Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Разработка рациональных методов переработки нефтесодержащих отходов нефтеперерабатывающих заводов

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Разработка рациональных методов переработки нефтесодержащих отходов нефтеперерабатывающих заводов"

На правах рукописи

Для служебного пользования

Экз. № &

КУПЦОВ АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДОВ

Спецалыюсть 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа - 1998

Диссертация выполнена в Институте проблем нефтехимпереработки Академии наук Республики Башкортостан (бывший БашНИИ НП).

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

Гимаев Р.Н.

кандидат технических наук Галеев Р.Г.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

И ш киль дин А.ф. кандидат технических наук, старший научный сотрудник Минигазимов Н.С. Ведущее предприятие: ОАО "НижегородНИИнсфтепроект",

г. Нижний Новгород

Защита состоится " 23 " декабря 1998г. в 14 часов на заседании диссертационного совета К063.09.06 в Уфимском государственном нефтяном техническом университете (УГНТУ), по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан " 23 " ноября 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

к. б. н„ доцент // Петухова Н.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На нефтеперерабатывающих предприятиях в процессе механической и физико-химической очистки сточных вод, при зачистке сырьевых и товарных резервуаров, аварийных сбросах образуются неф-гешламы, являющиеся самыми крупными отходами НПЗ. Кроме того, при биологической до о чистке сточных вод образуется избыточный активный ил. Эти отходы практически не утилизируются и загрязняют почву, грунтовые воды, атмосферу. На сегодня на НПЗ России их накоплено около 15 млн. тонн, а Башкирских НПЗ - 2,0 млн. тонн.

Комплексная переработка и обезвреживание нефтесодержащих отходов обеспечивает сохранение природных ресурсов и снижает уровень загрязнения окружающей среды.

Согласно Указа Президента РФ от 04.02.94г. №236 "О государственной стратегии Российской Федерации по охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития" и постановления правительства РФ от 18.07.94г. №496 'О плане действия Правительства Российской Федерации по охране окружающей среды на 1994-1995гг. до 2000 года" разработка рациональных методов переработки отходов НПЗ является актуальной задачей и имеет важное природоохранное значение.

Цель работы. Определение характеристик и свойств нефтешламов и избыточного активного ила. Разработка и внедрение эффективной технологии обез-¡реживания и утилизации нефтесодержащих отходов, обеспечивающих возможность их квалифицированного использования - без нанесения ущерба окружающей среде.

Научная новизна.

• На основе комплексных исследований проведена классификация нефтешламов и установлены закономерности изменения физико-химических свойств эмульсионных и донных нефтешламов, смесей с избыточным активным илом, в зависимости от их состава.

• Разработаны технологии для переработки эмульсионных нефтешламов, позволяющие утилизировать их в качестве компонента котельного топлива с вовлечением до 6% эмульсионных шламов (защищены двумя патентами РФ).

• С учетом состава и свойств нефтешламов подобран тип и доза флоку-лянта марки "РгаезЫ" обеспечивающая наибольшую эффективность разделения нефтешламов центрифугированием.

• Экспериментально обоснованы основные требования к форсункам для сжигания эмульсионных нефтешламов и мазутов в печах, обеспечивающих снижение содержания оксидов азота в дымовых газах на 25%.

Практическая ценность и реализация работы. Исследования физико-химических свойств нефтесодержащих отходов НПЗ позволили разработать и в промышленном масштабе внедрить методы подготовки топливной композиции на основе топочного мазута и нефтешламов. Выпуск топливной композиции по предлагаемому способу освоен на АО "Атырауский НПЗ" (бывший Гурьевский НПЗ), что позволило значительно сократить количество получаемых шламов и увеличить выход товарного топочного мазута в 1996 году на 3,5 млрд. рублей. Предлагаемый способ внедрен также на ОАО "Уфимский НПЗ" (по неисключительной лицензии зарегистрированной в Роспатенте №5115-97 от 02.02.97г.), который позволяет утилизировать 1,5-2,5 т/час эмульсионных шламов. Разработана и внедрена на ПО "Нижнекамскнефтехим" ротационная форсунка РФ-300 для сжигания эмульсионных нефтешламов (экономический эффект - 196 тыс. рублей в ценах 1982 года), а также газомазутная горелка ГМГ-120 для сжигания мазутов на АО "Атырауский НПЗ" (экономический эффект 1,5 млрд. рублей в ценах 1996 года). Доля вклада автора от общего экономического эффекта составляет 720 тыс. деноминированных рублей.

