В мире регулярно происходят техногенные аварии с розливом нефтепродуктов, особенно сложная ситуация на побережье случилась после разлива нефтепродуктов из-за крушения двух танкеров «Волгонефть 212» и «Волгонефть 239». При поступлении сообщения о разливе нефти и нефтепродуктов время локализации разлива по регламенту МЧС не должно превышать четырех-шести часов.
Но в реальности во время крупных аварий ликвидаторы редко могут уложиться в такой короткий срок. Например, последствия взрыва нефтяной платформы Deepwater Horizon в Мексиканском заливе устраняли 152 дня.
Основные причины разливов происходят по двум причинам: эксплуатационная и аварийная. Со второй причиной всё понятно — избежать стихийных бедствий невозможно. Они вызывают естественный износ резервуарного парка. Первая же причина вызвана уже самим человеком или неисправностью используемой транспортной системы, ответственность за которую также лежит на людях.
Основными проблемами являются:
правила забора проб и перекачивания топлива не соблюдаются;
проверки целостности и состояния резервуаров не проходят в нужное время;
нефтебазы не готовы к весеннему паводку;
несвоевременный ремонт оборудования и систем.
Опыт сбора битума на побережье Черного моря, когда тысячи волонтеров собирали круглосуточно загрязненный битумом песок лопатами в тяжелых погодных условиях, показал, настала необходимость в разработке специальных машин и механизмов, облегчающих задачу сбора нефти и нефтепродуктов.
Сейчас по теме экологии работают десятки институтов, существуют сотни патентов и разработок, нет лишь заинтересованности в осуществлении задач обеспеченности специальных служб, МЧС, спецтехникой и механизмами.
Существует четыре основных способа ликвидации нефтеразливов, но у каждого из них есть свои недостатки. Поэтому для устранения последствий катастроф нужен индивидуальный подход.
Механический способ
Этот метод наиболее благоприятен для экологии. Принцип работы заключается в использовании нефтесборщиков и установок для сепарации (отделения воды от нефтепродуктов).
Чтобы пятно не увеличивалось, используют специальные боновые заграждения, которые задерживают и собирают нефтяное пятно. Сами боны находятся на поверхности воды и удерживаются с помощью якорей. Боны делают из специальной ткани, стойкой к воздействию различных химикатов и нефти.
Далее нефть собирают с помощью специальных насосов и рукавов. Но пятно от топлива очень тонкое, поэтому убрать его без сорбирующего вещества невозможно. А оно, в свою очередь, уже не так экологично.
Химический способ
Для этого используют специальные вещества — диспергенты и сорбенты. Последние разработки стали менее токсичными для окружающей среды, но все-таки такой метод стараются применять только в экстренных случаях.
Дозировка вещества рассчитывается исходя из объемов нефти (отношение по объему должно составлять около 1–5%).
Диспергент разделяет нефть на мельчайшие капельки, которые растворяются в воде до безопасной концентрации. Куда же она исчезает потом? Благодаря процессу биодеградации нефть перестает быть токсичной для окружающей среды. Но все равно диспергент образует осадок, который опускается на дно, создавая вторичное загрязнение.
Термический способ
Самый простой, но губительный для экологии способ — сжигание нефти. При горении в атмосферу выбрасывается до 10% разлитого топлива в виде сажи. У этого метода есть еще один существенный недостаток. Когда легкие фракции разлива заканчиваются, горение прекращается, а тяжелые компоненты остаются нетронутыми.
Такой способ весьма популярен и чаще всего используется вместе с механическим для сбора несгоревших остатков. Но, например, в Норильске от сжигания отказались, так как в городе состояние воздуха и без того критическое.
Биологический способ
Этот способ чаще всего становится финальной стадией предыдущих трех. В пораженный участок воды спускают суспензии с бактериями-разрушителями, которые способствуют той самой биодеградации.
Но разливы редко можно предугадать. Поэтому чем лучше предприятие подготовлено к различным сценариям разлива, тем меньше вероятность попадания вредных выбросов в окружающую среду.
Способ выделения битума из твердого источника, включает следующие стадии:
смешивание содержащего смолу твердого источника с водой с образованием в резервуаре первичного разделения суспензии, состоящей из воды, твердой фазы и битума; отделение от суспензии, по меньшей мере, части битума при помощи одного из следующих методов: осаждения, флотации, механического перемешивания, промывки водой, насыщения воздухом, гравитационного разделения и противоточного обезвоживания; отведение от суспензии, по меньшей мере, части отделенного битума; перемещение оставшейся суспензии в резервуар вторичного разделения; отведение твердой фазы из резервуара вторичного разделения; отведение битума из резервуара вторичного разделения; рециркуляция воды из резервуара вторичного разделения в резервуар первичного разделения.
