Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Разработка ресурсосберегающих технологий переработки нефтешлама

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Разработка ресурсосберегающих технологий переработки нефтешлама"

На правах рукописи

Шпербер Давид Рубинович

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЕШЛАМА

Специальность: 03.02.08 - Экология (в нефтегазовой отрасли) (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 2015

Краснодар - 2015

005558845

005558845

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный технологический университет»

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Боковнкова Татьяна Николаевна

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Пашошкнн Виктор Терентьевнч

доктор химических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет», профессор кафедры общей, неорганической химии и информационно-вычислительных технологий в химии Кононенко Евгений Александрович кандидат технических паук, главный консультант Министерства природных ресурсов Краснодарского края

Филиал ООО «Газпром добыча Краснодар» - Инженерно-технический центр, г. Краснодар

Защита состоится «03» апреля 2015 года в 11.00 на заседании диссертационного совета ДМ 212.100.08 в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-248.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» (www.kubstu.ru).

Автореферат разослан 30 января 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук, доцент

Г.Г. Попова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования

Нефтешламы являются наиболее опасными загрязнителями природной среды; вместе с тем это ценное вторичное сырье, которое может быть использовано в различных отраслях промышленности. Несмотря на то, что на предприятиях нефтегазовой отрасли их накоплено большое количество, степень утилизации и использования отходов невысока. Это приводит к концентрации нефтесодержащих отходов на полигонах и в шламонакопителях и оказывает негативное влияние на окружающую среду. Таким образом, разработка ресурсосберегающих технологий, основанная на раздельном сборе, хранении и обезвреживании отходов для обеспечения экологической безопасности природных экосистем, является актуальной.

Работа выполнена в соответствии с НИР ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет № гос. регистрации 012000700851 «Очистка нефтесодержащих сточных вод и утилизация нефтешлама» и в рамках реализации федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. по теме: «Разработка теоретических основ синтеза новых модифицированных сорбентов и научное обоснование процесса сорбции ионов тяжелых металлов, органических поллютантов и ксенобиотиков из нефтесодержащих сточных вод. Создание основ природоохранных технологий очистки нефтесодержащих сточных вод и обезвреживания отходов нефтегазовой отрасли» (Соглашение №14. В37.21.0819 от 31.08.2012).

Цель работы

Разработка экологически безопасных технологий утилизации промышленных отходов нефтегазовой отрасли - нефтяных шламов, в

Автор выражает благодарность канд. хим. наук, доценту кафедры технологии нефти и газа ФГБОУ ВПО "Кубанский государственный технологический университет" Поповой Г.Г. за научно-методическую помощь

качестве добавки при получении продуктов для минимизации антропогенного воздействия на окружающую среду.

В соответствии с поставленной целью определены основные задачи научного исследования:

1. Изучить состав, физико-химические свойства нефтешламов различной технологической природы и сроков хранения и определить уровень их негативного воздействия на окружающую среду.

2. Проанализировать известные способы переработки и утилизации нефтешламов для оценки факторов, определяющих их пригодность в качестве вторичного сырья.

3. Разработать ресурсосберегающие экологически безопасные технологии по использованию нефтешламов донных отложений нефтяных резервуаров, водоочистных сооружений и шламонакопителей для получения товарных продуктов: кровельного материала, кирпича, керамзита и компонента дорожного основания.

4. Сравнить эколого-гигиенические характеристики нефтешлама и полученных продуктов его обезвреживания методом биотсстирования и определением класса опасности.

5. Оценить экономическую эффективность предлагаемых новых технологий.

Научная новизна работы

I. Впервые исследованы состав и физико-химические и эколого-токсикологические свойства нефтешламов ЗАО Краснодарского нефтеперерабатывающего завода «Краснодарэконефть» (ЗАО «КНПЗ-КЭН») различной технологической природы и сроков хранения для выявления возможных путей раздельной переработки. Предложена научно обоснованная схема обращения с нефтесодержащими отходами с раздельным транспортированием и переработкой.

2. Разработана технология использования донных отложений нефтяных резервуаров, нефтешламов водоочистных сооружений

нефтеперерабатывающих заводов и нефтешламов шламонакопителей в качестве вторичного сырья для получения товарных продуктов (гидроизоляционного кровельного материала, кирпича, керамзита, дорожного основания) в зависимости от содержания в нефтешламах нефтепродуктов, воды и механических примесей.

