Технологии утилизации амбарных нефтешламов

     продукты  от продувки пылеуловителей, масляных сепараторов и разделителей, отличающиеся достаточно однородным составом и высоким  содержанием углеводородов, а также  отработанные компрессорные и индустриальные масла.

     Для сжигания нефтешламов широко применяются  печи различных типов и конструкций: камерные, барботажные, многоподовые, вращающиеся и печи с кипящим слоем. Термический метод позволяет совместно с нефтешламами сжигать загрязненные фильтры, промасленную ветошь, твердые бытовые отходы. Образующиеся при этом вторичные отходы относятся к 4 классу опасности и подлежат вывозу на полигоны захоронения. Объем вторичных отходов по сравнению с первоначальным уменьшается до 10 раз.

     Одним из перспективных направлений термического обезвреживания твердых нефтесодержащих  отходов является использование  принципа "кипящего слоя". В печах "кипящего слоя" изменение кинетической энергии транспортирующего газового потока происходит в результате преодоления  сопротивления газораспределительной  решетки и слоя материала (песок), который переходит из спокойного состояния в состояние "кипения". На печах с "кипящим" слоем легче  решаются вопросы контроля загрязнения  окружающей среды от вредных веществ, имеющихся в нефтесодержащих  отходах.

           

     

      

     Рисунок 1.1 - Схема реактора с псевдоожиженным слоем: 1 - воздух для псевдоожижения; 2 - твердый продукт; 3 - слой инертного носителя (песок) в твердой фазе; 4 - граница псевдоожиженного слоя; 5 - корпус; 6 - унос золы; 7 - поток загружаемых отходов; 8 - загрузка отходов; 9 - отходящие газы; 10 - сепаратор; 11 - возврат пыли; 12 - решетка. 

     Наибольшее  распространение при утилизации нефтесодержащих отходов имеют  установки для термической обработки  с вращающейся барабанной печью. Такие печи требуют высокого качества сборки и монтажа футеровки. При  этом не допускаются частые пуск и  остановка печи, колебания температурного режима. Они требуют высоких капитальных  и эксплуатационных затрат. Возможен выход из строя печи в результате резкой смены температуры при  внезапной ее остановке. Принимаемые  меры по устранению выявленных конструктивных недостатков вращающихся печей  не решают задачу устойчивой, достаточно долговременной и безаварийной их работы. Исследования ВНИИнефтехима показали, что нефтяной шлам перед подачей во вращающуюся барабанную печь на термическое обезвреживание может быть глубоко обезвожен с утилизацией более 90% нефтепродуктов. При оборудовании узлов обезвоживания (гидроциклон, центрифуги) можно увеличить производительность установки в 9 раз. 

     

     Рисунок 1.2 - Вращающаяся барабанная печь для обезвреживания насыщенных влагой отходов: 1 - барабан; 2 - камера термической обработки; 3 - камера дожигания; 4, 5 - устройства для загрузки отходов. 

     Основными преимуществами способа сжигания нефтесодержащих  отходов в печах различного типа и конструкций являются:

      - значительное уменьшение количества отходов;

      - экономически приемлем;

      - объем образующейся золы в 10 раз меньше исходного продукта;

      - при использовании в качестве наполнителя до 10% глины возможно получение вместо золы пористого гранулированного строительного материала - керамзита;

      - высокая эффективность обезвреживания;

      - возможна утилизация тепла.

     В качестве отрицательных факторов использования  данного способа являются высокие  энергозатраты на дополнительное топливо (газ, нефть); требуется больше капиталовложений в сооружения по очистке и нейтрализации дымовых газов.

     Еще одним технологическим приемом  термической переработки нефтешламов  является процесс пиролиза, осуществляемый при 500-550 ˚C, в котором получаются горючие газы и твердый остаток. Данный процесс рекомендуется для  переработки твердых нефтешламов, обладающих невысокой влажностью (не более 1-3%). Он наиболее приемлем в экономическом отношении, так как позволяет органическую часть отходов не превращать в токсичные продукты сгорания, а использовать как дополнительное топливо для сжигания отходов. Однако, данный способ требует высоких материальных и энергетических затрат.

     

      

     Рисунок - 1.3 Схема реактора для сухого пиролиза твердых отходов:

     1 - кирпичная шахта; 2 - металлическая  реторта; 3 - газовые горелки; 4 - узел  гашения и удаления твердого  остатка. 

