Загрязнение нефтью. Экологические аспекты.

наряду с механическими примесями и хлористыми солями, входит в уравнение

для определения массы балласта. Присутствуя в нефти, особенно с

растворенными в ней хлористыми солями, вода осложняет ее переработку,

вызывая коррозию аппаратуры. Имеющаяся в карбюраторном и дизельном топливе,

вода снижает их теплотворную способность, засоряет и вызывает закупорку

распыляющих форсунок. При уменьшении температуры кристаллики льда засоряют

фильтры, что может служить причиной аварий при эксплуатации авиационных

двигателей.

Содержание воды в масле усиливает ее склонность к окислению, ускоряет

процесс коррозии металлических деталей, соприкасающихся с маслом.

Следовательно, вода оказывает негативное влияние как на процесс переработки

нефти, так и на эксплуатационные свойства нефтепродуктов и количество ее

должно строго нормироваться.

Присутствие мехпримесей объясняется условиями залегания нефти и

способами ее добычи. Механические примеси нефти состоят из взвешенных в ней

высокодисперсных частиц песка, глины и других твердых пород, которые,

адсорбируясь на поверхности глобул воды, способствуют стабилизации нефтяной

эмульсии. При перегонке нефти примеси могут частично оседать на стенках

труб, аппаратуры и трубчатых печей, что приводит к ускорению процесса

износа аппаратуры.

В отстойниках, резервуарах и трубах при подогреве нефти часть

высокодисперсных механических примесей коагулирует, выпадает на дно и

отлагается на стенках, образуя слой грязи и твердого осадка. При этом

уменьшается производительность аппаратов, а при отложении осадка на стенках

труб уменьшается их теплопроводность. В ГОСТ 6370-83 приводятся следующие

оценки достоверности результатов определения содержания механических

примесей при доверительной вероятности 95%.Массовая доля механических

примесей до 0.005% включительно оценивается как их отсутствие.

ГОСТ 9965-76 устанавливает массовую долю механических примесей в

нефти, которая может быть не более 0.05%.

Сера и ее соединения являются постоянными составляющими частями сырой

нефти. По химической природе - это соединения сульфидов, гомологов тиофана

и тиофена. Кроме указанных соединений, в нефти встречаются сероводород,

меркаптаны и дисульфиды. Меркаптаны или тиоспирты - легколетучие жидкости с

чрезвычайно отвратительным запахом; сульфиды или тиоэфиры - нейтральные

вещества, нерастворяющиеся в воде, но растворяющиеся в нефтепродуктах;

дисульфиды или полисульфиды - тяжелые жидкости с неприятным запахом, легко

растворяющиеся в нефтепродуктах, и очень мало в воде; тиофен - жидкость, не

растворяющаяся в воде. Соединения серы в нефти, как правило, являются

вредной примесью. Они токсичны, имеют неприятный запах, способствуют

отложению смол, в соединениях с водой вызывают интенсивную коррозию

металла. Особенно в этом отношении опасны сероводород и меркаптаны. Они

обладают высокой коррозийной способностью, разрушают цветные металлы и

железо. Поэтому их присутствие в товарной нефти не допустимо. Точность

метода определения серы согласно ГОСТ 1437-75 выражается следующими

показателями:

. сходимость - результаты определения, полученные последовательно

одним лаборантом, признаются достоверными (при доверительной

вероятности 95%), если расхождение между ними не превышает

значений, указанных в таблице №1;

. воспроизводимость - результаты анализа, полученные в двух разных

лабораториях, признаются достоверными (при доверительной

вероятности 95%), если расхождение между ними не превышает

значений, указанных в таблице № 1.

Таблица № 1

Сходимость и воспроизводимость метода определения серы по ГОСТ 1437-75

|Массовая доля серы, %|Сходимость, % |Воспроизводимость, % |

|До 1.0 |0.05 |0.20 |

|Св. 1.0 до 2.0 |0.05 |0.25 |

|Св. 2.0 до 3.0 |0.10 |0.30 |

|Св. 3.0 до 5.0 |0.10 |0.45 |

Вязкость является важнейшей физической константой, характеризующей

эксплуатационные свойства котельных, дизельных топлив и других

нефтепродуктов. Особенно важна эта характеристика для определения качества

масленых фракций, получаемых при переработке нефти и качества стандартных

смазочных масел. По значению вязкости судят о возможности распыления и

перекачивания нефтепродуктов, при транспортировке нефти по трубопроводам,

топлив в двигателях и т.д.