3. Предложено использование нефтешлама нефтяных резервуаров с высоким содержанием органических веществ (без фазового разделения) в составах с керамзитовой пылью при получении гидроизоляционного кровельного материала.

4. Разработаны новая сырьевая смесь, а так же композиционная масса нефтешламов водоочистных сооружений для обезвреживания термическим способом с получением экологически безопасных продуктов керамзита и кирпича.

5. Разработан способ возведения дорожного основания с использованием в качестве гидроизоляционного слоя нефтешламов шламонакопителей для создания водно-миграционно безопасного, более прочного дорожного основания.

Научная новизна подтверждена 3 патентами РФ на изобретение.

Теоретическая значимость работы

1. Доказана возможность применения нефтешламов - опасных отходов нефтегазовой отрасли в качестве добавки при получении новых продуктов: гидроизоляционного кровельного материала, дорожного основания, кирпича, керамзитового гравия.

2. На основании экспериментальных исследований состава нефтешламов и полученных материалов изложены аргументы минимизации ангропогенного воздействия на окружающую среду.

3. Раскрыты возможности решения проблемы утилизации нефтешламов -многотонажных отходов нефтегазовой отрасли.

Практическая значимость работы

1. Определены качественные и количественные характеристики нефте-шламов, используемых в качестве добавки в технологиях производства: гидроизоляционного кровельного материала, дорожного основания, кирпича, керамзитового гравия.

2. Разработан и внедрен способ введения добавок нефтешламов в технологический процесс получения керамзита на имеющемся действующем оборудовании с минимальными экономическими затратами.

3. Проведены опытные производственные испытания по получению керамзита с использованием нефтешламов водоочистных сооружений на комбинате строительных материалов «Энемский» (п. Энем, Республика Адыгея).

4. Возведено дорожное основание участка дороги на объекте Вынгапурского месторождения в Омской области с экономическим эффектом 1,2 млн. руб.

Методы исследования выбирались, исходя из постановки решаемых задач, с учетом особенностей исследуемых объектов и включали: экстракцию отходов органическими растворителями, анализ состава и количества загрязняющих веществ методами газожидкостаой хроматографии, хромато-масс-спектрометрии, испытание опытных образцов на прочность при сжатии, морозостойкость; определение технических характеристик гидроизоляционного кровельного материала, дорожного основания, кирпича и керамзита. Использовались стандартные и специально разработанные алгоритмы и программы.

Основные положения, выносимые на защиту

I. Результаты экспериментальных исследований по изучению состава, физико-химических и эколого-токсикологических свойств нефтешламов.

2. Применение нефтешламов в качестве вторичных материальных ресурсов в производстве гидроизоляционного кровельного материала, дорожного основания, кирпича, керамзитового гравия.

3. Физико-химические, эколого-гигиенические характеристики нефтешламов различной технологической природы, сроков хранения и полученных продуктов обезвреживания нефтешлама.

4. Обоснование экономической эффективности предложенных технологий.

Обоснованность и достоверность результатов, научных положений и

выводов, содержащихся в диссертационной работе, подтверждаются согласованностью полученных результатов с известными теоретическими и экспериментальными данными. Достоверность экспериментальных данных обеспечивается использованием современных средств измерений и с тандартных методик проведения исследований, а также методов статистической обработки данных.

Личный вклад автора заключается в выполнении основного объема теоретических и экспериментальных исследований, изложенных в диссертационной работе, включая постановку цели и задачи исследования, выборе методик эксперимента, непосредственном участии в его проведении, анализе и обобщении экспериментальных результатов, формулирования обоснованных выводов при составлении материалов публикации и докладов.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались на V Международной конференции «Фундаментальные исследования», (г. Москва, 2009 г.); VI конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (г. Иваново, 2011 г.); Международной конференции «Становление науки» (г. Загреб, 2011 г.); Научная школа «Кирпичниковские чтения» (г. Казань, 2012 г.).

Публикации результатов работы

По материалам диссертационной работы опубликовано 16 научных работ, в том числе 9 статей, 8 из которых в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК при Минобрнауки России, 4 тезиса докладов на международных и всероссийских конференциях, получены 3 патента РФ на изобретения.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения; четырех глав, выводов, списка использованных источников и трех приложений. Основная часть работы изложена на 155 страницах, 37 рисунков, содержит 35 таблицы. Список литературы включает 150 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, охарактеризована научная новизна и практическая значимость работы, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В главе 1 рассмотрено воздействие нефтешламов на состояние окружающей среды. Показано негативное влияние нефтешламов на атмосферу, почву и подземные воды.

