Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Разработка метода обезвреживания нефтесодержащих отходов различного состава

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Разработка метода обезвреживания нефтесодержащих отходов различного состава"

На правах рукописи

,./£■ и^

г

Шпинькова Мария Сергеевна

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА

Специальность 03.02.08 - Экология (в химии и нефтехимии)

1 з Г"-?!! 201-1

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2014

005549895

Работа выполнена на кафедре промышленной экологии Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Мещеряков Станислав Васильевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Института инженерной экологии и химического машиностроения Гонопольский Адам Михайлович

кандидат технических паук, доцент РХТУ имени Д.И. Менделеева Тихонова Ирина Олеговна

Ведущая организация: ГБОУ ВПО МО «Международный

университет природы, общества и человека «Дубна»

Защита состоится «01» июля 2014 года в 12:00 в ауд. на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.200.12 при Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, д.65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина.

Автореферат разослан « с? » Л+ОиЛ 2014 года.

Ученый секретарь совета ^--ъ Иванова Л.В.

Диссертационного совета Д.212.200.1 к.т.н., доц.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Проблема обезвреживания и утилизации нефтешламов, буровых шламов, нефтезагрязненных грунтов и осадков сточных вод приобретает в настоящее время все более острый характер в связи с тем, что объемы добычи нефти уже достигли 500 млн. т. в год и растут постоянно, а природоохранным мероприятиям уделяется недостаточное внимание.

Нефтесодержащие отходы являются специфическим видом отходов. В малых количествах они не оказывают заметного влияния на окружающую среду, а в больших скоплениях становятся экологическим бедствием. Последнее время для переработки данных видов отходов все чаще используется отверждение. Предложения по данному направлению утилизации очень быстро нарастают на уровне публикаций и предварительных исследований. Проблема состоит в том, что доведение этих предложений до практической реализации в промышленности наталкивается на многочисленные трудности финансового, социального и технического характера. Создание эффективной промышленной технологии - объективно более сложная задача, чем разработка, лабораторные испытания и предложение технологии переработки нефтеотходов. Главная сложность — это нестабильность физико-механических, химических и теплофизических свойств, что не позволяет непосредственно и эффективно применить для переработки всех типов нефтесо-держащих отходов имеющиеся технологии и типовое оборудование. Многообразие свойств данного вида отходов, как перерабатываемого сырья, его неоднородность и нестабильность особенно негативно сказываются на эффективности обезвреживания нефтесодержащих отходов и осадков сточных вод.

Технология отверждения на основе использования оксида кальция известна и используется предприятиями для обезвреживания многие годы, но в последнее время получила еще более широкое распространение. Компании-производители сталкиваются с низкой эффективностью применяемой технологии обезвреживания и с высокой стоимостью переработки 1 тонны нефтесодержащих отходов. По

3

нашему мнению, низкая эффективность связана с неправильным подбором от-верждающих реагентов (в том числе и оксида кальция).

Таким образом, актуален поиск новых реагентов для переработки опасных нефтесодержащих отходов. Переработка нефтяных отходов включает в себя ряд стадий: отмыв нефтяной части, очистка сточных вод, отверждение кека, сжигание примесей, очистка отходящих газов. Отмыв нефтепродуктов, очистка сточных вод, сжигание примесей и очистка отходящих газов - решенные промышленностью вопросы. Наиболее важным является утилизация сухого остатка (кека). Цель работы

Целью работы является разработка новых реагентов для отверждения остатка, позволяющих увеличить эффективность и уменьшить стоимость обезвреживания нефтесодержащих отходов.

Для достижения цели в работе были поставлены следующие задачи:

1. Определить критерии выбора отверждающих реагентов.

2. Подобрать реагенты, обладающие максимальной эффективностью при обезвреживании опасных отходов различного агрегатного и химического состава.

3. Подобрать модифицирующую добавку к реагенту, улучшающую потребительские свойства полученного материала и уменьшающую стоимость переработки опасных отходов.

4. Определить технологический режим обезвреживания нефтесодержащих отходов различного состава.

5. Усовершенствовать технологию обезвреживания твердого остатка с применением новых реагентов.

6. Изготовить опытные партии материала, полученного с использованием новых реагентов.

7. Изучить воздействие отвержденного материала на окружающую среду с учетом временных, природных и антропогенных факторов.

8. Дать рекомендации по промышленному применению усовершенствованной технологии для обезвреживания отходов. Научная новизна:

• Впервые изучено влияние высококальциевой золы уноса ТЭЦ в качестве модифицирующей добавки к оксиду кальция и доказано повышение прочности образующихся гранул с течением времени.

• Доказана устойчивость полученного материала к действию природных и техногенных факторов при экспозиции в течение 3-х лет

• Доказана эффективность применения полученных материалов в качестве стройматериалов и рекультивантов.

Практическая значимость

Разработанная технология обезвреживания нефтесодержащих отходов позволила получить лицензию на обращение с отходами I-IV класса опасности в ХМАО (серия 86 №00071).

Получено санитарно-эпидемиологическое заключение на вид деятельности и продукцию, полученную с применением технологии отверждения.

Оформлены ТУ на продукты отверждения с применением различных исходных составляющих:

Биогранулят ТУ 5711 - 003 - 81436713 - 2010; Биокальцит ТУ 2189 - 001 - 81436713 - 2010; Биорекультивант ТУ 2189 - 005 - 81436713 - 2010; Геогранулят ТУ 5711 - 004 - 81436713 - 2010; Геокальцит ТУ 2189 - 002 - 8143 6713 - 2010; Георекультивант ТУ 2189 - 006 - 81436713 - 2010 Изготовлены опытные партии продуктов отверждения.

Технология реагентного отверждения реализована на промышленной установке.

Публикации

Результаты диссертационной работы изложены в 5 статьях, материалах докладов 3 научных конференций.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы были доложены: на научно-технической конференции МЧС России «Адаптированные учебно-тренажерные комплексы МЧС России», г. Москва, 2009 г.; научно-технической конференции «Актуальные проблемы нефтегазовой отрасли», Москва, 2010 г. и научной конференции «Экологическое нормирование, сертификация и паспортизация почв как научно-инновационная основа рационального землепользования», г. Москва, 2010 г.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных литературных источников, содержащего 102 наименования и 7 приложений. Диссертация содержит 34 рисунка и 13 таблиц. Общий объем работы 104 страницы.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность заданной тематики и проводимых исследований, дана общая характеристика работы, указаны методы исследования, изложены научная новизна и практическая ценность результатов работы.

