БОЛЬШАЯ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА

Добро пожаловать на сайт Большой Научной Библиотеки!

Меню
Главная
Банковское дело
Биржевое дело
Ветеринария
Военная кафедра
Геология
Государственно-правовые
Деньги и кредит
Естествознание
Исторические личности
Маркетинг реклама и торговля
Международные отношения
Международные экономические
Муниципальное право
Нотариат
Педагогика
Политология
Предпринимательство
Психология
Радиоэлектроника
Реклама
Риторика
Социология
Статистика
Страхование
Строительство
Схемотехника
Таможенная система
Физика
Философия
Финансы
Химия
Хозяйственное право
Цифровые устройства
Экологическое право
Экономико-математическое моделирование
Экономическая география
Экономическая теория
Сельское хозяйство
Социальная работа
Сочинения по литературе и русскому языку
Товароведение
Транспорт
Химия
Экология и охрана природы
Экономика и экономическая теория

Разработка мероприятий по переработке нефтешламов и очистки сточных вод предприятия

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Кафедра безопасности жизнедеятельности

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к выпускной квалификационной работе

(обозначение документа)

Разработка мероприятий по переработке нефтешламов и очистки сточных вод предприятия

Уфа 2008

Реферат
НЕФТЕШЛАМ, ПЕРЕРАБОТКА НЕФТЕШЛАМОВ, СТОЧНЫЕ ВОДЫ, МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС, ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, РАСЧЕТ АППАРАТОВ, ЭКОЭФФЕКТИВНОСТЬ

Объект исследования: Деятельность НГДУ "Чекмагушнефть".

Цель дипломного проекта: Разработка мероприятий по переработке нефтешламов и очистки сточных вод предприятия.

Проведен анализ методов переработки нефтешламов и очистки сточных вод предприятия.

Обоснованы и выбраны аппараты для механической, физической переработки нефтешламов.

Разработана технологическая схема переработки нефтешламов предприятия, а также схема очистки сточных вод.

Произведен расчет внедряемых аппаратов: решетка, горизонтальная нефтеловушка, сорбционный фильтр, центрифуга, сепаратор; определены размеры их основных конструктивных элементов.

Выполнен расчет материального баланса разработанной системы защиты окружающей среды.

Приведено обоснование экоэффективности разработанной системы защиты окружающей среды.

Приведены примеры патентных разработок в области переработки нефтешламов.

Пояснительная записка: стр. ____, рис.30, табл. 19, библиограф 33.

Содержание

Реферат

Введение
1. Объект защиты окружающей среды при деятельности НГДУ "Чекмагушнефть"
2. Методы утилизации и переработки нефтешламов
2.1 Анализ методов переработки отходов применяемых на нефтедобывающих предприятиях
2.1.1 Химические методы
2.1.2 Биологические методы
2.1.3 Термические методы
2.1.4 Физические методы
2.1.5 Физико-химические методы
2.1.6 Химическая переработка нефтешламов
2.1.7 Обоснование выбора метода переработки нефтешламов
2.2 Принципиальная схема технологического процесса переработки жидкого нефтешлама
2.2.1 Расчет предлагаемых и внедряемых аппаратов для переработки нефтешлама
2.2.2 Метод утилизации шлама
3. Анализ методов очистки сточных вод, применяемых на нефтедобывающих предприятиях
3.1 Аппараты и сооружения механической очистки.
3.1.1 Физико-химические методы очистки нефтесодержащих сточных вод
3.1.2 Химические методы очистки нефтесодержащих сточных вод
3.2 Обоснование выбора метода очистки сточных вод
3.2.1 Расчет образования ливневых сток с площадки производства
3.3 Проектирование системы защиты гидросферы
3.3.1 Принципиальная схема очистки сточных вод НГДУ "Чекмагушнефть"
3.3.2 Расчет предлагаемых и внедряемых аппаратов для очистки сточных вод
4. Оценивание экоэффективности разработанной системы защиты окружающей среды
4.1 Расчет платы за размещение отходов
4.2 Расчет экономических результатов реализации мероприятия
4.3 Эффективность очистки сточных вод
Вывод
Список используемой литературы

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 11.

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 [7].

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 9.

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.

Цель дипломной работы: Разработка мероприятий по переработке нефтешламов и очистки сточных вод предприятия (на примере ООО НГДУ "Чекмагушнефть").

Для осуществления целей были поставлены следующие задачи:

проанализировать состояние окружающей среды исследуемого объекта, определить объемы и характеристики загрязняющих веществ образующиеся на предприятии;

проанализировать воздействие предприятия на окружающую среду, с целью определения объекта защиты;

исследовать основные способы переработки отходов и очистки сточных вод;

произвести расчет внедряемых аппаратов;

рассчитать материальный баланс разработанной системы защиты окружающей среды.

