ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕФТЕСОРБЕНТОВ ПРИ ПОНИЖЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ НА ОСТРОВЕ САХАЛИН

​EFFICIENCY OF OIL SORBENTS UTILIZATION AT LOW TEMPERATURES ON SAKHALIN ISLAND

Alina Nurlanova

master's student, Technical Institute of Oil and Gas Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Tatyana Bazil

candidate of economic sciences, Associate Professor, Technical Institute of Oil and Gas Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Yanina Denisova

candidate of biological sciences, Associate Professor, Technical Institute of Oil and Gas Sakhalin State University

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

АННОТАЦИЯ

В статье проведен анализ нефтяных сорбентов, используемых при аварийных разливах нефти и нефтепродуктов на острове Сахалин. Приведены результаты исследований по использованию нефтесорбентов при пониженных температурах на производственных площадках острова Сахалин. Установлено, что при температуре равной -18ºС ликвидировать аварийный разлив нефти эффективно торфяным нефтесорбентом, а мазута – древесными опилками; при температуре -26 ºС волокнистым и торфяным нефтесорбентами.

ABSTRACT

The article analyzes the oil sorbents used in emergency oil and petroleum product spills on Sakhalin Island. The results of research on the use of oil sorbents at low temperatures at Sakhalin Island production sites are presented. It has been established that at a temperature of - 18 ° C, it is effective to eliminate an emergency oil spill with peat oil sorbent, and fuel oil with sawdust; at a temperature of -26 ° C, fibrous and peat oil sorbents.

Ключевые слова: нефть, разливы углеводородов, нефтесобрция, сорбенты, методы ЛАРН; характеристика нефтесорбентов; анализ эффективности нефтесорбции при пониженных температурах; практические рекомендации при ЛАРН; о. Сахалин.

Keywords: oil, hydrocarbon spills, oil sorption, sorbents, OSR methods; characteristics of oil sorbents; analysis of oil absorption efficiency at low temperatures; practical recommendations for OSR; Sakhalin Island.

Россия обладает богатыми нефтяными ресурсами. Объемы запасов по данным Росстата на сегодняшний день на континентальном шельфе Охотского, Японских морей и Татарского пролива, прилегающие к острову Сахалин насчитывают 1,19 трлн м³ газа, 3944 млн тонн нефти и 88,5 млн тонн газового конденсата. В том числе одним из основных месторождений Российской Федерации. на острове являются: Одопту, Чайво, Пильтун-Астохское и Аркутун-Даги [5].

Проблема аварийных разливов нефти и нефтепродуктов является актуальной уже многие годы. По официальным данным, каждый год на нефтепроводах происходит около 10 000 аварий и разливается порядка 4,5 миллионов тонн нефти, 1,5 миллиона тонн нефти (по данным Минприроды Российской Федерации), 17 тысяч тонн нефти (по данным Росприроднадзора) [2]. В соответствии с законодательством Российской Федерации аварийные разливы нефти и нефтепродуктов являются чрезвычайными ситуациями и их последствия подлежат ликвидации.

Целью работы является анализ эффективности использования нефтесорбентов при нейтрализации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов при пониженных температурах.

Сорбент – это твердое тело или жидкость, применяемые для поглощения каких-нибудь веществ из растворов или газов (целью очистки, уничтожения дурного запаха и т. п.).

При разработке материалов сорбентов учитываются следующие параметры:   эффективность сорбентов; величина относительной сорбции, характеризующая отношение массы нефтепродукта, связанного сорбентом, к массе самого сорбента; коэффициент распределения, учитывающий степень распределения нефтепродукта между сорбентом и раствором; стоимость, доступность, сезонность и срок годности сырья, используемого при производстве сорбентов; экологическая чистота при производстве сорбентов;  технологичность операций, объем сточных вод и затраты на их утилизацию;  транспортные затраты на доставку сырья, материалов и сорбентов к месту их использования; транспортные расходы на доставку использованных сорбентов к месту их утилизации или переработки; затраты на переработку, утилизацию, захоронение; экологическая безопасность процессов переработки использованных сорбентов [3].