Кроме того, на основании проведенных исследований, разработаны:

- технология по совместному сжиганию в камерной печи с ротационной форсункой смеси эмульсионных нефтешламов с избыточным активным илом;

технологическая схема комплексной установки по переработке свежих, эмульсионных и донных нефтешламов, пастообразных и твердых отходов НПЗ в барабанной печи;

- технологическая схема обезвоживания центрифугированием с применением флокулянта нефтешламов и пены флотации от сооружений герметизированной системы очистки сточных вод.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались:

- на ХП-Х1У научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов, Уфа, 1982-1985 гг.;

- на ВДНХ, 1986г.;

- на Всесоюзной конференции "Концепция создания экологически чистых регионов", Волгоград, 1991г.;

- на научно-практической конференции специалистов СНГ "Совершенствование систем водоснабжения и канализации НПЗ и НХЗ". Уфа, 1992г.;

- на конференции "Промышленные и бытовые отходы. Проблемы и решения". Уфа, 1996г.;

- на международной научно-практической конференции "Проблемы защиты окружающей среды на предприятиях нефтепереработки и нефтехимии. Уфа, 1997г.;

- на конгрессе нефтегазопромышленников России, г. Уфа, 1998г.;

- на технических советах Хабаровского, Комсомольского, Ангарского НПЗ, 1990г., ОАО "Ново-Уфимский НПЗ" и ОАО "Уфанефтехим", г. Уфа, 1998г.; АО "Атырауский НПЗ", г. Атырау, 1992-1998гг.;

Публикации. По материалам работы получено 9 авторских свидетельств на изобретение, 3 патента Российской Федерации, опубликовано 3 тематических обзора, 29 статей и тезисов докладов.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Материал изложен на 124 стр. машинописного текста, содержит 22 таблицы и 24 рисунка, библиографию из 118 наименований и приложения на 16 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введеиии обоснована актуальность задачи подготовки и переработки нефтесодержащих отходов НПЗ с использованием их в качестве вторичного сырья или обезвреживания без нанесения ущерба окружающей среде.

Первая глава представляет аналитический обзор литературы по составу и методам переработки отходов НПЗ. В настоящее время на территориях нефтеперерабатывающих заводов России в год образовывается около 2,5 млн. тонн отходов, что составляет 1,4% от переработанной нефти. На каждые 1000м3 очищенных общезаводских сточных вод образуется 3,0-3,5 м3 нефтешламов, 3,2-3,5 м3 избыточного активного ила влажностью 97% масс. На Российских НПЗ нефтесодержащие отходы в основном накапливаются на территориях заводов в шламо- и илонакопителях, где они при хранении разделяются на эмульсионные шламы (верхний слой), обогащенные нефтепродуктами до 60%, промежуточный слой - с большим содержанием воды до 95% масс, и донные шламы, где сконцентрированы мехпримеси (более 10% масс).

Рассматриваются современные методы и средства переработки нефтесодержащих отходов НПЗ, включающие: сжигание, прокаливание, пиролиз, захоронение, биоразложение, использование в строительстве. На НПЗ России утилизируются только эмульсионные нефтешламы путем переработки их на центрифугах. Образующийся при центрифугировании осадок, промежуточный слой и донные нефтешламы не утилизируются. За рубежом, например во Франции, на заводах проводится предварительное обезвоживание - концентрирование нефтесодержащих отходов, а затем совместное их сжигание с бытовыми городскими отходами за пределами заводов, что уменьшает капитальные и эксплуатационные затраты по утилизации.

На основании литературных данных и результатов обследования НПЗ проведена классификация отходов (рис.1) и определено перспективное направление по обезвреживанию отходов. Не имеется эффективных решений проблемы обезвреживания и утилизации нефтешламов и избыточного активного ила, образующихся при очистке сточных вод НПЗ.