1. Объект защиты окружающей среды при деятельности НГДУ "Чекмагушнефть"
Чекмагушевское управление добычи нефти и газа филиала "Башнефть-Уфа" ОАО "АНК "Башнефть" имеет в качестве основной задачи своей деятельности - добычу и сбор, хранение и подготовку, транспортировку и переработку нефти и попутного газа.

Добыча нефти ведется механизированным способом с поддержанием пластового давления посредством нагнетания воды в продуктивные горизонты. Все добывающие скважины подключены выкидными трубопроводами к автоматизированным групповым замерным установкам АГЗУ и через них со сборными трубопроводами.

Рисунок 1.1 - Расположение Чекмагушнефть НГДУ на карте РБ

В состав предприятия входят следующие цеха и участки, являющиеся источником выбросов загрязняющих веществ:

1. Добывающие скважины,

2. Автоматические групповые замерные установки (АГЗУ),

3. Оборудование ТВО-20,4. Оборудование БКНС-20, БКНС-26,5. Вспомогательное производство:

передвижной сварочный пост,

покрасочные работы,

автотранспорт,

лаборатория,

производственная база.

Схема материальных потоков воздействия "Чекмагушнефть" на окружающую среду представлена на рисунке 1.2.

Рисунок - 1.2 Схема материальных потоков предприятия "Чекмагушнефть"

Из схемы материальных потоков (рис.1.1) видно, что деятельность "Чекмагушнефть" оказывает негативное воздействие на все виды объектов биосферы: литосферу, гидросферу, атмосферу.

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. На предприятиях АНК "Башнефть" накоплено около 180 тыс м3 нефтешламов и ежегодно образуется около 6,5 тыс. м3 с тенденцией увеличения на 10% в год. (рисунок 1.3). Образующиеся нефтешламы собираются в амбарах.

Рисунок - 1.3 Объем накопления нефтешламов предприятия "Чекмагушнефть"

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. Количество нефтешламов постоянно растет: на 1 тыс. т. сырой нефти образуется 1 - 5 т. нефтешламов.

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 [12].

Таблица 1.1 - Физико-химические свойства и состав плавающих нефтешламов

Название показателя	Значение
Содержание нефтяных фракций, %	до 98
Содержание остаточной воды, %	до 22
Вязкость, мм2/с при 20С при 50С	2497-33,4 2694-12,9
Плотность при 20С, кг/м3	885-988
Содержание, % масс асфальтены смолы парафины	14,1-3,9 44,0-9,5 9,1-3,1
Массовая доля фракций, выкипающих до температуры: 250С 300С 350С 400С 450С 500С	23,5-1,7 34,7-7,5 41,0-14,9 51,9-26,0 59,8-36,3 70,0-46,3

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.

В НГДУ применяется герметичная система сброса и транспортировки нефти. Выделения вредных веществ происходит из-за износа сальниковых и торцевых уплотнений, недостатков фланцевых соединений.

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

На рисунке 1.4 представлена диаграмма, отображающая данные о выбросе загрязняющих веществ в атмосферу. Основными веществами загрязняющие атмосферу, являются метан, оксид углерода, оксид азота, углеводороды предельные С1-С5.

Рисунок - 1.4 Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу НГДУ "Чекмагушнефть".

Загрязнение гидросферы происходит в результате неочищенные или недостаточно очищенные производственные и бытовые сточные воды, поверхностный сток площадки, осадки, выпадающие на поверхность водных объектов и содержащих пыль загрязняющие вещества.

Схема входных и выходных материальных потоков воздействия нефтедобывающего предприятия на гидросферу представлена на рисунке 1.5.

Рисунок - 1.5. Схема материальных потоков воздействия нефтедобывающего предприятия на гидросферу

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 1.

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.

2.1 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) 12].

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

Таблица 2.1 - Характеристики основных методов утилизации и переработки нефтесодержащих отходов [12].

