CC BY
198
УДК 622.692.48:541.183
ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННОЙ ЕМКОСТИ СОРБЕНТА «ЭКОСОРБ» В УСЛОВИЯХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР
М.М. ГАРЕЕВ, д.т.н., проф., зам. зав. кафедрой транспорта и хранения нефти и газа А.В. ЗИНАТШИНА, магистрант кафедры транспорта и хранения нефти и газа ФГБОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет (Россия, 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, д. 1). E-mail: [email protected], E-mail: [email protected] А.Р. БАХТИЗИНА, в.н.с.
ООО «НИИ Транснефть» (Россия, 117186, Москва, Севастопольский пр., д. 47а).
В статье предложено дополнение классификации сорбентов новым признаком «по показателю рабочих температур применения». Также предложено дополнение классификации сорбентов «по преимущественному способу регенерации и утилизации» и «по степени утилизации». Приводится исследование нефтеемкости сорбента.
Ключевые слова: сорбент, нефтеемкость, отрицательные температуры, окружающая среда, экологическая безопасность.
Нефть и нефтепродукты являются одними из наиболее опасных видов загрязнения окружающей среды. В процессах нефтедобычи, нефтепереработки, транспортировки и хранения нефти и нефтепродуктов неизбежны аварийные утечки нефти и нефтепродуктов. Несмотря на то что уменьшению количества аварий уделяется большое внимание, например по программе стратегического развития ОАО «АК «Транснефть» предусматривается снижение аварийности на магистральных нефте- и нефтепродуктопроводах с 0,17 до 0,12 аварий в год на 1000 км в период с 2011 до 2020 года [1], полностью избежать их не удается.
Особую опасность представляют аварии на подводных переходах [2]. Согласно требованиям природоохранного законодательства РФ, необходимо ограничить и устранить разлив нефти и нефтепродуктов за наименьшее время и довести до допустимого уровня содержание углеводородов в окружающей среде: время локализации разлива нефти и нефтепродуктов в акватории не должно превышать 4-6 часов при разливе на почве [3, 4].
Сорбционная очистка - один из наиболее эффективных способов ликвидации загрязнений и восстановления экосистемы [2]. Применение физико-химического метода с использованием сорбентов является наиболее действенным в случае, когда невозможно произвести сбор нефти и нефтепродуктов механическим способом, к примеру когда толщина пленки незначительна.
Применение сорбентов для удаления загрязнения с поверхности воды предотвращает вторичное загрязнение. Область применения большинства сорбентов ограничена положительными температурами, а это снижает область их использования. В настоящее время отсутствует классификация сорбентов по применению показателей рабочих температур, что затрудняет их выбор в зависимости от климатических условий и ограничивает область применения. С учетом роли климатических условий актуальным является исследование и использование сорбентов, универсальных по показателю рабочих температур
применения. Поэтому предлагается дополнить классификацию [5] новым признаком «по показателю рабочих температур применения» [6]:
- сорбенты, работающие при положительных температурах: «Эколан-М», МЕГАСОРБ, Абсолют-Нафта;
- сорбенты, работающие в широком диапазоне температур: «Унисорб», «Ньюсорб», «С-ВЕРАД», «Гигасорб», «Гиперсорб», ИРВЕЛЕН-М, «Нефтесорб», «Суперсорб», «Экосорб».
Представленные выше сорбенты производители заявляют, как эффективные для решения вопросов утилизации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. В работе [7] проанализированы промышленно выпускаемые сорбенты и сделан вывод о лидерстве некоторых сорбентов (ИРВЕЛЕН-М, «Гигасорб», «Нефтесорб», «Суперсорб»). Основными показателями, позволяющими выделить лучшие позиции, являются экологические, экономические и физические характеристики, в том числе и показатель рабочих температур.
Существующие в настоящее время классификации сорбентов по преимущественному способу регенерации и утилизации [5] не отражают степень их утилизации: 1) отжим - захоронение, 2) обжиг - захоронение, 3) отжим -сжигание, 4) сжигание, 5) биоразложение.
С точки зрения экологической безопасности необходимо отметить тот факт, что многие производители либо скрывают вопрос об утилизации использованного сорбента или же обещают его многократное использование и легкую утилизацию разными способами. Существующую классификацию сорбентов «по преимущественному способу регенерации и утилизации» [5] предлагается дополнить признаком «степень утилизации» (табл. 1). Включение в классификацию этого признака позволяет разделить сорбенты на три группы: 1) утилизируемые, 2) частично утилизируемые, 3) неути-лизируемые [6].