Глава первая.

Глава посвящена аналитическому обзору. Рассмотрены источники загрязнения окружающей среды при добыче, транспорте, хранении, распределении и переработке углеводородного сырья, при размещении осадков сточных вод; их потенциальная опасность; проанализированы основные методы обезвреживания нефтезагрязненных отходов, рассмотрены технологии их обезвреживания. Здесь же проведена оценка современного уровня техники и технологии реагентного отверждения.

Одной из наиболее перспективных технологий переработки нефтеотходов различного состава является реагентное отверждение, отличающаяся универсальностью, высокой степенью утилизации и экономичностью.

Реализация технологии реагентного отверждения может осуществляться с применением доступных реагентов и несложных технических средств.

Определены цель и задачи научной работы.

Глава вторая. В главе определены объекты исследования: отверждаемые отходы (буровой шлам, нефтезаводской шлам, нефтезагрязненные грунты и осадки сточных вод), реагенты и продукты отверждения.

Для изучения физико-химических свойств объектов исследования и определения направления использования полученных капсул, использовались стандартные и исследовательские методики.

С целью улучшения качества получаемого материала нами было предложено использовать золу уноса ТЭЦ в качестве модификатора негашеной извести.

Сравнение показателей свойств негашеной извести различных марок, а так же зол уноса различных электростанций, позволили подобрать оптимальные от-верждающие реагенты (табл.1 и 2).

Таблица 1- Характеристики негашеной извести

Показатели Производитель Нормативный

Качества ЗАО «Эльдако» ОАО «Завод ОАО «Углов- документ

(ГК Домедко-Хаксли) производства извести» скнй известковый комбинат»

Сорт

I II III

92,70 80,10 70,00 ГОСТ 22688-77

Активный МеО 0,50 2,34 5,00

со2 2,10 4,00 5,00

Дисперсность (остатки на сите), % №02 99,51 98,50 98,50

№008 91,60 85,00 85,00

Время гашения, мин 3,10 3,24 5,00

Температура гашения, град.С 93,00 90,00 90,00

Таблица 2 - Характеристики золы уноса ТЭЦ

Показатели качества Производитель Нормативный документ

Каширская ГРЭС Красноярская ТЭЦ-3 Каширская ГРЭС (золошлак)

Уголь, природный газ Уголь

Температура горения, град.С 900- 1200 900 900 - 1200

Содержание компонентов, % масс.

Оксид кремния (Б Юз) 57,30 43,60 55,30 ГОСТ 8269.1-97

Оксид кальция (СаО) 3,61 28,90 4,34 ГОСТ 23227 - 78

Оксид алюминия (А1203 ) 25,3 8,63 27,30 ГОСТ 8269.1-97

Оксид железа общ. (Ре20з) 7,02 8,10 3,20

Оксид магния (К^О) 1,50 4,56 1,86

Сера сульфатная (ЭОз) 0,09 0,63 -

Оксид титана (ТЮг) 1,02 0,57 1,40

Оксид калия (КгО) 2,13 0,43 1,86

Оксид натрия (ЫагО) 0,78 0,40 1,26

Оксид фосфора (Р2О5) 0,54 ■ -

Оксид марганца (МпО) 0,11 - -

Потери при прокаливании (при 1000 град.С) 0,52 2,46 3,48 ГОСТ 11022-95

Влажность, % 1,00 1,00 3,57 ГОСТ 8269.1 -97

Класс опасности 3 3 3 СП 2.1.7.1386-03

В результате анализа данных из табл. 1 и 2 были определены основные кри-

терии выбора капсулирующих реагентов (табл. 3).

Таблица 3 - Основные критерии выбора капсулирующих реагентов

Негашеная известь Зола ТЭЦ

Наименование критерия Значение Наименование критерия Значение,% масс.

Содержание CaO+MgO, %, масс, не менее 90 Содержание CaO+MgO, не менее 20

Дисперсность, не менее % №02 №008 99,50 91,60 Содержание 5102, не более 45

Время гашения, не более мин 3,5 Содержание А12О3, не менее 25

Температура гашения, не менее град. С 90 Содержание Ре20з, не менее 7

Кроме того, применяемые реагенты должны быть доступными и дешевыми,

выпускаться отечественной промышленностью, иметь класс опасности не выше

третьего. Реагенты должны обеспечивать требуемый эффект обезвреживания при при условии соблюдения заданного технологического режима, гарантийный срок их хранения должен быть не менее года.

Таким образом, оптимальными реагентами для обезвреживания нефтесо-держащих отходов являются негашеная известь 1 сорта и высококальциевая зола уноса ТЭЦ (Красноярская ТЭЦ). Как показывает химический состав, высококальциевую золу можно использовать в качестве частичной замены негашеной извести, что приводит к снижению стоимости обезвреживания.

Глава третья. Глава посвящена экспериментальной части и разработке технологии реагентного отверждения.

В качестве основного отверждающего компонента выбрана негашеная известь (выбор реагента обоснован во 2 главе), образующая в результате химических реакций твердое вещество (рис.1).

Рисунок 1 - Нефтяной отход после его преобразования при помощи реагента на основе оксида кальция в отверждаемый продукт Процесс обезвреживания нефтяных отходов методом отверждения можно описать следующими химическими реакциями:

РЕАГЕНТ

СаО + Н.О СаЮН\ + Са{ОН\ + СО, СаСО, + Нг0.

(1) (2)

Однако данные реакции требуют уточнений, т.к. для практического применения технологии главным является наличие или отсутствие водной фазы в исходном материале.

Для переработки сухих нефтяных отходов перед реакцией гидратации (рис.2а) необходимо обеспечить их полную гомогенизацию с негашеной известью путем простого перемешивания, последующее добавление воды вызывает экзотермическую реакцию и образуется трудно растворимый карбонат кальция, который плотной мелкокристаллической коркой покрывает отход. В результате образуется сухой порошок.

При обработке влажного отхода необходимо оксид кальция перед смешиванием с нефтеотходом обработать гидрофобизатором, т.к. негашеная известь, вследствие своей гидрофильности, сначала прореагирует с водой, что затруднит гомогенное диспергирование органической составляющей. Полученный таким образом гидрофобизатор поглощает на первом этапе гидрофобную органическую фазу и после этого реагирует с присутствующей водой, образуя твердый порошкообразный материал в форме гранул (рис. 26).

