Методы утилизации и переработки нефтешламов

     Содержание.

Введение………………………………………………..……………….3

     1.Общее  понятие нефтешламов……………………………………….7

     2.Методы  утилизации и переработки нефтешламов………………..9

     2.1.Химические  методы………..……………………………………..10

     2.2.Биологические  методы…..………………………………….……13

     2.3.Термические  методы…………………………………  ……….…16

     2.4.Физические методы…………………….….……………….…..…18

     2.5Физико-химические  методы……………..……………………..…19

     2.6.Химическая  переработка нефтешламов…….………………..…21

     Список  литературы………………………..…………………………...23

     Введение.

     Все стадии нефтепользования, начиная с разведки и добычи нефти и заканчивая использованием нефтепродуктов, приводят к сильному загрязнению окружающей среды. При этом самую большую концентрацию загрязнителя получает человек, т.к находится на последнем трофическом уровне экологической пирамиды биомасс и потребляет вещество и энергию со всех других уровней. То есть, человек, оказывая антропогенное давление на окружающую среду, сам оказывается обладателем самого высокого уровня загрязнения и сталкивается с законом "бумеранга"; так часто и совершенно справедливо называют закон распределения загрязнителей в зоне жизни.

     Существенные  загрязнения окружающей среды происходят от разливов нефти, сброса сточных вод, сжигания или захоронения нефтяных отходов. Нефтешламы нефтеперерабатывающих и нефтедобывающих предприятий, образующихся в процессе добычи, переработки нефти и очистки сточных вод, представляют собой смесь осадков и эмульсий, задержанных на очистных сооружениях, которые собираются и накапливаются в прудах - шламонакопителях и при хранении разделяются на три слоя: верхний - трудноразделимая эмульсия, средний - загрязненная вода, донный - собственно осадок с большим содержанием механических примесей .

     Разлив  нефти и накопление шламов приводят к нарушению почвенно - растительного покрова, размыву почвы (эрозия), опустыниванию (образование песчаных дюн) и, как следствие, к уменьшению земельного фонда и упрощению, а также снижению численности экосистем. Нефтешлам является крупнотоннажным отходом производства, и разработка экологически чистой технологии ликвидации нефтешламов является очень актуальной проблемой.

     Экономические аспекты. Потребность экономики страны в увеличении добычи нефти и в то же время возрастающие требования к чистоте окружающей среды выдвигают целый комплекс задач в области рационального использования этого природного ресурса и охраны окружающей среды от загрязнения. Современное положение таково, что разработка экономических методов охраны окружающей среды может стать одним из важных направлений рационализации использования природных ресурсов.

     Нефтешлам из-за значительного содержания в нем нефтепродуктов можно отнести к вторичным материальным ресурсам. Использование его в качестве сырья является одним из рациональных способов его утилизации, так как при этом достигается определенный экологический и экономический эффект. Одна из областей применения нефтешлама - дорожное строительство, где он используется как добавка к связующим, повышающая качество асфальтобетонной смеси за счет повышения прочности, снижения водопоглощения и уменьшения стоимости дорожного покрытия. Другой областью по объему использования нефтешлама в качестве сырья является изготовление строительных материалов. Так, предлагается применять нефтешлам для производства гидроизоляционного материала. Также нефтешлам можно использовать в качестве компонента котельного топлива и товарной нефти.

     Экологические аспекты. Производственная деятельность нефтеперерабатывающих и нефтегазодобывающих предприятий неизбежно оказывает техногенное воздействие на объекты природной среды, поэтому вопросы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов имеют важное значение. Одним из наиболее опасных загрязнителей практически всех компонентов природной среды - поверхностных и подземных вод, почвенно-растительного покрова, атмосферного воздуха является нефтесодержащие отходы - нефтяные шламы.

     За  десятилетия эксплуатации на территории современных нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих заводов накопилось значительное количество нефтеотходов в виде нефтешлама. В связи сростом производства количество вновь образующихся отходов растет. Ежегодно их накопление в соответствии с технологическими нормами может составлять до 0,1% объема перерабатываемой нефти. Это в свою очередь приводит к росту занимаемых ими площадей, дополнительными капиталовложениями, обостряет экологическую обстановку.

