CC BY
265
А. А.-да Консейсао 1, Н. А. Самойлов 2, Р. Н. Хлесткин 2
Поглощение разлитых нефти и нефтепродуктов сорбентом «0иЪК,0МЛБ80К,Б», помещенным в нефтепроницаемые оболочки
1 Мозамбик, школа Жозина Машел 2 Уфимский государственный нефтяной технический университет 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (3472) 43-19-52
почвы: высокая нефтепоглощающая способность, возможность регенерации сорбента с утилизацией собранной нефти, низкая стоимость сорбента и др. 1-6.
Сорбент «DULROMABSORB» представляет собой волокнистую часть плодов дерева «^иМАиМА», широко распространенного в Республике Мозамбик. Волокно бледножелтого цвета состоит из пучков нитевидных линейных структур длиной 15—20 мм и диаметром нити 0.005—0.006 мм. Это волокно напоминает по строению волокно коробочек хлопчатника.
Сорбент «DULROMABSORB», является гидрофобным веществом, при нанесении его на поверхность как пресной, так и морской воды поглощения воды сорбентом практически не происходит; в течение 1—24 ч контакта сорбента с водой величина водопоглощения у сорбента составляет всего 0.1 —0.2 г/г абсорбента.
Поглощающая способность различных образцов сорбента «DULROMABSORB» при сборе нефтепродуктов с поверхности воды приведена в табл. 1.
Таблица 1
Поглощающая способность различных образцов сорбента «DULROMABSORB» при сборе нефтепродуктов с поверхности воды
Образец сорбента Собираемый нефтепродукт Толщина слоя, см Количество нефтепродукта, г/г сорбента Степень отжима нефтепродукта, %
поглощено отжато
Свежий Сибирская нефть 0.3 18.1-19.6 13.4-15.5 61-71
Масло «М0У01Ь» 0.4—0.5 18.6-19.0 10.5-11.8 55-63
Дизельное топливо 0.2 13.5-14.0 8.8-9.7 63-72
Автомобильный бензин 0.2 17.1-17.4 13.9-14.6 81-83
Сразу после регенерации Сибирская нефть 0.3—0.4 21.6-22.5 18.3-18.4 83-93
Масло «Ы0У01Ь» 0.4—0.5 18.5-18.8 15.3-16.4 81-87
Дизельное топливо 0.3 13.2-17.2 11.2-12.4 70-78
Автомобильный бензин 0.2 17.2-18.3 15.2-16.3 84-90
Регенериро- ванный (после подсушки) Сибирская нефть 0.3—0.4 20.7-21.5 19.3 89-93
Масло «Ы0У01Ь» 0.4—0.5 20.4-20.7 19.3 93-94
Дизельное топливо 0.2 15.8-16.1 12.4-13.3 77-84
Автомобильный бензин 0.2 14.5-16.8 13.1-16.1 90-98
Проведены испытания моделей матов и бонов с сорбентом «DULROMABSORB» при ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на поверхности воды. Оценена возможность многрактного использования матов для сбора нефтепродуктов.
Ключевые слова: «DULROMABSORB», нефтесобирающие маты, боновые ограждения, ликвидация разливов нефтепродуктов и нефти, охрана окружающей среды, сорбенты.
Проблема ликвидации последствий аварийных разливов нефти и нефтепродуктов при их транспортировке и переработке за последние десятки лет перешла в разряд глобальных в связи с существенным влиянием крупномасштабных разливов на состояние экологии водных ресурсов.
Одним из способов ликвидации аварийных разливов является сбор тонких слоев разлитых нефти и нефтепродуктов с поверхности воды при помощи сорбентов. Основные требования к оптимальному сорбенту для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды и
Дата поступления 14.06.06
Башкирский химический журнал. 2006. Том 13. .№■ 4
Наряду с высокой нефтепоглощающей способностью, сорбент «DULROMABSORB» легко подвергается регенерации простейшим отжимом поглощенного нефтепродукта, при этом отжатый сорбент также поглощает нефтепродукты в значительных количествах (табл. 1).
Несмотря на высокую величину нефтепог-лощения сорбента «DULROMABSORB», применение его в диспергированной форме недостаточно технологично и трудоемко, ибо возникают существенные технические затруднения при распыливаниии сорбента по поверхности разлива нефтепродукта и последующем сборе отработанного сорбента. Намного удобнее использование сорбента в качестве наполнителей нефтесобирающих матов, которые проще распределять по поверхности аварийного разлива, собирать после поглощения нефтепродукта и транспортировать к месту отжима собранного продукта. Таким образом, абсорбент «DULROMABSORB» может использоваться при ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов как в дисперсной форме, так и в виде наполнителей матов и боновых ограждений.