а) сухой отход (НЗГ, БШ)

Отход | ' | Са(ОН), | ' \ СйСО,

Сыпучий материал

.0.1 мм.

б) влажный отход (НЗШ, ОСВ)

.. ;:г г..........................1

' —Р.ПГ.НТ »| С»(ОНЬ »| С .СО

Рисунок 2 - Схема метода отверждения

При проведении экспериментов, было замечено, что на качество гомогенизации и время начала и продолжительность активной фазы гашения извести (далее — активная фаза) влияет заполняемость смесителя (рис.3).

Рисунок 3 - Влияние заполняемое™ смесителя на технологические параметры процесса отверждения

Из рисунка 3 видно, что при более полной загрузке смесителя температурный максимум достигается быстрее, реакция карбонизации начинается раньше, а также происходит уменьшение вспенивания реагирующих компонентов. Следовательно, степень загрузки смесителя влияет на технологические параметры процесса карбонизации. Оптимальная величина заполняемое™ смесителя составляет 60 - 83%. Эта величина заполняемое™ смесителя была взята за основу в дальнейших исследованиях по нейтрализации загрязненных материалов.

Для проведения экспериментов по обезвреживанию нефтеотходов в качестве образцов были выбраны буровой шлам из котлована-отстойника ОАО «Слав-нефть-Мегионнефтегаз» (далее - БШ), нефтезаводской шлам МНПЗ (далее -НЗШ), нефтезагрязненный грунт одного из нефтяных месторождений ХМАО (далее - НЗГ) и осадки сточных вод Люберецких полей аэрации (далее - ОСВ). С целью определения дальнейшего способа переработки были определены их фазовый состав (табл.4 и 5), фракционный (рис.4) и групповой (табл. 6) состав углеводородной части (парафино-нафтены, моноциклические, бициклические и полициклические арены, смолы и асфальтены) и элементный состав сухого вещества осадков сточных вод (табл. 7).

Определение группового и фракционного состава углеводородной части для бурового шлама и осадков сточных вод не имеет практического значения, т.к. её содержание составляет всего 1% и отсутствие соответственно.

Рисунок 4 - Фракционный состав углеводородной части нефтеотходов

Таблица 4 - Фазовый состав нефтеотходов

Наименование показателей ] Значение показателей, % | Метод определения

Буровой шлам (отходы при добыче нефти и газа)

Выбуренная порода 86 РД 39-00147001-7732004

Буровой раствор, в том числе: 13

Глинопорошок 40*10"'

КМЦ 3,5* 10"3

Кальцинированная сода 1,7* Ю"'

Графит 19* Ю"'

Углеводороды Менее 1

Нефтезагрязненный грунт

Песок 32 ГОСТ 12536-79

Грунт 35

Углеводороды 30 РД 52.18.647-2003

Влажность 3 ГОСТ 2477 - 65

Нефтезаводекой шлам

Твердая фаза 62 ГОСТ 6370-83

Вода 20 ГОСТ 2477 - 65

Углеводороды 18 РД 52.18.647-2003

Таблица 5 - Фазовый состав ОСВ

Определяемый показатель Значение показателей, % Метод определения

Вода 78 ГОСТ 28268-89

Сухое вещество, в т.ч: 22

- органическое вещество 52 ГОСТ 26213-91

- минеральное вещество (зола) 48 ГОСТ 26714-85

рН водной вытяжки органической части 7,6 ПНДФ 4.1:2:3:4.121-97

Таблица 6 - Групповой состав углеводородной части нефтеотходов

Углеводород из: Содержание углеводородов, % масс Нормативный документ

П-Н МЦА БЦА Т+ПЦА Смолы Асфаль тены

НЗШ 49,9 14,3 11,7 13,3 5,0 5,8 ТУ 38.115.203.81

нзг 61,6 13,7 7,3 7,3 3,7 6,4

С целью уменьшения содержания углеводородов в нефтезаводском шламе и нефтезагрязненном грунте был произведен отмыв на установке КПО - 10.

После определения исходных характеристик ОСВ определены элементы, содержание которых превышает ПДК (ОДК) для почв.

Таблица 7 - Элементный состав сухого вещества ОСВ

Определяемый элемент Значение показателей, (от массы сухого вещества), % Метод определения

Азот общий (N) 3,40 ГОСТ 26715-85

Фосфор (Р205) 7,50 ГОСТ 26717-85

Калий общий (К20) менее 0,50 ГОСТ 26718-85

Хром (трехвалентный) 864,5*10-4 ПНДФ 16.1.9—98

Цинк 710,0*10-4 ПНДФ 16.1.9—98

Марганец 385,5*10-4 ПНДФ 16.1.9—98

Медь 147,5*10-4 ПНДФ 16.1.9—98

Свинец 38,15*10-4 ПНДФ 16.1.4—97

Никель 29,55*10-4 ПНДФ 16.1.9—98

Мышьяк 4,75*10-4 ПНДФ 16.1:2.2:3.14—98

Кадмий 3,95*10-4 ПНДФ 16.1.4—97

Ртуть 0,23*10-4 ПНДФ 16.1.9—98

В ОСВ наблюдается превышение содержания хрома, цинка, меди, никеля, марганца и кадмия для некоторых типов почв (табл. 8).

Таблица 8 - Содержание тяжелых

металлов в ОСВ и их ПДК (ОДК) в почве

Наименование Форма Содержание, ПДК, ОДК в почве с

тяжелых металлов содержания мг/кг учетом фона, мг/кг

Хром ПФ 190,19 6,0

Цинк ПФ 156,20 23,0

Марганец ПФ 84,81 60,0- 140,0*

Медь ПФ 32,45 3,0

Свинец в 8,39 32,0

Никель ПФ 6,50 4,0

Мышьяк в 1,04 2,0

Кадмий ** 0,87 0,5-2,0*

Ртуть в 0,05 2,1

ПФ - подвижные формы, извлекаемые из почвы ацетатно-аммонийным буфером, рН= 4,8; В - валовая форма;

* - в зависимости от типа почв; ** - для кадмия определены ОДК

Были проведены эксперименты по подбору оптимального содержания реагента и его влияния на кинетику процесса карбонизации. На рис. 5-8 представлены кривые кинетики карбонизации различных отходов. Для остальных случаев были построены аналогичные кривые.