     Этические аспекты. Любое действие, которое способно нанести вред природе, опосредствованно наносит вред всем другим природопользователям. В этом случае этический аспект - согласование своих личных интересов с интересами других людей - становится особенно важно.

     Сегодня, когда человечество стало на грани  глобального экологического кризиса, приоритетной становится именно "глобальная нравственность", так как использование ресурсов конкретными участниками мирового сообщества и целыми государствами не должно лишать возможности нормально жить поколениям наших потомков. Именно повышения уровня "коллективной нравственности" должно обеспечить построения того же стиля жизни мирового сообщества.

     В современном мире возрастает роль воспитания нравственного отношения к природе  на всех уровнях социальной иерархии - в семье, школе, трудовом коллективе, селе или городе, республике. Успех этого воспитания во многом зависит от системы экологического образования. Образование всегда отражает социальный заказ и обеспечивает тех знаний, которые полезны для жизни в тех или иных конкретных исторических и географических условий.

     Социальные  аспекты. Развитие и рост промышленности - поставило перед человечеством глобальные социально-экологические проблемы, связанные с промышленной безопасностью, защитой окружающей среды и, в первую очередь, самого человека как субъекта экосистемы, взаимодействующего с природой.

     Повышение эффективности мер по охране окружающей среды связано, прежде всего, с широким  внедрением ресурсосберегающих, малоотходных технологических процессов, уменьшением  загрязнения воздушной среды  и водоемов.

     Переработка промышленных отходов в готовую  продукцию решает задачи не только сокращения потребления природных  ресурсов, но и охраны окружающей среды.

     1.Общее  понятие нефтешламов.

     В процессе добычи нефти, при промысловой  эксплуатации месторождений, при очистке  технологического оборудования, сточных  вод и подготовке нефти происходит образование нефтесодержащих отходов, не нашедших рентабельной технологии их использования или переработки. Эти отходы носят общее название "нефтешламы". Они являются одними из наиболее опасных загрязнителей практически всех компонентов природной среды - поверхностных и подземных вод, почвенно-растительного покрова, атмосферного воздуха

     По  происхождению нефтешламы подразделяются на группы, различающиеся по физико-химическим свойствам (таблица 1.1):

     сбросы  при зачистке нефтяных резервуаров;

     сбросы  при испытании скважин, КРС, ПРС;

     аварийные разливы при добыче и транспортировке  нефти;

     амбарные деградированные нефти;

     нефтешламы транспортного цеха.

     К наиболее опасным загрязнителям  относят нефтешламы, которые образуются на всех этапах добычи, транспортировки и переработки нефти.

     Нефтешламы образуются и при бурении скважин. Как правило, это вызвано сильным загрязнением почвы и воды выбуренной горной породой, сточными водами и отработанными буровыми растворами, содержащими углеводороды, тяжелые металлы, полимеры.

     Нефтяные  шламы нефтегазодобывающих предприятий  и магистрального транспорта формируются  в результате сброса в специальные  амбары стойких эмульсий, отходов, образующихся в процессе подготовки нефти, продуктов  зачистки резервуаров и трубопроводов. Значительная часть отходов улавливается из канализационных линий, с площадок обслуживания оборудования, насосов, а  также с мест аварий. На нефтеперерабатывающих  предприятиях нефтешламы образуются в процессе переработки нефти и очистки сточных вод и представляют собой смесь осадков и эмульсий, задержанных на очистных сооружениях.

     Атмосфера подвергается негативному воздействию  при выделении вредных веществ  в процессе эксплуатации технологического оборудования при сборе, подготовке и транспортировки нефти происходит вследствие утечек и испарения в  уплотнениях и соединениях технологических  аппаратов и агрегатов, трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры, при  стабилизации давления в резервуарах  товарно-сырьевых парков и выполнении слива - налива, при хранении и переработки нефти.

