Адахамова М.Ш.

Современные технологии переработки нефтешламов

Современные технологии переработки нефтешламов

Все то, что производится, добывается и потребляется рано или поздно превращается в отходы. Безопасное обращение с отходами относится к важным экологическим проблемам. Отходы производства и потребления представляют собой серьезный источник загрязнения окружающей среды опасными для здоровья человека веществами. По данным американских исследований, промышленный рабочий «производит» примерно в 8 раз больше твердых промышленных отходов, чем бытовых, образующихся в среднем на одного городского жителя. Обыкновенный служащий «производит» мусора (официальных бумаг, остатков пищи, использованных газет, бумажных полотенец и прочего) столько же, сколько и дома.

Из огромных объемов добываемого в мире минерального сырья, исчисляемого десятками миллиардов тонн, непосредственно в производстве используется менее 5-10 %, остальное добываемое количество сырья представляет собой отходы горнодобывающего и горноперерабатывающего производств.

Сегодня проблема твердых отходов в полной мере не решена ни в одной стране мира, утилизация их остается на повестке XXI века. По утверждению В.И. Вернадского, ни один вид не сможет выжить в созданных им отходах. Отходы необходимо включать в природный цикл, удалять и использовать.

Россия занимает территорию в 17,1 млн. км2 и на каждого жителя приходится 11,4 га общей площади. В среднем каждый житель потребляет продукцию с 2 га земли, равную 40 т в год. Ежегодно в Российской Федерации образуется около 7 млрд. т всех видов отходов, из которых используется лишь 2 млрд. т, или 28,6 %.

При размещении отходов негативное воздействие их на окружающую среду достаточно часто сопровождается нарушением ландшафта с изменением отдельных элементов геологической среды, загрязнением воздушного бассейна, вод суши, моря, подземных вод, истощением их ресурсов и деградацией водных экосистем, а также загрязнением и деградацией почв, приводящих к истощению ресурсов растительного и животного мира.

Одним из распространенных видов нефтеотходов являются нефтешламы, образующиеся при очистке сточных вод различных технологических участков от нефтепродуктов. Они образуются также при переработке нефти, причем их выход доходит до 7 кг на 1 т перерабатываемой нефти. Нефтешламы представляют собой тяжелые нефтяные остатки. Их примерный состав: вода -30-85 %, нефтепродукты - 10-55 %, твердые примеси - 1-45 %. В настоящее время переработка нефтешламов с целью их обезвреживания и утилизации может производиться по нескольким направлениям. Шламы, если они содержат около 30% нефтепродуктов, имеют теплоту сгорания 13-21 МДж/кг (3000-5000 ккал/кг), соизмеримую с теплотой для антрацита и каменного угля и большую теплоты сгорания для бурого угля. Данное обстоятельство используется в некоторых способах обезвреживания. Например, применяется обработка шламов в шлаковом расплаве, при котором углеводородная часть шлама полностью сгорает, окисляясь до углекислого газа и воды. Возможно применение пиролиза, в результате чего получают до 10 % газообразных продуктов (большая часть их может быть утилизирована в качестве топлива), до 30 % нефтяного конденсата (который может быть переработан в нефтепродукты или использован как топливо) и около 50 % порошкообразного продукта, уже не содержащего нефтепродуктов. Пока же самым распространенным видом утилизации нефтешламов является их сжигание в специальных печах. Выделяющаяся при сгорании тепловая энергия используется по назначению, а зола не содержит вредных компонентов.

Для фильтрации отходов с высоким содержанием нефтепродуктов применяют ленточные фильтры и ручные фильтр-прессы. Для улучшения фильтрации нефтеотходов проводят интенсивное их перемешивание, усредняющее состав, а также добавляют в них золу, полиэлектролиты и другие реагенты, изменяющие физико-химические свойства отходов и облегчающие процесс фильтрации.

Осадки, содержащие большое количество воды, гравитационными методами обезвоживаются плохо и требуют иных способов разделения. Для улучшения фильтрации нефтесодержащих осадков этой группы в них добавляют коагулянты, например, известь (10 г/л) и хлорид железа (1 г/л). После коагуляции производится фильтрация на вакуум-фильтре. Осадки моечной воды при мойке автотранспорта легко разделяются в центробежном поле, для чего используют гидроциклоны, соединенные с бункерами-уплотнителями.