Рисунок 5 - Кинетика карбонизации бурового шлама с добавкой 10% негашеной извести

Рисунок 6 - Кинетика карбонизации нефтезаводского шлама с добавкой 15 % негашеной извести

I"

Рисунок 7 - Кинетика карбони- Рисунок 8 - Кинетика карбонизации нефтезагрязненного грун- зации осадка сточных вод с дота с добавкой 15 % негашеной бавкой 15 % негашеной извести извести

Образцы, показавшие первичный положительный результат отверждения (по кинетике процесса карбонизации), были исследованы на вымывание углеводородов по стандартной методике. Ни в одной из проб углеводородов не было обнаружено. Для образцов отвержденного материала с наилучшими показателями кинетики, было проведено определение токсичности. Результаты проведенных

испытаний представлены в табл. 9. Для остальных образцов были проведены аналогичные исследования, показавшие высокую эффективность отверждения.

Таблица 9 - Результаты биотестирования обезвреженного продукта (ОСВ)

Показатель Исходный продукт Полученный продукт Нормативное значение1 Эффективность, %

ТКР 220 18 <100 100

ЛКР5(М8 11,80 2,12 <10 82

БКР 10-48 14,56 7,84 <10 46,15

где ТКР - кратность разведения водной вытяжки из опасного отхода, при которой

вредное воздействие на тест-объекты отсутствует.

БКР ю_48 - безвредная кратность разведения водной вытяжки из опасного отхода, вызывающая гибель не более 10% тест-объектов за 48-часовую экспозицию. ЛКР50-48 - средняя летальная кратность разбавления водной вытяжки опасного отхода, вызывающая гибель 50% тест-объектов за 48-часовую экспозицию.

На основании проведенных исследований определены оптимальные соотношения реагента, представленные в таблице 10.

Таблица 10 - Рекомендуемые соотношения компонентов

Наименование загрязненного материала Содержание золы уноса ТЭЦ в реагенте, % Добавка СаО, % от массы материала Добавка воды, % от массы материала

Буровой шлам (отходы при добыче нефти и газа) 15 10 9

Грунт, загрязненный нефтепродуктами 20 15 32

Нефтезаводской шлам 15 15 Нет

Осадки при механической и биологической очистке 10 20 Нет

По завершении переработки нефтеотходов встает вопрос их дальнейшего

хранения, утилизации или возможности использования в качестве продукта.

В связи с тем, что основными компонентами биосферы, подверженными загрязнению промышленными отходами, являются почвы и водные системы, то но-

для использования продукции в сельском хозяйстве.

15

менклатура показателей состава и загрязняющих свойств полученных материалов должна в полной мере отражать механизмы функционального повреждения экосистем таких природных объектов. В соответствии с этим определены показатели загрязняющих свойств исследуемых промышленных отходов. Отрицательным воздействием на почвогрунты обладают следующие ингредиенты загрязненных материалов: углеводороды (нефть и нефтепродукты), трудноокисляемые органические вещества. На рост растений и жизнедеятельность микроорганизмов непосредственно влияет показатель среды рН.

В зависимости от направлений обезвреживания и утилизации отходов номенклатура показателей их состава и свойств должна строго учитывать требования, предъявляемые к качеству таких материалов. Так, в перечень показателей качества загрязненных материалов, образующихся на промышленных объектах нефтегазовой отрасли до и после их нейтрализации, должны быть включены такие дополнительные составляющие, как интегральный показатель химического потребления кислорода (ХПК) и показатель общей щелочности, а для ОСВ также важным показателем является содержание тяжелых металлов.

В соответствие со сказанным, эффективность обезвреживания испытуемых образцов оценивалась по выносу в природную среду загрязняющих веществ (углеводороды, тяжелые металлы) и негативных воздействий (щелочность, ХПК, рН) водных вытяжек материалов (рис.9 - 16).

Рисунок 9 - Динамика рН различных Рисунок 10 - Динамика щелочности обезвреживаемых отходов различных обезвреживаемых отходов

10 20 30 40 50 Время согревания, нт

Время карбонизации, сут

20 40

Время созревания, сут

10 20 30 40 50 Время согревания, сут

Рисунок 11 - Динамика ХПК раз- Рисунок 12 - Динамика содержания личных обезвреживаемых отходов углеводородов в различных обезвреживаемых отходов

Рисунок 13 - Динамика содержания Рисунок 14 - Динамика БПКполн тяжелых металлов после обезврежи- после обезвреживания ОСВ

вания ОСВ

Время согревания, сут

Г

1

-»-шш -•-ьш

—-0СБ

Рисунок 15 - Динамика прочности материала на растяжение

Рисунок 16 - Динамика прочности материала на сжатие

Из рисунков 9 —16 видно, что с увеличением времени карбонизации негативное воздействие материала на окружающую среду значительно снижается, а прочность материалов по обоим показателям увеличивается.

Эффективность обезвреживания оценивалась в % по отношению остаточной концентрации загрязняющих веществ к начальной в зависимости от времени хранения (рис.17 - 20).

Рисунок 17 - Эффективность обезвреживания НЗШ

—хпкллм*

Время со фсвлшя, су г

Рисунок 18 - Эффективность обезвреживания БШ

Времясо'фев.жпя, сут

Рисунок 19 - Эффективность Рисунок 20 - Эффективность обезвреживания НЗГ обезвреживания ОСВ по

тяжелым металлам

Как видно из рис.16, уже на третий день испытаний эффективность связывания углеводородов составила более 99 % для реагента «известь+зола».

В общем случае подтверждено, что на эффективность связывания загрязняющих веществ влияет природа самого отхода. Так, например, максимальное снижение рН с течением времени происходит у обезвреживаемых БШ.

Минимальное снижение по показателю щелочности проявили НЗШ. В то же время максимальные эффекты обезвреживания по интегральному показателю ХПК проявляются для НЗГ, а максимальное снижение содержания углеводородов показали НЗШ.

После проведения процедуры обезвреживания загрязненной территории встает вопрос хранения и оценки перспектив дальнейшего практического исполь-

зования полученных материалов. Предложено использовать их в качестве стройматериала или добавки к почвогрунтам.

Были проведены исследования по определению стойкости продуктов отверждения в течение длительного времени при воздействии на них основных природных факторов, а также осуществлена оценка их влияния на биотические и абиотические компоненты окружающей среды.