     Загрязнение атмосферы происходит также через  дымовые трубы при сжигании топлива  и технологических печах, в котельных.

     Сточные воды предприятия образуются в результате деятельности основного вспомогательного. Вода поступает на промышленные нужды (очистке технологического оборудования, охлаждения подшипников и др.), хозяйственно-бытовые (цеха водоснабжения и канализации и др.). Отработанная вода отстаивается в отстойнике и заливается в поглощающую скважину.

2. Методы  утилизации и переработки  нефтешламов.

     При длительном хранении ловушечные (резервуарные) и амбарные нефтешламы со временем разделяются на несколько слоев с характерными для каждого из них свойствами:

     верхний слой - трудноразделимая эмульсия нефтепродуктов с водой и механическими примесями, с глубиной слоя количество нефтепродуктов и примесей снижается,

     средний слой - осветленная вода, загрязненная нефтепродуктами и взвешенными частицами,

     нижний  слой - донный осадок, состоящий из твердой фазы, пропитанной нефтепродуктами и водой; содержание нефтепродуктов относительно постоянное, количество механических примесей растет с глубиной.

     Состав  и свойства разных типов нефтешламов резервуарного и амбарного происхождения показывают, что в процессе зачистки и переработки шламов могут быть применены различные технологические приемы в зависимости от их физико-механических характеристик. В большинстве случаев основная часть резервуарных нефтешламов состоит из жидковязких продуктов с высоким содержанием органики и воды и небольшими добавками механических примесей. Такие шламы легко эвакуируются из резервуаров и отстойников в сборные емкости с помощью разнообразных насосов. Гелеобразные системы, как правило, образуются по стенкам емкостей. Естественно, что наиболее легко образуются нефтешламы, когда внутренние покрытия резервуаров не обладают топливо - и коррозионностойкой защитой.

     Зачастую  предприятия вынуждены накапливать  и хранить на своей территории нефтешламы из-за недостаточного количества полигонов промышленных отходов, их принимающих, или из-за отсутствия установок по переработке нефтесодержащих отходов, соответственно платя за их хранение. Скапливание нефтеотходов на производственных территориях может привести к интенсивному загрязнению почвы, воздуха и грунтовых вод. Нередко нефтесодержащие отходы уничтожаются на промплощадках путем сжигания без очистки отходящих газов, загрязняющих атмосферу, что является нарушением законодательства по охране атмосферного воздуха и влечет плату за указанные выбросы в 25-кратном размере.

     Нефтешлам из-за значительного содержания в нем нефтепродуктов можно отнести к вторичным материальным ресурсам. Использование его в качестве сырья является одним из рациональных способов его утилизации, так как при этом достигается определенный экологический и экономический эффект.

2.1. Химические методы

     Одним из перспективных методов утилизации нефтесодержащих отходов является химический метод, предполагающий капсулирование и нейтрализацию реагентом на основе оксидов щелочно-земельных металлов (Эконафт, Ризол, Бизол и т.д.). Сущность метода химического капсулирования заключается в химико-механическом преобразовании нефтесодержащих отходов в порошкообразный нейтральный для внешней среды материал, каждая частица которого покрыта гидрофобной, водонепроницаемой оболочкой. Содержащиеся в капсуле углеводороды не могут загрязнять окружающую среду благодаря высокой прочности и герметичности капсулы. Заполненные жидкими углеводородами микропоры оболочки капсулы способствуют гидрофобизации ее поверхности и многократно снижают смачиваемость частиц, воздействие на них водной среды, в том числе грунтовых вод, кислотных дождей, повышают стойкость к циклическому промерзанию. Возможность перехода содержимого капсулы в водный раствор снижается на несколько порядков. Со временем (в течение 1-3 месяцев) вследствие продолжающейся карбонизации поверхности капсулы прочность оболочки существенно возрастает. Капсулированный материал выдерживает объемное давление до 5,0 МПа без заметного разрушения, многократное циклическое замораживание, воздействие слабокислой среды. Способ основан на свойствах оксида минеральных сорбентов (CaO, MgO и др.) при гашении увеличивать удельную поверхность в 15-30 раз и превращаться в объемное вяжущее вещество с высокой способностью абсорбировать углеводороды нефти. Реакция гашения сопровождается выделением большого количества тепла: 