Отходы при очистке сточньх вод

Осадки (донный шлам)

Эмульсионый дисперсный шлам

Пена с флотаторов

Отходы НПЗ

Жидкие нефтесодержащие отходы

Отходы основного производства

Кислые гудроны

Отбеливающая глина

Отходы зачистки резервуаров

Отходы при авариях и розливах

Нефтепродукты с землей

Нефтепродукты с песком

Отходы основного производства

Отходы битумного производства (битум+песок)

Отходы производства

кокса (пыль,мелочь)

1 Твердые отходы

Отходы производственного потребления

Отработанные катализаторы, адсорбенты, угли

Тара, упаковка,ветошь, металлолом

Отходы хозяйственно-

бытовой деятельности

Мусор хозяйственных, строительных, вспомогательных цехов

Мусор административных, бьгго-вых помещ-й

Мусор с территории НПЗ

Избыточный активный ил

Рис. 1. Классификация отходов НПЗ

Для решения этой проблемы был использован комплексный подход, но при этом решение специфических задач подготовки, утилизации и обезвреживания каждого типа нефтедезинтеграторной технологии, промежуточного концентрирования (отстой, центрифугирование), донного прокаливания в барабанной печи с другими отходами НПЗ.

Вторая глава посвящена исследованиям нефтешламов ОАО "Уфанефте-хим", ОАО "Уфимский НПЗ", АО "Ярославский НПЗ", АО "Атырауский НПЗ", АО "Нижнекамскнефтехим", Ново-Бакинского НПЗ, избыточного активного ила ОАО "Уфанефтехим".

Описаны экспериментальные методики и аналитические средства. Предложена комплексная схема исследования физико-химических свойств эмульсионных и донных нефтешламов, избыточного активного ила, продуктов их подготовки и переработки. Для отбора представительных проб из шламонакопите-лей с различных уровней до глубины 5,5 м разработан и изготовлен пробоотборник, обеспечивающий послойный отбор нефтешламов.

Результаты исследований 30-ти образцов нефтешламов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Характеристика нефтешламов

Характеристика Эмульсионный Промежуточный Донный

Плотность, г/см3 0,87-0,98 0,98-1,10 1,1-1,9

Вязкость (при 20°С), Пас 0,015-0,250 0,01-0,015 до 40

Содержание общей серы, % масс. 1,4-2,8 0,12-0,24 0,1-0,3

Содержание воды, % масс. 2-2,49 82-93 35-80

Содержание мехпримесей, % масс. 0,1-8,0 1,0-4,0 12-45

Содержание нефтепродуктов, % масс. 50-90 6-12 8-20

Теплотворная способность углеводородной части, кДж/кг 37800-39900 35000-38000

Исследованы вязкостные характеристики нефтешламов, избыточного активного ила и их смесей в широком диапазоне составов (рис.2). В качестве характеризующего фактора взято отношение концентрации твердой фазы (с!м -концентрация мехпримесей) к жидкой + с)в), с!н, с!в - концентрация нефтепродуктов и воды соответственно] в исходной пробе. В каждой серии опытов в

Рис.2. Зависимость вязкости смеси от состава

_х=с!"/(с1ы + с!в); нефтепродукты в образцах, % масс.: 1-21,4; 2-20,1; 3-18,6; 4-17,0; 5-13,9; 6-10,0.

Полученные вязкостные характеристики использованы при разработке и подборе смесителей, насосов, дезинтеграторов и горелочных устройств для установок подготовки и сжигания отходов.

Разработана методика исследования дисперсности факела ротациогаюй форсунки. Моделирование проводилось с использованием в качестве модельного эмульсионного нефтешлама нагретого строительного нефтяного битума.

В третьей главе исследованы кинетики отстаивания механических примесей из сточных вод II системы канализации ОАО "Уфимский НПЗ" (ОАО "УНПЗ") с целью определения дисперсности и количества свежеобразовавше-

гося нефтешлама и последующей разработки технологии обработки нефтешла-мов.

В лабораторных и промышленных условиях подобраны флокулянты и их дозы для улучшения разделения промежуточного слоя нефтешлама на осадок, воду и нефтепродукты под действием центробежных сил на 3-х фазной центрифуге.

Эффективность применения флокулянтов (при дозировании 25-30 г/т) оценивалась Тю выходу осадка (таблица 2). Исходный нефтешлам с ОАО "УНПЗ" имел следующую характеристику: плотность - 0,988 г/см3, содержание воды - 89,7, механических примесей - 1,3, нефтепродуктов - 9,0% масс.

