Характеристика нефти и нефтепродуктов

Введение

В последнее время все чаще можно услышать о загрязнении почв или водоемов нефтью и нефтепродуктами. Источниками загрязнения являются предприятия нефтегазодобычи, нефтепереработки, транспорта нефти и нефтепродуктов, которые при проведении регламентных работ наносят весьма ощутимый вред окружающей среде.

Ежегодно в мире при добыче, транспорте, хранении и использовании теряется около 50 миллионов тонн нефти и нефтепродуктов.

Эти загрязнители, попадая в почву, вызывают в ней значительные, порой необратимые изменения: образование битуминозных соланчаков, гудронизацию, цементацию и т.п..

В результате нарушения почвенного покрова усиливаются нежелательные природные процессы: эрозия почв, дефляция, криогенез.

Попадая в окружающую среду нефтепродукты оказывают губительное действие на живые организмы и нарушают условия их обитания.

Проблема охраны окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами, а также их утилизации приобретает все большую остроту в связи с ограниченностью возможностей, а иногда и экологической небезопасностью применения для этих целей механических, физических и химических способов очистки.

В связи с этим актуальной является возможность использования для очистки от загрязнений нефтью и нефтепродуктами микроорганизмов, способных расти и проявлять активную деятельность в среде с высоким содержанием нефти и нефтепродуктов, способных к биодеструкции этих веществ.

Цель работы: разработать проект реабилитации нефтезагрязненных почв при помощи микроорганизмов на примере Усинского района Республики Коми.

В соответствии с поставленной целью выделим следующие задачи:

1. Изучить характеристики нефти и нефтепродуктов;

2. Изучить воздействие нефти и нефтепродуктов на почву и почвенную биоту;

3. Рассмотреть мероприятия по рекультивации почв загрязненных нефтью и нефтепродуктами;

4. Разработать систему мероприятий по снижению нефтяного загрязнения почв в Усинском районе;

5. Рассчитать экономические затраты на реабилитацию почв.

Загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами

При ежегодной мировой добыче нефти 2 млрд 500 млн т в год теряется около 50 млн т, или примерно 2 %. Земли и воды загрязняются при добыче нефти, транспортировке ее и ее продуктов, переработке, хранении, заправке машин топливом в результате аварий, утечек, протечек, испарений. Опасны не только крупные аварии на водном и железнодорожном транспорте, при прорыве нефтепроводов, но и мелкоочаговые загрязнения вокруг многочисленных мелких баз хранения и распределения топливно-смазочных материалов (ТСМ), топливозаправочных станций, при хранении и ремонте техники. Например, в Российской Федерации имеется около 36 тыс. хозяйственных баз ТСМ и около 2500 районных баз, через которые ежегодно проходит примерно 10 млн т бензина и 20 млн т дизельного топлива. Из-за несовершенства оборудования этих баз, небрежного обращения с нефтепродуктами их потери на испарение, утечки и проливы по приближенным оценкам составляют около 0,4...2,3% годового оборота. Иными словами, в год потери нефтепродуктов на хозяйственных базах составляют от 120 до 690 тыс. т. В этих же пределах находятся и потери на районных базах. Несмотря на сравнительно небольшие потери, приходящиеся на одну базу, они представляют большую экологическую опасность, так как создают мелкоочаговое, но практически равномерное загрязнение обжитых районов страны. Поэтому очень важно принятие неотложных мер по всемерному сокращению потерь нефтепродуктов, а также по очистке загрязненных территорий [1].

Характеристика нефти и нефтепродуктов

Нефть – сложная смесь алканов (парафиновых или ациклических насыщенных углеводородов), циклоалканов (нафтенов) и аренов (ароматических углеводородов), различной молекулярной массы, а также кислородных, сернистых и азотистых производных углеводородов. Нефти различных месторождений по углеводородному составу неодинаковы. Для нефти всех месторождений характерно, с одной стороны, огромное разнообразие видов, с другой - наличие преимущественно одинаковых элементов в ее составе и структуре, сходство по некоторым параметрам. Элементарный состав разнообразных видов нефти во всем мире изменяются в пределах 3-4% по каждому элементу [7].

Главные нефтеобразующие элементы: углерод (83-87%), водород (12-14%), азот, сера, кислород (1-2%, реже 3-6% за счет серы). Десятые и сотые доли процента нефти составляют многочисленные микроэлементы, набор которых в любой нефти примерно одинаков.

Легкая фракция, куда входят наиболее простые по строению низкомолекулярные метановые (алканы), нафтеновые (циклопарафиновые) и ароматические углеводороды,- наиболее подвижная часть нефти. В состав средних и тяжелых фракций входят арены с более короткими боковыми цепями.

Содержание алканов в различных нефтях колеблется от 2 до 50% и более [7].

Из нефти и природных газов выделены все алканы нормального строения, начиная от метана до гексатриаконтана С₃₆Н_74.