     CaO + H₂O = Ca (OH) ₂ + 1164 кДж/кг СаО 

     Существуют  следующие способы применения данной технологии:

     в специализированной установке; целесообразен для утилизации больших объемов нефтесодержащих отходов на объектах добычи нефти с системами электроснабжения;

     использование перемешивающих устройств; актуален для небольших объемов нефтесодержащих отходов, утилизация которых экономически целесообразна на месте образования;

     в земляных амбарах; наиболее удобен для утилизации пастообразных закоксовавшихся нефтепродуктов на месте "старых" порывов промысловых нефтепроводов.

     В целом технология реагентной нейтрализации нефтесодержащих отходов может использоваться для решения следующих задач:

     нейтрализации отходов производства, загрязненных жидкими углеводородами, в технологическом  процессе и по окончании работ, в  том числе при строительстве  скважин, добыче, транспорте, хранении и распределении углеводородных материалов;

     санации почв и грунтов производственных площадок с разливами углеводородных материалов (масел, топлива и т.п.) при любых видах производства, в том числе на автотранспортных предприятиях, на трансформаторных подстанциях, на нефтебазах, железной дороге;

     ликвидации  последствий аварийных разливов жидких углеводородов путем переработки  загрязненных почв, грунтов, илов;

     предотвращения  загрязнения окружающей среды и  ликвидации накопленного загрязняющего  материала (нефтешламов) при переработке углеводородного сырья;

     ликвидации  промышленных накоплений загрязненных отходов производства.

     Преимуществом такого метода является высокая эффективность  процесса переработки нефтесодержащих  отходов в порошкообразный гидрофобный  материал, который может быть использован  в дорожном строительстве. Однако, данный метод требует применения специального оборудования, значительного количества негашеной извести высокого качества, проведения дополнительных исследований воздействия на окружающую среду образующихся гидрофобных продуктов.

     Продукт, образующийся в результате обезвреживания нефтешламов химическим методом, пригоден для использования в строительстве, при прокладке дорог, отсыпке земляных насыпей и может быть реализован сторонним потребителям. По некоторым данным с экономической точки зрения химическое обезвреживание нефтеотходов имеет более низкую стоимость обезвреживания отходов, чем термическое. По условиям эксплуатации технология химического обезвреживания нефтешламов также имеет ряд преимуществ по сравнению с термическим методом, вплоть до возможности организации передвижных участков, не требующих строительства специальных зданий.

2.2 Биологические методы

     Биологический метод обезвреживания является наиболее экологически чистым, но область его  применения ограничивается конкретными  условиями применения: диапазоном активности биопрепаратов, температурой, кислотностью, толщиной нефтезагрязнения, аэробными условиями. Перспективно использование биотехнологии для обезвреживания нефтешламов, образующихся при очистке емкостей и резервуаров от нефтепродуктов, нефтезагрязненной земли и поверхности воды. В последние годы как за рубежом, так и в РФ разработана серия биопрепаратов для обезвреживания нефтезагрязнителей различного состава.

     Биологический метод основан на способности  микроорганизмов превращать нефть в простые соединения, накапливать органическое вещество и включать его в круговорот углерода. Преимуществами биоочистки являются экологическая безопасность, возможность деградации загрязняющих веществ до безвредных промежуточных продуктов при полностью сохраняющейся структуре почвы и без дополнительного загрязнения окружающей среды.

     Биоразложение осуществляется в основном аэробной микрофлорой, использующей для своего развития энергию окисления составных компонентов нефти. Решающее значение в процессе имеют микроорганизмы, осуществляющие внутриклеточное окисление углеводородов. Следовательно, для ускорения биодеградации нефти необходимо создать оптимальные условия углеводородокисляющей микрофлоре, как аборигенной, так и в специально вносимой культуре. Биопрепараты целесообразно применять после завершения физико-химического этапа деградации нефти, обусловленного действием природных факторов. Использование данной технологии ограничивается длительностью процесса и зависимостью от природно-климатических факторов.