Для определения возможности использования полученных продуктов в качестве добавки к почвогрунтам использовалась стандартная методика биотестирования, основанная на прорастании семян редиса. Для оценки всхожести и прорастания семян были использованы водные вытяжки из полученных продуктов. Наилучшие результаты по всхожести семян, по длине корней и ростков показала водная вытяжка из обезвреженных ОСВ, что позволило говорить о возможности применения данного материала в качестве добавки к почвогрунтам (рис. 21, 22).

Для подтверждения эффективности применения данного продукта в качестве стройматериала были определены их основные физико-технические характеристики (табл.11).

1 Взошло ^Неозошло

100 90 80 ■ 70 ■ 60 ■ * 50 40 30 ■ 20 10 0

Контроль ОСВ

Рисунок 21 - Зависимость всхожести семян редиса от состава водных вытяжек

МДлинзкорней Й!ДЛИИЗР0С1К0В

12 £ Ю

Рисунок 22 - Соотношение развития корневой системы и надземной части редиса

Таблица 11 - Основные физико-технические характеристики сухих строи-

тельных смесей с применением золы уноса ТЭЦ

Величина параметров для смесей:

компонентный состав прочность, МПа плотность, кг/м3 Во-доуд. способность % не менее Расслаиваемость, % не менее Моро- Жиз-неспо-

Наименование сухой смеси Известь негашеная, % Зола высоко-каль-цие-вая, % Ясж, не менее Rpa, не менее Сух, смеси, не менее Затв. мат. не менее зостойкость, циклы не менее соб-ность затво-рения смеси, ч

Стяжка для пола 10 15 10,0 3,5 1250 1800 90 10 100 0,7

Обще-

строитель- 10 20 20,0 4,0 1200 1700 80 20 100 0,75

ная смесь

Кольмати-

рующий состав 10 35 25,0 5,0 1100 1400 90 10 150 1

(гидроизоляционный)

Финишная шпаклевка 10 40 7,5 9,0 1100 1400 90 10 150 2

Исследования стройматериалов также показали, что добавление золы в количестве более 35% от массы шлама ведет к снижению некоторых характеристик продукта (прочность при сжатии, расслаиваемость) и незначительному росту других, и потому нецелесообразно.

С целью анализа стойкости продукта в 2010 году на промплощадке под открытым небом было размещено несколько тонн отвержденного материала. Периодически его пробы отбирали на исследование. Внешний осмотр материала и испытания на прочность показали, что с течением времени происходит упрочнение оболочки капсул, при этом механических разрушений капсул и выделения нефти за весь срок хранения не наблюдалось.

Для оценки надежности иммобилизации загрязняющего материала в капсулах в естественных условиях был проведен анализ влияния капсул на орган о-лептические свойства воды.

В качестве основных показателей были выбраны цвет, запах и, учитывая гидрофобность материала, наличие пылевидных частиц на поверхности воды.

Исследования проводились при различных концентрациях капсулированно-го материала в воде. Эксперимент продолжался 6 месяцев. Принципиальных изменений органолептических свойств воды за это время не наблюдалось. В естественных условиях, в весенний и осенний периоды, материал оказывается под влиянием переменных температур, подвергаясь периодическому замораживанию. Исследование было проведено на двух партиях:

1 партия - со сроком изготовления 3 суток;

2 партия - со сроком изготовления 3 суток и выдерживания в воде в течение 6 месяцев, из числа опустившихся на дно емкости (гидратированных).

Обе партии трижды подвергались процессу замораживания. Замораживание без предварительного выдерживания в воде не отражается на микроструктуре материала и соответствует состоянию материала, не подвергавшемуся воздействию воды. Циклическое замораживание и оттаивание приводит к деструкции кристаллами льда только в поверхностных порах продукта отверждения. Для водоемов это не представляет опасности, так как температура воды в зимнее время не опускается ниже 4°С.

Для оценки токсичности воздействия материалов в водоемах рыбохозяйст-венного назначения была использована стандартная методика. Тест-объектами были выбраны Daphnia magna Straus и Chlorella vulgaris Beijer.

Анализ результатов показал, что водная вытяжка из отвержденного материала наиболее токсична на 8-е сутки, когда выживало менее 20 процентов дафний, далее ее токсичность падает. После 30- дневной экспозиции в воде материал становится нетоксичным (рис. 23). Учитывая, что для созревания материал вы-

держивается не менее 30 суток на полигоне, можно говорить о надежности и безопасности отверждения.

Рисунок 23 - Результат биотестирования водной вытяжки НЗГ

Для остальных образцов отвержденных материалов получены аналогичные

зависимости.

Для анализа воздействия на продукты отверждения атмосферных осадков (в т.ч. кислотных дождей), использовались материалы со сроком хранения 3 суток, 1 год и 3 года. Образцы помещались в емкости, в которые вводилась серная кислота различных концентраций: 0,3%; 0,5%; 1% (рН = 3); 2%, 5% и 10 % соответственно. Последние значения рассматриваемых концентраций превышают концентрации кислотных дождей, но эксперимент позволяет оценить последствия возможных контактов материалов с кислотами при их утилизации. Аналогичные исследования были проведены для азотной кислоты.

Реакция с выделением С02 наблюдалась только у 3-суточных образцов при концентрации кислоты 2 % и более, продолжительность реакции зависела от концентрации и составляла 1—3 мин. Дальнейших изменений в течение 2-х недель наблюдения, кроме испарения воды, не происходило.

Материалы со сроком хранения 1 и 3 года видимой реакции на воздействие кислот с концентрациями на уровне кислотных дождей не проявили.

Азотная кислота оказывает на продукт отверждения гораздо меньшее влияние, чем серная кислота.

Это говорит о том, что кислотные дожди при контакте с отвержденным материалом не вызовут нарушения его герметичности.

Глава четвертая. В главе проведен анализ и совершенствование технологии реагентного отверждения и применения разработанной технологии в промышленных масштабах на стандартной опытно-промышленной установке КПО -10.

Предложены режимы обработки различных нефтяных отходов с широким диапазоном их структурно-механических и физико-химических свойств.

Технологическая схема установки в составе стационарного узла представлена на рисунке 24.

