Утилизация отходов нефтепродуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Утилизация отходов нефтепродуктов

Симбиркина К.П., Каверин А.В., Горшенина Е.Л., кандидат технических наук, доцент

Оренбургский государственный университет

Человечеству давно известно, что отработанные нефтяные масла представляют серьезную опасность для окружающей природной среды и биосферы. На сегодняшний день не всегда соблюдаются нормы и правила при добыче, транспортировании и переработке нефти, а слив отходов в почву и водоемы очень велик. В связи с дефицитом природных ресурсов, увеличения числа и масштабов техногенных аварий и катастроф в наше время большое внимание следует уделить утилизации отходов нефтепродуктов, их переработке, и полному или частичному восстановлению качества отработанных масел с целью их повторного использования.

Рассматривая материалы Госдоклада «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2016 году» о Приволжском федеральном округе таблицы 1-2 , можно сделать вывод, что Оренбургская область занимает первую позицию по объему образованных отходов. В 2016 г. отходы I класса опасности увеличились в 3,7 раза, отходы II класса в 2 раза по сравнению с 2015 г.

Таблица 1 - Образование отходов I и II классов опасности в Оренбургской области, т [4]

Таблица 2 - Субъекты РФ Приволжского федерального округа с наибольшим объемом образованных отходов, млн т [4]

Анализ нынешней обстановки показал, что основная часть образующихся нефтезагрязнённых отходов размещается в шламонакопителях нефтяных амбаров.

Существование уже заполненных нефтешламовых амбаров требует значительных затрат для уменьшения экологического ущерба и является фактором, сдерживающим добычу нефти. В нефтяной промышленности особенно важным является вопрос о ликвидации нефтяных шламов, накопленных на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях с начала их эксплуатации.

Нефтешламонакопители являются долговременными источниками загрязнения нефтепродуктами за счёт испарения их с открытых поверхностей накопителей, миграции в грунтовые воды при миграции в грунте и в поверхностные водоёмы при переливах.

Переработка нефтесодержащих отходов - сложная техническая и технологическая задача, обусловленная, устойчивостью нефтяной эмульсии, значительным содержанием механических примесей, неоднородностью перерабатываемого сырья, и направлена на разделение его на углеводородную часть, воду и механические примеси.

Методы переработки нефтешламов можно классифицировать по принципу, на котором основано разделение нефтешламов на составляющие компоненты:

- механические;

- физико-химические;

- термические;

- биохимические;

- комбинированные методы, основанные на сочетании методов, которые перечислены выше.

Метод отстаивания основан на разделении компонентов нефтешлама, возникающем из-за их разной плотности. Нефтешлам под действием гравитационных сил разделяется на три слоя:

- нефтеэмульсионный слой (содержит 60 - 80 % нефтепродуктов);

- слой воды с незначительной концентрацией нефтепродуктов (10 - 15 %) и механических примесей;

- слой с высокой концентрацией механических примесей (70 - 75 %).

Рисунок 1 - Схема разделения нефтешламов методом отстаивания:

1 - нефтеэмульсионный слой;

2 - водоэмульсионный слой;

3 - нижний слой с высоким содержанием механических примесей.

Механические методы переработки нефтешламов. Гидрообработка нефтешламов при нагревании - метод отстаивания нефтешламов с разделением на составляющие компоненты, интенсифицируемый процессом десорбции нефтепродуктов, скорость которого увеличивается при нагревании, а также при перемешивании.

Методы центробежного разделения основаны на работе центробежных сил, под действием которых нефтешламы разделяются на составляющие их компоненты. Центробежные силы могут превосходить гравитационные силы в сотни и тысячи раз, соответственно увеличивая скорость осаждения частиц, продолжительность процесса и уменьшая необходимый объём аппарата.

В качестве интенсификаторов процессов центрифугирования могут использоваться физико-химические методы - флокуляция, экстракция лёгкими фракциями нефтепродуктов, отпаривание.

Очистка нефтешламов в декантере - предполагает подогревать нефтяные шламы и направлять в двухфазный декантер, где шлам освобождается от твёрдых частиц с дальнейшим сепарированием и разделяется на два потока - поток нефти с остаточной водой и поток воды с остаточной нефтью.