     С целью эффективной переработки  и утилизации нефтешламов разработан метод биологического расслоения с утилизацией остатков. В этом методе нефтешлам, осевший на дно резервуара, откачивается не на шламонакопитель, а насосом подается в анаэробный реактор, оборудованный системой подогрева и специальной насадкой для закрепления анаэробной ассоциации микроорганизмов. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов одновременно с закачкой нефтешлама в анаэробный реактор насосом из емкости подается питательная смесь. После закачки нефтешлама и питательной среды в анаэробном реакторе происходит процесс микробиологического расслоения. При этом вырабатываются продукты жизнедеятельности микроорганизмов - газ, поверхностно - активные вещества, которые способствуют отделению продукта от механических примесей. Нефтепродукты собираются в верхней части реактора, а вода опускается вниз. По мере накопления нефтепродукт из верхней части биореактора самотеком сливается в резервуар, а вода сбрасывается в канализацию. Процесс биологического расслоения в реакторе происходит в течение 10-15 дней. Затем закачивается новая порция нефтешлама.

     После сброса воды и слива нефтепродукта  обработанный в анаэробном реакторе остаточный нефтешлам с содержанием нефтепродукта в шламе до 2-8% откачивается в биологический стабилизатор для обработки его в аэробных условиях. В стабилизаторе постоянно поддерживается культура аэробных бактерий, которые утилизируют оставшийся нефтепродукт, образуя при этом липиды и другие продукты жизнедеятельности. После завершения процесса стабилизации нефтешлам с содержанием нефтепродукта не более 0,5% насосом подается на площадки для сушки или в жидком виде вывозится автотранспортом на площадки для подсушивания. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов в стабилизатор подается воздух и питательные добавки азота и фосфора (при необходимости).

     Проектная мощность установки биологической  утилизации нефтешлама - до 3500 м³/год. Время работы установки - круглосуточно. На установку принимаются отходы в виде нефтешлама, представляющего собой темную вязкую жидкость с запахом нефтепродуктов, который относится к 3 классу опасности. Предложенный метод биологической утилизации нефтешламов позволяет утилизировать нефтеотходы в две стадии переработки без значительных затрат. В результате эффективной переработки нефтеотходы переводятся с 3 класса опасности в 4 без нанесения ущерба окружающей среде. Отходы такого качества можно использовать в дорожном и промышленном строительстве, а выделенные в результате процессов нефтепродукты дополнительно отправляют на нефтепереработку.

     В России биологическая обработка  нефтесодержащих отходов, в основном, используется для ликвидации локальных  загрязнений земляных участков нефтепродуктами  и широкого промышленного использования  не получила. Основными причинами, сдерживающими  использование биологического способа  обезвреживания нефтесодержащих отходов, являются:

     высокая стоимость реагентов;

     отвод значительных земельных участков для  обустройства полигонов для обезвреживания нефтесодержащих отходов;

     ограниченность  применения метода теплым временем года;

     трудность использования или размещения обработанных отходов из-за наличия высокой  концентрации тяжелых металлов;

     опасность загрязнения почвы вредными неорганическими  соединениями.

2.3 Термические методы

     Как в зарубежной, так и отечественной  практике наибольшее распространение  находит метод термического обезвреживания нефтешлама.

     Этот  метод позволяет обезвреживать  следующие виды нефтесодержащих  отходов:

     образующиеся  в результате очистки сточных  вод нефтесодержащие осадки и  жидкие нефтеотходы из очистных сооружений;

     нефтешламы, образующиеся при зачистке резервуаров и технологического оборудования; замазученные грунты;

     нефтешламы, представляющие собой сложные многокомпонентные дисперсные системы, образующиеся в результате поршневания продуктопроводов или формирующиеся с течением времени в амбарах;

     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.

     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.

     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.

     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.

2.4 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.