Перегонка нефти, содержащей соли, становится невозможной из-за

интенсивной коррозии аппаратуры, а также из-за отложения солей в трубах

печей и теплообменниках. В результате могут прогореть печные трубы и

возникнуть пожар, непрерывно повышаться давление на сырьевых печных насосах

вследствие уменьшения диаметра печных труб и, наконец, полностью

прекратится подача сырья в печь.

Основным коррозирующим фактором является присутствие хлоридов в нефти.

При подогреве нефти до 120 С и выше в присутствии даже следов воды

происходит интенсивный гидролиз хлоридов с выделением сильно коррозирующего

агента - хлористого водорода НС1. Гидролиз хлоридов идет согласно следующим

уравнениям:

MgCl2 + Н2O = MgOHCl + НС1

MgCI2 + 2Н20 = Mg(OH)2 + 2НС1

С повышением температуры скорость гидролиза хлоридов значительно

увеличивается. Из содержащихся в нефти хлоридов наиболее легко

гидролизируется хлористый магний, за ним следует хлористый кальций и

труднее всех гидролизируется хлористый натрий. При перегонке сернистой

нефти сероводород реагирует с железом и образует не растворяемый в воде

сульфид железа, который в виде тонкой пленки покрывает стенки аппаратов и,

таким образов, защищает аппаратуру от дальнейшего воздействия коррозии. Но

выделившийся хлористый водород разлагает эту защитную пленку, при этом

выделяются новые порции сероводорода и образуется нерастворимое в воде

хлористое железо. В результате обнажается поверхность металла и протекает

интенсивная сопряженная коррозия сероводородом и хлористым водородом.

Наличие значительного количества минеральных солей в мазутах, которые

представляют собой остаток при перегонке нефти и используются в качестве

котельного топлива приводит к отложению солей в топках, на наружных стенках

нагревательных труб. Это приводит к снижению теплоотдачи и, следовательно,

к снижению коэффициента полезного действия печи.

Таким образом, переработка такой нефти может осуществляться только

после обязательного обессоливания и обезвоживания. ГОСТ 21534 устанавливает

два метода определения хлористых солей в нефти: титрованием водного

экстракта (метод А) и неводным поцентриометрическим титрованием (метод Б).

Точностные значения для методов представлены в таблицах №2 и №3.

Таблица № 2

Значения точности определения хлористых солей по методу А.

|Массовая концентрация хлористых |Сходимость, мг/дм3 |

|солей, мг/дм3 | |

|10 |1.5 |

|10 до 50 |3.0 |

|50 до 200 |6.0 |

|200 до 1000 |25.0 |

|1000 |4% от среднего значения |

Таблица № 3

Значения точности определения хлористых солей по методу Б

|Массовая концентрация хлористых |Сходимость, мг/дм3 |

|солей, мг/дм3 | |

|До 50 |3 |

|Св. 50 до 100 |7 |

|Св. 100 до 200 |12 |

|Св. 200 до 500 |27 |

|Св. 500 до 1000 |50 |

|Св. 1000 до 2000 |100 |

|Св.2000 |6% от значения меньшего результат |

По ГОСТу 9965-76 концентрация хлористых солей должна составлять

100,300 или 900 мг/дм3, в зависимости от степени подготовки нефти.

Способность молекул жидкости выходить через свободную поверхность

наружу, образуя пар, называют испаряемостью. Над поверхностью каждой

жидкости вследствие испарения находится пар, давление которого может

возрастать до определенного предела, зависящего от температуры и

называемого давлением насыщенного пара. При этом давление пара и жидкости

будет одинаковым, пар и жидкость оказываются в равновесии и пар становится

насыщенным. При этом число молекул, переходящих из жидкости в пар равно

числу молекул, совершающий обратный переход. Давление насыщенных паров с

повышением температуры растет. Образование насыщенных паров приводит к

тому, что давление на свободной поверхности не может быть ниже давления

насыщенных паров. Для нефти и нефтепродуктов и других сложных

многокомпонентных систем давление насыщенного пара при данной температуре

является сложной функцией состава и зависит от соотношения объемов

пространств, в которых находится пар и жидкость.

Давление насыщенных паров характеризует интенсивность испарения,

пусковые качества моторных топлив и склонность их к образованию паровых

пробок.

При транспортировании нефти, содержащих парафин, по трубопроводам на

их стенках, а также на деталях оборудования часто откладывается парафин.