В настоящее время экстракция битума из песка и шлама осуществляется несколькими различными способами. Один из них, песок сначала приводят в определенное состояние в больших барабанах для кондиционирования или галтовочных барабанах, добавляя NaOH и воду с температурой приблизительно 85°С. В галтовочных барабанах имеется возможность подачи пара и интенсивного физического перемешивания образующейся суспензии, в результате чего битум отделяется от битуминозного песка и затем, после насыщения газом, образует пену.
Суспензию из галтовочных барабанов направляют на просеивание для отделения крупных обломков породы и подают в сепарационную камеру, где по истечении времени осаждения суспензия разделяется. При осаждении суспензии битумная пена поднимается к поверхности, а частицы песка и осадок опускаются на дно. Средний слой вязкой суспензии, называемый промежуточным продуктом, составляют диспергированные частицы глины и некоторое количество захваченного ими битума, который не поднимается вверх из-за высокой вязкости суспензии. После оседания суспензии пену снимают и направляют на дальнейшую обработку, а осадок - в бассейн для сбора отходов. Промежуточный продукт часто подвергают вторичному обогащению с целью дальнейшего извлечения битумной пены. Битумная пена содержит битум, твердую фазу и захваченную воду. Твердая фаза, присутствующая в пене, состоит из глины, ила и песка. Из сепарационной камеры пену подают в пеногаситель или деаэратор, где в результате нагревания пена лопается и высвобождает воздух. Обычно после этого для сольватирования битума с целью снижения его плотности и облегчения отделения битума от воды при последующем центрифугировании вводят бензино-лигроиновую фракцию. Центрифугирование обычно включает грубое разделение, сопровождающееся многократной обработкой на скоростной центрифуге. Воду и твердую фазу, отделяемые во время центрифугирования, направляют в бассейн для сбора отходов, а битум может быть подвергнут дальнейшей обработке.
При обработке битума обычным способом разбавления бензино-лигроиновой фракцией и разделения центрифугированием могут возникнуть серьезные проблемы. Во-первых, разбавленный бензино-лигроиновой фракцией битум может содержать до 5 вес.% воды и твердой фазы. Во-вторых, бензино-лигроиновая фракция растворяет не только битум, но и содержащиеся в битумной пене нежелательные и загрязненные асфальтены. Загрязнение битума является причиной получения конечного продукта низкого качества, особенно при использовании гидрокрекинга. Гидрокрекинг - это процесс получения из исходного сырья различных продуктов путем его расщепления с использованием газообразного водорода и катализатора. Гидрокрекингом, помимо других конечных продуктов, могут быть получены бензино-лигроиновая фракция и различные дистилляты. Из-за того что для гидрокрекинга требуется гомогенное сырье, содержащее мало твердой фазы и воды, разбавленный бензино-лигроиновой фракцией битум нельзя напрямую подавать в установку для гидрокрекинга. При использовании разбавленного бензино-лигроиновой фракцией битума его сначала необходимо подвергнуть коксованию, в процессе которого отгоняется растворитель и выпадают в осадок асфальтены и твердая фаза. К сожалению, осуществление коксования связано со значительными затратами и потерей 10-15% битума, первоначально доступного для гидрокрекинга.
Были также предложены другие способы дальнейшего извлечения битума из битуминозного песка, включая способ очистки "после-первичной" битумной пены (т.е. битумной пены, собранной после первого снятия пены), содержащей битум, воду и твердую фазу. Этот способ, изложенный в патенте США №5290433, включенном в описание настоящего изобретения путем ссылки, состоит в подаче содержащего битум раствора в камеру по трубе, в которой расположены одна или более пар направленных навстречу друг другу пропеллеров с эксцентриситетом. Пропеллеры разрезают пену и заставляют ее выходить из трубы в разных направлениях, тем самым отделяя твердую фазу от насыщенного газом битума, который поднимается вверх, образуя новую пену. Вновь образовавшуюся содержащую битум пену затем собирают, а промежуточный продукт отводят из камеры и снова возвращают на обработку. Хотя данный способ отделения битума пригоден для получения битума из "послепервичной" битумной пены, его применение ограничивается тем, что промежуточный продукт просто повторно проходит тот же самый процесс.
Из-за определенных ограничений, связанных с одноступенчатыми схемами, подобными описанным выше, были созданы более масштабные способы эффективного извлечения битума из битуминозного песка. Один из таких способов описан в патенте США №5795444, включенном в описание настоящего изобретения путем ссылки. В соответствии с ним битуминозный песок перемешивают с горячей водой и паром до образования суспензии. Введение горячей воды и пара может вызвать расслоение битума, песка и воды во флотаторе. Образовавшийся во флотаторе слой битума отводят, а оставшуюся суспензию, состоящую из песка и воды, направляют в гидроциклон, в котором происходит дальнейшее отделение битума от суспензии. Поток, содержащий битум, сливают в концентратор, где он поднимается к поверхности, тогда как оставшуюся воду и песок подают в пескомойку и процесс повторяют.