Переработка нефтесодержащих отходов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГЛАВА 1. ПЕРЕРАБОТКА НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

Нефтесодержащие отходы и нефтепродукты являются одним из основных загрязнителей окружающей среды. Они образуются при транспортировке сырой нефти и продуктов ее переработки, авариях транспорта, очистке транспортных емкостей и в других случаях.

Основные потребители нефтепродуктов сосредоточены в крупных промышленных центрах. Это предприятия транспорта и различных отраслей промышленности: машиностроения, химической, электрохимической, легкой, металлургической и многих других, использующих топливо, смазочные масла, промывочные жидкости и другие продукты переработки нефти.

Около 65 % общих потерь нефтепродуктов в окружающую среду составляют сбросы от промышленных механизмов и транспортных средств. Кроме неизбежных потерь, связанных с реализацией технологических процессов (угар масла, испарение топлива, унос смазывающе-охлаждающих жидкостей со стружкой металла и т. п.), большие потери нефтепродуктов происходят из-за плохой организации труда и слабой технологической дисциплины, а иногда и просто из-за варварского отношения к природе. Примером может служить слив отработанного масла из двигателя автомобиля прямо на землю.

Использование нефтепродуктов (бензина, керосина и др.) в качестве моющих средств является давно устаревшей технологией, приводящей к загрязнению окружающей среды и нерациональному использованию ресурсов. Более рационально использовать для этих целей специальные моющие растворы. Несмотря на это, еще очень часто нефтепродукты используют для очистки загрязненных агрегатов транспортных средств и другой техники.

Другим источником нефтесодержащих отходов являются очистные сооружения предприятий. Большинство из них не имеет замкнутого цикла и после принятой на заводе очистки сбрасывает загрязненную воду в общегородские канализационные системы или прямо в водоемы и реки. Во многих случаях содержание нефтепродуктов в сточных водах, поступающих в городскую канализацию, достигает 100 мг/л, а иногда доходит до нескольких сотен мг/л (автотранспортные предприятия). В Москве, где экологический контроль за очистными сооружениями особенно жесткий, сточные воды предприятий, поступающие на станции аэрации, содержат нефтепродукты от 3 до 13,7 мг/л. На этих станциях в дальнейшем улавливается 80--97 % нефтепродуктов. Однако имеющие место эпизодические залповые выбросы нефтепродуктов в сточные воды резко усложняют работу станций аэрации.

Значительное количество нефтепродуктов поступает в городскую канализацию вместе с ливневыми водами, смывающими с покрытий дорог, дворов, проездов, территорий заводов нечаянно пролитые нефтепродукты, умышленно слитое на землю и асфальт масло, конденсат выхлопных газов автотранспорта и другие нефтесодержащие отходы.

Зимой нефтепродукты попадают в канализационную систему и водоемы вместе со сбрасываемым снегом, который содержит их до 0,6 кг/м3. Еще один источник нефтесодержащих отходов -- технологическая вода после мойки автотранспортных средств. Только на мойку автомобилей расходуется свыше 500 млн. м3 воды, а кроме этого, значительное количество воды расходуется на мойку внутризаводских подъемно-транспортных машин, работающих с использованием топлива нефтяного происхождения.

Со временем происходит накопление нефтепродуктов в водоемах, реках и в почве, поскольку объем попадающих в них отходов превышает возможности природы к самоочищению от нефтесодержащих отходов биохимическими методами.

Нефтесодержащие отходы можно разбить на следующие основные группы: отходы безреагентной и реагентной обработки нефтесодержащих сточных вод; смешанные отходы трудноразделяемых нефтесодержащих материалов (станочных эмульсий, синтетических поверхностно-активных веществ, флотоконцентратов и др.); не принимаемые на регенерацию масла и продукты очистки нефтяных резервуаров.

К первой группе относятся осадки и жидкие отходы, задерживаемые на очистных сооружениях предприятий, шламы из шламонакопителей нефтеперерабатывающих заводов. Такие отходы содержат много воды, но легко отделяются от нее гравитационными способами разделения.

Ко второй группе отходов относятся осадки, образующиеся при очистке сточных вод с применением химических веществ (сульфата алюминия, хлорида железа, гидроксида кальция и др.), что придает им сложные физические свойства (гелеподобность), в результате чего отделение воды от нефтепродуктов затруднено.

Третья группа отходов содержит мало горючих компонентов, а физико-химические свойства их таковы, что они практически не поддаются отделению от воды.

