Ugrás a tartalomhoz

Környezettechnika

dr. Barótfi István

Mezőgazda Kiadó

4.3. Kőolaj és származékai

4.3. Kőolaj és származékai

Olajnak nevezünk a továbbiakban minden olyan kőolajféleséget a nyersolajtól a normális (hőmérséklet, nyomás) viszonyok között cseppfolyós szénhidrogénekig, a rektifikálás különféle termékeit, mint a benzin, a kerozin, a könnyű és – nehéz fűtőolaj, valamint az emulgeált termékeket, az ún. fáradt olajokat, és a kárelhárítási technológiák hasonlósága okán a szubsztituált szénhidrogén vegyületeket.

Napjainkban az analitika és a műszerpark fejlődésével világossá vált, hogy a kőolajat és származékait nem lehet egy-egy gyűjtőszóval, vagy analtikai módszerrel olajként kezelni. A nyersolaj ezernél több szénhidrogén komponenst tartalmaz, amelyek közül néhány, külön-külön is és egymást erősítő szinergetikus hatásukkal a legveszélyesebb mikroszennyezők közé sorolható.

4.3.1. A kőolajszennyezés környezet-releváns tulajdonságai

A kőolaj és a termékei mindig kisebb-nagyobb számú vegyületek elegyéből állnak. Ha megnézzük a „Barátság” olajtávvezetékből kiömlött nyersolaj gázkromatogramját

(4.1. ábra), szemmel is látható, hogy a nyers kőolaj milyen sok komponenst tartalmaz. Tudni kell, hogy a szénhidrogén molekula lehet nyílt szénláncú, telitett, telítettlen, izomer vagy kettő, négy, sőt többgyűrűs vegyület, amelyekben N, S, O és M (Ni, V, Fe…) atomok is lehetnek. A magas csúcsok a lineárisan növekvő szénatomszámú paraffinek, a közöttük lévő kisebb csúcsok, a szénatomszámnak megfelelő telítettlenek, izomerek, gyűrűs és aromás vegyületek. Ezek között a legártalmatlanabbak a paraffinek (ezeket gyógyszerként is használjuk) és a legveszélyesebbek a többgyűrűs, zártszénláncú vegyületek, amelyeknek nemegyszer karcinogén, teratogén vagy mutagén hatást tulajdonítanak. A leggyakrabban nevesített szénhidrogén vegyületeket a 4.2–4.3. ábrák mutatják.

4-1. ábra - Nyersolaj gázkromatorgramja

Nyersolaj gázkromatorgramja


4-2. ábra - Egyszerűbb szénhidrogének főbb csoportjai

Egyszerűbb szénhidrogének főbb csoportjai


4-3. ábra - Aromás szénhidrogének főbb csoportjai

Aromás szénhidrogének főbb csoportjai


A környezetvédelmi határértékek kérdése érdekesen alakul. Vannak általános határértékek és vannak célraorientált határértékek, amelyeket a talaj / terület további felhasználási céljától lehet függővé tenni. Nyilvánvaló, hogy más értéket követel meg a termőföldi hasznosítás és mást a teherpályaudvar. Mivel Magyarországon a hatályos szabvány hiányos, az Európai Közösség sem alakított ki még e tárgyban direktíva szintű véleményt, így napjaink hazai gyakolata szerint az ún. „Holland Lista” határértékei javasolhatók irányelvként.

Tájékoztatásként kiragadva néhány küszöbértéket (4.1. táblázat) két dolog tűnik elő:

  • a talaj és a talajvíz határértékek között – durván – három nagyságrend különbség van,

  • az integráló mutatók, veszélyes dezinformációhoz vezethetnek (további egy-két nagyságrend!)