Классификация нефтяных сорбентов приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Классификация нефтяных сорбентов

Рассмотрим достоинства и недостатки отдельных видов сорбентов (таблица 1). Анализ показал, что универсальных сорбентов не существует. Каждый аварийный разлив углеводородов требует анализа и подбора нефтесорбента по характеристикам. Подбор осуществляется в зависимости от климатических условий, от места происхождения аварийного разлива, от свойств самого сорбента и т.д.

Таблица 1.

Достоинства и недостатки нефтесорбентов

В лаборатории нефти и газа была проведена серия экспериментов с нефтяными сорбентами. Эксперимент проводился в три этапа: закладка эксперимента, имитация аварийного разлива нефти на почву; получение результатов; анализ полученных данных, составление выводов.

Эксперимент № 1 «Исследование нефтесорбции при пониженных температурах ±5ºC»

В эксперименте использовались следующие сорбенты: гранулированный сорбент; синтетический сорбент; опилки (рисунок 2).

Рисунок 2 – Нефтесорбенты, используемые в исследовании: А - волокнистый нефтесорбент, Б - гранулированный нефтесорбент, В - опилки крупного помола

Этапы закладки эксперимента:

1) в чашку Петри насыпали почву и песок в соотношении 1:1 (рисунок 3);

2) чашки Петри с почвой помещали в холодильник, на два разных уровня (±5 ºС) на 24 часа;

3) имитация разлива нефти и нефтепродукта, для этого на охлаждённую почву помещали нефть или нефтепродукт в количестве 5 мл на 24 часа;

4) закладка нефтесорбентов в чашки Петри и выдерживание их в холодильнике на 4 часа;

5) извлечение насыщенной нефтью и нефтепродуктами сорбент (рисунок 4);

6) посев семян индикаторного растения;

7) наблюдение за произрастанием и развитием индикаторного растения (рисунок 5).

Рисунок 3. Укладка готовой смеси почвы в холодильник для охлаждения	Рисунок 4. Вынос нефтесорбента насыщенного мазутом

Рисунок 5. Всходы индикаторного растения на 5 день после посева

Эксперимент № 2 «Анализ эффективности сорбентов при пониженных температурах»

В эксперименте использовались следующие сорбенты: гранулированный сорбент, опилки, волокнистый сорбент, торфяной сорбент.

Данный эксперимент проводился аналогично предыдущему эксперименту, но при более пониженных температурах. Этапы эксперимента приведены ниже.

В чашку помещали примерно 190 г почвы (рисунок 6). В общей сложности было заложено 45 чашек. Количество чашек соответствует 3 кратностям для каждого сорбента и температуры. Далее чашки с почвой помещали в холодильник на 2 разных температурных режимах (-18◦С и -26◦С) на сутки (рисунок 7). Имитировали аварийный разлив нефти и мазута в количестве 5 мл на 24 часа (рисунок 8);

Закладывали нефтесорбент в чашки с аварийным разливом при тех же температурных режимах. Сорбенты в свою очередь были использованы в разной пропорции: гранулированный сорбент – 6 грамм, опилки – 3,5 грамм, торфяной сорбент – 6 грамм и волокнистый нефтесорбент – 3 грамма (рисунок 9). Извлекали насыщенный нефтью и мазутом сорбенты (рисунок 10). Производили посев семян индикаторного растения в размере 100 штук. Анализировали прирост и развитие индикаторного растения (рисунок 11).

В ходе первого эксперимента получены  следующие результаты (рисунки 12 и 13). При температуре -5ºС наибольшую эффективность при ликвидации аварийных разливов мазута показали опилки (39%), а наименьшую -  гранулированный сорбента (32%). При температуре +5ºС наиболее эффективным сорбентом оказался гранулированный нефтесорбент (38,66%), а наименее эффективным - волокнистый нефтесорбент (28,66%).