Рассмотрены технологии использования отходов, образующихся, па предприятиях нефтегазовой отросли, в зависимости от состава нефтешламов, обсуждены их преимущества и недостатки.

Проведенный анализ позволил отнести проблему использования нефтеотходов к одному из приоритетных направлений экологических исследований в нефтегазовой отрасли.

В главе 2 рассмотрены объекты и методы исследования, приведены методики определения состава, физико-химических и эколого-токсических свойств нефтешламов. Методы исследования выбирались, исходя из постановки решаемых задач, с учетом особенностей исследуемых объектов. Определены состав нефтешламов, их структура методами инфракрасной

спектроскопии, хромато-масс-спектрометрии, атомио-абсорбционного анализа. Описаны методики получения кирпича, керамзитового гравия, дорожного основания, гидроизоляционного кровельного материала - в лабораторных условиях. Представлены методики определения их физико-механических свойств.

Объектами исследования являлись нефтешламы Краснодарского НПЗ различного технологического происхождения и сроков хранения. В таблице 1 приведён ресурсный потенциал ЗАО Краснодарского нефтеперерабатывающего завода «Краснодарэконефть» мощностью три миллиона тонн нефти в год.

Таблица 1 - Ресурсный потенциал ЗАО Краснодарского нефтеперерабатывающего завода «Краснодарэконефть» мощностью три миллиона тонн нефти в год____

Наименование Количество нефтеотхода Состав нефтеотхода, масс. %

Донные отложения нефтяных резервуаров 14,5 г на 1тонну принятой нефти Органическая часть Механические примеси Вода 91-94 до 2 до7

Нефтешламы водоочистных сооружений 1200 т/год Органическая часть Механические примеси Вода 30-58 17-43 25-45

Нефтешламы шламонакопителей 5000 - 7000 т накопленные Органическая часть Механические примеси Вода 30-50 20-40 17-27

Основным критерием пригодности нефтешламов в качестве вторичного сырья для различных отраслей промышленности является их состав, обусловленный происхождением нефтешламов.

Углубленное исследование химического состава, структуры и свойств компонентов нефтешлама позволяет оценить его токсические свойства. В таблицах 2, 3 и 4 представлены результаты исследования структурно-

группового состава донных отложений нефтяных резервуаров, иефтешламов водоочистных сооружений и шламонакопителей.

Таблица 2 - Структурно-групповой и фракционный состав горючих фракции донных отложений нефтяных резервуаров Наименование

Асфальтены

Смолы

Парафиновые углеводороды ^Нафтеновые углеводороды

Ароматические углеводороды

Суммарное количество фракций Тиш 60 °С - 300 °С

Среднее значение, масс. %

1,2

3,7

46,1

33,5

15,5

40-45

Донные отложения нефтяных резервуаров характеризуются высоким содержанием нефтепродуктов (91-94%); в своем составе они содержат асфальто-смолистые парафиновые отложения и представляют твердую массу с температурой плавления 56-60 "С. Основная часть веществ отнесена к углеводородам парафинонафтенового ряда преимущественно нормального строения от С8 до См.

Таблица 3 - Структурно-групповой и фракционный состав горючих фракций нефтешламов водоочистных сооружений

Наименование Асфальтены

Смолы

Парафиновые углеводороды

Нафтеновые углеводороды

Ароматические углеводороды

Суммарное количество фракций ТКИ„>350°С

Среднее значение, масс. %

5,2

17,5

26,3

18,4

33,6

93,1-97,9

водоочистных сооружений,

Групповой состав нефтешламов свидетельствует о наличии СМол, парафино-нафтеновых углеводородов, тяжелых ароматических полициклических углеводородов

Таблица 4 - Структурно-групповой и фракционный состав горючих фракций

нефтешламов шламонакопителей

Наименование Среднее значение, масс. %

Асфальтены 8,5

Смолы 28,5

Парафиновые углеводороды 17,2

Нафтеновые углеводороды 14,8

Ароматические углеводороды 31,0

Суммарное количество фракций Тки„ >350 °С 96,1-99,9%

Из данных табл. 2-4 видно, что в процессе хранения произошли изменения фракционного состава нефтешлама: уменьшилось содержание легколетучих фракций и увеличилось содержание высококипящих фракций вследствие образования сложных молекул с высоким содержанием смолисто-асфальтеновых веществ. Таким образом, при длительном хранении нефтешлама в шламонакопителях возрастает его устойчивость, что связано с уплотнением эмульсии, испарением легких фракций, осмолснием нефтепродуктов и увеличением содержания механических примесей.