Таблица 2

Результаты разделения нефтешлама при оптимальной дозе флокулянта

Нефтешлам Центрифуга Верхний слой Нижний слой (осадок)

содержание, %масс. выход % об. содержите, % масс.

вода мех. примеси нефтепродукты вода мех. примеси нефтепродукты

Исходный Лабораторная 52,0 3,0 45,0 10,5 73,9 8,2 17,9

Обработан

флокулянтом:

-Zetag Лабораторная 6,2 2,2 91,6 5,5 79,3 14,9 6,2

- Ргася1о1 Лабораторная 5,6 2,1 92,3 5,0 80,2 15,6 4,2

- Ргаез1о1 Промышленная 5,2 1,8 93,0 6,0 77,4 12,4 10,2

Из таблицы видно, что использование флокулянтов при разделении нефтешлама на центрифуге позволяет уменьшить объемы осадка в 1,8-2 раза и существенно уменьшить содержание в нем нефтепродуктов.

Одним из методов утилизации эмульсионных нефтешламов в смеси с избыточным активным илом является их сжигание в камерной печи. Для обеспечения полного сжигания необходимо мелкодисперсное распыление. Для этих целей наиболее рациональным является использование ротационных форсунок, которые слабо реагируют на состав сжигаемого отхода.

Разработана и построена пилотная установка (рис.3), на которой сняты характеристики распыла факела ротационной форсунки для сжигания эмульсионного нефтешлама при температуре 200°С в камерной печи. В качестве модельной жидкости приняли нефтяной строительный битум БН 90/10 ГОСТ 6617-76,

VIII

Рис.3. Принципиальная технологическая схема пилотной установки по исследованию дисперсности факела

ротационной форсунки

1 - плавильник; 2 - емкость; 3 - насос; 4 - ротационная форсунка; 5 - дозировочная шайба; б - водяная форсунка; 7 - циклон; 8 - калорифер; 9 - электроподогреватель; 10 - камера ускоренного охлаждения; 11 - фильтр; 12 - вешнлятор; 13 - насос; 14 - емкость воды. Потоки: I - тверда» битум; П - расплавленный битум; Ш - воздух; IV - вода; V - пар; VI - конденсат; VII - отработанный воздух; УШ - гранулированный битум.

который при температуре 200°С имеет вязкость 0,039 Пас и поверхностное натяжение 22,6-10"3 н/м, что близко к распыливаемому эмульсионному шламу (вязкость 0,035 Пас, поверхностное натяжение 20,3-10"3 н/м). На нефтешламе не удается снять характеристики дисперсного состава факела. Дисперсный состав факела приведен в таблице 3.

Таблица 3

Состав распыленного факела ротационной форсунки (расход битума - 650кг/ч, воздуха - 250м3/ч)

Фракция, ми Средний дианмегр частиц, им Число об./мин.

2000 2900

Фракционная доля, % масс.

2,0-1,25 1,63 5,0 0,54

1,25-0,63 0,94 18,5 1,52

0,63-0,315 0,47 63,3 71,73

0,315-0,14 0,23 13,0 24,58

0,14-0,0 0,11 0.2 1,63

Из анализа этих данных следует, что с увеличением частоты вращения чаши ротационной форсунки в факеле уменьшается количество крупных фракций. На основании результатов исследования определены основные характеристики форсунки (табл.4) и разработана ее конструкция (рис.4) (защищена двумя авторскими свидетельствами).

Таблица 4

Техническая характеристика ротационной форсунки РФ-300

Производительность, м3/ч или теплопроизводительностъ, Гкал/ч 4,5 8

Расход воздуха при сжигании нефтеш-лама на 1 кг нефтепродукта, п.м3 12-14

Частота вращения распылителя, об/мин. 2900

Давление нефтешлама перед форсункой, МПа до 0,2

Мощность электродвигателя, кВт 5,5

Ротационная форсунка не забивается механическими примесями и обеспечивает качественный распыл шлама при изменении его состава.

(Ваг

Рис. 4. Ротационная форсунка РФ-300.

1-шкив; 2-стакан; 3-корпус подшипника; 4-манжетное уплотнение; 5-полный вал; 6-окно; 7-подвижные штыри; 8-распылитель; 9-подвижные штыри; 10-отражатель; 11-закручивающие лопатки; 12-защитное покрытие; 13 штыри; 14-защитный кожух; 15-уплотнение; 16-воздуховод; 17-фланец форсунки; 18-кронштейн; 19-шламопровод; 20,21-патрубок.