Биохимический метод переработки основан на способности нефтеокисляющих микроорганизмов разлагать нефтепродукты. Рекультивация загрязнённой почвы с помощью микроорганизмов осуществляется по двум направлениям.

Активизация метаболической активности естественной микрофлоры почв. Нефтешламы вносят в почву, где они под воздействием нефтеокисляющих бактерий (способны размножаться при внесении нефтепродуктов) подвергаются биологическому разложению. Для ускорения процесса биологического размножения изменяют физико-химические условия.

Внесение специально подобранных штаммов активных веществ нефтеокисляющих микроорганизмов в загрязнённую почву. При более высоких уровнях загрязнения почвы нефтепродуктами создаются условия, препятствующие нормальному росту нефтеокисляющих микроорганизмов, в таких случаях вводят специально выведенные нефтеокисляющие штаммы в почву.

Основные недостатки методов биохимического разложения нефтешламов следующие. В результате микробиологических процессов минерализуется лишь часть органических компонентов нефти, трансформируется при этом в другие органические соединения, характер действия которых и природный биоценоз пока не изучены. Необходимо проводить биохимическую переработку длительное время в узком температурном диапазоне (что является лимитирующим фактором для регионов с низкими среднегодовыми температурами). Данный метод можно использовать для переработки нефтезагрязнённого грунта при низком содержании нефтепродуктов или как метод окончательной очистки нефтешламов после применения других методов.[1]

Физико-химические методы переработки. Среди физико-химических методов широкое применение получили методы экстракции, основанные на взаимном растворении полярных соединений (нефтепродукты и растворитель). Общая схема проведения переработки нефтешламов методом экстракции показана на рисунке 2. Экстракция нефтепродуктов интенсифицируется при нагревании. Затем происходит разделение твёрдой и жидкой фазы фильтрацией, последующее разделение полярных (нефтепродукты и растворитель) соединений и неполярных (волн) и регенерация растворителя.

Рисунок 2 - Общая технологическая схема переработки нефтешламов методом экстракции

По типам применяемых растворителей процессы экстракции разделяются на:

- экстракцию органическими растворителями;

- экстракцию смесью жидких отходов производства ацетилена и этилена;

- экстракцию сжиженными газами;

- метод паровой экстракции.

Недостатками любого вида экстракции является: необходимость замены или регенерации фильтров, неизбежные потери дорогостоящего растворителя, высокие энергозатраты из-за необходимости многократной регенерации растворителя, а также необходимость очистки остатка от самого растворителя.

Обезвреживание нефтяных шламов путём флотационной очистки горячей водой (принципиальная технологическая схема представлена на рисунке 3). Сбор нефти с поверхности шламонакопителей может производиться при помощи барабанных сепараторов (скиммеров), применяемых для ликвидации нефтяных разливов на поверхности водных объектов. Барабанная скиммерная установка выполнена в виде плавучего бота, которая устанавливается на водную поверхность. Плавучий бот имеет два или более барабанов. Барабаны выполнены из специального материала, притягивающего и удерживающего нефть и нефтепродукты. Способность сбора и удерживания нефти основана на свойствах материала барабана притягивать и удерживать на своей поверхности нефтепродукты, что достигается посредством молекулярной адсорбции и адгезии.

Рисунок 3 - Принципиальная технологическая схема переработки нефтешламов методом флотации.\

Термические методы переработки нефтешламов. Методы основаны на процессах термического разложения нефтепродуктов. Полное термическое разложение нефтепродуктов происходит до образования конечных продуктов деструкции - СО2 и Н2О.

Наиболее распространен метод обезвреживания нефтезагрязнённых грунтов - организованное сжигание в печах.

Сжигание нефтешламов в печах с псевдоожиженным слоем. Большое распространение для сжигания нефтешламов получили печи, работающие по принципу кипящего слоя. В печах с кипящим слоем продукт взвешивается в реакционной камере потоком воздуха, проходящего через слой сыпучего материала, не перемешиваясь по направлению этого потока, при этом достигается повышенная теплопроизводительность вследствие интенсивного тепло- и массообмена, сжигание происходит значительно эффективнее, чем в стационарном слое. Скорость газового потока должна быть достаточной для того, чтобы частицы находились во взвешенном состоянии и вихревом турбулентном движении, напоминающем движении кипящей жидкости.