Для разработки конструкции нефтесобирающих матов необходимо оценить особенности кинетики нефтепоглощения сорбентом.
Анализ кинетики поглощения нефти и нефтепродуктов показал (рис. 1), что при контакте сорбента с пленкой нефти и нефтепродуктов дизельное топливо поднимается в слое сорбента на 5.1 см, бензин на 6.8 см, нефть на 3.5 см и масло на 1.8 см. Скорости поглощения сорбентом различных нефтепродуктов близки между собой (рис. 2). При увеличении времени контакта более 10 мин нефть и нефтепродукты прекращают впитываться в сорбент. Это позволяет ограничивать высоту слоя сорбента, распределяемого на поверхности разлива, на уровне 2—7 см
и создает предпосылки для разработки конструкции матов для сбора нефти и нефтепродуктов. При толщине 2 см мат становится универсальным, позволяя собрать всю гамму нефтепродуктов.
При разработке конструкций матов на основе сорбента «DULROMABSORB» учитывалось, что они должны быть мобильными и пригодными к ручной переноске от транспортных средств к месту сбора нефти и после насыщения их нефтью должна быть возможность ручного извлечения их из нефтяного разлива и перемещения в емкость-накопитель отработанных матов для последующего отжима собранной нефти или утилизации; в связи с этим, маты должны удовлетворять ряду требований:
— маты должны быть технологичными в изготовлении и не создающими при этом дополнительных отходов материала, из которого изготавливается нефтепроницаемая оболочка;
— материал, из которого изготавливается нефтепроницаемая оболочка, должен обеспечивать механическую прочность конструкции мата при его перемещениях и не разрушаться при отжиме из мата собранной нефти;
— маты должны обеспечивать различное эксплуатационное назначение: сбор с поверхности воды как существенных слоев нефти толщиной до нескольких сантиметров, так и пленок нефти толщиной 0.1—5 мм; сбор разливов нефти на поверхности грунтов, когда толщина слоя разлитой нефти может колебаться за счет неровности поверхности от нескольких миллиметров до десятков сантиметров в отдельных локальных ямах и лощинах, а также для локализации разлива на грунте путем обваловывания разлива матами.
В качестве нефтепоглощаемых оболочек был испытан ряд материалов: агрил — (нетканый синтетический материал); канва — (хлопчатобумажная ткань редкого плетения), сетка (изготовлена из капрона).
Ь, см
Рис.1. Зависимость поглощения нефти и нефтепродуктов абсорбентом (О) от толщины слоя нефтепродуктов (Н)
т, мин
Рис. 2. Зависимость скорости подъема нефтепродуктов в слой сорбента (V) «DULROMABSORB» от продолжительности контакта продукта с сорбентом (т)
В ходе испытаний оболочки матов заполнялись сорбентом и помещали в емкость с Сибирской нефтью с толщиной слоя нефти более 5 см. После поглощения нефти маты отжимались с помощью ручной двухвалковой машины и определилось количество поглощенной нефти.
Модели матов имел следующие размеры: длина 13.5—35.5 см, ширина 12—18 см, толщина 0.3—1 см.
Как видно из данных табл. 2, величина водопоглощения агрила высокая, что практически препятствует его применению в матах для сбора нефтепродуктов с поверхности воды.
Таблица 2
Предельное нефте- и водопоглощение сорбента и материала оболочек при времени контакта 10 минут
Поглотителеь Нефтепогло-щение, г/г Водопоглощение, г/г
«БиЬК0МАБ50КБ» 38.3 0.02-0.2
Канва 8.6 1.0
Сетка 3,7 2.1
Агрил 52.5 17.4
Хотя величина нефтепогощения сорбента «DULROMABSORB» в матах несколько ниже (табл. 3, 4), чем чистого сорбента в диспергированной форме, так как при пошиве матов происходит некоторое уплотнение сорбента и снижение за счет этого его нефтеемкости, од-
Результаты однократног
нако возможность многократного использования матов после отжима собранной нефти позволяет в итоге получить очень высокую величину интегрального нефтесбора.
Большое значение для эффективности работы матов и боновых ограждений имеет плотность набивки сорбента в оболочке. В ходе сорбции происходит набухание слоя сорбента за счет поглощенной нефти; ограничение слоя сорбента геометрией оболочки также приводит к некоторому снижению нефтеемкости бонов по сравнению с потенциальными возможностями сорбента (нефтепоглощение дисперсного сорбента «DULROMABSORB» составляет 38.3 г/г).
Испытания моделей матов и боных ограждений проводились при поглощении Сибирской нефти.