При создании современных ресурсосберегающих экологически безопасных технологий, необходимо учитывать не только ресурсный потенциал, наличие в составе нсфтссодсржащих отходов цепных компонентов, которые могут быть использованы в качестве вторичных материальных ресурсов, но и обладать информацией о классе опасности отходов.

Нами нроведен расчет индексов опасности донных отложений нефтяных резервуаров, нефтешламов водоочистных сооружений и нефтешламов шламонакомителей по содержанию тяжелых металлов, парафиновых, циклических, ароматических и полициклических ароматических соединений. Их индекс опасности составил 928,4; 833,9; 568,28, соответственно, что соответствует 3 классу опасности. Полученные

данные позволили сделать вывод о необходимости обезвреживания отходов за счет их использования в качестве вторичных ресурсов.

На основе оценки экологической опасности НШ и их ресурсного потенциала проведен анализ направлений утилизации нефтеотходов. Разработана схема обращения с отходами нефтегазовой отрасли.

Действующая система движения отходов в отрасли осуществляется по схеме «отход—»окружающая среда» исключает из природно-ресурсного цикла образующиеся отходы. По предлагаемой нами системе отходы раздельно складируют на территории предприятия, затем транспортируют и раздельно перерабатывают в зависимости от физико-химического состава.

В главе 3 описаны предлагаемые методы использования нефтеотходов. При выборе технологии переработки реализован принцип использования технологии с максимальным содержанием отхода в продукции. Анализ литературных данных показ, что наиболее эффективным с экономической точки зрения, является прямое использование нефтешламов с высоким содержанием органической части без их фазового разделения.

Наличие большого количества парафинов в составе нефтешлама нефтяных резервуаров свидетельствует о его хороших антикоррозионных и гидроизоляционных свойствах, что позволяет использовать его для получения гидроизоляционных кровельных материалов, вместо кровельного битума (ГОСТ 9548-74 БНК 90/30), имеющего температуру размягчения 80-95 °С и температуру хрупкости - 10 °С.

Для приготовления гидроизоляционного кровельного материала донные отложения нефтяных резервуаров в количестве 50-60 % масс, и керамзитовую пыль в количестве 40-50 % масс, нагревали до 70-90 С, перемешивали в течение 20-30 минут, охлаждали до комнатной температуры. В качестве наполнителей применяли керамзитовую пыль размерами 0,1-1,2 мм, и насыпной плотностью 650-900 кг/м3, которая образуется в количестве 7-8 тонн ежесуточно на комбинате строительных

материалов «Энемекий» и является отходом производства керамзита. Исследована зависимость свойств кровельного материала от состава смеси. Установлено, что оптимальным является следующий состав смеси: донные отложения нефтяных резервуаров - 55 масс. %, керамзитовая пыль 45 масс. %. Результаты испытаний представлены в таблице 6. Для сравнения использовали кровельный материал Бикрост ТУ 5774-042-00288739-99 компании «ТехноНИКОЛЬ».

Полученный гидроизоляционный кровельный материал имеет более высокую теплостойкость (на 4-9 "С) и более низкую хрупкость (на 5-12 °С). Показатель водопоглощения и расход на 1 м2 аналогичен материалу Бикрост.

Таблица 5 - Характеристика образцов гидроизоляционного кровельного материала

Пример Состав смеси, масс. % Характеристика гидроизоляционного материала

донные отложения нефтяных резервуаров керамзитовая пыль расход материала, кг/м2 температура хрупкости по Фраасу, °С водопоглощение в течение 24 часов, % не более теплостойкость в течение 2 часов, "С

1 65 35 3,7 -26 1 75

2 55 45 4,9 -27 1 91

3 45 55 5,5 -19 2 69

Бикрост . 4 -15 1 80

Установлено, что при содержании донных отложений нефтяных резервуаров в смеси менее 45 % наблюдается появление трещин, водопоглощение увеличивается на 1%, расход материала на 1м2 - на 1,5 кг.

