Нефть и нефтепродукты – основные источники загрязнения
Окружающей природной среды.
В современном мире, не только в России, нефть и нефтепродукты играют основную роль в развитии экономики. Лидирующая загрузка транспортных систем отводится нефти и ее производным. Подвижная составляющая транспорта работает на углеводородном топливе или на электроэнергии, производство которой более чем на 50% использует углеводороды (мазут, дизельное топливо, бензины, газ). Наконец, в быту населением чрезвычайно широко применяются такие виды источников энергии, как газ (природный или нефтяной), мазут, дизельное топливо, керосин, бензин.
Столь широкое распространение нефти и нефтепродуктов определяет их политическую, экономическую и экологическую значимость, а также частоту аварийных ситуаций с выходом углеводородов и связанные с этим воздействия на окружающую природную среду, объекты экономики и население.
Нефть и политика.
По всей вероятности в России нет других столь же тесно связанных понятий, поскольку смысл политики состоит в контроле за основными экономическими источниками и ресурсами государства. Для России именно нефть выступает в таком качестве. Только по официальной статистике в 2004 году на долю нефтегазового сектора приходится примерно 27% валового внутреннего продукта и 75% всех инвестиций в российскую экономику.
Стремительный рост цен на нефть подстегнул процесс формирования нефтяной карты страны, протекающий под девизом: «кто контролирует нефть – тот управляет страной». Привлекательность нефтяных активов возрастает, и накал борьбы между политическими элитами за доминирование в нефтегазовом комплексе также нарастает.
В этой связи «эпоха Путина» стала переломной для российской нефтяной отрасли [45]. Масштабный передел собственности, новые слияния и поглощения, закат старых лидеров нефтедобычи и появление новых – все эти процессы стали значимыми следствиями политических изменений последних лет. Оказалось, что будущее российского нефтегазового комплекса определяется не только с помощью экономических категорий, таких как обеспеченность запасами, объем инвестиций, цена на нефть на мировом рынке, затраты на ее добычу. Ключевым фактором является политика, а именно – борьба ведущих номенклатурно-политических группировок за контроль над отраслью. Происходит сплочение элитных союзов, в которые объединяются чиновники с близким аппаратным происхождением, разрабатываются и реализуются идеологические установки, цель которых - достижение стратегических целей в структуре власти над страной. Это «невидимки», не имеющие институционального оформления, выступающие как неформальные альянсы, в рамках которых более сильными оказываются не вертикальные связи (т.е. отношения подчинения внутри какого-либо властного института), а связи горизонтальные, основанные на факторе принадлежности к единой команде чиновников, которые могут работать в различных органах власти. Задача номенклатурно-политических группировок состоит в расширении своего аппаратного влияния на реализацию проекта развития государства. При этом властные ресурсы легко конвертируются в контролируемую собственность, что и происходит в российском нефтегазе.
Дополнительную интригу переделу собственности в отечественном топливно-энергетическом комплексе придает наложение российского «черного передела» на обострение борьбы за мировые энергетические рынки. Запасов нефти становится все меньше, а потребление нефтепродуктов растет, что резко усиливает интерес к России как одной из ведущих «нефтяных кладовых» земного шара. Несмотря на рост политических рисков, иностранные инвесторы все активнее стремятся работать в России, становясь еще одним влиятельным игроком в стремлении передела собственности нефтегазового комплекса.
В настоящее время практически разрушена старая конфигурация российского товливно-энергетического комплекса и формируется новая. Процесс передела нефтяной отрасли вошел в завершающую стадию, и тот, кто выйдет из него победителем, и будет контролировать Россию в обозримом будущем.
Базовым сценарием развития нефтяного топливного комплекса можно признать создание единой нефтегазовой корпорации с условным названием «Госнефтегаз». Этот процесс должен быть завершен к 2008 году – сроку окончания президентских полномочий В.В. Путина. Поэтому принципиальной становится проблема преемственности власти, ибо в том случае, если президентом станет нелояльный человек, то вся схема перехвата контроля за нефтегазовым комплексом может рухнуть. Вместе с тем действующий президент вынужден искать свое место в будущей России и нельзя исключать вариант, что он может пересесть из президентского кресла в кресло руководителя или председателя совета директоров «Госнефтегаза» - компании, которая будет контролировать практически весь нефтегазовый комплекс России. В итоге отрасль замкнет цикл своего развития, пройдя путь от приватизации к национализации основных активов.
Особенности загрязнения среды нефтепродуктами.