Основной классификационный признак	Разновидность метода	Основные преимущества	Ограничения в использовании
1. Термический метод	1.1 Сжигание в открытых топках.	Не требуется больших затрат.	Неполное сгорание нефтепродуктов, высокая опасность загрязнения воздушного бассейна продуктами сгорания.
	1.2 Сжигание в печах различного типа и конструкции.	Применяется для многих видов отходов. Объем образующейся золы в 10 раз меньше исходного продукта. Высокая эффективность обезвреживания.	Большие затраты по очистке и нейтрализации дымовых газов.
	1.3 Сушка в сушилках различных конструкций	Уменьшение объема в 2-3 раза. Сохранение ценных компонентов. Возможность комбинирования с другими природоохранными процессами.	Большие расходы тепла.
	1.4 Пиролиз	Высокая степень разложения. Возможность использования продуктов разложения	Высокие материальные и энергетические затраты.
	1.5 Способ AOSTRA TASIJUK, заключающийся в сочетании процессов термической сепарации, пиролиза и сжигания.	Полученные продукты могут быть использованы повторно. Твердые остатки переработки шлама являются экологически безопасными. Более экономичный в сравнении со сжиганием.
2. Химический	2.1 Затвердевание путем диспергирования с гидрофобными реагентами на основе негашеной извести или других материалов.	Высокая эффективность процесса переработки нефтесодержащих отходов в порошкообразный гидрофобный материал, который может быть использован в дорожном строительстве. Один из перспективных методов обработки и утилизации нефтесодержащих отходов.	Требует применения специального оборудования, значительного количества негашеной извести ("пушонки") высокого качества, проведения дополнительных исследований воздействия на окружающую среду образующихся гидрофобных продуктов.
3. Биологический метод	3.1 Биоразложение путем внесения (смешения) нефтесодержащих отходов в пахотный слой земли.	Сравнительно небольшие затраты и возможность использования имеющейся сельскохозяйственной техники (трактора. культиваторы. плуги и др.).	Требует значительных земельных участков. Длительность процесса, ограниченность применения теплым временем года, опасность загрязнения почвы вредными соединениями.
	3.2 Биоразложение с применением специальных штаммов бактерий, биогенных добавок и подачи воздуха.	Возможность интенсификации процесса. Требует незначительных капитальных затрат.	Требуется значительная подготовка земельных участков и специальное оборудование.
4. Физический метод.	4.1 Гравитационное отстаивание.	Не требует больших капитальных и эксплуатационных затрат	Низкая эффективность разделения. Проблему до конца не решает из-за больших объемов образуемых остатков.
	4.2 Разделение центробежном поле.	Возможность интенсификации процесса.	Требуется специальное оборудование (гидроциклоны, сепараторы, центрифуги) Проблему до конца не решает из-за неполноты отделения нефтепродуктов от образуемых осадков и сточных вод.
4.3 Разделение фильтрованием.	Сравнительно низкие затраты. Высокая степень надежности метода. Более высокое качество целевых продуктов. Менее требователен к качеству сырья.	Необходимость смены и регенерации фильтрующих материалов, введение специальных структурообразующих наполнителей. Проблему до конца не решает из-за образования неутилизируемых остатков.
	4.4 Экстракция	Требуется специальное оборудование, растворители.	Необходимость регенерации экстрагента, не полнота извлечения нефтепродуктов из отходов.
5. Физико-химический метод	5.1. Применение специально подобранный поверхностно-активных веществ (деэмульгаторов, смачивателей и т.д.).	Возможность интенсификации процессов.	Высокая стоимость реагентов. Требует применения специального дозирующего оборудования, перемешивающих устройств. Образуется не утилизируемые твердые отходы.

2.1.1 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 12.

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 11.

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 11.

2.1.2 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 12.

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 12.

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 2.

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.

2.1.3 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;

продукты от продувки пылеуловителей, масляных сепараторов и разделителей, отличающиеся достаточно однородным составом и высоким содержанием углеводородов, а также отработанные компрессорные и индустриальные масла 12.

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 1.

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 2.1 - 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 13.

Рисунок 2.2 - 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 1.

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 20.

Рисунок - 2.3 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 23.

Рисунок - 2.4 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%.

2.1.4 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 [12].

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 17.

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 19.

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 - 2.5 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 12.

Рисунок 2.6 - Схема установки экстракции периодического действия

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

Экстрактор периодического действия ЭПД-3, изображенный на рис.2.6, 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 12.

2.1.5 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 12.

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 23.

На рисунке 2.8 представлена установки для переработки нефтешламов.

Рисунок - 2.8 Схема установки для обработки нефтешлама конструкции Гипровостокнефти. 1 - шламонакопитель; 2 - заборное устройство; 3,9,12 - насос; 4 - сборная емкость; 5 - реагентное хозяйство; 6 - диспергатор; 7 - барботажный контактор; 8 - отстойник; 10 - блок приготовления битума; 11 - выпарной блок; 13 - отстойник; 14 - газосепаратор.

