CC BY
392
УДК 628.543.5.665
ОТХОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ЛЬНА В КАЧЕСТВЕ СОРБЕНТОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕФТЕЕМКОСТИ
© И. Г. Шайхиев1, Р. Х. Низамов2, С. В. Степанова1*, С. В. Фридланд1
IКазанский государственный технологический университет Россия, Республика Татарстан, 4200I5 г. Казань, ул. К. Маркса, 5S.
Тел.: +7 (S43) 23I 40 Я7, 23I 40 S7. Факс: +7 (S43) 23I 40 9I.
E-mail: [email protected] 2Министерство экологии и природных ресурсов Республики Татарстан Россия, Республика Татарстан, 42004Я г. Казань, ул. Павлюхина, 75.
Тел.: +7 (S43) 267 6S 0I.
Показана возможность использования отхода от переработки льна — льняной костры — в качестве сорбента нефти и нефтепродуктов. Установлено, что льняная костра обладает высокой сорбционной емкостью по отношению к нефтепродуктам.
Ключевые слова: отходы переработки льна, сорбенты, нефтепродукты, нефтеемкость.
Проблема загрязнения водных ресурсов в настоящее время актуальна в связи с непрекращаю-щимся ростом антропогенной нагрузки на окружающую среду. Большая доля загрязняющих веществ приходится на нефтепродукты [1]. Аварии на действующем нефтепроводе, автомобильном, железнодорожном, водном транспорте, а также на заводах сопровождаются потерями токсичных веществ и попаданием их в почву, на поверхность водоемов, а также в протяженные подземные объекты (выработки угольных шахт, тоннели, линии метрополитенов). Эти аварии (проливы) могут носить как региональный, так и локальный характер [1]. Розливы нефти и продуктов нефтехимии имеют место на всех стадиях общения с ними: при добыче, транспортировке, переработке, производстве, хранении, наливе и использовании. Особенно актуальна данная проблема в Российской Федерации и смежных государствах в связи с изношенностью трубопроводного и промышленного оборудования, а также несоблюдением технологической дисциплины на территориях промышленных предприятиях. В местах прохождения технологических эстакад, трубопроводов имеют место значительные розливы нефтепродуктов. Часто происходит разлив нефти на поверхности водной акватории. Это связано с аварийным состоянием судов, которые занимаются перевозкой нефти и продуктов ее переработки [2, 3].
Наиболее эффективным средством очистки поверхностных вод от нефтепродуктов является сорбционная очистка. Сорбционный метод является хорошо управляемым процессом. Он позволяет удалять загрязнения чрезвычайно широкой природы практически до любой остаточной концентрации независимо от их химической устойчивости. При этом отсутствуют вторичные загрязнения. В качестве сорбентов используются материалы природного и искусственного происхождения.
Однако сдерживающим фактором использования сорбентов для ликвидации розливов нефтепродуктов является их относительная дороговизна. В этой связи, особенно в настоящее время, актуальным становится задача поиска эффективных и дешевых сорбентов нефти и продуктов ее переработки. Особый интерес в этом плане представляют отходы промышленного и сельскохозяйственного производства.
В связи с вышеизложенным в качестве сорбента нефтепродуктов исследовалась льняная костра, которая образуется в качестве отхода производства при трепании и чесании льна. Вещество льна, как и любого другого растительного материала, состоит из двух основных компонентов - органического и неорганического. Органические компоненты льна представлены целлюлозой, составляющей около 70%, и ее спутниками (гемицеллюлозы, пектиновые вещества, лигнин, азотистые и воскообразные вещества).
Первоначально определялся показатель сорбционной емкости (Г) названного сорбента по отношению к следующим нефтепродуктам: девонская нефть Тумутукского месторождения, добытая в НГДУ «ТатНефтьГеология» (Республика Татарстан), масла марок «МГ8-Г2К», «И-20А», «ПЭ-15 В» и веретенное марки «АУ» при температурах +22 и -2 оС. Последнее обстоятельство связано с тем, что на сорбционную емкость оказывает влияние температурный фактор.
Российская Федерация отличается сложными климатическими условиями. На большей части ее территории, где добывают и перерабатывают нефть, преобладают низкие среднегодовые температуры. В связи с вышеизложенным были проведены эксперименты с вышеназванными сорбатами при минусовых температурах.
В качестве эталона для сравнения была использована мытая льняная пакля.
Ход определения значений показателя Г заключался в следующем: в чашки Петри наливалось по 50 г нефти и нефтепродуктов, далее сверху на нефтепродукты насыпался образец сорбента в количестве 1 г или 5 г. Через определенные промежутки времени, с помощью латунных сит с ячейкой 0.18 мм снимался исследуемый образец сорбента с поглощенным сорбатом. Сорбционная емкость в статических условиях вычислялась как отношение массы поглощенного нефтепродукта к массе сорбента:
m
a = -
m
орб
где mпогл - масса поглощенного нефтепродукта, г; m^e - масса сорбента, г.
* автор, ответственный за переписку
ІЖК 1998-4812 Вестник Башкирского университета. 2010. Т. 15. №2
305
Типичные кривые зависимости поглощения нефти от времени контакта, вида сорбента и температуры сорбата представлены на рис. Наибольшее поглощение сорбата наблюдается в первые 10 мин взаимодействия сорбентов с нефтью. Дальнейшее увеличение времени контакта сорбата с сорбентами не приводит к существенному увеличению показателя Г. Аналогичная картина кривых сорбции наблюдается в случае использования других выше перечисленных сорбатов.