Одна  из разновидностей термического метода - сушка в сушилках различных конструкций. Положительными аспектами данного  способа являются сохранение ценных компонентов; уменьшение объема в 2-3 раза; возможность комбинирования с другими  природоохранными процессами. К отрицательным  моментам можно отнести большие  расходы топлива. 

     

     Рисунок - 1.4 Барабанная сушилка: 1 - горелка; 2 - топка; 3 - загрузочный желоб; 4 - уплотнение на входе; 5 - бандажи; 6 - зубчатый венец; 7 - уплотнение на выходе; 8 - разгрузочное отверстие; 9 - электродвигатель. 

     Эта сушилка имеет цилиндрический барабан, установленный с небольшим наклоном (1/15 - 1/50) и опирающийся с помощью  бандажей на ролики. В отечественной  практике используют сушилки диаметром 1 - 3,5 м и длиной 4 - 27 м. Барабан  через зубчатый венец приводится во вращение, причем число оборотов барабана обычно не превышает 5 - 8 мин^-1. Материал подается в барабан через загрузочный желоб. В этой сушилке газы, образующиеся при работе горелки, и высушиваемый осадок движутся прямотоком, что позволяет избежать перегрева материала. Высушенный осадок удаляется из аппарата через разгрузочное отверстие в виде сыпучего полидисперсного материала. Влажность осадков после обработки в барабанных сушилках составляет 30 - 40%.

 

1.1.4 Физические методы

     Физический  метод утилизации характеризуется  низкой эффективностью и образованием неутилизируемых остатков. Данный метод  можно разделить на следующие  разновидности:

     гравитационное  отстаивание;

     разделение  в центробежном поле;

     разделение  фильтрованием;

     экстракция. 

     Гравитационное  остаивание. Достоинства - не требует больших капитальных и эксплуатационных затрат; может быть составной частью комбинированного метода. Недостатки - низкая эффективность разделения и длительность процесса; область применения ограничена; большой объем образуемых остатков.

     Разделение  в центробежном поле. В последние  годы в Ярославле и Новокуйбышевске  действуют установки фирмы "ALFA-LAVAL" (Швеция) по переработки нефтешламов, на которых путем центрифугирования  шлам разделяется на три фазы: углеводородную, водную и механические примеси.

     Первая  зарубежная установка по переработке  нефтешлама методом сепарации фирмы "Альфа-Лаваль" (Голландия) производительностью 15 м³/ч перерабатываемого нефтешлама была смонтирована и пущена в 1987г. на ПО "Ярославнефтеоргсинтез". Установка работает стабильно. На сегодняшний день переработано 68500 м³ нефтешлама и получено 14000 м³ нефтепродукта, при этом среднемесячная производительность составляет 10000 м³ .

     В течение 1986-1993 годов установка фирмы "Альфа-Лаваль" были закуплены многими нефтеперерабатывающими и нефтедобывающими предприятиями.

     Выделенные  углеводороды направляют на вторичную  переработку, воду - на очистку, механические же примеси, обогащенные углеводородами и содержащие воду, представляют собой  новый отход, количество которого значительно  меньше по сравнению с количеством  первичного нефтешлама, но все еще велико.

     Экологической программой ОАО "Татнефть" предусмотрена ликвидация всех шламовых амбаров, накопившихся за более чем полувековую историю добычи нефти в регионе. Первая установка по утилизации нефтесодержащих отходов, работающая по принципу разделения в центробежном поле, была разработана и введена в эксплуатацию в 1989 г. Нефтешламы в смеси с подогретой свежей нефтью подаются на трехфазные декандры, на которых за счет центробежной силы происходит разделение на три фазы: нефть, воду и механические примеси. Ввод в эксплуатацию второй установки позволил выполнять работы по утилизации во всем нефтедобывающем регионе.

     Достоинства - возможность уменьшения количества отходов и повторное использование  части отделившейся воды, нефти (нефтепродуктов); может быть составной частью комбинированного физико-химического метода. Недостатки - требуется специальное оборудование (гидроциклоны, сепараторы, центрифуги); проблему до конца не решает из-за неполноты  отделения нефтепродуктов от образуемых осадков и сточных вод; область  применения ограничена. 

     

     Рисунок - 1.5 Декантер. 

