Оценка нефтеемкостных свойств сорбентов в условиях различных температур

УДК 574

А. А. Нурутдинов, К. Ш. Ямалетдинова

ОЦЕНКА НЕФТЕЕМКОСТНЫХ СВОЙСТВ СОРБЕНТОВ В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУР

Дата поступления: 02.05.2017 Решение о публикации: 10.05.2017

Аннотация

Цель: Выполнена оценка качества нефтеемкостных свойств сорбентов, применяемых для сбора нефти, в условиях различных температур. Одним из факторов обеспечения устойчивого развития железнодорожного транспорта является проведение мероприятий по предупреждению и ликвидации аварийных проливов опасных грузов, в том числе нефти и нефтепродуктов. Данные аварии сопровождаются значительным загрязнением окружающей среды. Методы: Хорошо себя зарекомендовало применение сорбентов для локализации и ликвидации подобных аварий. Однако недостаточно исследованы их свойства в условиях различных температур. Нефтеемкость сорбентов определяется стандартным весовым методом по разнице веса сорбента, напитавшегося нефтепродуктом, и чистого сорбента в расчете на 1 г (кг) чистого сорбента. Результаты: При понижении температуры вязкость нефти возрастает. Результаты исследований показывают увеличение нефтеемкостных показателей сорбентов за счет смены механизма извлечения нефти в связи с повышением ее вязкости: при низкой и умеренной вязкости происходит сорбция нефти в объем сорбента, а при высокой вязкости (более 200 мм 2/с) - адгезия на поверхности сорбента. Практическая значимость: Изучение качества сорбентов является важной задачей обеспечения экологической безопасности.

Ключевые слова: Сорбенты, нефть, нефтеемкость, ликвидации аварии, экологическая безопасность, разлив.

*Azamat A. Nurutdinov, Ph. D. Eng., A/Prof., dodger86@ya.ru; Klara Sh. Yamalet-dinova, D. Eng., Prof., clara-yk@yandex.ru (Bashkir State University). EVALUATION OF SORBENTS' OIL CAPACITY PROPERTIES AT VARIOUS TEMPERATURES

Summary

Objective: The oil capacity properties of the sorbents used for oil collection are qualitatively estimated at various temperatures. One of the factors securing sustained rail transport development is taking measures to prevent and eliminate the accidental spillages of dangerous goods including oil and oil products. Such accidents occur causing significant environmental contamination. Methods: Using sorbents for containment and elimination of such accidents has a good track record. Their properties have not been, however, sufficiently investigated at various temperatures. The sorbents' oil capacity is determined by the standard gravimetric method using the difference between the weight of a sorbent impregnated with oil product and that of a pure sorbent based on 1 g (kg) of a pure sorbent. Results: Oil viscosity grows as the temperature goes down. The research findings

show higher sorbents' oil capacity figures caused by a changed oil recovery mechanism due to its higher viscosity: at a low or moderate viscosity, oil sorbs inside the sorbent volume, whereas at a high viscosity (above 200 mm2/s) sorbent surface adhesion occurs. Practical importance: A qualitative analysis of sorbents is important for ensuring environmental safety.

Keywords: Sorbents, oil, oil capacity, accident elimination, environmental safety, spillage.

Российская Федерация занимает 2-е место в мире после США по общей протяженности железных дорог (около 85 тыс. км), что составляет около 8 % железных дорог мира. Железнодорожный транспорт является одним из ведущих отраслей экономики страны и в то же время мощным источником загрязнения окружающей среды [1, 2].

Доля нефти и нефтепродуктов, попадающих на земли в результате аварийных разливов и утечек на железнодорожном транспорте, не превышает в среднем 2000 т в год. Скорость впитывания большинства нефтепродуктов такова, что еще до начала работ по ликвидации последствий разлива основная масса груза может оказаться не только на железнодорожном полотне и полосе отвода, но и в грунте на глубине 5-15 м [3]. При этом происходит загрязнение грунтов, грунтовых и подземных вод, сельскохозяйственных угодий, атмосферного воздуха, могут возникать пожаро- и взрывоопасные облака.

Технология локализации, сбора и ликвидации аварийных последствий состоит из следующих операций:

1) локализация;

2) сбор нефти;

3) перекачка нефтепродуктов из поврежденных емкостей;

4) обезвреживание загрязненных грунтов;

5) рекультивация нарушенных земель.