ШИЙ (ПХОЦ ¡~

Н 4 копите-Льиач

К

отх. га эо»

Вы 1реиз> ■ис- Гранул. Грлмулятор-

прошу * '<! ошилкп

татаь'а'дттрэгл^ция

Ж" "1 «.'МКОСТЬ |

СХмытмЯ

Вибросито

[ До'цтпр

Щ Смеситель

у,

Рисунок 24 Технологическая схема установки

Отработка промышленной технологии проводилась на буровом шламе.

По полученным в результате испытаний данным определялись физико-химические свойства и эффекты обезвреживания обработанных материалов.

Полная гомогенизация бурового шлама с реагентом «известь+зола» в соотношении 10 и 15% соответственно, происходила в течение 6 минут перемешивания с образованием однородной пастообразной массы серого цвета, при этом наблюдался рост температуры активной части реагента. Через 60 минут температура достигала 60° С, а сама смесь превращалась в полусухую массу, которая после выгрузки из реактора и вылеживания в течение нескольких суток рассыпалась в гранулированный материал.

Данные аналитического контроля результатов испытаний показывают, что реактор обеспечивает эффективное связывание загрязняющих материалов. Так, нейтрализация углеводородной фазы достигает для бурового шлама 95,5 %, при этом суммарное содержание органических веществ, определяемое по показателю ХПК, снижается в водной вытяжке соответственно на 85%. Полученные эффекты обезвреживания возрастут на стадии естественной карбонизации благодаря образованию и упрочнению на поверхности частиц отвержденного материала защитных карбонатных оболочек. Высокая степень дисперсности и небольшая влажность продуктов реагентной обработки указывают на то, что реактор создает благоприятные условия для гомогенизации и химического диспергирования перемешиваемой среды.

Здесь же проведен расчет экономического эффекта от внедрения разработанной технологии в практику.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Создана универсальная технология переработки нефтяных отходов, включающая отмыв нефтепродуктов из шлама с последующим отверждением остатка (кека).

2. Подобраны отверждающие реагенты, обладающие максимальной эффективностью при обезвреживании опасных отходов различного агрегатного и химического состава.

3. Стоимость переработки 1 тонны отхода снижена на 30%.

4. Предложено полученные материалы использовать в качестве стройматериалов и добавок к почвогрунтам.

5. Экспериментально доказано, что полученные продукты не оказывают негативного воздействия на окружающую среду.

6. Предложен механизм увеличения прочности гранул за счет процесса карбонизации на открытом воздухе.

7. Даны рекомендации по промышленному применению метода для обезвреживания нефтяных отходов.

8. Предотвращенный ущерб от деградации почвы для одного гектара составляет 73,24 тыс. рублей.

9. Разработана и утверждена разрешительная документация по обезвреживанию опасных отходов с получением товарной продукции.

Основные результаты исследований изложены в следующих работах

1. Шпинькова М.С., Мещеряков C.B., Мерициди И.А. «Разработка перспективной технологии обезвреживания нефтезагрязненных материалов». — Актуальные проблемы нефтегазовой отрасли, 2010 - 1с.

2. Шпинькова М.С. «Повышение экологической безопасности и эффективности при обращении с твердыми отходами нефтедобычи». - "Экологическое нормирование, сертификация и паспортизация почв как научная основа рационального землепользования", 2010 - Зс.

3. Воробьева С.Ю., Шпинькова М.С., Мерициди И.А. «Переработка нефтеш-ламов. буровых шламов, нефтезагрязненных грунтов методом реагентного капсулирования» Территория нефтегаз, № 2, 2011 г., с.68 — 71.

4. Мещеряков C.B., Шпинькова М.С., Мерициди И.А., Воробьева С.Ю. «Совершенствование оборудования для реагентного капсулирования нефтезагрязненных отходов». Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, №5, 2012 г., с. 8-11.

5. Воробьева С.Ю., Шпинькова М.С., Мерициди И.А. «Подбор рецептуры обезвреживания шламов методом реагентного капсулирования». Труды российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина, № 1, 2013 г.

6. Шпинькова М.С., Мещеряков C.B. «Реагентное капсулирование нефтяных отходов с применением конечных продуктов технологии в качестве товарной продукции» Экология и промышленность России, № 11, 2013 г.

25

Подписано в печать:

28.05.2014

Заказ № 10047 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата технических наук, Шпинькова, Мария Сергеевна, Москва

Министерство образования и науки Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА

ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА» (РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина)

На правах рукописи

04201459040

ШПИНЬКОВА МАРИЯ СЕРГЕЕВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА

03.02.08 - Экология (в химии и нефтехимии)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Мещеряков Станислав Васильевич

Москва-2014

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР...................................................................8

1.1 Нефтеотходы - источники загрязнения.....................................................................................8

1.2 Основные методы переработки и утилизации нефтеотходов..................................................9

1.3 Технологии обезвреживания твердых и пастообразных нефтеотходов...............................11

1.4 Современный уровень техники и технологии реагентного капсулирования......................16

1.5 Выводы. Цель и задачи работы................................................................................................19

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ....................................22

2.1. Объекты исследования..................................................................................................................22

2.1.1 Характеристика нефтеотходов................................................................................................22

2.1.2 Требования к качеству реагентов...........................................................................................22

2.1.3 Характеристики продуктов отверждения..............................................................................29

2.2. Методы исследования....................................................................................................................29

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ...................................................37

3.1 Разработка технологии отверждения.......................................................................................37

3.2 Определение характеристик полученных материалов и оценка их воздействия на окружающую среду...............................................................................................................................45

3.3 Способы применения отвержденного материала...................................................................52

3.4 Исследование устойчивости материалов к воздействию природных и антропогенных факторов.................................................................................................................................................55

3.5 Выводы по результатам эксперимента....................................................................................57

ГЛАВА 4 . ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ НА ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКЕ....................................................................60

4.1 Концепция организационно-технического решения задач промышленной переработки отходов...................................................................................................................................................60

4.2 Требования к комплексу.................................................................................................................61

4.3 Этапы реализации технологии отверждения................................................................................62

4.4 Схема комплекса по переработке нефтешламов, буровых шламов и нефтезагрязненных грунтов...................................................................................................................................................64

4.4.1. Цели и задачи промышленных испытаний...........................................................................65

4.4.2 Разработка технологии отверждения нефтезагрязненных материалов...............................66

4.4.3 Результаты промышленных испытаний.................................................................................69

4.4.4 Экономическая эффективность внедрения............................................................................69

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ........................................................72