Дополнение по признаку «степень утилизации» позволяет сделать обоснованный выбор сорбента с точки
Таблица 1
Классификация сорбентов по степени утилизации и по преимущественному способу регенерации и утилизации
Степень утилизации Неутилизируемые Частично утилизируемые Утилизируемые
Способ регенерации и утилизации Отжим -захоронение Обжиг - захоронение Отжим - сжигание Сжигание Биоразложение
Вид сорбента Объемно-пористые; синтетические графитовые Кремнеземистые; слоисто-силикатные Хлопково-волокнистые; синтетические-волокнистые Угольные; лигниновые Природно-волокнистые; торфяные
зрения экологической безопасности. Использование сорбента неоднократно возможно в случаях, если сорбент обладает высокой упругостью, то есть восстанавливает свои свойства после отжима. В практике применения сорбентов отмечается уменьшение емкости сорбента после нескольких отжимов в связи с забитием его пор и необратимой деформацией структуры, когда он к дальнейшему использованию не пригоден, то есть его необходимо утилизировать.
Сжигание отработанного сорбента не применимо ко всем сорбентам, например его невозможно применить к минеральным сорбентам и с существенными замечаниями можно применить к синтетическим при использовании топок, обеспечивающих высокую температуру, что позволяет избежать образования токсичных продуктов неполного окисления длинных органических молекул.
Таблица 2
Классификация нефтяных сорбентов
Один из наиболее легких способов утилизации - вывоз сорбента на свалку или передача дорожникам - зачастую связан с непредвиденными препятствиями. Почти ни одна свалка не примет сорбент с нефтепродуктом, если у нее нет специальной технологии его захоронения. В основном, это касается синтетических сорбентов, которые чаще всего бионеразложимы. Легче утилизировать сорбенты из природного органического сырья, так как их можно сжечь или подвергнуть ускоренному биоразложению с помощью добавления биопрепаратов [8].
В табл. 2 представлена классификация сорбентов с добавлением новых видов с учетом вышеизложенного.
Из литературных данных [9, 10], можно сделать следующий вывод: нефтесорбенты должны обладать высокой нефтеем-костью, низким водопоглощением, флотируемостью (плавучестью) и высокопористой поверхностью. Наиболее важным при выборе сорбентов должно быть соотношение «цена /
Тип классификации Виды сорбентов
По назначению Наносимые на поверхность для удаления поверхностных загрязнений воды и почвы Загружаемые в фильтры для удаления объемных загрязнений воды и воздуха
По исходному сырью Неорганические (из естественных минералов, из искусственных неорганических материалов); Органические (органоминеральные, из каустобиолитов, из природного сырья растительного и животного происхождения и отходов их переработки, синтетические)
По специальным свойствам Магнитные Набухающие Содержащие ПАВ -диспергаторы нефти Содержащие реагенты-сгустители нефти Содержащие бактериальные культуры для биоразложения углеводородов Иные (переменной плотности, ионообменные и т.п.)
По степени дисперсности Дисперсные (мелкодисперсные, крупнодисперсные, волокнистые) Формованные (прессованные, комбинированные)
По характеру смачивания Гидрофильные Безразличного смачивания Гидрофобные
По плавучести Высокой плавучести (более 72 ч) Ограниченной плавучести (3-72 ч) Не плавучие (до 3 ч)
По пористой структуре Непористые Крупнопористые Мезопористые Мелкопористые Гетеропористые
По показателю рабочих температур применения Сорбенты, работающие при положительных температурах Сорбенты, работающие в широком диапазоне температур
По преимущественному способу регенерации и степени утилизации Не утилизируемые Отжим - захоронение (объемно-пористые, синтетические, графитовые) Обжиг - захоронение (кремнеземистые, слоисто-силикатные)) Частично утилизируемые Отжим - сжигание (хлопковые, волокнистые, синтетические волокнистые) Сжигание (угольные, лигниновые)) Утилизируемые (биоразложение (природные волокнистые, торфяные))
Рис. 1. Результаты исследования водопоглощения различных сорбентов
7
^ 6 ^ 5
И 4
ЕЕ 3 § 2
§1 со
0
4,18
I
Лессорб
3,25
12,2 I
Кокосовая скорлупа
Канадский мох
Экосорб
Рис. 3. График зависимости сорбционной емкости от времени сорбента «Экосорб»
Рис. 2. Результаты исследования нефтеемкости различных сорбентов
12
10
ок 6
е
9,75
7,78
4,1
ЕЕ
3,59
1
Лессорб Кокосовая Канадский Экосорб скорлупа мох
нефтеемкость / степень утилизации». Причем к цене сорбента необходимо прибавить затраты на его доставку, складирование, применение, сбор и упомянутую утилизацию.