Наиболее рациональным методом является вовлечение эмульсионного нефтешлама в топливо. С этой целью проводились исследования процесса получения эмульсионных сложно-структурных композиций на лабораторных и полупромышленных дезинтеграторных установках.

В таблице 5 приведены данные результатов исследований по вовлечению эмульсионного нефтешлама в мазут после их обработки на дезинтеграторе.

Исследования показали, что композиция из мазута и эмульсионного нефтешлама (до 6% масс.), используемая в качестве компонента котельного топлива, соответствует ГОСТу на мазут марки М-100. При увеличении доли нефтешлама вязкость смеси уменьшается (рис.5) и увеличивается при увеличении интенсивности обработки (рис.6) при неизменном соотношении компонентов.

Пас ♦ 0,09 0,083

Соотношение шлам : мазут

1:1 1:2 1:3 1:4

Рис.5. Изменение вязкости от соотношения шлам: мазут.

Пас 0,072

0,07

Скорость соударения, м/с

50 75 100 125 150

Рис.6. Изменение вязкости от скорости соударения.

Качество мазута и топочных композиций

Таблица 5

Продукт Добавки Вязкость Зольность, Содержание, %масс. Темпера- Температура Плотность,

нефтешлама, '/¡масс. условная, ВУ80 %масс. мех-примесей воды тура застывания, °С вспышки в закрытом тигле,°С г/м3

Товарный мазут М-100 (ГОСТ 10585-75) - не более 16 не более 0,14 не более 1,5 не более 1,5 не выше 42 не ниже 110 не более 1,015

Исходный мазут - 16,0 0,03 0,02 следы 20 192 0,9618

Смесь мазута с нефтешламом №1 __и___ Смесь мазута с нефтешламом №2 — " — №3 2 6 2 2 14.5 14,1 15,4 15.6 0,035 0,041 0,032 0,033 0,092 0,288 0,026 0,084 0,4 1,2 0,9 1,2 20 20 20 20 198 197 196 193 0,9576 0,9591 0,9584 0,9588

Состав нефтешлама % масс.: Вода Мехпримеси, в т.ч. коксовая пыль Нефтепродукты

№1 №2 №3 20,0 45,0 66,7 4,0 1,2 3,6 76,0 54,8 29,7

На основании проведенных исследований при непосредственном участии автора разработаны технология и оборудование по получению топливных композиций на основе эмульсионного нефтешлама и топочного мазута, которые защищены патентами РФ №2041246 и №2030447.

Для эффективного сжигания топливной композиции в печах разработана газомазутная горелка, обеспечивающая наиболее полное смешение топлива с воздухом, при организации рециркуляции дымовых газов за счет эжекции. Горелка внедрена на АО "Атырауский НПЗ".

В четвертой главе представлены технологии и характеристики оборудования для переработки нефтесодержащих отходов НПЗ.

Разработана и принята к внедрению технологическая схема по обработке вновь образующихся шламов и пены флотации (рис.7). Строительство установки ведется на ОАО "УНПЗ'*.

vn

Рис.7. Обработка нефтешламов систем герметизированной очистки сточных вод ОАО "УНПЗ" Оборудование: СГОСВ - система герметизированной очистки сточных вод,

Ц - центрифуга, Д - дезинтегратор, С - смеситель. Потоки: I - сточная вода, II - осадок из гидроциклона, III - осадок из полочного отстойника, IV - пена из турбофлотатора, V — очищенная вода, VI - флокулянт, VII - нефтепродукт, VIII - осадок (кек), IX - фугат, X - мазут, XI - мазут в товарный парк.

Герметизированная система очистки сточных вод производительностью 200 м3/ч позволяет подавать образующиеся нефтешламы и пену флотации в количестве 1,4 м3/ч, при следующем составе, % масс.: воды - 75-85; нефтепродуктов - 20-30; механических примесей - 0,3-0,6, на центрифугу для обезвожи-

вания минуя шламонакопитель, и тем самым заметно уменьшить выбросы углеводородов в окружающую среду. Получаемый после центрифугирования осадок (кек) в количестве 70-140 кг/ч содержит, % масс.: воды -78; нефтепродуктов - 10; механических примесей - 12.

