CC BY
117
УДК 622.692.48:541.183 https://doi.org/10.24411/0131-4270-2019-10105
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЕНТА ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
EXPERIMENTAL STUDY OF SORBENT FOR OIL AND OIL PRODUCTS SPILL RESPONSE OPERATIONS
Т.И. Безымянников1, А.Р. Валеев2, Р.М. Каримов2, Н.А. Фарвазова2
1 АО «Транснефть - Урал», 450008, г. Уфа, Россия E-mail: [email protected]
2 Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия
ORCID: 0000-0001-7197-605X, E-mail: [email protected] E-mail: [email protected]
ORCID: 0000-0002-9182-3605, E-mail: [email protected]
Резюме: Данная работа посвящена изучению вопроса ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности с помощью сорбирующих материалов. Рассмотрены основные вопросы их использования: выбор сорбента, нанесение на загрязненную поверхность, сбор, утилизация. Представлены результаты исследований ряда свойств полимерного сорбента, отличающегося оперативностью сбора разливов и ресурсосберегающей утилизируемостью. Несмотря на изначальную сыпучую форму представления, при взаимодействии с нефтью и нефтепродуктами сорбент связывается с ними в единую структуру, легко удаляемую с поверхности воды. Отработанный сорбент может быть растворен в избытке исходного продукта, не снижая качества последнего.
Ключевые слова: сорбент, сбор нефти, сбор нефтепродуктов, утилизация сорбента, окружающая среда, экологическая безопасность.
Для цитирования: Безымянников Т.И., Валеев А.Р., Каримов Р.М., Фарвазова Н.А. Экспериментальное исследование сорбента для ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2019. № 1. С. 27-27.
D0I:10.24411/0131-4270-2019-10105
Timur I. Bezymyannikov1, Anvar R. Valeev2, Rinat M. Karimov2, Nailya A. Farvazova2
1 Transneft Urals, JSC, 450008, Ufa, Russia E-mail: [email protected]
2 Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia
ORCID: 0000-0001-7197-605X, E-mail: [email protected] E-mail: [email protected]
ORCID: 0000-0002-9182-3605, E-mail: [email protected]
Abstract: The study is concerned withoil and oil products spill response based on using sorbing materials. There are explored the questions of its applying: the choice, application, removing fromwater surface and utilization. The article presents research of some properties of a polymer sorbent, which provides rapid gathering of spill and resource-efficient utilization (recycling). The interaction of the sorbentand hydrocarbons (oil and oil products)has the effect of creating of a single structure that is easily removable from water surface, in spite of the fact that this material has powdery form. Used sorbent can be dissolved in excess of an original product (oil or oil products).
Keywords: sorbent, oil skimming, oilproductsskimming, sorbentrecycling, environment, ecological safety.
For citation: Bezymyannikov T.I., Valeev A.R., Karimov R.M., Farvazova N.A. EXPERIMENTAL STUDY OF SORBENT FOR OIL AND OIL PRODUCTS SPILL RESPONSE OPERATIONS. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2019, no. 1, pp. 24-27.
DOI:10.24411/0131-4270-2019-10105
Одной из основных проблем транспорта нефти и нефтепродуктов в целом является неизбежность аварийных утечек, загрязняющих окружающую природную среду.
Особую опасность представляет разлив данных энергоресурсов на водоемах. Ввиду разности плотностей они формируют тонкую пленку, плавающую на поверхности воды. При этом происходит ее частичное растворение с образованием устойчивой эмульсии, а более тяжелые фракции оседают на дно. Наличие покрывающей пленки на водной поверхности оказывает отрицательное воздействие на природные биохимические и гидрохимические процессы, нарушается нормальный газообмен. Попадание продуктов и токсичных паров от их испарения вызывает отравление и гибель живых организмов. Так, при концентрации нефтяных загрязнений более 800 мг/м3 подавляется жизнедеятельность фитопланктона, что существенно снижает скорость самоочищения водоема [1].