Нами были проведены лабораторные исследования водопоглощения различных сорбентов, получены следующие результаты (рис. 1).
Из вышеперечисленных сорбентов наименьший показатель водопоглощения имеет сорбент «Экосорб». Низкая водонасыщенность связана с тем, что сорбент гидрофобный.
Были проведены лабораторные исследования нефтеем-кости различных сорбентов, получены следующие результаты (рис. 2).
Из вышеперечисленных сорбентов имеет наибольший показатель нефтеемкости имеет сорбент «Экосорб», что означает, что сорбент олеофильный. Исследования водо-поглощения и нефтеемкости проводились при комнатной температуре ^ = 23 °С).
В связи со сложными климатическими условиями Российской Федерации актуальной задачей является
разработка и исследование свойств сорбентов, а также создание экологически безопасных технологий сбора нефти с поверхности воды, способных эффективно работать при низких температурах. В качестве примера приведено изучение сорбента «Экосорб» при различных отрицательных температурах по методике [2].
Результаты исследований зависимости сорбционной способности сорбента от температуры проведения эксперимента представлены на рис. 3 (при этом сорбент хранился при температуре окружающей среды).
Из графика видно, что температурный фактор оказывает существенное влияние на сорбционную емкость сорбента «Экосорб». При понижении температуры окружающей среды от -5 °С до -18 °С нефтеемкостные свойства сорбента «Экосорб» снижаются на 33%.
Выводы
1. Предложено дополнить существующую классификацию сорбентов новым признаком «по показателю рабочих температур применения», усовершенствовать классификацию «по преимущественному способу регенерации и утилизации» признаком «по степени утилизации», что позволяет сделать обоснованный выбор сорбентов с точки зрения охраны окружающей среды.
2. На основании проведенных лабораторных исследований водопоглощения и нефтеемкости сорбентов -Кокосовая скорлупа, Лессорб, Канадский мох, Экосорб было установлено, что наилучшими показателями обладает сорбент «Экосорб», так как он имеет наименьший показатель водопоглощения и наибольший показатель нефтеемкости, что характеризуется свойствами гидро-фобности и олеофильности.
3. При понижении температуры окружающей среды от -5 °С до -18 °С нефтеемкостные свойства сорбента «Экосорб» снижаются на 33%, что связано с влиянием вязкости нефти на капиллярные свойства сорбента.
8
4
2
0
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Программа стратегического развития ОАО «АК «Транснефть» на период до 2020 года. [1]
2. Каменщиков Ф.А., Богомольный Е.И. Нефтяные сорбенты. М.: Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». 2005. - 268 с. [2]
3. Постановление Правительства Российской Федерации от 21.08.2000 N 613 «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов». [3]
4. РД-13.020.00-КТН-020-14 Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Ликвидация аварий и инцидентов. Организация и проведение работ. [4]
5. Зинатшина А.В., Гареев М.М. Критерии выбора сорбентов для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды // Актуальные проблемы науки и техники: мат. VIII Междунар. науч.-практ. конф. мол. ученых: в 3 т. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2015. 300 с. С. 283-287. [6]
6. Рынок сорбентов и фильтров в России. Анализ цен и характеристик по состоянию на 2010 год. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.nanonewsnet.ru/flles/lnfo.pdf. [7]
7. Ресурсосберегающие технологии и экологическая безопасность на магистральных нефтепроводах / Н.Я. Багаутдинов, О.А. Макаренко, Б.Н. Мастобаев, А.М. Шаммазов. СПб.: Недра, 2012. 472 с. [5]
8. Как выбирать нефтяные сорбенты / О. М. Гридин // Экология и промышленность России. 1999, № 12, С.28-33. [8]
9. Чурсин, Ф.В. Аварийные разливы нефти: средства локализации и методы ликвидации / Ф.В. Чурсин, C.B. Горбунов, Т.В. Федотова // Пожарная безопасность. 2004. № 3. С. 176-189. [9]
10. Абдуллин И.Ш., Гафаров И.Г., Исрафилов И.Х, Шаехов М.Ф. Единый эколого-технологический комплекс модификации среды обитания человека с помощью сорбционной очистки гидросферы: Моногр. - Казань: Изд-во КГУ, 2001. 419 с. [10]
RESEARCH OF SORPTION CAPACITY OF THE SORBENT «ECOSORB» IN SUBZERO TEMPERATURES
GAREEV M.M., Dr. Sci. (Tech.), Deputy Head of Department of Transport and Storage of Oil and Gas
ZINATSHINA A.V., Graduate student of Department of Transport and Storage of Oil and Gas
Ufa State Petroleum Technological University (USPTU) (1, Kosmonavtov St., 450062, Ufa, Russia). E-mail: m_
[email protected], E-mail: [email protected]
BAKHTIZINA A.R., Leading Researcher
Transneft Research Institute for Oil and Oil Products Transportation (Transneft R&D, LLC) (47a Sevastopolskiy pr., 117186, Moscow, Russia).