Наиболее экологичным и экономически выгодным является использование эмульсионного нефтешлама в качестве компонента топочного мазута, что внедрено на АО "Атырауский НПЗ" и ОАО "Уфимский НПЗ" при непосредственном участии автора. Нефтешлам, образующийся на сооружениях механической очистки, подается в резервуар. В резервуаре производится нагрев шлама (до 60°С), отстой и дренаж выделившейся воды. Затем нефтешлам насосом подается в смеситель, куда подается мазут (температура мазута не более 96 °С), после чего смесь подается в дезинтегратор (эмульгирующее устройство), а затем эмульгированная смесь мазута и эмульсионного нефтешлама поступает в товарный парк.

Для совместной утилизации жидкого эмульсионного нефтешлама и избыточного активного ила разработана технология их сжигания в камерной печи с ротационной форсункой (рис.8).

Рис.8. Принципиальная технологическая схема установки сжигания жидкой

смеси нефтешлама с активным избыточным илом 1 - печь; 2 - ротационная форсунка; 3 - воздуходувка; 4 - водяные форсунки; 5 -

пылеосадительная камера; 6 - котел-утилизатор, 7,9 - циклоны; 8,10 - дымососы; 11 -

дымовая труба.

Потоки: 1 - нефтешлам с активным илом; II - воздух, III - добавочное топливо; IV - вода техническая; V - дымовые газы; VI - вода химически очищенная; VII - пар; VIII - зола

111

Сжигание смеси производится в вертикальной цилиндрической печи 1, оборудованной тремя ротационными форсунками 2. Воздух, нагнетаемый воздуходувкой 3 на ротационные форсунки, обеспечивает горение, способствует дроблению смеси, формированию факела в топке печи, а также охлаждает электродвигатель и распыливающуго чашку форсунки. Рабочая температура в печи 900-1200°С, температура уходящих газов 650-700°С. Для поддержания температуры на уровне б50-700°С в печи предусмотрено водяное орошение дымовых газов. Вода распыливается форсунками тонкого распыла 4. Выгрузка золы производится через устройство, расположенное в нижней части печи. Охлажденные до 650-700°С дымовые газы поступают в пылеосадительную камеру 5. Очищенные газы идут в котел-утилизатор 6, в котором вырабатывается водяной пар. Отдав тепло, дымовые газы очищаются в циклонах 7 и дымососом 10 с температурой 180-200°С выбрасываются через трубу 11 в атмосферу. Зола, не содержащая нефтепродуктов, удаляется из аппаратов в контейнеры и вывозится для планировки территории или в отвалы. Состав образующейся золы в % масс.: Са804 - 31,3; 1^0,, - 15,0; Ка2Б04 - 34,8; Ре203 - 7,5; А1203 - 0,7; 8Ю2 -10,7. Ввиду небольшого содержания в золе 8Ю2 и АЬОз загрязнение котла-утилизатора в процессе эксплуатации будет незначительным, в связи с чем возможно использование серийных котлов.

Наиболее универсальной по обработке отходов НПЗ является комплексная технологическая установка (КТУ), позволяющая перерабатывать в барабанной печи совместно не только жидкие, но и пастообразные, твердые горючие отходы с выработкой водяного пара и в экологическом отношении безвредной остеклованной золы. Схема и аппаратурное оформление КТУ разработаны при непосредственном участии автора. КТУ (рис.9) состоит из следующих блоков:

Блок забора нефтешламов. Забор свежего нефтешлама из нефтеловушек и эмульсионного из шламонакопителей. Транспортировка нефтешлама к блокам переработки и утилизации.

Блок сбора и подготовки нефтешламов. Отстой и гомогенизация эмульсионного нефтешлама для дальнейшей его переработки на центрифугах и сепараторах.