На долю железнодорожного транспорта приходится 43 % всего грузооборота, который составляет 2128 млрд т-км, что уступает лишь таким странам как Китай и США (2764 и 2469 млрд т-км соответственно). Крупнейшим грузоперевозчиком является ОАО «РЖД». До 50 % перевозимых грузов - это грузы нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности, такие как сырая нефть, мазут, бензин и сжиженные углеводородные газы, транспортировка которых ввиду их пожарной, токсической и экологической опасности осуществляется в специальных вагонах-цистернах [4].

В целях совершенствования системы управления процессами охраны окружающей среды и достижения экологической эффективности в ОАО «РЖД» внедрена, согласно требованиям международного стандарта ISO 14001, система менеджмента [5-7]. Успешно функционирует система менеджмента безопасности в подразделениях ОАО «РЖД» [8-10]. Тем не менее регулярно происходят происшествия при перевозке нефти и нефтепродуктов железнодорожным транспортом. Мировая статистика происшествий пока-

-10 0 10 20

Температура, град. С

—Древесные опилки • Сорбент из кокосовой скорлупы

—Сорбент на основе канадского мха 9 Сорбент «Лессорб» • Сорбент «Экосорб»

Нефтеемкость сорбентов при различных температурах

зывает, что чрезвычайные ситуации (ЧС) связаны в большей мере с механическим повреждением специальных цистерн и выходом нефтепродуктов в окружающую среду с последующим воспламенением либо загрязнением территорий или акваторий [11, 12].

Своевременная и эффективная локализация является ключевым вопросом в проведении мероприятий по ликвидации аварийного разлива в целом [13]. Сорбционная очистка - один из наиболее эффективных способов ликвидации загрязнений и восстановления экосистемы [14].

В настоящее время известно большое количество сорбентов, используемых для сбора нефти в случае аварийных разливов и нештатных ситуаций. К наиболее распространенным и эффективным из них относятся опилки, торф, солома, вспученный перлит и вермикулит, тонковолокнистые материалы из лавсана, акрилонитрила и полипропилена с емкостью от 4 до 30 весовых частей на одну весовую часть поглотителя. К особенностям волокнистых материалов в ряде случаев относится способность повторного использования после извлечения поглощенных нефти и нефтепродуктов.

При полном замасливании (замазучивании) межволоконного пространства тонковолокнистый материал может быть подвержен термическому или в отдельных случаях биологическому разложению [15].

Объектами изучения являются следующие сорбенты:

- опилки;

- сорбент из кокосовой скорлупы «8Ье1Ыс W»;

- сорбент «Лессорб»;

- сорбент на основе торфяного сфагнового мха «Spill-Sorb»;

- волокнистый сорбент «Экосорб».

Нефтеемкость сорбентов определяется стандартным весовым методом по разнице веса сорбента, напитавшегося нефтепродуктом, и чистого сорбента в расчете на 1 г (кг) чистого сорбента.

Результаты изучения нефтеемкостных свойств сорбентов в условиях различных температур представлены на рисунке.

При понижении температуры вязкость нефти возрастает. Полученные значения обусловлены методикой измерения: в процессе эксперимента нефть заливается сверху и под воздействием внешних сил происходит пропитка сорбента. На самом деле одной из ряда важнейших закономерностей, выявленных в процессе применения сорбентов, является смена механизма извлечения продукта при увеличении его вязкости: при низкой и умеренной происходит сорбция продукта в объем сорбента, а при высокой (более 200 мм 2/с) - его адгезия на поверхности сорбента. При температурах ниже 0 °C нефтеемкость большинства сорбентов уменьшается на порядок, соответственно при отрицательных температурах, т. е. при высокой вязкости нефтепродуктов, они теряют нефтеемкость.

Библиографический список

1. Казанцева М. Ю. Железнодорожный транспорт как источник загрязнения окружающей среды / М. Ю. Казанцева, Д. А. Зибарева // Самарск. науч. вестн. - 2014. - № 4 (9). -С. 57-58.

2. Титова Т. С. Экологические проблемы транспортного строительства / Т. С. Титова, А. А. Степанова // Тез. докл. IV Междунар. науч.-практич. конференции «Техносфер-ная и экологическая безопасность на транспорте (ТЭБТРАНС-2014)». - СПб. : ПГУПС, 2014.- С. 80-81.

3. Воробьева О. В. Методы, технологии локализации и сбора нефтепродуктов, разлившихся в результате аварийных ситуаций / О. В. Воробьева, В. М. Бельков // Вестн. науч.-исслед. ин-та ж.-д. транспорта. - 2012. - № 2. - С. 53-60.