ABSTRACT
The article presents the addition of classification of sorbents by a new characteristic «on an indicator of working temperatures». The article presents the addition of classification of sorbents «on a primary way of regeneration and utilization» by a new characteristic «on degree of utilization». Research of oil capacity of a sorbent is given. Keywords: sorbent, oil capacity, temperature below freezing point, environment, ecological safety. REFERENCES
1. Programma strategicheskogo razvitiya OAO «AK «Transneft'» na period do 2020 goda [OJSC "AK Transneft" strategic development program «for the period till 2020].
2. Kamenshchikov F.A., Bogomol'nyy Ye.I. Neftyanyye sorbenty [Oil sorbents]. Moscow-Izhevsk, NITS Regulyarnaya i khaoticheskaya dinamika Publ., 2005. 268 p.
3. Postanovleniye Pravitel'stva Rossiyskoy Federatsii ot 21.08.2000 N 613 «O neotlozhnykh merakh po preduprezhdeniyu i likvidatsiiavariynykh razlivovnefti inefteproduktov» [Russian Federation Government Resolution dated 21.08.2000 N 613 «On urgent measures on prevention and liquidation of emergency oil spills»].
4. RD-13.020.00-KTN-020-14 Magistral'nyy truboprovodnyy transport neftii nefteproduktov. Likvidatsiya avariy iintsidentov. Organizatsiya i provedeniye rabot [RD-13.020.00-KTN-020-14 Main pipeline transport of oil and oil products. The elimination of accidents and incidents. Organization and carrying out of works].
5. Bagautdinov N.YA., Makarenko O. A., Mastobayev B.N., Shammazov A.M. Resursosberegayushchiye tekhnologii i ekologicheskaya bezopasnost' na magistral'nykh nefteprovodakh [Resource-saving technologies and environmental safety of the main oil pipelines]. Saint Petersburg, Nedra Publ., 2012. 472 p.
6. Zinatshina A.V., Gareyev M.M. Kriterii vybora sorbentov dlya sbora nefti i nefteproduktov s poverkhnosti vody [Criteria for the selection of sorbents for the collection of oil and petroleum products from the surface of the water]. Trudy VIII Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konf. molodykh uchonykh «Aktual'nyye problemy nauki i tekhniki» [Proceedings of the VIII International Scientific and Practical Conference of young scientists «Actual problems of science and technology»]. Ufa, 2015, pp. 283-287.
7. Rynok sorbentov i fil'trov v Rossii. Analiz tsen i kharakteristik po sostoyaniyu na 2010 god (Sorbents and filters market in Russia. Analysis of price and characteristics as of 2010) Available at: http://www.nanonewsnet.ru/files/info.pdf
8. Gridin O. M. How to choose the oil sorbents. Ekologiya ipromyshlennost' Rossii, 1999, no. 12, pp. 28 - 33 (In Russian).
9. Chursin F.V., Gorbunov C.B., Fedotova T.V. Accidental oil spills: the means of containment and elimination methods. Pozharnaya bezopasnost', 2004, no. 3, pp. 176-189 (In Russian).
10. Abdullin I.SH., Gafarov I.G., Israfilov I.KH, Shayekhov M.F. Yedinyy ekologo-tekhnologicheskiy kompleks modifikatsii sredy obitaniya cheloveka s pomoshch'yu sorbtsionnoy ochistki gidrosfery [A single eco-technological modification complex of the human environment using sorption purification of the hydrosphere]. Kazan, Kazanskogo universiteta Publ., 2001. 419 p.
