Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

промежуточным содержанием серы. Передвижные (на вертолетах) химические лаборатории позволяют во время облета промыслов, предприятий и больших городов наблюдать за степенью серного загрязнения с воздуха и тем самым препятствовать выпадению кислых дождей, подкислению почвенного слоя и гибели растений в данном регионе. Эти меры продиктованы необходимостью защиты от вредного воздействия нефти и продуктов ее превращения на окружающую среду. Вернемся к характеристике фракций нефти с позиций их химических, физических и токсических свойств.

Алканы легкой фракции С5-С11, находясь в почвах, водной и воздушной сферах, оказывают наркотическое и токсическое влияние на живые организмы. Особенно быстро действуют нормальные алканы с короткой углеродной цепью (из легких фракций нефти). Эти углеводороды лучше растворимы в воде, легко проникают в клетки организмов и дезорганизуют их цитоплазменные мембраны.

Алканы, содержащие в цепочке менее 9 атомов углерода, большинство микроорганизмов не ассимилируют. Отмечено их сильное токсическое действие на микробные сообщества и почвенных животных. Легкая фракция мигрирует по почвенному профилю и водоносному горизонту, расширяя ореол первоначального загрязнения. На поверхности эта фракция подвергается процессам разложения, наиболее быстро перерабатывается микроорганизмами и исчезает.

С наличием легкой фракции коррелируют другие характеристики нефти: углеводородный состав, количество смол и асфальтенов. С уменьшением количества легкой фракции токсичность снижается, но возрастает относительное содержание ароматических соединений и их токсичность. Отмечено, что значительная часть легкой фракции нефти либо разлагается и улетучивается с поверхности почвы, либо смывается водными потоками. Путем испарения из почвы удаляется до 40 % легкой фракции (в большей степени это касается легких и средних нефтей). Частично нефть на земной поверхности подвергается также фотохимическому разложению. В нефтях, богатых легкой фракцией, существенную роль играют и более высокомолекулярные углеводороды (С12-С27), состоящие из нормальных алканов и изоалканов в соотношении 3:1. Для них характерны изопреновые структуры, общее их содержание в нефти 0,2-3,0 %. Углеводороды фракции, кипящей при температуре выше 200 °С, практически нерастворимы в воде, и их токсичность выражена гораздо слабее, чем у более низкомолекулярных. Содержание твердых углеводородов (парафина) в нефти - важная характеристика при изучении нефтяных разливов на почвах. Твердый парафин нетоксичен для живых организмов, но вследствие высоких температур застывания (+18 °С) и растворимости в нефти (в условиях земной поверхности) он переходит в твердое состояние, лишая нефть подвижности.

Нафтеновые углеводороды (циклоалканы) - это кольца из звеньев СН2 с насыщенными связями, где вместо одного атома водорода может быть присоединена цепочка алкана разной длины. Общее содержание нафтеновых

углеводородов в нефти изменяется от 35 до 60 %, кольца нафтеновых молекул могут быть как 5-, так и 6-членными (последних не более 10 % всех нафтеновых углеводородов).

На долю молекул с одним-двумя кольцами приходится до 60 % всех нафтенов, о токсичности нафтенов сведений почти не имеется. Биодеградация полярных циклоалканов идет гораздо легче, окисление происходит главным образом по месту присоединения боковой цепи или по месту соединения циклов. Основные продукты окисления нафтеновых углеводородов - это кислоты. В/ходе процесса уплотнения кислых продуктов могут образовываться продукты окислительной конденсации (вторичные смолы и незначительное количество асфальтенов).

Ароматические углеводороды нефти составляют от 5 до 55 %. Это наиболее токсичные компоненты нефти, и при концентрации всего 1 % в воде они убивают водные низшие растения. Нефть, содержащая 38 % ароматических углеводородов, значительно угнетает рост и высших растений, а с увеличением ароматичности нефтей возрастает их гербицидная активность. Содержание всех групп полициклических ароматических углеводородов при постепенной трансформации нефти в почве постепенно снижается.