24 12

Рис.9. Принципиальная схема комплексной технологической установки: 1 - насос забора нефтешлама "с хода"; 2 - фильтр; 3 - теплообменник; 4 - сборная емкость; 5 - насос; б - смесительная емкость; 7 - гидроциклон; 8 - цешрифута; 9 - сепаратор; 10 - емкость для сбора воды; И - емкость для сбора нефтепродуктов; 12 - транспортирующее устройство; 13 - грейферный кран; 14 - дробилка с бункером; 15 - приемный накопитель; 16 - топливная емкость; 17 - загрузочное устройство; 18 - вращающаяся барабанная печь; 19 - камера дожита; 20 - ротационная форсунка; 21- топливная форсунка; 22- водяная форсунка; 23 - скруббер; 24- контейнер для золы; 25- емкость для воды; 26 - воздуходувка; 27 - котел-утилизатор; 28 - циклон; 29 - дымосос; 30 - дымовая труба. Потоки: I - эмульсионный нефтешлам "с хода"; П - эмульсионный нефтешлам из шламонакопителей; Ш - донный нефтешлам; IV - твердые горючие и пастообразные отходы НПЗ; V - отстоявшаяся вода; VI - пар; VE - флокулянт; VUI - эмульсионный нефтешлам на сжигание; IX - осадки в приемный накопитель; X - вода в голову очистных сооружений; XI - нефть на установку первичной переработки нефти; ХП - топливо;' ХШ -воздух на горение; XTV - вода; XV - дымовые газы

Блок разделения нефтешламов на центрифугах и сепараторах. Разделение гомогенизированного нефтешлама на двухфазной центрифуге с получением фугата и осадка. Разделение фугата на сепараторе на нефтепродуктовый и водный фугат. Дальнейшее разделение нефтепродуктового фугата на соответствующих сепараторах.

Блок сбора и подготовки нефтешламов и твердых горючих отходов НПЗ. Сбор и гомогенизация в приемном накопителе донного нефтешлама из шламо-накопителей, осадков из фильтров, центрифуг, сепараторов и горючих твердых отходов НПЗ.

Блок совместного сжигания нефтешламов и твердых горючих отходов НПЗ. Совместное сжигание донного нефтешлама, обезвоженного активного ила, осадков из разделительных аппаратов и твердых горючих отходов НПЗ во вращающейся барабанной печи, дожиг дымовых газов и их предварительное охлаждение водой.

Блок утилизации тепла и очистки дымовых газов. Утилизация дымовых газов в котле-утилизаторе и их очистка в циклонах.

Вода, образующаяся в результате предварительного отстоя нефтешламов в емкостях и после сепараторов, направляется вместе со стоками завода на очистные сооружения. Нефтепродукты после сепаратора откачиваются на переработку. Охлажденная зола выводится в выработанные шламонакопители и отвалы. Водяной пар, вырабатывающийся в котле-утилизаторе, используется для нужд завода. Очищенные дымовые газы через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.

Основное оборудование установки включает: узел забора и транспортировки эмульсионных (плавающих), придонных и донных нефтешламов, центрифуги и сепараторы, барабанную печь с камерой дожига и скрубберы, котел-угилизатор и циклон.

Технологическая характеристика оборудования: 1. Вращающаяся барабанная печь

- температура дымовых газов на выходе из барабана, °С - 900-1000

- температура на выходе из камеры дожига, °С - 1200-1700

- температура золы, выгружаемой из камеры дожига, °С - до 1000

- коэффициент избытка воздуха -1,2-1,5

- скорость вращения барабана, об/мин - 0,2-0,6

- скорость дымовых газов на выходе из барабана, м/с - 2,0-3,0

- длина, м -15,0

- диаметр, м - 2,8

2. Камера дожи га, скруббер

- диаметр, м

- высотам

3. Котел-утилизатор

- температура дымовых газов на входе, °С

- температура дымовых газов на выходе, °С

- температура дымовых газов перед входом на конвективные поверхности, °С

4. Циклон

- тип - батарейный

- температура очищаемого газа, °С Ниже (табл.6) приводится материальный баланс КТУ производительностью 21077 кг/ч с содержанием примесей в исходном нефтешламе 3,01-3,06% масс.

Таблица 6

Материальный баланс КТУ

-4,5 -17,0

-1200 и выше

- 200-250

- ниже 600

■ 200-250.