К четвертой группе отходов относятся, как правило, высококонцентрированные нефтепродукты, которые требуют специфических методов утилизации.

Механическое обезвоживание нефтеотходов. С целью уменьшения объемов нефтеотходов, а также для повышения эффективности применяемых способов утилизации их предварительно отделяют от воды. Для этого применяют методы отстаивания, фильтрации, центрифугирования и др. Так, отходы первой группы легко разделяются при отстаивании: за 1 ч объем осадка уменьшается на 35 %. Для фильтрации шламов с высоким содержанием нефтепродуктов применяют ленточные фильтр-прессы. Для улучшения фильтрации шламов проводят интенсивное их перемешивание, усредняющее состав, а также добавляют в шлам золу, полиэлектролиты и другие реагенты, изменяющие его физико-химические свойства и облегчающие процесс фильтрации. Осадки и отходы второй и третьей групп, также содержащие большое количество воды, гравитационными методами обезвоживаются плохо и требуют иных способов разделения. Для улучшения фильтрации нефтесодержащих осадков второй группы в них добавляют коагулянты, например известь (10 г/л) и хлорид железа (1 г/л). После коагуляции производится фильтрация на вакуум-фильтре. Производительность фильтра достигает 40 кг/(м2 * ч), а влажность осадка составляет всего 68--75 %.

Осадки моечной воды при мойке автотранспорта легко разделяются в центробежном поле.

Так для сгущения осадков из очистных сооружений автотранспортных предприятий используют гидроциклоны, соединенные с бункерами-уплотнителями. В гидроциклоне происходит сгущение осадка, а в бункере-уплотнителе -- дальнейшее его обезвоживание методами уплотнения. Недостатком этого метода является значительный (до 50 %) унос мелкодисперсной твердой фазы с водой.

Для этих же целей применяется центрифуга периодического действия марки ОДМ-802 К-4 с диаметром ротора 800 мм и фактором разделения 700, обладающая высокой устойчивостью к эрозионному износу. Ее производительность по осадку достигает 4 м3/ч. Содержание твердой фазы в очищенной воде составляет не более 0,001 %, а влажность твердого осадка -- не более 24 %.

Очистка моечной воды автопредприятия может быть организована по схеме, приведенной на рис. Однако, учитывая огромное количество предприятий, имеющих в своем хозяйстве автотранспорт, рассчитывать сегодня на то, что все они будут иметь очистные сооружения, оснащенные центрифугой, фильтром и другим оборудованием, нельзя. Поэтому более рационально использование мобильных установок, способных очищать нефтесодержащие моечные воды предприятий по заранее согласованному графику с последующим вывозом твердой фазы и нефтесодержащего шлама на дальнейшую утилизацию.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сжигание нефтеотходов. Нефтеотходы, которые нельзя регенерировать, подвергаются сжиганию. При горении таких отходов, содержащих значительное количество воды, происходят сложные химические процессы, связанные с испарением воды и наличием ее паров в зоне пламени. Это повышает скорость горения отходов вследствие увеличения количества активных центров, каковыми являются положительно и отрицательно заряженные ионы, образующиеся в результате диссоциации воды. Появление в зоне пламени обводненного топлива большого числа активных центров атомарного водорода Н и гидроксила ОН во много раз ускоряет реакцию окисления топлива.

Вода не только является инициатором реакции, но и участвует в протекании самих реакций. Это подтверждается изменением интенсивности свечения, которое наблюдается с увеличением содержания воды в смеси. При сжигании обводненных топлив уменьшается дымление, которое является следствием дефицита кислорода в зоне протекания реакции.

Процесс сжигания нефтесодержащих отходов может реа-лизовываться в топках различной конструкции: камерных, циклонных, надслоевых. Особый интерес представляет турбобар-ботажный способ горения (рис. 13.2), который характеризуется следующими основными признаками:

1. Процесс сжигания осуществляется в цилиндрической или узкой кольцевой камере при большой кратности обмена в тонком слое, приводимом во вращательное турбулентное движение. Слой топлива быстро прогревается и частично распыляется на более мелкие, чем при других способах, капли.

Процесс ведется при пониженном количестве первичного воздуха и при большой его скорости. Барботажные элементы объединены в коллекторные блоки.

Подача вторичного воздуха в камеру сгорания осуществляется над слоем отходов тангенциально с пересечением ее рабочего сечения. Недоиспарившиеся капли, вынесенные из слоя под действием центробежной силы, сепарируются на стенках камеры сгорания, что исключает механическую неполноту сгорания.