Это объясняется как тем, что температура стенок трубопровода может быть

ниже, чем у перекачиваемой жидкости, так и тем, что частицы парафина,

выделившиеся из нефти вследствие высокой концентрации или колебания

температуры на различных участках трубопровода, прилипают к его стенкам.

Это приводит к уменьшению эффективного сечения труб и оборудования, что в

свою очередь требует повышения давления в насосов для поддержания

необходимого расхода (объема протекающей жидкости) и может привести к

снижению производительности всей системы.

Таким образом, знание содержания в нефти и нефтепродуктах количества

парафина и температуры его массовой кристаллизации позволяет определить

технологический режим эксплуатации магистральных трубопроводов.

ГОСТ 11851-85 регламентирует два метода определения парафина. Метод А

заключается в предварительном удалении асфальто-смолистых веществ из нефти,

их экстракции и адсорбции, и последующего выделения парафина смесью ацетона

и толуола при температуре минус 20°С. При использовании метода Б

предварительное удаление асфальто-смолистых веществ осуществляется

вакуумной перегонкой с отбором фракций 250-550°С и выделение парафина

растворителями (смесь спирта и эфира) при температуре минус 20°С.

Точность метода А представлена в таблице № 4.

Таблица № 4

Сходимость и воспроизводимость метода А определения парафина в нефти

|Массовая доля парафина |Сходимость, % от |Воспроизводимость, % от|

|в нефти,% |среднего |среднего |

| |арифметического |арифметического |

|До 1.5 |19 |68 |

|Св. 1.5 до 6.0 |18 |68 |

|Св.6 |17 |67 |

Расхождение между двумя параллельными определениями по методу Б не

должны превышать значений, указанных в таблице № 5.

Таблица № 5

Точность определения парафина по методу Б

|Массовая доля парафина в нефти, % |Допускаемые расхождения |

|До 2 |0.2% от массы фракций 250-500?С |

|Св.2 |10% от значения меньшего результата|

2. Анализ экологических аспектов этих свойств

Гораздо большую опасность таит в себе использование нефти и газа в

качестве топлива. При сгорании этих продуктов в атмосферу выделяются в

больших количествах углекислый газ, различные сернистые соединения, оксид

азота и т.д. От сжигания всех видов топлива, в том числе и каменного угля,

за последние полвека содержание диоксида углерода в атмосфере увеличилось

почти на 288 млрд. т, а израсходовано, по подсчетам академика Ф.Ф. Давитая,

более 300 млрд .т. кислорода. Таким образом, с момента первых костров

первобытного человека атмосфера потеряла около 0,02 % кислорода, а

приобрела до 12 % углекислого газа. В настоящее время ежегодно человечество

сжигает 7 млрд. т. топлива, на что потребляется более 10 млрд. т кислорода,

а прибавка диоксида углерода в атмосфере доходит до 14 млрд. т. В ближайшие

же годы эти цифры будут расти в связи с общим увеличением добычи горючих

полезных ископаемых и их сжиганием. По мнению Ф.Ф. Давитая, к 2020 г. в

атмосфере исчезнет около 12 000 млрд. т. кислорода (0,77 %). Таким образом,

через 100 лет состав атмосферы существенно изменится и, надо полагать, в

худшую сторону.

Уменьшение количества кислорода и рост содержания углекислого газа, в

свою очередь, будут влиять на изменение климата. Молекулы диоксида углерода

позволяют коротковолновому солнечному излучению проникать сквозь атмосферу

Земли и задерживают инфракрасное излучение, испускаемое земной

поверхностью. Возникает так называемый „парниковый эффект", и

среднепланетная температура повышается. Предполагают, что потепление с 1880

г. по 1940 г. в значительной степени следует отнести за этот счет. Казалось

бы, в дальнейшем потепление должно прогрессивно нарастать. Однако другое

воздействие человека на атмосферу нейтрализует "парниковый эффект".

Человечество выделяет огромное количество пыли и других микрочастиц,

экранирующих солнечные лучи и сводящих на нет нагревательное действие

углекислого газа. По сведениям американского специалиста К. Фрейзера, над

Вашингтоном помутнение атмосферы с 1905 г. по 1964 г. составило 57 %, а над

одним из швейцарских городов - 88 %. Над Тихим океаном прозрачность

атмосферы снизилась на 30 % всего за десять лет-с 1957 г. по 1967г.

