XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Нефтегазовая отрасль – одна из самых экологически опасных отраслей хозяйствования, поскольку экологические риски, связанные с эксплуатацией нефтяных месторождений велики [1]. Химические реагенты, применяемые при бурении скважин, добыче и подготовке нефти, а также добываемые углеводороды и примеси к ним являются вредными веществами.

С развитием технического прогресса, вопросы обеспечения экологической безопасности становятся все более актуальными. Техногенные катастрофы уже стали неотъемлемой частью деятельности человека. Это приводит к колоссальным негативным изменениям в окружающей среде. Особо острое внимание следует уделять загрязнению окружающей среды нефтью и нефтепродуктам.

Состав загрязняющих веществ, образующихся при добыче нефти, определяются физико-химическими свойствами извлекаемого флюида, технологией разработки залежей, системой сбора и транспортировки нефти. Основные загрязнители окружающей среды при нефтедобыче это нефть и нефтепродукты, сернистые и сероводородсодержащие газы, минерализованные пластовые и сточные воды нефтепромыслов, шламы бурения, химические реагенты, применяемые для интенсификации процессов нефтедобычи и бурения [2-3].

В 2017 году мировая добыча нефти составила более 4,32 миллиардов тонн. Розлив даже 0,001% от этого объема приведет к непоправимым последствиям в экологии Земли, поскольку углеводороды являются наиболее губительными загрязнителями для флоры, фауны и в частности для водной среды [4]. Нефть и нефтепродукты впитываются в почву, налипают на камни, деревья и растения, тем самым делая местность непригодной для жизни. Они тонкой пленкой растекаются по водной поверхности, захватывая гигантские площади гидросферы и блокируя доступ к кислороду, вследствие чего погибают морские обитатели и птицы, которые садятся на воду или питаются рыбой. Человечество не может полностью предотвратить розливы топлива, но может усовершенствовать способы ликвидации аварий.

Одной из причин розлива нефти и нефтепродуктов являются аварии на танкерах, добывающих платформах, нефтепроводах, нефтеперерабатывающих заводах и станциях хранения. Их последствия губительны, а на ликвидацию тратятся гигантские денежные, временные и человеческие ресурсы. По самым скромным подсчетам последствия розливов, а именно нефтяные остатки, исчезают со скоростью 4% в год от общей массы, т.е. за 17 лет исчезнет только 50%. Для полного же восстановления среды потребуется не один десяток лет [5].

Ликвидация аварийных розливов нефти (ЛАРН) включает целый комплекс мероприятий. Они направлены на удаление с поверхности почвы и воды нефтепродуктов.

Основными методами устранения розливов нефти и нефтепродуктов являются механические, термические, физико-химические и биологические[6,7].

Отдельно следует выделить один из видов сорбентов, используемых для очистки, состоящий из наночастиц магнетита, растворенного в керосине или ферромагнитный агент на неполярной среде. Новый способ отчистки нефти предполагает её сбор с помощью магнита, после предварительного добавления в нефть частиц оксида железа или магнетита. При попадании ферромагнитной жидкости (ФМЖ) в нефть, она распределятся в ней, но с водой ФМЖ смешиваться не будет из-за разной полярности. С помощью магнита смесь углеводородов и агента можно собрать на специальные уловители. Поскольку ФМЖ не смешивается с водной средой, она не приносит вреда экологии, также её можно использовать повторно, если выделить магнетит из нефти.

Нами был синтезирован первом магнетит железа химическим метод, т.к. он предполагает наименьшие финансовые затраты и не требует специального оборудования.

Для приготовление магнитной жидкостисмешали FeCl₂, FeCl₃, NH₄OH в мольном соотношении 1:2:8 соответственно. Полученный раствор тщательно перемешали. Затем добавили дистиллированную воду и колбу с полученной смесью поместили на постоянный магнит на полчаса.