Следует отметить, что в случае применения сорбента массой 5 г не зависимо от вида сорбента и температуры, характер кривых сходен.
Показатели сорбционной емкости после 1 ч контактирования в зависимости от массы добавляемого сорбента, температуры и типа сорбата приведены в табл. 1. Как видно из приведенных данных, сорбционная емкость зависит как от типа сорбата, так и самого сорбента.
Рис. Зависимость сорбции нефти от времени контакта, массы и вида сорбента при температурах 22 оС и -2 оС.
Таблица 1
Статическая нефтеемкость в зависимости от вида сорбата, массы и типа сорбента и температуры
Нефтепродукт
Тип сорбента Нефть Масло «ТЭп-15В» Масло «М8Г-Г2К» Масло «И-20А» Масло веретенное «АУ»
Температура, °С
+22 | -2 +22 | -2 +22 | -2 +22 | -2 +22 | -2
Льняная костра Льняная пакля Льняная костра Льняная пакля 11.6 13.9 13.1 14.7 5.8 5.7 5.7 5.9 Нефтеемкость, г 10.4 12.4 12.6 13.7 Нефтеемкость, г 5.3 5.7 5.8 5.8 сорбата/г сорбента (масса сорбента - 1 г) 8.1 8.5 8.7 8.8 8.8 8.7 10.4 12.4 сорбата/г сорбента (масса сорбента - 5 г) 5.4 5.3 5.7 5.8 5.8 5.8 5.7 5.6 7.8 8.1 8.7 10.4 4.8 5.3 5.8 5.4
Из приведенных данных видно, что сорбция в статических условиях при температуре ниже 0 оС проходит лучше, чем при комнатной температуре. Так как анализируемые кривые идентичны стандартной, в этом случае можно говорить об адсорбции на гладком адсорбенте, на поверхности которого формируется пленка адсорбата. Поэтому значения сорбционной емкости уменьшаются с увеличением массы сорбента на приведенную массу сорбата.
В дальнейшем была изучена зависимость значений сорбционной емкости для исследованных сорбентов от вязкости сорбатов. Для этого по стандартной методике была определена вязкость нефтепродуктов при температуре 22 °С. Полученные данные значений вязкости нефтепродуктов приведены в табл. 2.
Таблица 2
Значение вязкости сорбатов при нормальных условиях (1 = 22 °С), Па-с
Сорбат Вязкость
Нефть 0.834
Масло «ТЭп-15В» 0.685
Масло «М8Г-Г2К» 0.149
Масло «И-20А» 0.670
Веретенное масло «АУ» 0.490
Сравнение значений вязкости нефтепродуктов с максимальными значениями сорбционной емкости сорбентов позволили вывести определенную зависимость, согласно которой значение сорбционной емкости коррелирует с вязкостью нефтепродукта. Найдено, что с увеличением вязкости сорба-та, значение максимальной сорбционной емкости сорбентов повышается [4]. Так, например, максимальные значения показателя Г для льняной костры и пакли в случае использования 1 г сорбента можно расположить в ряд: нефть > масло «ТЭп-15В» > масло «И-20А» > масло «М8Г-Г2К» > масло «АУ», что прямо коррелирует с вязкостью сорбатов, за исключением масла «И-20А». В случае использования больших количеств сорбентов приведенной зависимости не наблюдается, по всей видимости, из-за стерических факторов.
Дальнейшим этапом работы было определение нефтеемкости исследуемых сорбентов в динамических условиях. С этой целью исследуемые нефтепродукты массой 100 г пропускались через слой
сорбента массой 3 г и высотой 4 см, помещенного в стеклянную колонку, и затем, по разнице масс поданного и пройденного нефтепродукта через слой сорбента, определялась сорбционная емкость последнего. Данные по нефтеемкости, определенные в динамических условиях, приведены в табл. 3. Весьма примечательно, что все исследуемые сорбенты имеют практически адекватные значения сорбционной емкости по всем исследованным нефтепродуктам которые варьируют от 21.0 до 26.1 г/г. Рассматривая значения динамической емкости, можно отметить, что льняная пакля обладает несколько высокими показателями сорбционной емкости, чем костра.
Таблица 3
Показатели динамической сорбционной емкости сорбентов
\Сорбат Нефть Масло «ТЭп- 15В» Масло «М8Г- Г2К» Масло «И- 20А» Масло «АУ»
Сорбентч Нефтеемкость, г/г
Льняная пакля 26.1 26.1 25.1 24.5 23.2
Льняная 25.8 25.4 24.7 23.1 21.1
костра
Возрастание значение сорбционной емкости, определенной в динамических условиях говорит о том, что возможно произошло объемной заполнение пор адсорбента.
Таким образом, определены показатели сорбционной емкости отходов переработки льна и показана возможность использования последних в качестве эффективных сорбентов нефти и продуктов ее переработки. Дешевизна, доступная база и высокие показатели сорбционной емкости могут предопределить использование костры для ликвидации аварийных проливов нефтепродуктов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Каменщиков Ф. А., Богомольный Е. И. Нефтяные сорбенты. Москва, Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. 268 с.
2. Хлесткин Р. Н., Самойлов Н. А. // Нефтяное хозяйство. 2000. №7. С. 84-85.
3. Шайхиев И. Г., Низамов Р. Х., Шмыков А. И. // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2008. № 3. С. 9-12.
4. Тимерханов Б. А., Темерданеев З. А., Елецкий Б. Д., Шпигун О. А. // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2005. № 5. С. 19-21.
Поступила в редакцию 14.05.2009 г. После доработки — 27.01.2010 г.