4.Процесс сжигания ведется при повышенном значениикоэффициента избытка воздуха, что в определенных пределахпозволяет изготавливать турбобарботажные горелки без футеровкии водяного охлаждения корпуса.

Турбобарботажная установка "Вихрь-1" с печью производительностью 200 кг/ч показана на рис. 13.3.

При определенных условиях (коэффициент избытка воздуха а = 1,4--1,9; закрутка "вторичного" воздуха со скоростью свыше 50 м/с) печи диаметром до 0,6 м можно изготавливать цельнометаллическими без футеровки и водяного охлаждения из обычной нержавеющей стали 1Х18Н9Т, что значительно упрощает и удешевляет их конструкцию.

Эксперименты на установках диаметром свыше 0,6 м показали, что, начиная с диаметра 0,8 м, эффект вращающегося кольца холодного воздуха значительно ослабевает и более крупные установки нуждаются в футеровке огнеупорным материалом, так как их стенки нагреваются выше 700 °С.

Установки "Вихрь" выпускаются с утилизацией тепла и с мокрой (реагентной и безреагентной) очисткой дымовых газов. Локальные установки такого типа могут широко применяться для сжигания горючих отходов непосредственно на месте их образования.

Основные характеристики турбобарботажной установки "Вихрь", разработанной для сжигания нефтеотходов, приведены в табл. 13.1.

Для обезвреживания таких нефтесодержащих отходов (шла-мов нефтеперерабатывающих заводов, осадков сточных сооружений), в составе которых присутствует значительное количество минеральных примесей, также используется сжигание. Процесс сжигания нефтесодержащих отходов проводится в печах с "кипящим" слоем, в многоподовых и барабанных печах. Температура отходящих газов достигает 800 °С, что позволяет устанавливать котел-утилизатор с получением перегретого пара и горячей воды. Для сжигания 1 кг отходов автопредприятия, содержащих 60 % минеральных примесей, 10 % нефтепродуктов и 30 % воды, требуется до 0,3 кг жидких нефтеотходов с теплотой сгорания 21 МДж/кг.

Химическое обезвреживание нефтесодержащих отходов. Этот способ вдвое дешевле сжигания, так как не только позволяет исключить ущерб окружающей среде, но и получить товарные продукты, которые могут быть использованы в дорожном строительстве и для других целей. Один из распространенных способов утилизации нефтесодержащих отходов состоит в обработке их негашеной известью, предварительно обработанной стеариновой кислотой или другим поверхностно-активным веществом. В итоге получают сухой, сильно гидрофобный порошок, который можно использовать в качестве строительного материала при сооружении дорог и для других целей.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Химическое обезвреживание используют также для очистки поверхности водоемов от пролитой нефти. Для рассеивания нефти применяют препараты эмульгирующего действия, которые представляют собой поверхностно-активные вещества, разбавленные органическим растворителем. Такие препараты способны к биологическому разложению под воздействием бактерий.

Энергичное перемешивание с водой обработанных ими путем опрыскивания с воздуха нефтяных пятен приводит к рассеиванию отходов в толще воды и последующему биохимическому окислению.

В последние годы для сбора нефтепродуктов с поверхности водоемов и извлечения их из сточных вод используют жидкости, обладающие магнитными свойствами. Магнитные жидкости представляют собой многокомпонентные коллоидные системы, состоящие из воды, минеральных масел, магнитных материалов (Fe, Fe304) и других веществ. Магнитные жидкости на углеводородной основе (керосине и др.) хорошо растворяются в нефтепродуктах. При необходимости очистки от нефти магнитную жидкость распыляют по поверхности водоема, а затем (после ее растворения в нефтепродуктах) полученную смесь собирают с помощью магнитного устройства, передвигающегося по поверхности водоема.

Биохимическая обработка. Биохимическая обработка неф-тесодержащих отходов основана на способности некоторых микроорганизмов превращать ароматические и алифатические углеводороды в безвредные диоксид углерода и воду. Преобразование углеводородов происходит в аэробных условиях.

Одна из технологий биохимической обработки нефтеотходов разработана отечественными специалистами из Тюмени.

Специально разработанный бактериальный препарат "Путидойл" на основе природного штамма обладает окисляющей активностью в отношении углеводородов нефти, разрушая их до продуктов, относящихся к экологически нейтральным соединениям.