Испытания моделей матов показали, что существенное влияние на эффективность работы матов оказывает материал оболочки, заполненной сорбентом, и степень его уплотнения в оболочке. При одноразовом и многоразовом использовании моделей (табл. 3, 4) лучшие результаты показали маты с оболочкой из нетканого материала «агрил». Однако этот материал оказался недостаточно прочным и после 9 циклов работы произошел разрыв оболочки, тогда как маты из капроновой сетки, интенсивно впитывали нефть и обеспечивали без разрушения более 49 циклов работы (табл. 5), при этом интегральное нефтепогло-щение достигло 1172 г/г. Как следует из табл. 4, при многоцикловой работе матов ве-
Таблица 3
испытания модели матов
№ об- разца Материал оболочки мат Габаритные размеры, см Масса в мате, г Количество нефти, г Степень отжима нефтепродукта, %
Длина Шири- на Толщи- на Обо- лочки Сорбен- та Мат в сборе погло- щенное отжатое
1 Канва 13.5 12.0 0.3 3.8 4 7.8 235.0 202.4 86.1
2 24.0 14.7 1.0 6.2 6 12.2 467.7 431.2 92.2
3 31.0 15.5 1.0 9.0 10 19.0 649.0 580.8 89.4
4 Сетка 16.5 15.5 0.5 1.8 4 5.8 208.1 202.4 90.9
5 30.3 17.3 0.5 3.0 6 9.0 406.8 431.2 88.2
6 35.5 18.0 0.8 4.9 10 14.9 509.0 580.8 88.1
7 Агрил 20 20 0.6 2.6 4 6.62 226.5 205.5 90.7
8 30 20 0.6 3.5 6 9.52 333.9 298.9 89.5
9 30 25 0.6 7.6 10 17.56 640.4 595.4 92.9
Результаты многократного испытания моделей матов
Материалы Масса мата, г Размеры модели, см № Количество нефти отжатое
оболочки (длина, ширина, толщина) цикла г мл
Канва 7.8 13.5 х 12.0 х 0.3 1 156.6 178
2 180.4 205
3 176.0 200
4 180.4 205
5 162.8 185
12.2 25.0 х 14.5 х 0.5 1 264.0 300
2 286.0 325
3 312.4 355
4 303.6 345
5 290.4 370
19 30.0 х 14.9 х 0.9 1 400.4 455
2 435.6 495
3 426.8 485
4 422.4 480
5 396.0 450
Сетка 5.8 17.0 х 16.4 х 0.2 1 118.8 135
2 145.2 165
3 154.0 175
4 158.4 180
5 176.0 200
9 31.0 х 17.4 х 0.3 1 215.6 245
2 272.8 310
3 277.2 315
4 272.8 310
5 286.0 325
14.9 35.5 х 18.0 х 0.5 1 281.6 320
2 396.0 450
3 387.2 440
4 356.4 405
5 387.2 440
1 395.1 448.9
2 487.6 554.1
6.62 20.0 х 20.0 х 0.6 3 479.2 544.5
4 411.9 468.0
5 428.3 486.7
1 386.7 439.4
2 386.7 439.4
Агрил 9.52 30.0 х 20.0 х 0.6 3 411.9 468.0
4 512.8 582.7
5 512.8 582.7
1 453.9 515.8
2 622.1 706.9
17.56 30.0 х 25.0 х 0.6 3 546.4 620.9
4 588.4 668.6
5 538.0 611.3
Таблица 5
Утилизируемость нефти матом с оболочкой, заполненным сорбентом «DULROMABSORB»
Материалы оболочки Масса оболочки, г № цикла Отжато нефти, г/г (в расчете на исходный мат)
за один цикл интегрально
Канва 16.77 19 17.5 349.9
Сетка 11.9 49 24.7 1172.0
Агрил 9.52 9 57.4 502.4
личина нефтепоглощения и степень отжима остаются практически постоянными (рис. 3).
Модели боновых устройств были исследованы на пилотном стенде длиной 50 см, шириной 27.8 см на стоячей воде и на потоке со скоростью течения воды около 10 см/мин.
В ходе испытаний рассмотрены разнообразные ситуации, возникающие при локализации разливов Сибирской нефти, в частности, удерживание потока разлитой нефти и стягивание периметра нефтяного пятна. Оценивалось также влияние формы бона на качество нефтесбора.
В качестве поглощающих оболочек применялись хлопчатобумажная канва и капроновая сетка.
Результаты исследования на стоячей воде ряда моделей конструкций нефтепоглощающих боновых ограждений, имеющих в нормальном сечении размеры 30 х 25 мм, приведены в табл. 6.