Нефти классифицируются: по содержанию в них углеводородов (химическая классификация); по содержанию серы, парафинов и качеству получаемых продуктов (технологическая классификация). От относительного содержания алканов нормального и изостроения зависит тип нефти. По классификации Петрова нефти делятся на четыре химических типа:

Метановые или парафиновые нефти типа А¹ характеризуются высоким содержанием нормальных алканов ( до 15-16%) в характерной фракции, которое превышает содержание изопреноидных алканов. Например, нефть месторождений – Сургут, Самотлор и др..

Нефти типа А² относятся к парафинонафтеновым. Содержание алканов в них несколько ниже, чем в А¹, и может достигать в характерной фракции 25-30%, а циклоалканов – 60%. К нефтям этого типа относятся нефти Южного Каспия, Прикаспия и др..

В составе нафтеновых нефтей типа Б² резко преобладают циклоалканы, содержание которых в характерной фракции может достигать 60-75%, а алканов – 5-30%. Типичными представителями нефтей данного типа являются нефти северного Кавказа.

Четвертая группа нефтей типа Б¹ характеризуется по групповому составу как нафтеновая или нафтено – ароматическая. В этих нефтях практически полностью отсутствуют н-алканы и изопреноидные алканы и относительно мало содержание других разветвленных алканов (от 4 до 10%). Примерами нефтей данного типа служат нефти западно-сибирских месторождений: Грязевая Сопка, Сураханы, Балаханы и др. [1,9].

В нефти выделяют углеводородную, асфальто-смолистую части, порфирины, серу и зольную часть.

К углеводородной части относят алканы, ароматические углеводороды, циклоалканы.

Таким образом, алканы в различных пропорциях в состав всех нефтей. Содержание ароматических углеводородов в нефтях колеблется от 15 до 50% масс. Во многих нефтях по суммарному содержанию над другими классами углеводородов преобладают циклоалканы: их содержание колеблется от 25 до 75% масс. Они присутствуют во всех нефтяных фракциях.

Кроме того, нефть содержит смолы и асфальтены, основной структурной единицей которых являются конденсированные ароматические и нафтеноароматические циклы, а также соединения серы, азота, кислорода и металлов. Асфальто-смолистая часть нефти — это темноокрашенное вещество. Оно частично растворяется в бензине. Растворившаяся часть называется асфальтеном, не растворившаяся — смолой. В составе смол содержится кислород до 93 % от общего его количества в нефтях [9].

Сера в нефти частично находится в виде Н₂S (до 0,03%), но главным образом в виде органических соединений 4 классов: тиолов (или меркаптанов), сульфидов, дисульфидов, тиофеновых производных.

Зольная часть — остаток, получающийся при сжигании нефти. Это различные минеральные соединения, чаще всего железо, никель, ванадий, иногда соли натрия.

К физическим свойствам нефти относят плотность, вязкость, температуры застывания, кипения и испарения, теплотворную способность, растворимость, электрические и оптические свойства, люминесценцию и др.

Нефть является сырьем для получения разнообразных продуктов, имеющих большое практическое значение. На первой стадии переработки из нее удаляют растворенные газообразные алканы, главным образом метан. Затем сырая нефть поступает на фракционную перегонку, или ректификацию. Продукты ректификации могут подвергаться дальнейшей переработке – процессам крекинга, риформинга, алкилирования, ароматизации.

Фракционная перегонка нефти позволяет получить ряд фракций с широким интервалом температур кипения.

Углеводородный газ­ – смесь пропана и бутана, температура кипения которых ниже 20^оС.

Бензиновая фракция (температура кипения от 20 до 200^оС) содержит углеводороды от С₅ до С₁₁. Это самая ценная низкокипящая фракция нефти, которая после повторной ректификации дает ряд продуктов: петролейный эфир, или газолин (20-60^оС), автомобильный бензин (60-100^оС), авиационный бензин (100-120^оС) и т.д.. Как правило, выход бензиновой фракции не превышает 20% от массы нефти.

Лигроиновая фракция (температура кипения от 150 до 250^оС) содержит углеводороды от С₈ до С₁₄. Лигрион применяется в качестве горючего для автотракторной техники [9].

Керосиновая фракция (температура кипения 180-300^оС) включает углеводороды от С₁₂ до С₁₈. Керосин используется как топливо для двигателей реактивных самолетов и ракет, а также подвергается крекингу.

Газойль, или дизельное топливо (температура кипения 275-400^оС), применяют в качестве топлива для дизельных двигателей.

Мазут – это остаток после перегонки нефти. Часто его используют в качестве топлива, а основное количество идет на повторную ректификацию уже при уменьшенном давлении (вакуум), что понижает температуры кипенья содержащихся в нем веществ. Первая фракция перегонки – соляровые масла. Их подвергают очистки (рафинированию) и применяют в качестве смазочных материалов. Из некоторых сортов нефти получают вазелин и парафин. Остатком после перегонки мазута является гудрон и асфальт, используемые в строительстве зданий и автодорог [9].