Рисунок 12. Всхожесть семян индикаторного растения после очищения нефтесорбентом при аварийном разливе мазута

При температуре +5 ºС ликвидация аварийного разлива нефти оказалась наиболее эффективной при использовании волокнистого нефтесорбента (44,66 %); наименьшую эффективность показали опилки (35,33%). При температуре -5ºС лучшую очистку продемонстрировал гранулированный сорбент (41,00%).

Рисунок 13. Всхожесть семян индикаторного растения после очищения нефтесорбентом при аварийном разливе нефти

Рисунок 14. Эффективность нефтесорбции при различных температурах

На рисунке 14 показан график эффективности после очистки почвы соответствующими нефтесорбентами. Из графика следует выделить, что при аварийном разливе нефти лучше всего с сорбцией нефти справляется гранулированный нефтесорбент, вне зависимости от температуры. При ликвидации аварийного разлива мазута следует обратить внимание на температуру, т.к. при t=-5 ºС наибольшую эффективность показали опилки, а при t=+5 ºС гранулированный нефтесорбент.

Результаты эксперимента №2. Эффективность сорбентов при пониженных температурах (-18◦С и -26◦С) показана в таблице 2.

Таблица 2.

Количество проросших семян и эффективность сорбентов при соответствующих температурах и углеводородов 

Рисунок 15. Всхожесть семян индикаторного растения после очищения нефтесорбентом при аварийном разливе нефти

При температуре равной -18 ºС ликвидация аварийного разлива нефти оказалась наиболее эффективной при использовании торфяного нефтесорбента (166), наименьшую эффективность показал гранулированный сорбент (115). При температуре -26 ºС наилучший результат продемонстрировал волокнистый нефтесорбент (263), а наименьший торфяной (187).

Рисунок 16. Всхожесть семян индикаторного растения после очищения нефтесорбентом при аварийном разливе мазута

При температуре равной -18 ºС ликвидация аварийного разлива мазута оказалась наиболее эффективной при использовании опилок (218), наименьшую эффективность показал торфяной сорбент (160). При температуре -26 ºС одинаково хороший результат продемонстрировали торфяной и волокнистый нефтесорбенты  в (263), опилки показали наименьший эффект.

Практические рекомендации

1) При решении вопросов, связанных с экологической безопасностью нефтедобывающих предприятий, в первую очередь стоит обратить внимание на предупреждение и своевременное обнаружение загрязнителей, путем постоянного диагностирования наиболее опасных технических объектов, своевременно осуществлять предупредительные и ремонтно-восстановительные работы.

2) Фиторекультивацию мест аварийных разливов проводить не сразу, а спустя определенное время (не менее 3 месяцев со дня ликвидации ЛАРН), используя местные аборигенные виды растения.

3) Для каждого разлива следует учитывать множество факторов, которые влияют на качество очистки. К главным факторам относятся: климатические условия (температура, влажность, скорость ветра (поправочный коэффициент = 1,3) и скорость движения воды; место разлива (суша, море, океан, болото, рельефная местность); время реагирования; подготовленность персонала; осложненность логистики; ресурсы реагирования (скиммеры, боновые заграждения, СИЗ, сорбенты и т.д.).

4) использование новых технологий по увеличению эффективности, такие как магнитные сорбенты. Магнитные сорбенты – это магнитный материал с высокими сорбционными свойствами. После модификации сорбента скорость потока раствора может быть увеличена в 15-17 раз. Данный вид сорбента не только увеличивает нефтеемкость и маслоемкость, но и придает сорбентам магнитные свойства, которые в свою очередь легко собираются постоянным магнитом.

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Проведен анализ нефтяных сорбентов, используемых при аварийных разливах нефти и нефтепродуктов на острове Сахалин. Было выявлено, что универсальных нефтесорбентов, которые могли бы использоваться на суше и на воде не существуют. Нефтяные сорбенты разнообразны по происхождению, по структуре, по характеру смачивания, по плавучести, по кратности использования, по исходному сырью, по назначению и по способу утилизации.