     Достоинства - сравнительно низкие затраты; высокая  степень надежности метода; может  быть составной частью комбинированного физико-химического метода; более  высокое качество целевых продуктов; менее требователен к качеству сырья. Недостатки - необходимость смены и регенерации фильтрующих материалов; введение специальных структурообразующих наполнителей; проблему экологии до конца не решает из-за больших объемов образуемых остатков. 

     

     Рисунок 1.6 - Схема установки экстракции периодического действия

     ЭПД-3 - качающийся экстрактор периодического действия; Т - термопара. 

     Экстрактор  периодического действия ЭПД-3, изображенный на рис.1.6, представляет собой пустотелый аппарат, обогреваемый паром. Снабжен люком для загрузки сырья и растворителя, манометром и вентилем для выгрузки получаемых продуктов. В качестве растворителя использовался прямогонный бензин (НК 28 - 30 °С, КК 62 - 70 °С).

     Экстракция. Недостатки - требуется специальное  оборудование, растворители; необходимость  регенерации экстрагента; неполнота извлечения нефтепродуктов из отходов .

 

1.1.5 Физико-химические методы

     Сущность  физико-химического метода заключается  в применении специально подобранных  поверхностно-активных веществ (деэмульгаторов, диспергаторов, смачивателей и т.д.), вспомогательных веществ, влияющих на изменение состояния (размер частиц) и коллоидно - дисперсной структуры взвешенных частиц в нефтяной и водной фазах. Достоинства - возможность интенсификации процесса при сравнительно небольших добавках вводимых веществ, хорошо сочетается с физическим и биологическим методами. Недостаток - высокая стоимость реагентов; требует применения специального дозирующего оборудования; перемешивающих устройств; может служить лишь частью другого метода.

     Для разделения нефтесодержащих шламов применяют флокулянты - водорастворимые полимерные электролиты, вводимые перед центрифугированием или обработкой на фильтр-прессах. Эти реагенты вызывают десорбцию влаги с поверхности твердых частиц, усиливают коагуляционное взаимодействие между ними, способствуют быстрому и эффективному обезвоживанию шламов. Особенно эффективно их применение для очистки коммунальных стоков. Однако некоторые из флокулянтов практически не влияют на стабильность эмульсии нефти в воде. Положительный эффект зафиксирован при использовании флокулянтов одновременно с деэмульгаторами, традиционно используемыми в системах разделения водонефтяных эмульсий на стадиях добычи и транспорта нефти. Эффективность деэмульгаторов зависит от качественного и количественного состава природных стабилизаторов, технологических условий их применения: доз, места ввода, концентрации рабочего раствора, температуры, интенсивности перемешивания. Правильный выбор деэмульгаторов обеспечивает наиболее полное отделение нефти от воды с механическими примесями и солями. Сложный механизм стабилизации эмульсионных систем обусловливает применение не индивидуальных веществ, а деэмульгирующих композиций.

     Как в отечественной, так и в зарубежной практике накоплен большой опыт физико-химической обработки нефтесодержащих отходов, на основе которого налажено производство необходимых установок. Одной из таких установок является установка  по переработке нефтешламов фирмы "KHD HUMBOLDT VEDAG AG" (ФРГ). Особенность  технологической схемы установки  производительностью 15 м³/ч заключается в двухступенчатой сепарации водной фазы после декантора и дозировки деэмульгаторов в узле обезвоживания и извлечения нефти. На первой ступени сепарации получается водная фаза требуемой чистоты (0,5% нефтяной фазы). Если количество исходного нефтешлама не позволяет этого, предусмотрена возможность применения деэмульгаторов на первой ступени. Нефтяная фаза, поступающая с первой ступени сепарации воды, разделяется во второй с помощью деэмульгатора на фазы: нефтяную и шламовый осадок. Предварительная подготовка шлама, проводимая на узле извлечения и подачи, осуществляется путем перемешивания и нагрева шлама (с целью понижения его вязкости) для свободной воды и грубых мехпримесей в отстойнике. Для откачки нефтешламов из шламохранилищ в зависимости от их доступности и удаленности предлагаются двухцилиндровые поршневые насосы или эксцентриковые шнековые насосы. Установка размещается в двух сорокафутовых контейнерах, которые транспортируются на трейлере. Недостатком установки является отсутствие заборного устройства, позволяющего готовить сырье стабильного состава, что сказывалось на качестве конечных продуктов.