При содержании донных отложений в смеси от 65-80 % гидроизоляционный кровельный материал имеет пониженную теплостойкость (65-75 °С). При увеличении содержания воды и механических примесей увеличивается водопоглощение и снижается теплостойкость материала. Установлено, что

образцы гидроизоляционного кровельного материала, обладают высокой теплостойкостью и низкой хрупкостью.

Па основании испытаний установлены требования к донным отложениям нефтяных .резервуаров для получения гидроизоляционного кровельного материала (таблица 6).

Таблица 6 - Требования к составу донных отложений нефтяных резервуаров для получения гидроизоляционного кровельного материала

Наименование показателей Значение

Массовая доля нефтепродуктов, масс. %, не менее содержание парафинов, масс. %, не менее 91 40

Массовая доля воды, %, не более 4

Массовая доля механических примесей, %, не более 5

Содержание большого количества смолисто-асфальтеновых веществ в нефтешламах шламонакопитёлей позволяет использовать их как органическое вяжущее при создании дорожной одежды.

Как известно, устройство парогидроизолирующих прослоек в земляном полотне автомобильной дороги - один из способов в борьбе с морозным пучением. При промерзании глинистых грунтов (в том числе суглинков, супесей, пылсватых песков) происходит подтягивание свободной влаги к зоне отрицательных температур, вода увеличивается в объеме до 9%, причем этот процесс носит неравномерный характер.

Предложенный нами способ возведения дорожного основания включает нанесение па земляное полотно нефтешлама нагретого до 90-95 °С и выдержанного при этих температурах 15 минут, укатывание земляного полотна вместе с нефтешламом, нанесение второго слоя, представляющего собой смесь щебня (или гравия), песка и нефтяного шлама, которую подвергают ступенчатой температурной обработке при давлении воздуха 0,103-0,107 МПа и температуре на первой ступени 90-95 °С, на второй ступени 110-130 °С с выдержкой на каждой ступени в течение 15 минут.

Зависимость прочности образцов дорожного основания от расхода нефтешлама представлена на рисунке 1.

8. /

0,11 0,12 ОДЭ 0.1-й ОДБ 0,17

Расход, нрфтешлалла, клЗ/м2

Рисунок 1 - Зависимость прочности образцов дорожного основания от расхода нефтешлама из шламонакопителей

При общем расходе нефтешлама 0,11-0,15 м3 на 1 м2 дорожного полотна прочность дорожного основания увеличивается от 8,1 МПа до 8,6 МПа. Увеличение расхода нефтешлама свыше 0,15 м3/м2 приводит к понижению прочности до 8 МПа, что связано с перенасыщением объёма связующего на дорожной одежде.

В связи с тем, что дорожные основания, при определенных условиях, могут быть источником неблагоприятного воздействия на человека и окружающую среду, проведена гигиеническая оценка этого воздействия.

При изучении водно-миграционной опасности нами оценивались миграционные показатели наиболее опасных органических веществ, входящих в состав нефтешламов: бензола, ксилола и толуола.

Контрольной средой являлась водопроводная вода. Для имитации закисленных природных осадков использовался раствор серной кислоты с рН = 2, и ацетатный буферный раствор с рН=4,8. Результаты определения

приоритетных элементов - токсикантов для отходов и материалов для дорожного строительства приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Содержание бензола, толуола и ксилола в вытяжках из отхода и дорожного основания

Материал Количество вещества (мг/л) в вытяжках ПДК„, мг/л,

водных кислотных буферных

нефтешлам бензол 0,07 ±0,01 0,11 ±0,01 0,03 ± 0,002 0,5

ксилол 0,15 ±0,01 0,12 ±0,01 0,12 ±0,01 0,05

толуол 0,11 ±0,01 0,14 ±0,01 0,03 ±0,01 0,5

дорожное

основание

бензол 0,11 ±0,01 0,12 ±0,01 0,12 ±0,01 0,5

ксилол 0,03 ±0,001 0,025 ±0,001 0,03 ±0,001 0,05

толуол 0,019 ±0,01 0,013 ±0,01 0,014 ±0,01 0,5

Для сравнения потенциальной водно-миграционной опасности нефтешлама и дорожного основания использовали суммарный показатель, который определялся как сумма отношений концентраций элементов к соответствующему предельно допустимой концентрации в питьевой воде (ПДК„) (таблица 8 ).