Препарат представляет собой мелкодисперсный порошок с концентрацией бактерий не ниже 100 миллиардов в одном грамме сухого вещества. Влажность препарата -- не более 10 %. Порошок может применяться для очистки сточных вод, водоемов, акваторий морей, технологических резервуаров, танков, судов, территорий нефтебаз и т. д. Препарат сохраняет работоспособность при температуре от --50 до 70 °С. Он активен только в кислородной среде и погибает в анаэробных условиях, т. е. при попадании в земные недра. Весьма важно, что после применения препарата на загрязненной нефтепродуктами почве выход биомассы возрастает в 4 раза по сравнению с урожаем почвы до загрязнения.

Это объясняется тем, что продукты обезвреживания являются отличным удобрением.

Продолжительность процесса обезвреживания загрязненной нефтью почвы составляет менее 2,5 мес. -- именно после этого срока возобновляется ее растительный покров.

Регенерация отработанных минеральных масел. Основную часть нефтеотходов, образующихся на промышленных и транспортных предприятиях, составляют минеральные масла. Общая масса минеральных масел, поступающих в отходы в течение года во всем мире, оценивается в 15 млн. т. Образование отходов минеральных масел связано с тем, что в процессе работы машин и механизмов масло окисляется, загрязняется продуктами износа деталей, металлической стружкой и пылью. Наиболее загрязненными оказываются масла, слитые из картеров двигателей внутреннего сгорания.

Отработанные масла являются сырьем для производства вторичных материалов и должны собираться с целью регенерации. Так, в Канаде нефтеперерабатывающая фирма "Эссо" (Канада) поставляет на рынок масла, содержащие 50 % регенерированных продуктов. Во Франции собирается для рекуперации ежегодно 180 тыс. т отработанных масел. Однако в связи с тем, что затраты на регенерацию превышают стоимость свежеприготовленных масел, регенерированный продукт становится неконкурентоспособным. Выход из создавшегося положения состоит в том, что государство законодательно обязывает поставщиков смазочных масел использовать в их составе до 15 % регенерированных продуктов.

У нас в стране согласно ГОСТ 21046--86 "Нефтепродукты отработанные. Общие технические условия" отработанные нефтепродукты подразделяются на масла моторные отработанные (ММО), в том числе трансмиссионные, масла, индустриальные отработанные (МИО) и смеси нефтепродуктов отработанных (СНО). На рис. 13.4 приведены источники образования и направления утилизации отработанных масел.

По свойствам отработанные нефтепродукты должны соответствовать требованиям, приведенным в табл. 13.2.

Методы регенерации отработанных масел подразделяются на физические, физико-химические, Химические и комбинированные.

К физическим методам относятся отстаивание, центрифугирование, фильтрация, перегонка.

Наиболее эффективен метод вакуумной перегонки. Интересный опыт регенерации отработанных масел накоплен финской фирмой "Экокем". Отработанные масла собираются с промышленных предприятий, станций технического обслуживания автомобилей, автозаправочных станций и т. п. При переработке из масла сначала методом центрифугирования выделяются металлы и другие взвешенные частицы, затем масло фильтруют и обезвоживают. Для изготовления из образовавшегося "сырого" масла продукта, пригодного для использования в автомобилестроении в качестве смазочного материала, в него добавляют соответствующие присадки. Упомянутая фирма на неспециализированном предприятии регенерирует в год 50 тыс. т отработанных масел, получая при этом 3 тыс. т готового продукта (т. е. 6 % от количества переработанных отходов).

К физико-химическим относятся методы, основанные на использовании поверхностно-активных веществ, адсорбентов и т. п.

Химические методы регенерации заключаются в очистке отработанных масел с помощью кислоты или щелочи.

Комбинированные методы регенерации заключаются в сочетании нескольких названных выше приемов очистки.

В ряде случаев для регенерации отработанные масла смешиваются с сырой нефтью и полученную смесь перерабатывают по полной технологической схеме. Метод прост, но высокая зольность и содержащиеся в масле присадки отрицательно влияют на работу технологического оборудования. Поэтому его применение допустимо только в очень ограниченных количествах (не более 1 % отработанных масел от сырой нефти).

При массовой регенерации масел, когда смешиваются масла различных марок, необходимо полное удаление всех видов присадок, даже тех, которые не полностью исчерпали свой ресурс.