Нефтеотходы, которые невозможно регенерировать, подвергаются сжиганию. При горении таких отходов, содержащих значительное количество воды, происходят сложные химические процессы, связанные с испарением воды и наличием ее паров в зоне пламени. Процесс сжигания нефтесодержащих отходов может реализовываться в топках различной конструкции: камерных, циклонных, надслоевых. Особый интерес представляет турбобарботажный способ горения. Процесс проводится в печах с «кипящим» слоем, в многоподовых и барабанных печах. Температура отходящих газов достигает 800°С, что позволяет устанавливать котел-утилизатор с получением перегретого пара и горячей воды.

Объемы отходов нефтепродуктов и нефтезагрязнений, скопившихся на отдельных объектах, составляют десятки и сотни тысяч кубометров. Нефтешламы и отходы собираются и накапливаются в специально отведенных местах, большинствокоторых построено в начале 50-х годов. Со временем такие хранилища превратились из средств предотвращения нефтезагрязнений в их постоянно действующий источник.

В таких условиях перед специалистами нефтегазовой отрасли стоит инжиниринговая задача – найти альтернативный метод утилизации продукта зачистки накопителей и резервуаров (нефтешламов) находящихся в ведении нефтегазовых предприятий.

В настоящее время используется три метода очистки нефтеотходов: фильтрование, сжигание и отстаивание. Каждый из них имеет свои положительные стороны. Но эти технологии имеют много недостатков и требуют усовершенствований.

Утилизация нефтешламов посредствам отстаивания и вовсе не решает проблему, так как является медленным и неэффективным процессом, для которого требуется большие площади для отстойников и большие дозы дорогостоящих химикатов. В результате распада остаются химически небезопасные элементы.

Сжигание на сегодняшний день является одним из популярнейших методов утилизации ядовитых отходов вообще. Ценная углеводородная составляющая при этом безвозвратно уничтожается. Кроме того, ущерб, наносимый экологии планеты, огромен. Выброс ядовитых газов в атмосферу превышает все разумные нормы.

Безусловно, сегодня существует множество различных приборов и технологий нового поколения, которые, во-первых, позволяют уменьшить пагубное действие на экологию, во-вторых, сохранить достаточное количество важных углеводородных частиц. Различного вида центрифуги и сепараторы, как импортного, так и отечественного производства, очищают воду, уменьшают вредное влияние механических частиц, при этом сохраняют углеводородную составляющую. Данные способы утилизации требуют меньше затрат, чем просто сжигание нефтешламов, а уровень их эффективности на порядок выше.

Например, действие ГД-сепаратора базируется на гравидинамическом принципе – разделение двух жидкостей происходит за счет специальным образом организованного движения(от 0.1 м3/час до 2000 м3/час), при котором достигается ускоренная коалесценция (слияние и укрупнение) мелких капель масел и нефтепродуктов, а затем их отделение из водной среды, в том числе под действием сил естественной гравитации.

Наиболее выигрышным для зачистки резервуаров объемом до 50000 м3 и нефтешламовых накопителей (отстойников) представляется вариант с применением комплексных систем. Их главные преимущества:

· возврат нефти из нефтешлама в оборот в товарном виде, что, несмотря на достаточно высокую начальную стоимость комплексов, приводит к окупаемости затрат в срок от 1 до 2 лет за счет сохранения углеводородной фракции, пригодной к последующей реализации на рынке нефтепродуктов;

· минимальное содержание нефтепримесей в твердом остатке, что дает возможность использовать твердую фазу, например, для укладки в полотно дорог (асфальтобетон); подходит в качестве заменителя дорогостоящей песчано-гравийной смеси (материала природного происхождения;

· содержание нефти на уровне 1,5-2,5% в водной фазе, что позволяет проводить биологическую очистку воды в кратчайшие сроки (отпадает необходимость предварительной доочистки, значительно уменьшается объем применяемых биологически активных веществ);

· производительность комплексов составляет 10–15 тысяч тонн перерабатываемого нефтешлама в год.

Принципиальная схема технологического комплекса в общем виде включает в себя следующие компоненты.

1. Системы (устройства) извлечения нефтешлама из отстойников и резервуаров.