Оценивая полученные результаты можно отметить, что миграционные свойства водорастворимых компонентов дорожного основания являются не опасными для окружающей среды.

Таблица 8 - Суммарный показатель загрязнения водных, кислотных и щелочных вытяжек из нефтешламовых отходов и материалов для дорожного строительства

Материал спз„ СПЗк СПЗб

нефтешлам 3,40 ±0,1 2,75 ± 0,1 2,52 ±0,1

Дорожное основание 2,29 ±0,1 2,29 ±0,1 1,83 ±0,1

Для улучшения технических характеристик кирпича и керамзита рассмотрена возможность использования нефтешламов водоочистных

сооружений (HBOC) в качестве выгорающей, отощающей и вспучивающей добавки при получении кирпича и керамзита.

Разработка рецептуры композиционной массы для изготовления кирпича и керамзита заключалась в выборе оптимального процентного содержания добавки НВОС в сырье.

Кирпич получали при добавлении к размолотой глине расчетного количество воды и НВОС с последующим перемешиванием до однородности. Из полученной массы формовали кирпичи методом прессования, сушили при 100-150°С в течение 1-2 часов и обжигали при 1000"С в течение 1 часа. Кирпич охлаждали и проводили испытания на механическую прочность при сжатии, морозостойкость, трещиноватость Результаты исследования приведены в таблице 9.

Таблица 9 - Влияние состава смеси на показатели получаемого кирпича

Композиционная масса Механическая прочность на сжатие, МПа ±0,2 Морозостойкость, циклы Трещины, шт.

массовое соотношение Глина: НВОС содержание воды в НВОС, масс. %

1 :0,07 45-50 22,8 78 10

1 :0,14 45-50 41,2 94 отсутствие

1 :0,39 45-50 41,0 51 8

ГОСТ 530-2007 Средний 30 Не менее 50 Не более 2

массовое соотношение глина: НВОС равное 1 : (0,09 - 0,35), содержание воды в НВОС 22-70 масс%. Полученные изделия соответствуют требованиям высшей марки кирпича по ГОСТ 530-2007 и обладают высокими показателями по механической прочности, морозостойкости и открытой пористости. При уменьшении или увеличения количества добавок показатели разрушения кирпича, морозостойкость, трещиноватость резко снижаются. Качество получаемого по предложенной рецептуре кирпича

соответствует ГОСТ 530-2007. Требования к составу пефтешлама водоочистных сооружений для получения кирпича приведены в таблице 10.

Таблица 10 - Требования к составу нефтешлама водоочистных сооружений для получения кирпича

Наименование показателей Значение

Массовая доля нефтепродуктов, масс. %, не менее 30

Массовая доля воды, % не более 70

Массовая доля механических примесей, % не более 5

Введение в смесь НВОС в качестве вспучивающего агента глины при производстве керамзита позволило получить керамзит с высокими физико-механическими характеристиками при уменьшении температуры обжига. После замеса глинистой массы, смесь направляется в формовочную машину, где происходит формование гранул , их сушка при 200 °С, после чего гранулы поступают во вращающуюся печь. В печи в процессе обжига гранул при температуре 1030 °С - 1035 °С, благодаря введенному в глину НВОС, происходит большее вспучивание, снижение насыпной плотности керамзита. Наличие в составе IIBOC оксидов алюминия, кремния и железа способствует увеличению прочности гранул.

Результаты испытания полученных образцов показали, что оптимальным является следующий состав смеси: глины 76,5% - 85% и НВОС 15,0% - 23,5%. Технические характеристики керамзита полученного при оптимальном режиме представлены таблице 11.

В результате проведенных испытаний были определены массовые доли компонентов нефтешламов водоочистных сооружений, которым должен удовлетворять отход при использовании его для получения керамзита. Требования к качеству нефтешламов водоочистных сооружений для получения керамзита представлены в таблице 12.

Таблица 11 - Результаты испытания керамзита, полученного при оптимальном режиме

Условия получения керамзита Характеристика керамзита

количество количество температура насыпная прочность,

НВОС, масс. воды, масс. обжига, "С плотность, МПа ± 0,2

% % г/см3

17 30 1030 0,190 2,61

24,0 30 1035 0,281 1,51

ГОСТ 9757-90 до 0,250 1-2,5

Таблица 12 - Требования к качеству нефтешламов водоочистных

Наименование показателей Значение

Массовая доля нефтепродуктов, % не менее 30

Массовая доля воды, % 22-70

Механические примеси, % 8-15

кирпича и керамзита на водные объекты было проведено исследование влияния водных вытяжек на ветвистоусые рачки Daphnia magna Straus, которое показало, что полученные изделия не опасны для природной среды.