В связи с этим необходима своевременная локализация и ликвидация аварийного разлива, длительность которой,
согласно Постановлению РФ от 21.08.2000 года № 613, не должна превышать четырех часов при разливе в акватории [2].
При ликвидации последствий аварийных разливов нефти и нефтепродуктов в качестве заключительного этапа после механического сбора с помощью нефтесборщиков, а также при невозможности их использования (например, при незначительной толщине пленки загрязнения) применяется физико-химический способ с использованием сорбентов [3].
В настоящее время существуют различные виды сорбирующих веществ, отличающихся по тем или иным признакам (природа сорбента, форма представления, сорбирующая способность и т.д.), каждый из которых обладает рядом достоинств и недостатков [4-6].
Выбор сорбента для сбора разлитого продукта производится исходя из следующих требований [3]:
- безвредность для окружающей среды;
- нефтеемкость (количество поглощенного нефтепродукта на единицу веса сорбента);
- плавучесть;
- гидрофобность;
- возможность регенерации и повторного использования;
- удобство применения;
- доступность.
В целях совершенствования технологий локализации и ликвидации аварийного разлива нефти и нефтепродуктов был выполнен анализ порошкообразного сорбента, допускающего оперативную и ресурсосберегающую утилизацию.
Изучаемый сорбент представляет собой порошкообразное гидрофобное вещество белого цвета, отдельные частички которого достигают в размере не более 1 мм (фото 1).
В целях изучения поведения данного материала на водной поверхности был проведен опыт, который показал, что сорбент обладает хорошей плавучестью. Спустя 20 дней нахождения в воде все частички по-прежнему плавали на поверхности, не увеличились в объеме, а уровень воды заметно снизился, что свидетельствует о ее свободном испарении.
Проведенные лабораторные исследования взаимодействия данного сорбента с нефтью показали, что при соотношении 1:3 по массе (сорбент и нефть соответственно) спустя 15 минут они связываются в единую резиноподоб-ную пористую структуру, легко извлекаемую с водной поверхности (фото 2).
Лабораторными исследованиями, направленными на определение сорбционной емкости по нефти (г продукта / г сорбента), установлено среднее значение 5,56 г/г.
Результаты аналогичных исследований с дизельным топливом выглядят несколько иначе.
Так, в случае с дизельным топливом уже при соотношении 1:5 по массе (сорбент и дизельное топливо соответственно) спустя 15 минут происходит связывание продукта с сорбентом в единую клееобразную массу, которую также легко удалить с водной поверхности (фото 3). Экспериментально полученное среднее значение сорбционной емкости по дизельному топливу составляет 5,83 г/г.
Таким образом, данный сорбент обладает простотой использования при ликвидации последствий аварийного разлива нефти и нефтепродуктов, поскольку обладает 100%-й плавучестью и гидрофобностью, и легко удаляется с водной поверхности после сбора продукта.
Нанесение сорбента на загрязненную поверхность может производиться как ручным способом, так и с помощью распылителей, например автономного ранцевого распылителя АРС. Сбор отработанного сорбента может производится вручную с использованием сетчатых лопат, черпаков или тралением с помощью боновых заграждений.
При использовании сорбентов для сбора разливов нефти и нефтепродуктов встает вопрос об их дальнейшей утилизации. На практике используются такие способы, как сжигание, захоронение или вторичное использование отработанного сорбента, например в качестве сырья в смеси с дорожным битумом для получения асфальтобетона [3].