Нефтешлам из шламонакопителя 1 после узла извлечения и откачки нефтешлама, включающего заборное устройство 2, насос 3, сборную емкость 4, в которой отделяется и сбрасывается свободная вода, подается в узел обезвоживания. Затем перемешанный в диспер-гаторе 6 с поступающим из реагентного хозяйства 5 промывным раствором реагента-деэмульгатора поступает в барботажный контактор 7, где при организованном воздействии газобензинового конденсата, поступающего из газосепаратора 14, разрушается и разделяется на нефть и воду с образованием промежуточного слоя и осадка, сбрасываемого с выделившейся водой.

Промежуточный слой дополнительно обезвоживается в отстойнике 8 и подается насосом 9 на блок приготовления битума 10, слой выделенный в водном отстойнике 13, подается насосом 2 на выпаривание в блок 11 с образованием сухого осадка и последующим его захоронением.

На рисунке - изображена технологическая схема установки извлечения и обработки амбарных нефтешламов. Технология предполагает нагрев шлама в амбаре до 35-50°С за счет подачи парогаза из парогазогенератора с температурой 180…250°С.

Регулирование соотношения вода нефть осуществляется за счет частичного сброса нефти или воды в амбар по реологическим характеристикам потока. Удаление свободной воды и мехпримесей может осуществляться в две ступени - сначала в двухпродуктовом гидроциклоне и затем за счет кратковременного отстоя в отстойнике О-2 или в одну ступень - кратковременным отстаиванием в отстойнике О-2. Для эффективного разделения предполагается подача в поток нефтешлама пара с температурой 180-200°С и затем реагента. После предварительного обезвоживания нефтешлам подается в отстойник О-1 на длительное отстаивание 5…10 часов.

На рисунке 2.9 представлена схема установки извлечения и обработки амбарных нефтешламов.

Рисунок - 2.9 Принципиальная технологическая схема установки извлечения и обработки амбарных нефтешламов.

I - блок извлечения и предварительной обработки нефтешлама; II - блок окончательной обработки нефтешлама; Н-1, Н-2 - насосы откачки нефтешлама и подачи воды; Н-3 - насос подачи нефти; Н-4 насо подачи нефти и воды; ГЦ - двухпродуктовый гидроциклон; БР - блок подачи реагента - деэмульгатора; О-1, О-2 - отстойник обезвоживании нефтешлама и осаждения мехпримесей; РВС - резервуар накопления нефти; ДК - двухпродуктовый декантатор; НН - накопитель нефти и воды; НМП - накопитель мехпримесей.

Содержание воды в обезвоженной нефти не должно превышать 1%, твердых примесей - не более 0,3%.

На рисунке 2.10 представлена Схема блочной установки переработки нефтешлама (фирма KHD Humboldt vedag AG). Производительность установки 15 м3/час.

Рисунок - 2.10 Схема блочной установки переработки нефтешлама (фирма KHD Humboldt vedag AG)

1 - Устройство забора; 2 - сито - решетка; 3,6,10,14 - насосы; 4 - резервуар; 5 - мешалка; 7,11,16 - теплообменники; 8 - декантаторная центрифуга; 9 - транспортер; 12,15 - сепаратор I и II степени; 13 - блок подачи реагента.

Нефтешлам из шламонакопителя после узла извлечения и подачи, включающего устройство забора 1, сито-решетку 2, насос 3, резервуар 4, мешалку 5, подается в узел обезвоживания Насосом 6. Там после подогрева в теплообменнике 7 происходит разделение шлама в трехфазной центрифуге 8 на нефть требуемого качества, воду и шламовый осадок, отводимый транспортером 9, который затем может быть складирован или сожжен. Вода с остатками нефти, подаваемая насосом 10, после подогрева в теплообменниках 11 поступает в сепараторы 12 первой ступени, где очищается от нефти до требуемой чистоты. В случае, если этого достичь не удается, предусмотрена возможность применения деэмульгаторов. Отделившаяся нефть с остатками мехпримеси и воды подается насосом 14 на окончательное разделение в сепаратор 15 второй ступени, при этом предусматривается и применение деэмульгаторов, расход которых определяется качеством исходного шлама.


17.06.2012
Большое обновление Большой Научной Библиотеки
12.06.2012
Конкурс в самом разгаре не пропустите Новости
08.06.2012
Мы проводим опрос, а также небольшой конкурс
05.06.2012
Сена дизайна и структуры сайта научной библиотеки
04.06.2012
Переезд на новый хостинг
30.05.2012
Работа над улучшением структуры сайта научной библиотеки
27.05.2012
Работа над новым дизайном сайта библиотеки