Загрязнение атмосферы таит в себе и другую опасность - оно снижает

количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. По данным

Национального управления США по изучению океана и атмосферы над территорией

этой страны в период с 1950 г. по 1972 г. солнечная радиация уменьшалась

осенью на 8 %, а весной увеличивалась на 3 %. В среднем с 1964 г. она упала

на 1,3 %, что эквивалентно потере примерно 10 мин солнечного дня в сутки.

Эта, казалось бы, мелочь может иметь серьезные климатологические

последствия.

Загрязнение атмосферы над Соединенными Штатами привело в 1975 г. к

совсем уже неожиданному явлению. В районе Бостона (штат Массачусетс) было

установлено резкое увеличение количества озона в атмосфере - 0,127 части на

миллион, тогда как установленный федеральными властями США предел

безопасности составляет 0,08 части на миллион. Известно, что озон

образуется в атмосфере при взаимодействии углеводородов с кислородом

воздуха и в больших количествах он более ядовит, чем угарный газ. 10

августа 1975 г. управление здравоохранения штата объявило „озон-тревогу",

которая продлилась до 14 августа. Это была уже вторая тревога за год.

Большая роль в загрязнении атмосферы принадлежит реактивным самолетам,

машинам, заводам и фабрикам. Чтобы пересечь Атлантический океан,

современный реактивный лайнер поглощает 35 т кислорода и оставляет

инверсионные следы, увеличивающие облачность. Значительно загрязняют

атмосферу и автомашины, которых уже сейчас насчитывается более 500 млн. По

подсчетам специалистов, машины „размножаются" в 7 раз быстрее людей. Именно

им принадлежит половинная доля участия в отравлении Америки. Как заявил в

1976 г. сенатор Э. Маски, в США каждый год от заболеваний, вызванных

загрязнением воздуха, умирает 15 тыс. человек. Американцев это не на шутку

тревожит. Появляются различные проекты создания двигателей, работающих на

других видах топлива. Электромобили уже не новость, во многих странах мира

есть опытные образцы, но пока их широкое внедрение в жизнь сдерживается из-

за малой мощности аккумуляторов.

Немалый вклад в отравление атмосферы вносят различные заводы, тепло- и

электростанции. Средней мощности электростанция, работающая на мазуте,

выбрасывает ежесуточно в окружающую среду 500 т серы в виде сернистого

ангидрита, который, соединяясь с водой, тотчас же дает сернистую кислоту.

Французский журналист М. Рузе приводит такие данные. Тепловая

электростанция компании „Электрисите де Франс" ежедневно выбрасывает в

атмосферу из своих труб 33 т серного ангидрита, который может превратиться

в 50 т серной кислоты. Кислотный дождь охватывает территорию около этой

станции в радиусе до 5 км. Такие дожди обладают большой химической

активностью, они разъедают даже цемент, не говоря уже об известняке или

мраморе.

Особенно страдают памятники старины. Бедственное положение

складывается с афинским Акрополем, который вот уже более 2500 лет

выдерживает разрушительное влияние землетрясений, набегов иностранных

захватчиков, пожаров. Теперь же этому всемирно известному памятнику старины

угрожает серьезная опасность. Загрязнение атмосферы постепенно разрушает

поверхность мрамора. Мельчайшие частицы дыма, выбрасываемые в воздух

промышленными предприятиями Афин, вместе с каплями воды попадают на мрамор,

а, утром испарившись, оставляют на нем бесчисленное множество еле заметных

оспин. По утверждению греческого археолога профессора Наринатоса, памятники

древней Эллады больше пострадали за последние 20 лет от загрязнения

атмосферы, чем за 25 столетий, полных войн и нашествий. Чтобы сохранить для

потомков эти бесценные творения древних зодчих, специалисты намерены

покрыть наиболее пострадавшие части памятников специальным защитным слоем

из пластика.

Загрязнение атмосферы различными вредными газами и твердыми частицами

приводит к тому, что воздух крупных городов становится опасным для жизни

людей. В некоторых городах США, Японии, Германии регулировщики уличного

движения дышат кислородом из специальных баллонов. Пешеходам эта

возможность предоставляется за дополнительную плату. В Токио и некоторых

других городах Японии на улицах устанавливаются кислородные баллоны для

детей, чтобы они по дороге в школу могли глотнуть свежего воздуха. Японские

предприниматели открывают специальные бары, где люди поглощают не

алкогольные напитки, а свежий воздух. Правда, в последние годы обстановка

изменилась в лучшую сторону.

Особую опасность для жизни людей представляют смертоносные туманы,

Страницы: 1, 2, 3