| 1. Изучаемый сорбент
13. Результат взаимодействия сорбента с дизельным топливом
12. Взаимодействие сорбента с нефтью: а - результат взаимодействия сорбента с нефтью; б - то же на водной поверхности
I
Рис. 1. Утилизация отработанного сорбента в дизельном топливе
Количество дизельного топлива в долях по массовому соотношению с отработанным сорбентом
Рис. 2. Утилизация отработанного сорбента в бензине
100 90 80 70 60 50 40
2,5 3 3,5 4 4,5 5 Количество бензина в долях по массовому соотношению с отработанным сорбентом
5,5
Сжигание производится в специальных мобильных или стационарных установках. Известны установки для сжигания «Факел-1М», ИУ-750, обладающие достаточно высоким качеством утилизации отходов. Но данный способ не всегда можно использовать: например, для сжигания синтетических сорбентов необходимы топки, которые обеспечивают высокую температуру, а для минеральных сорбентов он вовсе не применим [4].
Для утилизации посредством захоронения отработанного неорганического сорбента необходимо применение специальных технологий во избежание загрязнения окружающей природной среды [4].
Таким образом, вышеперечисленные способы не являются универсальными и экологически безопасными.
Отличительной особенностью исследуемого сорбирующего вещества является то, что оно не требует ни сжигания, ни захоронения. Отработанный сорбент может быть растворен в избытке исходного (собранного) продукта.
Лабораторные исследования показали, что отработанный в дизельном топливе сорбент полностью растворяется в избытке самого дизельного топлива (в массовом соотношении с продуктом реакции 45:1) при интенсивном перемешивании в течение 2 ч. После сбора бензина продукт реакции растворяется в самом бензине при интенсивном перемешивании в течение 10 мин, причем необходимое количество исходного продукта значительно меньше, чем в случае с дизельным топливом: оно составляет 5:1 по отношению к массе отработанного сорбента.
Результаты исследований представлены на рис. 1, 2 (количество исходного продукта указано в долях по массовому соотношению с отработанным сорбентом, количество которого принято равным 1 доле).
Экспериментально установлено, что утилизация отработанного сорбента после сбора нефти в избытке исходного продукта возможна только при участии растворителя. Результаты исследований представлены на рис. 3 (количество растворителя указано в долях по массовому соотношению с отработанным сорбентом, количество которого принято равным 1 доле). Так, для полного растворения необходимо интенсивно перемешивать толуол с отработанным сорбентом в массовом соотношении 1,5:1 соответственно в течение 15 мин. При отсутствии растворителя отработанный сорбент набухает, и образовавшаяся ранее пористая структура распадается.
■ Рис. 3. Утилизация сорбента, отработанного в нефти
100 90 80 70 . 60 50 40 30 20
-Толуол -Нефрас
_______
0,4
0,6
0,8
1,2
1,4
1,6
1,8
Количество раствориителя в долях по массовому соотношению к отработанным сорбентом
После растворения отработанного сорбента в дизельном топливе были проведены лабораторные исследования качества последнего в соответствии с требованиями ГОСТ 33-2016 [7], а также с помощью автоматического экспресс-анализатора ERASPEC. В результате было установлено, что оно по-прежнему соответствует требованиям ГОСТ 32511-2013 [8].
Таким образом, после использования данный сорбент может быть утилизирован в избытке исходного продукта, который, в свою очередь, может дальше транспортироваться потребителю либо использоваться в соответствии со своим назначением.
Выводы
1. На основании проведенных лабораторных исследований плавучести и взаимодействия с нефтью и нефтепродуктами установлено, что данное вещество обладает хорошей плавучестью, при взаимодействии с нефтью и нефтепродуктами связывается в резиноподобную пористую структуру или клееобразную массу (в зависимости от продукта) и легко извлекается из воды, а значит, может быть использовано для ликвидации аварийных разливов на водной поверхности.
2. Утилизация исследуемого сорбирующего вещества, в отличие от известных сорбентов, обладает простотой и отсутствием отходов, поскольку растворяется в избытке исходного продукта.
2
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Жакишева А.А. Экологические последствия добычи нефтегазовых ресурсов // Вестник ЧелГУ. 2011. № 31.
2. Постановление Правительства РФ от 21.08.2000 № 613 (ред. от 14.11.2014) «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов».