Работа установки основана на использовании физических и физико-химических методов регенерации: фильтрации, коагуляции, отстаивания, выпаривания (рис. 13.5). В процессе работы установки отработанное масло насосом 2 через фильтр грубой очистки 1 и теплообменник 27 подается в электропечь 16, в которой нагревается до 200 °С, и далее поступает в испаритель 77, где из масла удаляются вода и легколетучие фракции. Затем масло с помощью насоса 26 поступает в смеситель 14, куда из емкости 10 насосом 13 подается 20%-ный раствор коагулянта в количестве 2--3 % от массы поступающего на переработку масла. Перемешанное с коагулянтом масло поступает в автоклав-отстойник 75, где происходит процесс отстаивания продукта и удаления коагулированных частиц. Затем из автоклава-отстойника масло поступает во второй испаритель 23 для удаления следов воды. С нижней его части масло насосом 24 через теплообменник 27 и холодильник 28 перекачивается в контактную мешалку 6, а затем -- в фильтр-пресс 9' для проведения контактной доочистки отбеливающей глиной и удаления механических примесей с размером частиц более 1--2 мкм. Очищенное масло поступает в двухсекционную емкость 5, откуда насосом 4 перекачивается в емкости регенерированного масла либо возвращается на повторную очистку. Для получения технологических масел предусмотрен фильтр тонкой очистки 29. В этом случае масло после испарителя 23, минуя контактную мешалку 6 и фильтр-пресс 9, подается на фильтр тонкой очистки 29, затем -- в двухсекционную емкость 5, откуда перекачивается в резервуары регенерированного масла.

Регенерация отработанных индустриальных и трансформаторных масел производится в основном на местах их потребления. Для этого разработаны различные варианты масло-регенерационных установок: УРИМ-0,8; УРИМ-10; УРТМ-200М; УФСН-1 и др.

переработка утилизация нефтесодержащий отход термодесорбер

ГЛАВА 2. СИСТЕМА СБОРА, ПЕРЕРАБОТКИ И УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

Нефтесодержащие отходы представляют значительную опасность для природной среды в городах и пригородах, являясь потенциальным источником загрязнения почв, грунтов, грунтовых и поверхностных вод.Нефтесодержащие отходы образуют и накапливают предприятия, имеющие в своем составе мазутные котельные, склады и хранилища ГСМ, автохозяйства, железнодорожные депо, ремонтные мастерские и т. п. Большие количества сильнозагрязненных нефтепродуктами почв и грунтов образуется при технологических проливах, технических авариях и разливах на нефтепроводах.

Серьезной экологической проблемой является загрязнение среды, связанное с расширением парка автотранспорта, увеличение сети АЗС, моек автомобилей, станций технического обслуживания, гаражей, которые в свою очередь также накапливают нефтесодержащие отходы. На многих предприятиях существует проблема утилизации промасленной ветоши.В Московской области в настоящее время нет организованной системы сбора, переработки и утилизации нефтезагрязненных отходов, которая бы полностью отвечала современным требованиям в части охраны окружающей среды. Эта проблема требует незамедлительного решения, так как накопление нефтесодержащих отходов наносит немалый ущерб экологическому состоянию среды и санитарному благополучию населения.Существующие способы переработки нефтяных загрязнений, образующихся как в результате аварийных разливов, или сверхлимитного накопления отходов, можно разделить на механические, физические, химические, биологические и фитомелиоративные.

Механические способы предусматривают локализацию загрязнения, обваловку или бонирование загрязненной территории, сбор разлившегося нефтепродукта, выемку и перемещение грунта, его захоронение. Очевидно что они не решают проблемы полной ликвидации нефтяного загрязнения, а в лучшем случае переносят его из одного места в другое, более безопасное - специальные емкости, резервуары.

Попытки захоронения нефтезагрязненных отходов и грунтов не решают проблему, в первую очередь из-за отсутствия, как правило, на местах специально оборудованных для этих целей полигонов.Однако, механические способы необходимы в качестве предварительных или вспомогательных, предшествующих дальнейшим мероприятиям по очистке загрязненных территорий, акваторий, хозяйственных и природных объектов. Очистка с помощью механических способов связана с привлечением специальной техники, что приводит к значительным расходам на производимые работы. Выемка, перемещение и захоронение 1 тонны загрязненного грунта или отходов обходится по данным специалистов приблизительно в 350 долларов.

Наиболее распространенным и простым из физических способов является выжигание. При выжигании происходит опасное загрязнение окружающей среды вредными токсическими соединениями. Образующиеся газообразные выделения содержат высокие концентрации канцерогенных соединений, что наносит непоправимый ущерб здоровью людей. Необходимые дополнительные затраты для уменьшения влияния вредных веществ при сжигании на специальном оборудовании сопряжены с соответствующим повышением стоимости работ. Сжигание 1 тонны загрязненного грунта или отходов с соблюдением даже минимальных экологических и санитарных требований (без стоимости специального оборудования) обходится приблизительно в 250 долларов.