Нефтяное и нефтепродуктовое загрязнение окружающей природной среды является одним из наиболее распространенных и опасных. Поскольку нефть – это сложный продукт, в основном состоящий из множества углеводородов, значение растворимости в воде, испарения и проникания в почву зависят от соотношения различных углеводородов.
В нефтях установлено более 450 индивидуальных соединений. Основными компонентами, составляющими 90%…95% нефтей, являются углеводороды. Число углеродных атомов в углеводородах нефти колеблется от С1 – С4 (газы) до С60.
В состав нефти входят следующие углеводороды.
Алканы (парафины) с общей формулой СnH2n+2. Низшие нефтяные углеводороды до бутана (n=4) входят в состав природного газа и растворены в нефти. Углеводороды с n=5…17 – жидкости с характерным «бензиновым» запахом. Высшие углеводороды с n>17 – твердые вещества. Как правило, содержание алканов в нефти составляет 15%...55%.
Циклоалканы – нафтеновые углеводороды (нафтены) с общей формулой СnH2n - насыщенные циклические углеводороды ряда циклопентана и циклогексана, а также более сложные полициклические соединения. Нафтены входят в состав всех типов нефтей и присутствуют во всех нефтяных фракциях. По массе на долю нафтенов в нефтях приходится 30%…50%.
Ароматические углеводороды – непредельные циклические соединения ряда бензола. Общая формула СnH2n-m, где n³6, m³6 - четное число. Ароматические соединения обладают повышенной устойчивостью структуры и более инертны к химическому окислению, чем алканы. Они хорошо растворимы в воде. Содержание в сырых нефтях ароматических углеводородов составляет 5%...55%.
Асфальтены и смолы – гетероциклические и алифатические углеводороды. В этих соединениях крупные фрагменты молекул связаны между собой мостиками, содержащими метиленовые группы и гетероатомы (S, O, N) в функциональных группах: карбонильной, карбоксильной и меркапто группе. На долю асфальтенов и смол в составе сырых нефтей приходится 2%..15%.
Олефины – ненасыщенные нециклические соединения с общей формулой СnH2n. При нормальных условиях углеводороды С3 и С4 – газы, С5…С18 – жидкости. Высшие олефины – твердые вещества. Эти соединения почти не присутствуют в сырой нефти, но являются основным продуктом ее крекинга (разложение нефтяных продуктов в специальных установках при температуре 450°С…550°С). В воде олефины практически не растворимы.
К нефтепродуктам относят различные углеводородные фракции, получаемые из нефтей. Однако, в более широком толковании понятие «нефтепродукты» принято трактовать в двух значениях – техническом и аналитическом. В техническом значении – это товарные сырые нефти, прошедшие первичную подготовку на промысле, а также продукты переработки нефти, использующиеся в различных видах хозяйственной деятельности: автомобильные и авиационные бензины, реактивные, тракторные, осветительные керосины, дизельные и котельные топлива, мазуты, растворители, смазочные масла, гудроны, нефтяные битумы и прочие нефтепродукты (парафин, нефтяной кокс, присадки, нефтяные кислоты и т.д.).
В аналитическом понимании к нефтепродуктам относят неполярные и малополярные соединения, растворимые в гексане. Под аналитическое определение попадают практически все топлива, растворители и смазочные масла, но не попадают тяжелые смолы, асфальтены, а также вещества, образующиеся из нефтепродуктов при длительном их нахождении в почвогрунтах и водах в результате микробиологических и физико-химических процессов. Содержание углеводородов в некоторых нефтепродуктах приведено в табл. 9.2.1.
Таблица 9.2.1.
Содержание углеводородов в некоторых товарных видах нефтепродуктов.
| Нефтепродукты | Углеводородные группы (массовая доля, %) | ||
| Парафиновые, нафтеновые | Ароматические | Непредельные | |
| Автомобильные бензины | 77…83 | 5…17 | 0…18 |
| Авиационные бензины | 23…59 | 16…19 | 0.6…0.7 |
| Дизельные топлива | 82…94 | 5…17 | - |
| Масло автомобильное АК-10 | 56.5 | 40.0 | - |
Испаряемость нефтей и нефтепродуктов – их способность переходить из жидкой фазы в паровую. Скорость испарения зависит от состава и температуры нефти или нефтепродукта, площади испарения, типа емкости, в которой они хранятся, скорости движения воздуха над поверхностью, давления насыщенных паров и ряда других условий. Подробно процессы испарения нефти и нефтепродуктов рассмотрены в разделе 13.