Дана комплексная оценка экономической эффективности предлагаемых композиций. Коммерческий эффект от внедренных технологий составил:

- от замены битума и битумной мастики 306200 рублей на 1000 м2;

- от внедрения нефтешлама в качестве вспучивающей добавки при производстве керамзита - 15 миллионов рублей в год;

- при производстве кирпича -1410463 рублей в год.

Кроме того, предприятие получает экономический эффект за счет предотвращенного ущерба, возникающего вследствие нарушения и загрязнения недр отходами от сбросов нефтезагрязнений в водные объекты и деградации земель.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании проведенного анализа систем движения нефте-содержащих отходов нефтегазовой отрасли установлено, что хранение отходов на объектах временного размещения без последующей переработки сопровождается долговременными эмиссиями, трансформациями загрязняющих веществ в окружающей среде и безвозвратной потерей вторичных материальных ресурсов.

2. Для определения оптимальных условий переработки и обезвреживания нефтешламов современными методами физико-химического анализа установлен состав нефтеотходов и фракционный состав компонентов углеводородной части нефтешлама. Атомно-адсорбционными методом определено содержание токсичных металлов. Проведена оценка потенциала и факторов, определяющих пригодность отходов нефтепереработки в качестве вторичного сырья.

3. На основе анализа известных технологий утилизации и переработки нефтешламов установлены основные факторы, определяющие их пригодность в качестве вторичного сырья для строительной промышленности. Разработаны граничные условия применения технологий использования нефтеотходов в зависимости от рассмотренных факторов.

4. Предложено использование дойных отложений нефтяных резервуаров с содержанием нефтепродуктов более 91 масс. % в составе с керамзитовой пылью в соотношении 55 масс. %к 45 масс. % для получения гидроизоляционного кровельного материала. Установлено, что гидроизоляционный кровельный материал, приготовленный по предлагаемому способу, обладает высокой теплостойкостью и низкой хрупкостью.

5. Разработаны сырьевая масса (Патенты РФ 2467980, 2467966) и сырьевая смесь для получения кирпича и керамзита из НШ водоочистных сооружений. Полученные изделия соответствуют требованиям высшей

марки кирпича по ГОСТ 530-95 и обладают высокими показателями по механической прочности, морозостойкости и открытой пористости. Полученный керамзит обладает низкой насыпной плотностью 430 кг/м5 и высокой прочностью 1,52 МПа.

6. Содержание большого количества смолисто-асфальтеновых веществ в нефтешламах шламонакопителях позволяет использовать их как органическое вяжущее. Разработан способ возведения дорожного основания из нефтешлама шламонакопителей (Патент РФ № 2435898), связывающий грунт с минеральной частью дорожного основания для возведения дорожных одежд дорог Ш-У категории.

7. Разработаны узлы включения нефтешлама водоочистных сооружений в производственный цикл получения экологически безопасных керамических изделий (кирпича и керамзита).

8. Предложенные сырьевые смеси для изготовления кирпича и керамзита, гидроизоляционного материала с использованием нефтешламов позволяют получить эколого-экономический эффект в результате обезвреживания нефтешламов и экономии основного сырья.

СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ,

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Рецензируемые журналы, входящие в неремень ВАК при Минобрнауки России:

1. Боковикова,Т.Н. Разработка ресурсосберегающих технологий утилизации нефтешламов / Т.Н. Боковикова, Е.Р. Шпербер, Д.Р. Шпербер // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе: Научно-технический журнал ОАО "ВНИИОЭНГ". - 2009. - № 10. - С. 35-39.

2. Боковикова Т.Н. Разработка технологии использования нефтеловушечных эмульсий и нефтешлама / Т.Н. Боковикова, Е.Р. Шпербер, Д.Р. Шпербер // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2010. - № 8. - С. 30-33.

3. Боковикова Т.Н. Источники образования нефтешламов и методы их утилизации / Т.Н. Боковикова, Е.Р. Шпербер, Д.Р. Шпербер // Химия и технология топлив и масел. - 2011. - № 2. — С. 53-56.