4. Аксенов С. Г. Развитие методических основ прогнозирования разливов нефтепродуктов при железнодорожных авариях / С. Г. Аксенов, А. Н. Елизарьев, А. А. Никитин, Е. Н. Елизарьева // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. - 2014. - Т. 1, № 1 (5). - С. 79-83.

5. Бондарук А. М. Система экологического менеджмента на предприятии / А. М. Бон-дарук, Р. Н. Гимаев, С. И. Пыхов, К. Ш. Ямалетдинова // Экология и промышленность России. - 2008. - № 4. - С. 29-31.

6. Андреев В. Е. Правовые основы обеспечения экологической безопасности нефтегазового комплекса : учеб. пособие / В. Е. Андреев, А. Г. Гумеров, К. Ш. Ямалетдинова,

З. А. Янгуразова, Р. Н. Гимаев, А. А. Ямалетдинова, С. И. Пыхов. - Уфа : РИЦ БашГУ, 2013. - 70 с.

7. Гимаев Р. Н. Экологический менеджмент / Р. Н. Гимаев, Г. Ф. Ямалетдинова, К. Ш. Ямалетдинова, С. И. Пыхов, З. А. Янгуразова, Р. М. Хакимов. - Уфа : РИЦ БашГУ, 2008. - 164 с.

8. Титова Т. С. Совершенствование проведения комплексного аудита систем менеджмента безопасности на примере подразделений ОАО «Российские железные дороги» / Т. С. Титова, Р. Г. Ахтямов // Безопасность жизнедеятельности. - 2017. - № 3 (195). -С. 39-44.

9. Ямалетдинова К. Ш. Две ценности системы менеджмента качества / К. Ш. Ямалетдинова, А. А. Идрисов // Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике : сб. материалов I Междунар. (X Всерос.) науч.-метод. конференции. 29-30 апреля 2014 года, г. Уфа / отв. ред. К. Ш. Ямалетдинова. - Уфа : РИЦ БашГУ, 2014. - С. 229-231.

10. Белонина А. А. Организация проведения комплексного аудита систем менеджмента безопасности на полигоне Октябрьской железной дороги / А. А. Белонина, Т. С. Титова // Сб. тр. LXXVI Всерос. науч.-технич. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Транспорт: проблемы, идеи, перспективы». - СПб. : ПГУПС, 2016. - С. 39-43.

11. Елизарьев А. Н. Прогнозирование разливов нефтепродуктов при железнодорожных авариях / А. Н. Елизарьев, Т. Р. Юсупов, Е. Н. Елизарьева // Бюл. результатов науч. исследований. - 2016. - Вып. 3-4 (20-21). - С. 28-35.

12. Титова Т. С. Пути решения экологических проблем железнодорожного транспорта : науч.-метод. справ. пособие / Т. С. Титова, А. И. Потапов ; науч. ред. А. И. Потапов. - СПб. : ПГУПС, 2010. - 831 с.

13. Сорока М. Л. Технология ликвидации разливов нефтепродуктов с превентивным накоплением сорбентов в зоне образования и локализации разлива / М. Л. Сорока, Л. А. Ярышкина // Наука та прогрес транспорту. - 2012. - № 42. - С. 45-55.

14. Каменщиков Ф. А. Нефтяные сорбенты / Ф. А. Каменщиков, Е. И. Богомольный. - Ижевск : Ин-т компьютерных исследований, 2003. - 268 с.

15. Мелкозеров В. М. Суперпоглотитель «УНИПОЛИМЕР-М» для ликвидации аварийных проливов ЛВЖ и токсичных жидкостей / В. М. Мелкозеров, С. И. Васильев, М. Г. Мелкозеров, И. Е. Баронин // Механики XXI веку. - 2008. - № 7. - С. 125-129.

References

1. Kazanceva M. Yu. & Zibareva D.A. Zheleznodorozhnyy transport kak istochnik za-gryazneniya okruzhayushchey sredy [Rail transport as an environmental contaminant source]. Samara Journal of Science, 2014, no. 4

2. Titova T. S. & Stepanova A. A. Ekologicheskie problemy transportnogo stroitelstva [Environmental issues in transport construction]. Report made at 4th InternationalResearch-to-Practice Conference "Technosphere & Environmental Safety in Transport

3. Vorobeva O. V. & Belkov V. M. Metody, tekhnologii lokalizacii i sbora nefteproduk-tov, razlivshikhsya v rezultate avariynykh situaciy [Methods and technologies for containment

and collection of oil product spillages resulting from emergencies]. Vestnik of the Railway Research Institute, 2012, no. 2, pp. 53-60.

