Технологии утилизации амбарных нефтешламов

Московский  Государственный Университет Инженерной Экологии 
 
 

Реферат по теме:

«Технологии утилизации амбарных нефтешламов» 
 
 

Работу  выполнила: студентка группы И-55

                                  Митасова И.В.

                                                                   Работу проверил: Соловьянов А.А

Москва

2011

Содержание:

Введение.

1. Методы утилизации и переработки  нефтешламов

1.1 Анализ методов переработки отходов  применяемых на нефтедобывающих  предприятиях

1.1.1 Химические методы

1.1.2 Биологические методы

1.1.3 Термические методы

1.1.4 Физические методы

1.1.5 Физико-химические методы

1.1.6 Химическая переработка нефтешламов

2. Технологические  схемы

2.1 Технологическая  схема установки по очистке  амбарных нефтешламов.

2.2 Метод утилизации  шлама.

Заключение.

Список использованной литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

       Наиболее остро обсуждаемые в настоящее время экологами нефтегазовых компаний вопросы, связанные с обезвреживанием и утилизацией нефтешламов. Несмотря на то, что образующиеся при строительстве нефтяных и газовых скважин, при промысловой эксплуатации месторождений, переработке нефти, очистке сточных вод, содержащих нефть, а также при чистке резервуаров и другого оборудования шламы отличаются своим составом и свойствами, все они относятся 3-4 классам опасности по классификатору отходов. В настоящее время повсеместно строятся только накопители нефтешламов, полигоны, а не

установки по переработке, что приводит к тому, что запасы шламов растут, не смотря на усилия нефтегазовых компаний.

      Если раньше считалось, что основной вклад в образование нефтешламов вносит нефтяная отрасль, то по данным Юльтимировой количество нефтесодержащих отходов в газовой отрасли за 2008 г. составило около 10,0 тысяч тонн.

Проблема  переработки амбарных нефтешламов  до сих пор полностью не решена, что связано с высокой устойчивостью  амбарных эмульсий, особенностями их состава и свойств, постоянно  изменяющихся под воздействием атмосферных  явлений. Такие трансформации приводят к тому, что при протекании химических и физико-химических взаимодействий, менее токсичные вещества могут  превращаться в более токсичные, обеспечивая, таким образом, второй класс опасности нефтешламов, что  было показано нами в более ранних работах. Такая ситуация с загрязнением окружающей среды шламовыми отходами в России напоминает времена варварского отношения крупных нефтяных компаний к окружающей среде при разработке нефтяных месторождений стран Латинской Америки –Эквадора, Аргентины, Мексики, и др.

        Наметилась тенденция по раздельной переработке нефтешламов в зависимости от условий образования и глубины их залегания в шламонакопителях. Такой подход к проблеме позволяет решить как экологические задачи, так и задачи рационального использования нефтепродуктов, содержащихся в нефтешламе и твердой фазы, оставшейся после разделения.

      Особенности эксплуатации буровых амбаров состоят в том, что они заполняются не только буровыми сточными водами и шламом, но и тампонажными растворами, пластовыми водами, продуктами испытания скважин, материалами для приготовления и химической обработки буровых и тампонажных растворов, ГСМ, хозяйственно-бытовыми сточными водами и твердыми бытовыми отходами, ливневыми сточными водами, что усложняет выбор оптимальной технологии для обезвреживания. Процентное соотношение между компонентами шлама может быть самое разнообразное в зависимости от геологических условий, технического состояния оборудования, культуры производства, по данным Шорниковой, около 65% воды, 30% шлама (выбуренной породы), 5,5% нефти, 0,5% бентонита и 0,5% различных присадок.

     Изучение вопросов оптимизации методов и технологий по обезвреживанию и утилизации нефтешламов в РГУ нефти и газа показало, что наиболее перспективным методом для нефтешламов с достаточным количеством нефтяной фазы является сепарация, так как нефтяной компонент можно превратить в продукцию, что повысит сроки окупаемости установки. Такие установки могут поставляться в мобильном и контейнерном исполнении, что позволяет их использовать на месторождении в непосредственной близости к накопителю или месту образования нефтешлама.

Направление химической нейтрализации шламов, как  показали наши исследования и опыт применения, наиболее затратное, так  как требует дополнительных расходов на связующие компоненты, которые  вместе с обработанным шламом обеспечивают их безопасное захоронение. Однако, если на выходе получается безопасная продукция, например, строительные материалы, то реализация продукции позволит быстро окупить и такую технологию.

         Технологии сжигания нефтешламов, в настоящее время повсеместно закупаемые

нефтегазовыми компаниями могли бы решить проблему нефтешламов без необходимости  размещать либо продукцию, либо обработанный отход, однако оборудование часто сложное  в эксплуатации, требует дополнительных источников энергии.

          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.

     Современные методы выделения нефти из указанных  промышленных отходов недостаточно технологичны, энергоемки и, как правило, требуют значительных капитальных  вложений, поэтому совершенствование  данных технологических процессов  для нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих  регионов России является весьма актуальной. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. 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.

1.1 Анализ методов переработки отходов применяемых на нефтедобывающих предприятиях

     Выбор метода переработки и обезвреживания нефтяных шламов, в основном, зависит  от количества содержащихся в шламе  нефтепродуктов. В качестве основных методов обезвреживания и утилизации нефтеотходов практически используются:

     - химические методы обезвреживания (затвердение путем диспергирования с гидрофобными реагентами на основе негашеной извести или других материалов);

     - методы биологической переработки (биоразложение путем внесения нефтесодержащих отходов в пахотный слой земли; биоразложение с применением специальных штаммов бактерий, биогенных добавок и подачи воздуха);

     - термические методы переработки (сжигание в открытых амбарах; сжигание в печах различного типа и конструкций; обезвоживание или сушка нефтяных шламов с возвратом нефтепродуктов в производство, а сточных вод в оборотную циркуляцию и последующим захоронением твердых остатков; пиролиз; газификация);

     - физические методы переработки (гравитационное отстаивание; разделение в центробежном поле; фильтрование; экстракция);

     - физико-химические методы переработки (разделение нефтяного шлама с применением специально подобранных ПАВ, деэмульгаторов, смачивателей, растворители и др. на составляющие фазы с последующим использованием);

     - использование нефтешлама как сырье (компоненты других отраслей народного хозяйства).

     Все методы очистки имеют достоинства  и недостатки которые приведены в таблице 2.1 

Таблица 2.1 - Характеристики основных методов  утилизации и переработки нефтесодержащих  отходов .

1.1.1 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.

1.1.2 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 факторо.

     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.

1.1.3 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;