Пиролиз - это высокотемпературный процесс глубокого бескислородного термического превращения нефтяного или газового сырья, заключающийся в деструкции исходных веществ с образованием продуктов меньшей молекулярной массы (в т.ч. простых веществ СО2 и Н2О). В процессе бескислородного термического разложения образуются жидкие (смола пиролиза) и газообразные (пирогаз) продукты. Пиролиз наиболее приемлем в экологическом отношении, чем сжигание, т. к. позволяет органическую часть отходов не превращать в токсичные продукты сгорания, а использовать как дополнительное топливо для сжигания отходов или конденсировать с получением побочных продуктов.[1]

Комбинированные методы обезвреживания нефтешламов. Многие применяемые на практике схемы переработки нефтешламов можно отнести к комплексным методам, это сочетание механических методов и методов центробежного разделения с физико-химическими методами, технологические схемы которых были рассмотрены выше.

Универсальная технология переработки нефтяных шламов представляет комплексную задачу, которую необходимо разделить на три составляющие:

- переработка нефтеэмульсионного слоя с утилизацией нефтепродуктов; утилизация отход нефтепродукт

- переработка водоэмульсионного слоя с утилизацией или обезвреживанием нефтепродуктов;

- обезвреживание осадочного слоя, близкого по своим свойствам к нефтезагрязнённым грунтам.

Решением являются комплексные методы переработки, т.к. ни один индивидуальный метод не позволяет решить такую задачу во всём объёме.

Существует большое количество методов, пригодных для переработки нефтеэмульсионного слоя нефтешламов, т.к. в нефтеэмульсионном слое образуется высокая концентрация нефтепродуктов (до 50-85 %), и утилизация этого слоя с получением товарной нефти представляет собой прибыльное производство.

Водоэмульсионный слой с низким содержанием нефтепродуктов и механических примесей возможно перерабатывать как нефтеэмульсионный слой (задача не является экономически целесообразной), также можно отводить его на очистные сооружения, подвергать термическому разложению, закачивать в нефтеносные слои.

Переработка осадочного слоя представляет собой сложную задачу, потому что он содержит большое количество механических примесей, выделение нефтепродуктов из этого экономически нецелесообразно, к тому же необходимо достижение нормативных допустимых уровней содержания нефтепродуктов в обезвреженном грунте. К осадочному слою близки по свойствам нефтезагрязнённые грунты, образующиеся в результате аварийных разливов нефтепродуктов, а также твёрдая фаза, образующаяся при переработке нефтеэмульсионного (водоэмульсионного) слоя нефтешламов и требующая дополнительного обезвреживания.

Описанные факторы явились основанием создания метода, приемлемого для переработки осадочного слоя нефтешламов, который можно использовать как индивидуальный метод переработки, так и как часть комплексного метода переработки для обезвреживания твёрдой фазы, образующейся в результате переработки нефтешлама.

Для переработки нефтешламов с высоким содержанием механических примесей, нефтезагрязнённых грунтов и твёрдой нефтезагрязнённой фазы, образующейся при переработке нефтешламов, пригодны термические методы - сжигание (во вращающихся печах) и пиролиз. Процесс сжигания нефтешламов сопровождается выделением большого количества вредных примесей, к тому же необходима подача дополнительного топлива для осуществления процесса сжигания. Пиролиз нефтешламов более приемлем в экологическом отношении, т.к. позволяет сжигать токсичные продукты деструкции нефтешламов и использовать их как топливо. При использовании метода пиролиза возможно получение побочных продуктов обезвреживания - пиролизной смолы и пирогаза, возможно найти применение обезвреженной твёрдой фазе, утилизировать тепло отходящих газов.

Список литературы

1 Макарова, М. Переработка нефтяных и газоконденсатных шламов. Методология и результаты / М. Маркарова, А. Нурдинов // Экоальянс. - 2004. -№ 11. - C. 19-20.

2 Молоканов, Ю. Процессы и аппараты нефтегазопереработки / Ю. К. Молоканов. - Москва: Химия, 1980. - 407 с.

3 Хайдаров, Л. Разработка техники и технологии утилизации нефтяных отходов / Л. Хайдаров Л., С. Кудратова // Молодой ученый. - 2014. - №11. - С. 125-127.

4 Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2016 году» - Москва, 2017.

Размещено на Allbest.ru