4-1. táblázat - Néhány küszöbérték a „Holland listá”-ból

Anyagok

Koncentrációk

talaj (mg/kg)

talajvíz (µg/l)

Kőolaj

5000

600

Kerozin

800

150

Benzol

5

5

Toluol

30

50

Etilbenzol

50

50

Xilol

50

60

Fenol

10

50

Ciklohexán

60

50

Policiklikus bifenilek

5

1

Klórbenzol

10

2

Klórfenol

5

1,5


4.3.2. A kőolajszennyezés technológia-releváns tulajdonságai

Szénatomszám

A szénatomszám általában a fizikai tulajdoságokra ad információt (4.1.ábra). A paraffin sor tagjai pl. 1–4 szénatomszámig gázok, 5–17 szénatomszámig folyadékok, e fe-lett szilárdak, (természetesen normál viszonyok között). A különböző szénhidrogének jól oldódnak egymásban, ennek megfelelően az azonos termékosztályok fizikai és kémiai tulajdonságai is bizonyos határok között (a rektifikáció mértékétől függően) változhatnak. Ez jól látható a

4.4. ábrán bemutatott magyar és szovjet kerozin öszszetételét bemutató gázkromatogramon. A forráspont, az olvadáspont, valamint a sűrűség is növekszik a szénatomszám növekedésével.

4-4. ábra - Kerozin gázkromatogramok

Kerozin gázkromatogramok


Tenzió

A kárelhárítás során figyelembe kell venni az egyes szénhidrogének tenzióját is. A benzinek és a kerozinok pl. a szabad levegőn könynyen párolognak, a dízel olaj és a könnyű fűtőolaj lassabban, míg a magasabb forrpontú termékek a gépolajok, a hengerolajok csak minimálisan párolognak, az-az gyakorlatilag nulla a tenziójuk.

Viszkozitás

A forrponti tartomány növekedésével változik az egyes kőolaj féleségek viszkozitása. Ez a kárelhárítási technológia számára azt jelenti, hogy a föld felszínén lassabban terjednek szét, mint a könnyebben forrásba jövők, és ennek megfelelően lassabban is hatolnak a talajba. A talajok permeabilitása a vízhez hasonlóan az olajok esetén is más és más. A viszkozitás hőmérsékletfüggő, ami azt jelenti, hogy melegen hígabban folynak, mint alacsonyabb hőmérsékleten. Azt is tudnunk kell, hogy a magasabb forrpontú ásványolajtermékek viszkozitása nemcsak a forrponti tartományuktól, hanem a kristályosodásra hajlamos vegyület tartalmuktól (kemény és lágy paraffinok) is függ.

Szorpció

A szorpciós jelenségeknél szerepet játszik a talaj olajmegkötő képessége, azaz az olajok és a talajkomponensek adszorpciós és kemoszorpciós kölcsönhatása, amely változó és technológiai úton változtatható.

Vízoldhatóság

A különböző eredetű nyers olajok tulajdonságai nagymértékben eltérnek egymástól. Igaz, hogy valamennyi nyersolaj gyakorlatilag hasonló vegyületek elegye, de azok mennyiségi aránya a különböző előfordulási helyektől függően különböző. Ennek megfelelően paraffinbázisú, nafténbázisú és vegyesbázísú nyersolajokat különböztetünk meg. Ez azért is fontos, mert kémiai karakterüktől függően különböző mértékben oldódnak a vízben. A paraffinok oldódnak legkevésbé, a naftének jobban, az olefinek és diolefinek még jobban és az aromás vegyületek oldódnak leginkább. (4.5. ábra.)

4-5. ábra - Az olajszármazékok oldhatósága a moltérfogat függvényében

Az olajszármazékok oldhatósága a moltérfogat függvényében


Emulzióképzés

Kétféle emulzióval találkozhatunk a kárelhárítás során: olaj a vízben O/V, ill. víz az olajban V/O formákkal. Ez utóbbi a stabilabb. A kárelhárítás során egyaránt előfordul, hogy a technológiai lépcső emulzióba-vitelt, vagy emulzióbontást igényel. Előfordul, hogy a két ellentétes irányú lépcsőre, egyazon kármentesítés során is szükség lehet. A műveletekhez egyaránt felhasználhatunk fizikai módszereket és vegyszereket, de min-dig a környezetkímélő megoldást kell előnyben részesíteni. Mivel az ártalmatlan megoldásoknak is széles skálája van, egyedi, empirikus úton kell az optimálisat kiválasztani.

Termikus stabilitás

Mind a szénhirogének, ezek szubsztituáltjai, mind a toxikus fémek ártalmatlanításánál (a talajdesztillációtól, a plazma technológiáig) szükséges információ a hőstabilitás/ hőbomlás értéke.