Величина водопоглощения бонов составляет всего 1.5—2 г/г конструкции.
Опыты на неподвижной воде (табл. 6) показали, что процесс поглощения нефти бонами происходит весьма медленно. Чтобы ускорить процесс нефтепоглощения на стоячей воде, необходимо стягивание периметра бонового ограждения для увеличения толщины слоя нефти, что ускорит сорбционный процесс.
Как следует из данных табл. 6 и 7, нефте-поглощение боновых ограждений составляет 18—22 г/г независимо от состояния водной системы.
При отжиме собранной нефти из бонов так же, как и из матов, воды в отжатом продукте нет, то есть селективность нефтесбора
Испытания боновых ограждений
О
30
20
10
0
—1
—
0 2 4 (Ю 6
•Канва-7.8 —■—Канва-12.2 —А—Канва-19
а)
-♦—Сетка-5.8 Сетка-9 —А— Сетка-14.9 (Ю
б)
О
—♦—Агрил-6.62 —■—Агрил-9.52 —А—Агрил-17.56 в)
Рис. 3. Зависимость удельного нефтепоглощения (О) моделей матов от читсла циклов работы (^) при использовании оболочек из канвы (а), сетки (б) и агрила (в)
Таблица 6
на поверхности неподвижной воды
Толщина слоя нефтепродукта, мм Материал оболочки бона Масса фрагмента бона, г Количество нефти, г Нефтепог- лощение, г/г Степень отжима нефтепродукта, %
поглощенной отжатой
0.9 Сетка 9 183 167.0 20.3 91.2
11 215 200.4 19.5 93.2
Канва 11 230 225.5 20.9 98.0
11 201 196.2 18.3 97.6
Таблица 7
Характеристики нефтепоглощения моделями боновых ограждений на проточной системе
(скорость течения около 10 см/мин)
Толщина слоя нефтепродукта, мм Материал оболочки бона Масса фрагмента бона, г Количество нефти, г Нефтепогло-щение, г/г Степень отжима нефтпродукта, %
поглощенной отжатой
0.9 Сетка 8 178 133.6 22.3 75.1
8 177 133.6 22.1 75.4
Канва 9 188 168 20.9 89.3
8 146 137 18.25 93.8
Рис. 4. Схема использования нефтепоглощающих боновых ограждений: а — локализация нефтяного разлива на неподвижное воде; б — один бон на проточной воде; в — два бона на проточной воде. 1—боновое ограждение; 2—нефтяное пятно.
при помощи нефтепоглощающих боновых ограждений на основе сорбента «DUL-ROMABSORB» составляет 100%.
Боновое ограждение, изготовленное из канвы, через 15 мин начинает пропускать пленку нефти. Чтобы обеспечить глубокую очистку воды необходимо работать в дублированной системе боновых ограждений, то есть, при сборе нефти необходимо использовать два бона с некоторым расстоянием между ними (рис. 4).
При длительном контакте модели боно-вых ограждений на основе сорбента «DULROMABSORB» с водой величина водо-нефтепоглощения бона изменяется незначительно, что позволяет использовать поглощающие боны как предупреждающее природоохранное средство, которое можно подвести к удобному месту на реке ниже точки разлива и развернуть его в месте ожидаемого прохождения нефтяного пятна.
Таким образом, показана возможность применения мозамбикского сорбента «DULROMABSORB» в качестве наполнителей нефтепоглощающих матов и боновых ограждений.
Доказана возможность многократного использования матов, заполненных сорбентом «DULROMABSORB», в процессе нефтесбора после отжима собранной нефти, что позволяет резко повысить эффективность и экономичность процесса нефтесбора.
Наиболее целесообразно использовать в качестве нефтепроницаемых оболочек матов и бонов капроновую сетку.
Литература
1. Самойлов Н. А., Хлесткин Р. Н., Шеметов А. В., Шаммазов А. А. Сорбционный метод ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов.— М.: Химия,— 2001.— 189 с.
2. Набаткин А. Н., Хлебников В. Н. // Нефтяное хозяйство.— 2000.— №11.— С. 61
3. Гетов Л. В., Сычева А. В. Охрана природы.— Минск: Высшая школа, 1984.— 239 с.
4. Мачалова О. С., Нестерова М. П., Антонова Н. М.— // Нефтяное хозяйство.— №3.— 1992.— С. 35.
5. Цуцаева В. В., Пуговкин М. М., Савушкина М. Ю. // Нефтяное хозяйство.— №7.— 1991.— С. 33.
6. Феклистов В. Н., Мелиев Б. У., Антипвев В. Н., Уфуков П. П. // Трубопроводный транспорт нефти.— 1994.— №9.— С. 27.