4. Боковикова Т.Н. Использование нефтешламов в строительстве дорожных покрытий и одежд / Т.Н. Боковикова, Е.Р. Шпербер Л.А. Марченко, Д.Р. Шпербер // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». - 2011.-№ 2. - С. 311-315.

5. Боковикова Т.Н. Гидроизоляционый кровельный материал / Т.Н. Боковикова, Е.Р. Шпербер, Д.Р. Шпербер // Нефтепереработка и Нефтехимия. - 2012. - № 6. - С. 40-42.

6. Боковикова Т.Н. Управление отходами первичной переработки нефти / Т.Н. Боковикова, Е.Р. Шпербер, Д.Р. Шпербер // Нефтепереработка и нефтехимия.-2013. -№15.-С. 78-81.

7. Боковикова Т.Н. Физико-химические и эколого-токсикологические свойства нефтешламов нефтяных резервуаров / Т.Н. Боковикова, Е.Р. Шпербер, Д.Р. Шпербер // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе: Научно-технический журнал ОАО "ВНИИОЭНГ". - 2013. -№ 2. - С. 37-40.

8 Боковикова Т.Н. Экологогигиеническая оценка нефтешламовых отходов и возможность их использования для дорожного строительства / Т.Н. Боковикова, Е.Р. Шпербер, Д.Р. Шпербер, и др. // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе: Научно-технический журнал ОАО "ВНИИОЭНГ". - 2014. - № 2. - С. 37-40.

Патенты РФ на изобретения:

9. Пат. 2467980 Российская Федерация, МПК С04ВЭЗ/132. Сырьевая масса для изготовления кирпича / Шпербер Е.Р., Боковикова Т.Н., Шпербер Д.Р.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «КубГТУ» -№ 2011114466/03; заявл. 13.04.2011. опубл. 27.11.2012.

10. Пат. 2467966 Российская Федерация МПК С04В14/12. Сырьевая смесь для получения керамзита / Шпербер Е.Р., Боковикова Т.Н., Шпербер Д.Р.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «КубГТУ» -№ 2010118824/03, опубл. 27.11.2012.

11. Пат. 2435898 Российская Федерация МПК Е01СЗ/04. Способ возведения дорожного основания / Шпербер Е.Р., Боковикова Т.Н., Шпербер Д.Р.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «КубГТУ» -№2010118824/03; заявл. 11.05.2010. опубл. 10.12.2011.

Статьи в других научных журналах и тезисы докладов на международных и всероссийских конференций:

12. Боковикова Т.Н. Гидроизоляционный кровельный материал из вторичного сырья / Т.Н. Боковикова, Е.Р. Шпербер, Д.Р. Шпербер // Материалы всероссийской конференции: «Фундаментальные исследования». - М., 2009. - С. 47-51.

13. Шпербер Е.Р. Разработка технологии получения дорожного основания из нефтешламов шламонакопителей / Е.Р. Шпербер, Д.Р. Шпербер, Т.Н. Боковикова // Материалы VI конференции молодых ученых: «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем». - Иваново, 2011.-С. 154-155.

14. Боковикова Т.Н. Гидроизоляционный кровельный материал / Т.Н. Боковикова, Е.Р. Шпербер, Д.Р Шпербер // Материалы Международной конференции: «Становление науки». - Загреб, 2011. - С. 66-68.

15. Боковикова Т.Н. Экономический эффект от внедрения донных отложений нефтяных резервуаров в производство кровельных материалов / Т.Н. Боковикова, Е.Р. Шпербер, Д.Р. Шпербер // Налоги и налоговое планирование. - 2012. - № 7. - С. 23-25.

16. Шпербер Е.Р. Разработка технологии приготовления кровельного материала из донных отложений нефтяных резервуаров. / Е.Р. Шпербер, Д.Р. Шпербер, Т.Н. Боковикова // Международная молодежная научная школа «Кирпичниковские чтения». - Казань, 2012. - С. 123-125.

Подписано в печать 28.01.2015. Печать трафаретная. Формат 60x84 '/„,. Усл. печ. л. 1,35. Тираж 100 экз. Заказ № 1297. Отпечатано в ООО «Издательский Дом - ЮГ» 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корп. «В», оф. В-120, гел. +7(918)41-50-571 set@id-yug.com htlp://id-yug.com