После того, как образовавшиеся частицы магнетита выпадали в осадок, осторожно слили около двух третей раствора, вновь добавили в колбу дистиллированную воду, взбалтывали и поместили на магнит. Операция повторялась до тех пор, пока pH раствора не достигало 7,5–8,5.После сливания промывного раствора на две трети, полученную загустевшую суспензии отфильтровали и смешали с 7,5 г натриевой соли олеиновой кислоты, выполняющей роль ПАВ, и развели в керосине [5].

Затем полученный ферромагнитный агент добавили к модели нефтяного пятна в водной среде.

При попадании капли ФМЖ в нефть происходит адсорбция молекул олеиновой кислоты на поверхности раздела фаз вода-нефть. Слой нефти растягивается в кольцо, пока силы поверхностного натяжения не разорвут его. Когда поверхность вода-воздух насыщается молекулами ПАВ, дальнейшее добавление ФМЖ уже не приводит к подобному явлению. Так как ФМЖ синтезирована на основе керосина, она растворима в нефти, но в воде не растворяется. После смешивания ФМЖ с нефтью за счет содержащихся магнитных наночастиц смесь приобретает магнитные свойства, поэтому ее можно собрать с помощью обычного магнита.

Дальнейшая очистка собранной нефти от железных частиц может быть проведена с помощью стационарных магнитных установок, разработанных по принципу магнитной сборки Халбаха. В процессе очищения частицы прилипают к поверхности магнитов, а нефть стекает в особую емкость [8].

После сепарации и отделения магнитных частиц от нефти их можно использовать повторно. При этом собранная нефть так же пригодна для использования, что создает дополнительный экономический эффект от проведённых очистных работ. Специалисты утверждают, что данные наночастицы не токсичны для живых организмов, а нефть в их присутствии становится ферромагнитной жидкостью.

Обобщая литературные и экспериментальные данные можно заключить, что способ отчистки воды от нефтяных загрязнений при помощи ФМЖ является высокоэффективным, не требует больших экономических затрат, легко осуществляется на практике и является экологически чистым. Это позволяет отнести его к одним из наиболее перспективных из всех современных методов.

Список литературы.

1. Поварова Л.В. Экологические риски связанные с эксплуатацией нефтяных месторождений // Наука. Техника. Технологии (политематический вестник). Краснодар, 2018. № 2, С.112-122.

2. Поварова Л.В. Анализ методов очистки нефтесодержащих сточных вод // Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник). Краснодар, 2018. №1. С.189-205.

3. Поварова Л.В. Экологическая совместимость различных производств нефтегазовой отрасли с селитебными территориями// Материалы 16 Международной научно-практической конференции. Дальневосточная весна. Комсомольск-на-Амуре, 2018. С. 150-153.

4. Поварова Л.В. Организация природоохранной деятельности на предприятиях нефтяной и газовой промышленности// Материалы 16 Международной научно-практической конференции. Дальневосточная весна. Комсомольск-на-Амуре, 2018. С. 156-158.

5. Савенок О.В., Поварова Л.В., Гаскаров Н.Р. Эффективность химических методов стимуляции пласта и нестационарного циклического заводнения на Вынгапуровском месторождении// Материалы II Международной научно-практической конференции. Булатовские чтения. Краснодар, 31 марта 2018. С.146-151.

6. Подавалов Ю.А. Экология нефтегазового производства. 2010. С. 66-70.

7. Вылкован А.И., Венцюлис Л.С, Зайцев В.М., Филатов В.Д. Современные методы и средства борьбы с разливами нефти: Научно-практическое пособие. - СПб.: Центр-Техинформ. 2000. С. 128-133.

8. Беджанян М.А. Эффекты взаимодействия капелл магнитной жидкости с магнитными и электрическими полями: Дис.канд. физ.- мат. наук.- Ставрополь. СГУ.-2002г. С. 73-82.

Код для цитирования: Скопировать