2. Выполнены экспериментальные исследования по выявлению эффективности нефтесорбции при пониженных температурах. Для этого были заложены 4 эксперимента в ходе которых было выявлено следующее:

а) в эксперименте №1 эффективность очистки волокнистым нефтесорбентом достаточно высока, но при этом полностью очистить землю этим методом невозможно;

б) в эксперименте №2 волокнистый сорбент в эксперименте с имитацией разлива нефти на воде справился отлично, сорбент весом 1,053 грамм впитал в себя 5 мм нефтепродукта;

в) в эксперименте №3 при разливе мазута при температуре -5ºС лучший результат показали опилки (39%), худший – гранулированный нефтесорбент (32%), при +5ºС лучший - гранулированный нефтесорбент (38,66%), худший - волокнистый нефтесорбент (28,66%). При разливе нефти при +5 ºС наиболее эффективен волокнистый нефтесорбент (44,66%), наименее - опилки (35,33%). При температуре -5ºС лучшую очистку продемонстрировал гранулированный сорбент (41%), а наименьшую - опилки (35,33%);

г) в эксперименте №4 при температуре равной -18 ºС ликвидация аварийного разлива нефти оказалась наиболее эффективной при использовании торфяного нефтесорбента (166), наименее при использовании гранулированного сорбент (115). При температуре -26 ºС  наилучший результат продемонстрировал волокнистый нефтесорбент (263), а наименьший - торфяной (187). При температуре равной -18 ºС ликвидация аварийного разлива мазута оказалась наиболее эффективной при использовании опилок (218), наименьшую эффективность показал торфяной сорбент (160). При температуре -26ºС одинаково хороший результат продемонстрировали торфяной и волокнистый нефтесорбенты в (263), опилки показали наименьший эффект.

К основным практическим рекомендациям относятся следующие:

- обратить внимание на предупреждение и своевременное обнаружение загрязнителей;

- фиторекультивацию мест аварийных разливов проводить не сразу, а спустя определенное время (не менее 3 месяцев со дня ликвидации ЛАРН), используя местные аборигенные виды растения;

- для каждого разлива следует учитывать множество факторов, которые влияют на качество очистки;

- использование новых технологий по увеличению эффективности, такие как магнитные сорбенты.

Список литературы:

1. Артюшкин В.Н. Современные средства ликвидации аварийных разливов нефти в трубопроводном транспорте : учебное пособие / Артюшкин В.Н. – Москва, Вологда : Инфра-Инженерия, 2019. – 128 c. – ISBN 978-5- 9729-0374-0. – Текст : электронный // Цифровой образовательный ресурс IPR SMART : [сайт]. – URL: https://www.iprbookshop.ru/86644.html
2. Владимиров В. А. Разливы нефти: причины, масштабы, последствия // Стратегия гражданской защиты: проблемы и исследования. 2014. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razlivy-nefti-prichiny-masshtaby-posledstviya (дата обращения: 10.06.2025).
3. Денисов Н.Е. Классификация нефтяных сорбентов // Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ: сб. ст. по мат. CLXIX междунар. студ. науч.-практ. конф. № 14(168). URL: https://sibac.info/archive/meghdis/14(168).pdf
4. Денисов Н.Е., Ненашев А.В. К вопросу изготовления нефтесорбентов из вторичного сырья // Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ: сб. ст. по мат. CXXXV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 4(135). URL: https://sibac.info/archive/meghdis/4(135).pdf
5. Другов Ю.С. Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов : практическое руководство / Другов Ю.С., Родин А.А. – Москва : Лаборатория знаний, 2020. – 272 c. – ISBN 978-5-00101-837-7. – Текст : электронный // Цифровой образовательный ресурс IPR SMART : [сайт]. – URL: https://www.iprbookshop.ru/37117.html
6. Масаков Г. Потенциал развития добычи на шельфе в России: проблемы и перспективы, 2024 // https://sectormedia.ru/news/neftegazodobycha/potentsial-razvitiya-dobychi-na-shelfe-v-rossii-problemy-i-perspektivy/
7. Обзор рынка сорбентов (поглотителей) для ликвидации разливов нефтепродуктов в России (INFOMINE Research Group). – М.: 2022 /https://infomine.ru/files/catalog/300/file_300_eng.pdf