4. Aksenov S. G., Elizarev A. N., Nikitin A.A. & Elizareva E. N. Razvitie metodicheskikh osnov prognozirovaniya razlivov nefteproduktov pri zheleznodorozhnykh avariyakh [Development of methodical guidelines for forecasting oil product spillages in railway accidents]. Fire safety:problems and prospects, 2014, vol. 1, no. 1

5. Bondaruk A. M., Gimaev R. N., Pykhov S. I. & Yamaletdinova K. Sh. Sistema ekolo-gicheskogo menedzhmenta na predpriyatii [In-house eco-management system]. Ecology and Industry of Russia, 2008, no. 4, pp. 29-31.

6. Andreev V. E., Gumerov A. G., Yamaletdinova K. Sh., Yangurazova Z.A., Gimaev R. N., Yamaletdinova A. A. & Pykhov S. I. Pravovye osnovy obespecheniya ekologicheskoy bezopas-nosti neftegazovogo kompleksa [The Legal basis for ensuring environmental safety for the oil and gas industry]. Ufa, Editorial & Publishing Center, Bashkir State University Publ., 2013, 70 p.

7. Gimaev R. N., Yamaletdinova G. F., Yamaletdinova K. Sh., Pykhov S. I., Yangurazova Z. A. & Khakimov R. M. Ekologicheskiy menedzhment [Eco-management]. Ufa, Editorial & Publishing Center, Bashkir State University Publ., 2008, 164 p.

8. Titova T. S. & Akhtyamov R. G. Sovershenstvovanie provedeniya kompleksnogo audita sistem menedzhmenta bezopasnosti na primere podrazdeleniy OAO «Rossiyskie zheleznye dorogi» [Improved comprehensive audit of safety management systems as exemplified by Russian Railways business units]. Life safety, 2017, no. 3

9. Yamaletdinova K. Sh. & Idrisov A. A. Dve cennosti sistemy menedzhmenta kachest-va/Innovacii i naukoemkie tekhnologii v obrazovanii i ekonomike [Two assets in the quality management system/Innovations and Hi-Tech in education and economy]. Information package for 1st International

10. Belonina A.A. & Titova T. S. Organizaciya provedeniya kompleksnogo audita sistem menedzhmenta bezopasnosti na poligone Oktyabrskoy zheleznoy dorogi [Procedure for comprehensive audit of safety management systems at Oktyabrskaya Railway operating domain]. Collected papers from 76th National Scientific and Technical Conference for Students, Postgraduates and Young Researchers "Transport: problems, ideas, prospects". Saint Petersburg, PGUPS Publ., 2016, pp. 39-43.

11. Elizarev A. N., Yusupov T. R. & Elizareva E. N. Prognozirovanie razlivov nefte-produktov pri zheleznodorozhnykh avariyakh [Forecasting oil product spillages in railway accidents]. Bulletin of Scientific Research Results, 2016, issue 3-4

12. Titova T. S. & Potapov A. I. Puti resheniya ekologicheskikhproblem zheleznodorozh-nogo transporta [Solutions for environmental issues in rail transport]. Saint Petersburg, PGUPS Publ., 2010, 831 p.

13. Soroka M. L. Tekhnologiya likvidacii razlivov nefteproduktov s preventivnym na-kopleniem sorbentov v zone obrazovaniya i lokalizacii razliva [Technology for eliminating oil product spillages with preventive concentration of sorbents in a spillage formation and containment area]. Science and Transport Progress, 2012, no. 42, pp. 45-55.

14. Kamenshchikov F.A. & Bogomolnyy E. I. Neftyanye sorbenty [Oilsorbents]. Izhevsk, Institute of Computer Science Publ., 2003, 268 p.

15. Melkozerov V. M., Vasilev S. I., Melkozerov M. G. & Baronin I. E. Superpogloti-tel «UNIPOLIMER-M» dlya likvidacii avariynykh prolivov LVZh i toksichnykh zhidkostey [UNIPOLYMER-M superabsorbent for eliminating accidental HFL and toxic liquid spillages]. Mechanics to the 21st Century, 2008, no. 7, pp. 125-129.

*НУРУТДИНОВ Азамат Анварович - канд. техн. наук, доцент, dodger86@ya.ru; ЯМА-ЛЕТДИНОВА Клара Шаиховна - доктор техн. наук, профессор, clara-yk@yandex.ru (Башкирский государственный университет).

© Нурутдинов А. А., Ямалетдинова К. Ш., 2017