Смолы и асфальтены относятся к высокомолекулярным неуглеводородным компонентам нефти, они играют исключительно важную роль, определяя во многом ее физические свойства и химическую активность. Структурный каркас смол и асфальтенов составляют высокомолекулярные полициклические ароматические структуры, состоящие из десятков колец, соединенных между собой гетероатомами S, О, N. Смолы - вязкие, мазеподобные вещества асфальтены - твердые вещества, нерастворимые в низкомолекулярных углеводородах; молекулярная масса смол - до 200, асфальтенов - до 2000. По содержанию смол и асфальтенов нефти подразделяются на малосмолистые (до 10 % смол и асфальтенов), смолистые (10-20 %), высокосмолистые (до 40 %). Доля асфальтенов в малосмолистой нефти составляет до 10 %, в смолистой нефти - 15-25 %, в высокосмолистой - до 40 %. Смолы и асфальтены содержат основную часть микроэлементов нефти, в том числе почти все металлы, с общим содержанием микроэлементов в десятые доли процента (см. гл. VI).

Существует связь между степенью ароматичности и конденсированности полициклических углеводородов, смол и асфальтенов нефти и продуктов ее переработки с канцерогенностью. Но эта канцерогенность появляется только в высокотемпературных продуктах пиролиза, коксования, крекинга. На воздухе смолистая нефть быстро густеет, теряет подвижность. Если нефть просачивается сверху, ее смолисто-асфальтеновые компоненты сорбируются в основном в верхнем (гумусовом) горизонте, прочно цементируя пространство почвы. Смолисто-асфальтеновые компоненты гидрофобны. Обволакивая корни растений, они резко ухудшают поступление к ним влаги, в результате растения гибнут и долго (годы) не восстанавливаются на этой территории.

Подчеркнем, что в более широком смысле понятие «нефтепродукты» относят обычно к нефтепродуктам в двух значениях - техническом и аналитическом. В техническом значении - это товарные сырые нефти, прошедшие первичную подготовку на промысле, и продукты переработки нефти, используемые в различных видах: авиационные и автомобильные бензины, реактивные, тракторные, осветительные керосины, дизельные и котельные топлива, мазуты, растворители, смазочные масла, гудроны, нефтяные битумы, а также парафин, нефтяной кокс, присадки, нефтяные кислоты др. В аналитическом понимании к нефтепродуктам относят неполярные и малополярные соединения, растворимые в гексане. Под аналитическое определение попадают практически все топлива, растворители и смазочные масла, кроме тяжелых смол и асфальтенов нефтей и битумов, а также веществ, образующихся из нефтепродуктов при длительном нахождении их в грунтах или водах (в результате микробиологического и физико-химического разложения).

Основные товарные виды жидких нефтепродуктов - углеводородные фракции, получаемые из нефти в процессе перегонки и вторичной переработки: бензины (С4-С12, т. кип. 40-200 °С), керосины (С12-С16; 200-300 °С), дизельные топлива (С16-С20; 300-400 °С), котельные топлива, масла разнообразного назначения, мазуты. Основные компоненты этих нефтепродуктов - углеводороды. Наряду с углеводородами в нефтепродуктах, как и в нефтях, содержатся соединения с атомами Н, N и О. Помимо этого постоянными компонентами товарных нефтепродуктов являются различные добавки, улучшающие их эксплуатационные свойства (антидетонаторы, антиокислители, ингибиторы коррозии и др.), обычно вводимые в долях процента.

На техногенные потери нефтей и нефтепродуктов в водных средах (поверхностные и подземные воды), в геологической (земная поверхность, почвы и грунты, зоны аэрации, горизонты подземных вод) и воздушной средах (пространство пор и трещин, приземный слой) влияют физико-химические свойства теряемых нефтепродуктов - прежде всего плотность, вязкость, температура кипения, водорастворимость и сорбируемость породами. Первые три (из перечисленных выше) определяются их конкретным составом, а точка кипения является прямой функцией молекулярной массы и характеризует способность к улетучиванию (испарению). Отдельные нефтепродукты (например, бензины), содержащие значительные количества углеводородов с низкой точкой кипения, сравнительно легко испаряются, к примеру, с поверхности загрязненных нефтепродуктами грунтовых вод.

Испаряемость нефтепродуктов - их способность переходить из жидкой фазы (масляной фракции) в паровую; скорость испарения зависит от состава, площади испарения, типа емкости, в которой они находятся, скорости движения воздуха, давления насыщенных паров нефти или нефтепродукта. Давление насыщенных паров наиболее распространенных нефтепродуктов составляет у автобензинов - до 700, у авиабензинов - до 360, керосина