavaggio del terreno pulito, sia ad esempio per usi agricoli.
Opzionalmente, è possibile trattare l’acqua, prima della sua reimmissione nell’ambiente con un acido (fase 8), ad esempio acido cloridrico o acido solforico, per neutralizzarne il pH dopo l’aggiunta della base nella fase 7 di elettrocoagulazione.
In termini di rese, per ogni metro cubo di terreno contaminato trattato, con un consumo iniziale di acqua di 1.4 m<3>, il metodo dell’invenzione consente di recuperare 0.9 m<3 >di terreno pulito, 0.8 m<3 >di acqua riutilizzabile. Vengono inoltre recuperati dal 60 all’80% di idrocarburi presenti nel terreno contaminato.
Vantaggiosamente, quindi, il metodo di rimozione e recupero degli idrocarburi e dell’acqua di processo secondo l’invenzione consente una rapida bonifica del terreno direttamente in situ, comporta un basso consumo di acqua (viene recuperata dall’85 al 95% dell’acqua inizialmente utilizzata per il processo) e un’elevata produttività e non coinvolge la produzione di gas tossici.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1.- Composizione per la rimozione di idrocarburi da una fase solida comprendente: - dal 10 al 20% in peso sul peso totale della composizione di un alchilpoliglucoside con una catena alchilica avente lunghezza media tra 6 e 14 atomi di carbonio; - dal 2 al 10% in peso sul peso totale della composizione di un surfattante non ionico comprendente un trigliceride alcossilato con ossido di etilene e/o ossido di propilene ed esterificato almeno parzialmente con un acido grasso con una catena alchilica avete da 6 a 22 atomi di carbonio; - dallo 0.5 al 6% in peso sul peso totale della composizione di un alchilbenzenesolfonato; e acqua. 2.- Composizione secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre fino all’1% in peso sul peso totale della composizione di un chelante. 3.- Composizione secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre fino al 5% in peso sul peso totale della composizione di un solvente organico. 4.- Composizione secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto solvente organico è scelto nel gruppo costituito da isopropanolo e etanolo. 5.- Composizione secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre fino al 3% in peso sul peso totale della composizione di un agente sospendente. 6.- Metodo per la rimozione di idrocarburi da una fase solida comprendente le fasi di: a) lavare la fase solida contaminata con idrocarburi mediante una composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 in modo da ottenere una superficie solida pulita e una soluzione acquosa ricca di idrocarburi; b) separare la soluzione acquosa ricca di idrocarburi dalla fase solida pulita. 7.- Metodo per la rimozione di idrocarburi da una fase solida ed il loro recupero comprendente le fasi di: a) lavare la fase solida contaminata con idrocarburi mediante una composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 in modo da ottenere una superficie solida pulita e una soluzione acquosa ricca di idrocarburi; b) separare la soluzione acquosa ricca di idrocarburi dalla fase solida pulita; c) trattare la soluzione acquosa ricca di idrocarburi mediante elettrocoagulazione/elettroflottazione per recuperare gli idrocarburi. 8.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 7, caratterizzata dal fatto di comprendere dopo la fase b) una fase c1) di separazione della soluzione acquosa ricca di idrocarburi dalla fase solida in essa contenuta. 9.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 8, caratterizzato dal fatto che detta fase solida è un terreno contaminato da idrocarburi.
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