С охла- Без ох-

Ста- Наименование сырья, продуктов, отходов ждением лажде-

дии газов в нияв

скруббе- скруббе-

ре ре

Узел Поступают на переработку эмульсионные нефтсшламы, кг/ч, 21077 21077

□од- в т.ч.: - "с хода" (свежий) 7025 7025

го- из шламонакопителя 14052 14052

гов- Получаются, кг/ч: - нефтепродукты 4238 4238

О! вода 14687 14687

осадок 2142 2142

Узел Поступают на сжигание отходы, кг/ч, 4642 4642

про- в т.ч.: - осадки после разделительных аппаратов 2142 2142

ка- - донный шлам и обезвоженный активный ил 1500 1500

ли- твердые горючие отходы 1000 1000

ва- Подаются на установку: - топливо, кг/ч 400 400

- воздух на горение, м'/ч 21567 21567

- вода на охлаждение газов, кг/ч 11159 -

- химочищенная вода, кг/ч 9050 19400

Получаются: - зола, кг/ч 497 -

- дымовые газы, м'/ч 62537 41020

- водяной пар, кг/ч 9050 19400

Предлагаемая технология за счет предварительного концентрирования

жидких отходов позволяет сократить эксплуатационные и капитальные затраты

по их переработке.

Выводы

1. Выполнен аналитический обзор по составу нефтесодержащих отходов НПЗ, методам и средствам подготовки и их утилизации, на основании чего определена актуальность и целесообразность их комплексной переработки.

2. Установлены зависимости вязкостных характеристик нефтесодержащих отходов в зависимости от соотношения твердой и жидкой фазы, позволяющие подобрать оптимальные режимы работы оборудования (дезинтегратор, смеситель, насосы).

3. Разработана методика исследования факела распиливания ротационной форсунки и построена пилотная установка по исследованию дисперсности факела. В качестве модельного нефтешлама использован нефтяной строительный битум БН 90/10 нагретый до 200°С. По результатам исследований определен режим работы и технические характеристики ротационной форсунки, которая внедрена на установке сжигания нефтешлама на ПО "Нижне-камскнефтехим".

4. Изучены и подобраны режимы по получению топливной композиции на основе топочного мазута марки М100 с вовлечением до 6% масс, стойкого эмульсионного нефтешлама с содержанием, % масс.: нефтепродуктов- 35-80, воды -14-64, механических примесей (в том числе коксовой пыли) до 6. Разработана и внедрена технология по получению топливной композиции на АО"Атырауский НПЗ, ОАО "Уфимский НПЗ".

5. Разработана технологическая схема узла утилизации свежих шламов и пены турбофлотации с установки герметизированной очистки сточных вод, включающая стадию удаления свободной воды центрифугированием. Для улуч-

шения отделения воды на промышленной 3-х фазной центрифуге подобран флокулянт марки "Ргае:йо1п (25-30 г/т), позволяющий уменьшить образование осадка в 1,8-2 раза, и тем самым сократить выбросы углеводородов в атмосферу.

6. Разработана схема комплексной технологической установки по переработке эмульсионных и донных нефтешламов, избыточных активных илов, твердых горючих отходов НПЗ в барабанной печи с утилизацией тепла дымовых газов и в экологическом отношении безвредной остеклованной золы.

7. Внедрена технология получения топливной композиции на основе топочного мазута компаундированием с эмульсионным нефтешламом, конструкции ротационной форсунки РФ-300 и газомазутной горелки ГМГ-120.

Доля вклада автора от общего экономического эффекта от внедрения указанных разработок составил 720 тыс. рублей (в ценах 1998 года).

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Купцов А.В., Брондз Б.И., Ибрагимов И.Г., Киреев Ю.А. Подготовка неф-тешлама к сжиганию на ПО "Нижнекамскнефтехим" — В сб. "Проблемы переработки и исследования нефти и нефтяных остатков" / Тезисы докладов XII научно-техниченской конференции молодых ученых и специалистов. -Уфа, 1982.-С.117-118.

2. Ротационная форсунка - Авт. сввд. СССР, №1060882. - Авт. Купцов АВ., Брондз Б.И., Расветалов В.А., Гизетдинов М.С. - Опубл. 1983. Бюл. №46.

3. Фрязинов В.В., Брондз Б.И., Купцов АВ., Расветалов В.А. Сжигание нефтешламов и активных илов на НПЗ. Тематический обзор. - Серия: "Охрана окружающей среды",- М.: ЦНИИТЭнефтехимД985, 65с.

4. Соловьев А.М., Купцов А.В. Совершенствование основного оборудования процессов подготовки и ликвидации нефтешламов на НПЗ - В сб. научных