Для забора нефтешлама из накопителей предлагается использовать погружные насосы, расположенные на специальных понтонах (настилах) с системой подогрева прилегающей к ним области площадью 50-70 м2.

Отбор нефтешламовой массы и перемещение ее в блок подготовки может осуществляться с берега отстойника с помощью экскаватора с длинной стрелой (до 18 метров), на котором установлен специальный ковш с вращающимся решетчатым барабаном и подающимся в него через змеевик пара для нагрева нефтешлама при его перемешивании.

Для резки нефтешламовой поверхности и разделения ее на отдельные куски, могут быть применены специальные установки высокого давления, которые способны перемещаться по понтону или берегу отстойника. Перемещение нефтешламовых «айсбергов» может быть осуществлено с помощью скиммеров, бонов, специальной амфибии.

При перемещении нефтешламового «айсберга», в зумпфовый приямок, происходит нагрев нефтешлама и его перевод в состояние, достаточное для забора насосом.

Для зачистки резервуаров используется специализированный гидротрактор, заносимый через имеющиеся люки резервуара по частям и собираемый внутри резервуара за 4-5 чел./часов. Специальный насос, который также заносится в резервуар, позволяет перекачивать разжиженный нефтешлам в установку предварительной подготовки.

2. Системы первичной переработки шлама.

После того, как нефтешлам вынут из накопителей, в работу подключается установка предварительной обработки для удаления любого тяжелого материала (например, камней и др.). Система позволяет эффективно нагревать, перемешивать, циркулировать и осветлять шлам. Благодаря использованию паровых змеевиков, нефтяной шлам можно безопасно нагревать до необходимой температуры для получения оптимальной сепарации в декантаторе. Миксеры перемешивают нефтяной шлам для фильтрации любых твердых веществ и предотвращают образование осадка. Для дальнейшего улучшения эффективности для шлама, которому необходим дополнительный нагрев для получения хорошего качества сепарации, может быть задействован теплообменник. Это дает возможность увеличить нагрев без задержек в производстве. Когда шлам нагрет и гомогенизирован, он закачивается при контролируемой скорости в трехфазный горизонтальный декантатор через смесительный трубопровод и химическую дозирующую систему. Химические флокуливующие средства также подаются в центрифугированный сырьевой трубопровод через смесительный трубопровод. Это позволяет хорошо перемешивать шлам с химическими агентами. Дозирующая система состоит из двух резервуаров, так как для эффективного перемешивания порошка и воды требуется время. Для корректной работы флокуливующие средства необходимо перемешивать не менее часа. Пока один резервуар перемешивает, другой питает пульпопровод декантатора. Размер резервуаров сконструирован таким образом, чтобы опустошаться как раз за час. За это время питание может быть переключено на полный резервуар, где флокуливующие агенты основательно перемешаны.

3. Системы фазоразделения нефтешламов (трехфазный, горизонтальный декантатор).

Декантатор позволяет нефтяному шламу быть разделенным на три фазы: воду, нефть и твердые вещества. Теплообменник устанавливается в системе рециркуляции. Пропускная способность с продуктом такого типа через одну систему будет около 4-5 м3/ч.

Блок-схему процесса можно представить в виде, приведенном ниже.

В результате очистки отходов нефти, по предложенной технологии, получаем содержание воды в нефти – 2,5% ,нефти в воде - 2,5%, нефти в твердой фракции 2,5% .

Это вполне соответствует современным экологическим требованиям. Можно с уверенностью утверждать, что современные, экономически эффективные и экологически безопасные методы утилизации и переработки нефтешламов и нефтеотходов, конечно, существуют. Дело за специалистами нефтегазовой отрасли.

Литература

1. Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин : Учебник для НПО; Допущено МО РФ / Ю. В. Вадецкий. - 4-е изд., стер. - М. : Академия, 2008. - 352 с. 
2. Давыдова С.Л. Ресурсные и экологические особенности нефтегазового производства : учебное пособие / С. Л. Давыдова, В. И. Тагасов. - М. : РУДН, 2007. - 172 с.
3. Жумурова А.К. Нефтяная политика Казахстана: становление и развитие (экономические аспекты) : автореферат диссертации на соискание учен. степ. канд. экономических наук / А. К. Жумурова. - Алматы : Ун-т "Туран", 2006. - 30 с