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................73

ПРИЛОЖЕНИЯ.....................................................................................................82

Приложение 1. Уведомление о получении лицензии на право обращения с опасными отходами..............................................................................................83

Приложение 2. Санитарно-эпидемиологическое заключение на соответствие производства нормам............................................................................................84

Приложение 4. ТУ 5711 - 003 - 81436713 - 2010 «Биогранулят»..................100

Приложение 5. ТУ 2189 - 005 - 81436713 -2010 «Биорекультивант»..........101

Приложение 6. ТУ 5711 - 004 - - 81436713 - 2010 «Геогранулят»...............102

Приложение 7. ТУ 2189 - 002 - - 81436713 - 2010 «Геокальцит»................103

Приложение 8. ТУ 2189 - 002 - - 81436713 - 2010 «Георекультивант».......104

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Проблема обезвреживания и утилизации нефтешламов, буровых шламов, нефтезагрязненных грунтов и осадков буровых сточных вод (далее - нефтяные отходы, опасные отходы) приобретает в настоящее время все более острый характер в связи с тем, что объемы генерирования отходов постоянно растут, в то время как темпы природоохранных мероприятий несопоставимо малы. В результате площадь загрязнения почвы углеводородами в России в 2011 году увеличилась почти в два раза в сравнении с предыдущим годом и составила около 72 тысяч гектаров по данным доклада МЧС.

Масштабы ежегодного продуцирования и накопления нефтеотходов требуют быстрейшего создания комплексной технологии обезвреживания, с последующим использованием полученного продукта и мощных перерабатывающих установок производительностью, измеряемой миллионами тонн в год с их промышленным освоением.

Нефтеотходы являются специфическим видом отходов. В малых количествах они не оказывают заметного влияния на окружающую среду, а в больших скоплениях становятся экологическим бедствием. Последнее время для переработки данных видов отходов все чаще используется отверждение. Предложения по данному направлению утилизации очень быстро нарастают на уровне публикаций и предварительных исследований. Проблема состоит в том, что доведение этих предложений до практической реализации в промышленности наталкивается на многочисленные трудности финансового, социального и технического характера. Создание эффективной промышленной технологии и оборудования - объективно более сложная задача, чем разработка, лабораторные испытания и предложение технологии переработки нефтеотходов. Главная сложность — это нестабильность

физико-механических, химических и теплофизических свойств, что не позволяет непосредственно и эффективно применить для переработки всех типов нефтеотходов имеющиеся технологии и типовое оборудование других производств. Многообразие свойств нефтеотходов как перерабатываемого сырья, его неоднородность и нестабильность особенно негативно сказываются на эффективной работе оборудования и вообще на его работоспособности. Основные требования к технике для переработки нефтеотходов — это высокая производительность и надежность, экологичность, гибкость в управлении, устойчивость режима при изменении свойств перерабатываемых отходов, высокий уровень автоматизации.

Таким образом, актуален поиск новых технологий и оборудования для переработки опасных нефтесодержащих отходов. Переработка нефтяных отходов включает в себя цикл мероприятий: отмыв нефтяной части, очистка сточных вод, капсулирование сухого остатка (кека), сжигание примесей, очистка отходящих газов. Отмыв нефтепродуктов [1], очистка сточных вод, сжигание примесей и очистка отходящих газов [54, 55, 57, 94, 101] -решенные промышленностью вопросы. Наиболее важным является утилизация сухого кека.

Цель и задачи исследования Цель работы

Целью работы является разработка новых реагентов для отверждения остатка, позволяющих увеличить эффективность и уменьшить стоимость обезвреживания нефтесодержащих отходов.

Для достижения цели в работе были поставлены следующие задачи:

1. Определить критерии выбора отверждающих реагентов.

2. Подобрать реагенты, обладающие максимальной эффективностью при обезвреживании опасных отходов различного агрегатного и химического состава.

3. Подобрать модифицирующую добавку к реагенту, улучшающую потребительские свойства полученного материала и уменьшающую стоимость переработки опасных отходов.

4. Определить технологический режим обезвреживания нефтесодержащих отходов различного состава.

5. Усовершенствовать технологию обезвреживания твердого остатка с применением новых реагентов.

6. Изготовить опытные партии материала, полученного с использованием новых реагентов.

7. Изучить воздействие отвержденного материала на окружающую среду с учетом временных, природных и антропогенных факторов.

8. Дать рекомендации по промышленному применению усовершенствованной технологии для обезвреживания отходов .

Научная новизна

Впервые изучено влияние высококальциевой золы уноса ТЭЦ в качестве модифицирующей добавки к оксиду кальция и доказано повышение прочности образующихся гранул с течением времени. Доказана устойчивость полученного материала к действию природных и техногенных факторов при экспозиции в течение 3-х лет Доказана эффективность применения полученных материалов в качестве стройматериалов и рекультивантов. Практическая значимость

Разработанная технология обезвреживания нефтесодержащих отходов позволила получить лицензию на обращение с отходами 1-1У класса опасности в ХМАО (серия 86 №00071) (Приложение 1)

Получено санитарно-эпидемиологическое заключение на вид деятельности и продукцию, полученную с применением технологии отверждения (Приложение 2).

Оформлены ТУ на продукты отверждения с применением различных исходных составляющих и изготовлены опытные партии:

Биогранулят ТУ 5711 - 003 - 81436713 - 2010 (Приложение 3);

Биокальцит ТУ 2189 - 001 - 81436713 - 2010 (Приложение 4);

Биорекультивант ТУ 2189 - 005 - 81436713 - 2010 (Приложение 5);

Геогранулят ТУ 5711 - 004 - 81436713 - 2010 (Приложение 6);

Геокальцит ТУ 2189 - 002 - 81436713 - 2010 (Приложение 7);

Георекультивант ТУ 2189 - 006 - 81436713 - 2010 (Приложение 8).

Технология реагентного отверждения реализована на промышленной установке.

Публикации

Результаты диссертационной работы изложены в 5 статьях, материалах докладов 3 научных конференций.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы были доложены: на научно-технической конференции МЧС России «Адаптированные учебно-тренажерные комплексы МЧС России», г. Москва, 2009 г.; научно-технической конференции «Актуальные проблемы нефтегазовой отрасли», Москва, 2010 г. и научной конференции «Экологическое нормирование, сертификация и паспортизация почв как научно-инновационная основа рационального землепользования», г. Москва, 2010 г.