Вязкость нефтей – их свойство оказывать сопротивление перемещению под влиянием действующих на них сил. Вязкость зависит от фракционного и группового состава нефти или нефтепродукта: чем тяжелее фракционный состав, чем больше асфальтосмолистых веществ, тем выше вязкость. В целом вязкость нефти и нефтепродуктов больше вязкости воды, в особенности это относится к маслам, котельным топливам и тяжелым нефтям. Вязкость бензинов меньше вязкости воды, что обуславливает их способность к быстрому передвижению в пористой среде грунтов по сравнению с другими жидкими нефтепродуктами.
Растворимость нефти и ее производных в воде связана с их химическим составом. Она уменьшается со снижением содержания ароматических углеводородов и повышением концентраций циклопарафиновых и особенно парафиновых составляющих. В отдельных публикациях указываются следующие величины растворимости [46]:
- нефти 10…50 мг/л;
- бензинов 9…505 мг/л;
- керосинов 2…5 мг/л;
- дизельного топлива 8…22 мг/л;
- бензола 1600…1800 мг/л;
- толуола 500…600 мг/л;
- ксилола 170…200 мг/л;
- этилбензола 130…150 мг/л.
Одним из характерных свойств ряда летучих нефтепродуктов является их способность в определенных соотношениях с воздухом образовывать горючую и взрывоопасную смесь. Наибольшее и наименьшее содержание паров нефтепродуктов в смеси с воздухом, при котором возможно воспламенение (взрыв) при внесении в эту смесь источника тепловой энергии, называют соответственно верхним концентрационным и нижним концентрационным пределами воспламенения (взрываемости), а интервал между ними – зоной горения (взрываемости).
Нефть и нефтепродукты обладают высоким электрическим сопротивлением и относятся к диэлектрикам. При их движении по трубопроводам, насосам, арматуре от трения частиц горючего на стенках труб и корпусах могут образовываться заряды статического электричества с разностью потенциалов 30…40 кВ, что в ряде случаев является причиной воспламенений паров нефтепродуктов.
Пары нефти и нефтепродуктов являются токсичными и оказывают отравляющее действие на организмы, в том числе и человека. Предельно допустимые концентрации вредных паров нефтепродуктов в воздухе приведены в табл. 9.2.2 [46, 48].
Многие исследователи отмечают сильное токсическое действие легких фракций на микробные сообщества и почвенных животных. На поверхности эти фракции подвергаются физико-химическим процессам разложения, и входящие в их состав углеводороды быстро перерабатываются микроорганизмами.
Таблица 9.2.2.
Предельно допустимые концентрации вредных паров нефтепродуктов в воздухе для хронического ингаляционного воздействия.
| Нефтепродукт | Предельно допустимая концентрация, мг/м3 | Критические органы |
| Бензин | 0.071 | Глаза, органы дыхания, печень, почки, центральная нервная система |
| Бенз(а)пирен | 1.0×10 -6 | Почки |
| Бензол | 0.03 (0.15) | Кровь, красный костный мозг, сердечно-сосудистая система, центральная нервная система |
| Бутан | 0.62 | Системный асфиксант (асфиксация – удушье, остановка дыхания вследствие недостатка кислорода) |
| Керосин | 0.01 | Печень |
| Ксилол | 0.1 | Центральная нервная система, органы дыхания, почки, печень |
| Нефть | 0.071 | Почки |
| Этанол | Центральная нервная система, органы дыхания | |
| Метанол | (30) | Центральная нервная система |
| Углерод оксид | Сердечно-сосудистая система | |
| Формальдегид | (0.048) | Органы дыхания, глаза |
| Метан | Органы дыхания | |
| Сажа | 0.05 | Органы дыхания, зубы |
| Стирол | Центральная нервная система, гормоны | |
| Пропилен | Органы дыхания | |
| Пропан-1.2-диол | 0.003 | Органы дыхания, носовая полость |
При оценке и контроле загрязнения окружающей природной среды выделяются группы нефтепродуктов, различающихся:
- степенью токсичности по отношении к живым организмам;
- скоростью разложения в окружающей среде;
- характером произведенных изменений в атмосфере, почве, грунтах, водах и биоценозах.
Следует отметить, что последние исследования [47] не дают возможности установить связь между загрязнением среды нефтепродуктами и раком животных. Кроме того, считается совершенно необоснованным мнение о том, что потребление в пищу зараженных раком тканей животных может вызвать рак у людей.