3. Воробьев Ю.Л., Акимов В.А., Соколов Ю.И. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. М. : Ин-Октаво. 2005. 368 с.
4. Гареев М.М., Зинатшина А.В., Бахтизина А.Р. Исследование сорбционной емкости сорбента «ЭКОСОРБ» в условиях отрицательных температур // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2016. № 4. С. 59-62.
5. Применение сорбентов при ликвидации разливов нефти. URL: http://www.itopf.org/knowledge-resources/ documents-guides/document/tip-08-use-of-sorbent-materials-in-oil-spill-response/ (дата обращения 23.03.2018).
6. Байбурдов, Т.А. Полимерные сорбенты для сбора нефтепродуктов с поверхности водоемов: обзор англоязычной литературы за 2000-2017 гг. Ч. 2 / Т.А. Байбурдов, С.Л. Шмаков // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2018. Т. 18. № 2. С. 145-153.
7. ГОСТ 33-2016 Нефть и нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической и динамической вязкости.
8. ГОСТ 32511-2013 (EN 590:2009) Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия.
1. Zhakisheva A.A. Ecological consequences of the extraction of oil and gas resources. Vestnik ChelGU, 2011, no. 31, pp. 137-141 (In Russian).
2. Postanovleniye Pravitel'stva RFot 21.08.2000 № 613 (red. ot 14.11.2014) «O neotlozhnykh merakh po preduprezhdeniyu i likvidatsii avariynykh razlivov nefti i nefteproduktov» [Decree of the Government of the Russian Federation of 21.08.2000 No. 613 (as amended on 11/14/2014) "On urgent measures for the prevention and elimination of accidental spills of oil and oil products"].
3. Vorob'yev YU.L., Akimov V.A., Sokolov YU.I. Preduprezhdeniye i likvidatsiya avariynykh razlivov nefti inefteproduktov [Prevention and elimination of accidental spills of oil and oil products]. Moscow, In-Oktavo Publ., 2005. 368 p.
4. Gareyev M.M., Zinatshina A.V., Bakhtizina A.R. Study of the sorption capacity of the sorbent «EKOSORB» in conditions of negative temperatures. Transport i khraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2016, no. 4, pp. 59 - 62 (In Russian).
5. Primeneniye sorbentov pri likvidatsii razlivov nefti (The use of sorbents in the elimination of oil spills) Available at: http://www.itopf.org/knowledge-resources/documents-guides/document/tip-08-use-of-sorbent-materials-in-oil-spill-response/ (accessed 23 March 2018).
6. Bayburdov, T.A. Polymer sorbents for the collection of petroleum products from the surface of water bodies: a review of English-language literature for the years 2000-2017. (Part 2). Izvestiya Saratovskogo universiteta, 2018, vol. 18, no. 2, pp. 145-153 (In Russian).
7. GOST 33-2016. Neft i nefteprodukty. Prozrachnyye i neprozrachnyye zhidkosti. Opredeleniye kinematicheskoy i dinamicheskoy vyazkosti [State Standard 33-2016. Petroleum and petroleum products. Transparent and opaque liquids. Determination of kinematic and dynamic viscosity].
8. GOST32511-2013 (EN 590:2009). Toplivo dizel'noye YEVRO. Tekhnicheskiyeusloviya [State Standard 32511-2013 (EN 590:2009). Diesel fuel EURO. Specifications].
С.137-141
REFERENCES
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Безымянников Тимур Игоревич, генеральный директор, АО «Транснефть - Урал».
Валеев Анвар Рашитович, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Каримов Ринат Маратович, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Фарвазова Наиля Айратовна, студент, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Timur I. Bezymyannikov, General Manager, Transneft Urals, JSC. Anvar R. Valeev, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
Rinat M. Karimov, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
Nailya A. Farvazova, Student, Ufa State Petroleum Technological University.