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Нефтеотходы - источники загрязнения

Нефтесодержащие отходы - нефтешламы, буровые шламы. нефтезагрязненные грунты, - образуются в результате разливов нефти на грунт, зачистки резервуаров, при различных технологических операциях при бурении скважин, добыче, переработке, транспортировке нефти и нефтепродуктов, сосредотачиваются в шламовых амбарах на промыслах. Нефтеотход представляет собой смесь отработанных буровых растворов, горных пород, глины, цемента, воды, нефти и нефтепродуктов, мусора. Основными загрязняющими веществами в составе отходов являются нефть, нефтепродукты, частицы выбуренной породы, химические реагенты различной природы (щелочи, кислоты, синтетические ПАВ, полимеры, спирты, соединения железа, хрома, бария, органические вещества, например углеводороды, фенолы, карбоновые кислоты, асфальтосмолистые вещества, и минерализованные воды).

В нефтеотходах может содержаться (по массе): до 75% нефти или нефтепродуктов, до 85% воды, до 70% твердых примесей. Отходы нефтегазовой промышленности имеют разнообразный состав и свойства. Даже в одном шламовом амбаре могут находиться совершенно непохожие шламы, что сильно усложняет задачу по созданию «универсальной» технологии переработки, т.е. подходящей для самых разнообразных нефтеотходов.

1.2 Основные методы переработки и утилизации нефтеотходов

Весь процесс переработки и утилизации нефтеотхода можно представить в виде схемы, в которой последовательно расположены основные этапы (рис. 1.2.1):

— сбор нефтеотхода из резервуара, амбара или забор из пруда-отстойника;

— транспортировка нефтеотхода к установкам по подготовке к переработке или для переработки и утилизации;

— предварительная подготовка нефтеотхода как для транспортировки, так и для переработки и утилизации;

— методы и способы переработки и утилизации нефтеотхода.

Для переработки и утилизации нефтесодержащих отходов предлагаются различные технологии, которые делятся на две группы: индустриальные и утилизационные (рис. 1.2.2).

К индустриальным относят те способы, при которых отходы перерабатываются по схемам и на оборудовании, аналогичным применяемым для получения товарной продукции из первичного сырья.

Утилизационные методы включают способы, получившие распространение только в процессах переработки вторичного сырья или защиты окружающей среды.

Сбор нефтешлама Транспортировка Подготовка

Насос ^^Трубопровод Экскаватор — Железнодорожный Специальные транспорт заборные — Автомобильный устройства транспорт / \

Обработка химическими реагентами (деэмульгатор, ингибитор коррозии) физическое воздействие (ультразвуковое, магнитное поле)

Фильтрование

Подогрев

Смешение компонентов многолопастными мешалками Отстаивание

Утилизация

Подогрев до 50 °С

Подогрев до 90 °С —

Сушка

Пиролиз —

Обработка деэмулыатором—

Обработка растворителем

Обработка водяным паром —

Обработка теплоносителем-Промывка дренажной или пресной водой

Электрическое воэдействие-

. Воздействие акустическим

полем полем -Ультразвуковое воздействие

-Гравитационное отстаивание

- Центрифугирование

- Сепарация

— Гидродинамическое воздействие

. Разделение в центробежном поле

■ Экстракция

- Ректификация

■ Флотация нефти

- Воздействие магнитным

полем

Смешение с товарной

нефтью _

- Смешение с твердыми компонентами I Строительные

(гравий, щебень, цемент и др) I-

- Активация паровоздушной

смесью

- Эмульгирование тяжелыми углеводородными смесями

-Гранулирование и капсулирование с гидрофобными компонентами (известь, смола, глина и др)

- Сжигание в открытых амбарах

- Сжигание в печах _ Компостирование (торф, солома,

почва, древесная стружка)

материалы

Топливные компании

Захоронение складирование

Рисунок 1.2.1 - Схема сбора, транспортировки, подготовки, переработки и

утилизации нефтешлама.

Рисунок 1.2.2 - Способы переработки отходов Выбор способа переработки нефтеотхода в основном зависит от количества содержащихся в нем нефтепродуктов, его влажности, доступности тех или иных методов и других факторов технического, социального, экономического характера [44].

1.3 Технологии обезвреживания твердых и пастообразных нефтеотходов

Труднее всего поддаются переработки твердые, пастообразные, застарелые шламы (типичный пример - амбарные нефтешламы). В большинстве случаев практикуется захоронение полужидкой массы и не текучего осадка непосредственно в шламовых амбарах после предварительного подсыхания их содержимого. Однако такое захоронение не предотвращает загрязнения природной среды, так как содержащиеся в твердых шламах углеводороды, вследствие подвижности и высокой проникающей способности, мигрируют в почвогрунты, вызывая в них процессы, опасные для окружающей среды.

К твердым и пастообразным шламам могут быть применены следующие методы:

— термический;

— физический;

— химический;

—биологический [100].

Наиболее эффективным, хотя и не всегда экономически рентабельным, считают термические методы обезвреживания шлама. Это сжигание, газификация и пиролиз. Сжигание - наиболее отработанный и используемый способ, который осуществляется в печах различных конструкций при температурах не менее 1200°С. Газы, которые образуются при сгорании органической части отходов, необходимо очищать от диоксида углерода, оксидов азота и серы, аэрозолей, оксида углерода, полиароматических углеводородов и диоксинов. Зола, которая накапливается в нижней части печи, периодически утилизируется на полигоне (захоранивается), или используется в производстве цемента. Обычно сжигание проводят в камерных, барботажных, с кипящим слоем или вращающихся печах. Недостаток этого способа в том, что углеводороды, входящие в состав

нефтяного шлама, при сжигании выделяют значительное количество продуктов сгорания, большинство из которых токсично. Сжигание идет с поглощением большого количества тепла и осложняется высоким содержанием твердой фазы (песка, глины и др.).

Газификация и пиролиз распространены значительно меньше.

В основе механических процессов очистки лежат перемешивание и физическое разделение. Для этого применяются различные диспергаторы, сепараторы, центрифуги, фильтры, гидроциклоны. Физические методы неприменимы к шламам, если в их составе преобладают нелетучие и плотные смолы и асфальтены. В этих случаях необходима подготовка, например, разбавление. Кроме того, шлам вызывает сильную эрозию, что требует применения аппаратов из специальных марок сталей; необходимо применять оборудо