Химические способы основаны на использовании реагентов, вызывающих окислительный распад нефтяных углеводородов. Химические вещества и образующиеся продукты разложения (канцерогенные и мутагенные вещества - бензопирены, фенолы, полициклические углеводороды и другие опасные соединения), как правило, представляют даже большую опасность, чем первичное нефтяное загрязнение. Химические вещества могут вызывать неуправляемые мутации и необратимые изменения в структурах биоценозов, что может иметь непоправимые последствия для живых организмов. Для использования в экологических целях химические способы в принципе не приемлемы.Фитомелиоративные способы применяются при низком уровне загрязнения почв в качестве завершающего этапа очистки. Они основаны на высеве соответствующих сортов трав, при развитии которых за счет активизации микрофлоры происходит минерализация нефтяных углеводородов. Этот способ носит вспомогательный характер и применяется при завершении работ по рекультивации нефтезагрязненных почв.Биологические способы базируются на современных научных разработках в области воспроизводства и ускорения природных процессов самоочищения и самовосстановления почв и водоемов. Используемые биопрепараты созданы на основе микроорганизмов, для которых нефтепродукты являются источником питания, поэтому они естественным путем адаптированы к их употреблению. Это позволяет экологически чисто, без вторичного загрязнения восстановить биологическую среду объекта. Биологические способы гарантируют 100%-ную очистку. Увеличивающаяся при утилизации биомасса микроорганизмов - основа биопрепаратов - отмирает и превращается в гумус при исчезновении источника загрязнения.Оптимальным является использование технологий, в основе которых лежит метод биоремедиации - управляемого биокомпостирования нефтесодержащих отходов.

Научные исследования и опыт практических работ позволяют сегодня для любой территории, района, города, создать системы сбора, переработки и утилизации промышленных нефтесодержащих отходов, которые приведут к снижению техногенного воздействия на окружающую среду в результате реализации комплекса организационных, технических, технологических и экономических мероприятий на региональном или местном уровне. Система предполагает создание на базе существующих производственных природоохранных предпринимательских организаций сети специализированных стационарных площадок рекультивации (модулей биокомпостирования).

В дальнейшем такая сеть может быть объединена в единую региональную производственную природоохранную систему. Необходимыми этапами при создании системы являются.

* согласование принимаемых хозяйственных и природоохранных решений, согласование нормативных и правовых актов государственных и муниципальных органов, так и их исполнения;

* координация работы уже существующих в регионах и вновь создаваемых структур по сбору, переработке и утилизации нефтесодержащих отходов;

* работа с предприятиями и организациями, повсеместная организация сбора отходов;

* определение экономических целевых показателей (конечных и промежуточных) по организации и эксплуатации стационарных площадок биокомпостирования;

* рациональное использование научных и методических разработок, практического опыта природоохранных организаций при решении задачи рациональной переработки и утилизации нефтезагрязненных отходов.

И как первый результат - создание новых рабочих мест на предприятиях, специализирующихся на сборе, переработке и утилизации нефтезагрязненных отходов.

Работа над основными направлениями решения этой проблемы осуществлялась специалистами ЗАО «Экопром» (г. Санкт-Петербург) с 1995 года. Совместно с Санкт-Петербургским БИНИИ микробиологии СПбГУ проводился комплекс научных и практических работ в рамках участия в Государственной научно-технической программе «Новейшие методы биоинженерии» (раздел «Создание методов очистки объектов окружающей среды от нефти и нефтепродуктов»). Ряд лет осуществлялось тесное сотрудничество с институтами Госниисинтезбелок, Госниигенетики, РХТУ им. Менделеева в Москве, Санкт-Петербургскими Государственным Университетом и Технологическим институтом.

В 1998 году ЗАО «Экопром» был разработан проект стационарной площадки по переработке нефтесодержащих отходов методом управляемого биокомпостирования. В 1999 году в Ленинградской области начала функционировать «пилотная» площадка рекультивации с получением биовосстановленного грунта, который используется для отсыпки муниципальных свалок в Выборгском районе. Работы выполняются на базе хозяйственных договоров с предприятиями г. Выборга.Опыт эксплуатации действующих стационарных и локальных площадок рекультивации в г. Санкт-Петербурге, Ленинградской и Московской областях, а также выполненные специалистами «Экопрома» расчеты, показывают, что стоимость очистки 1 куб. метра загрязненных отходов с учетом всех необходимых сопутствующих работ составляет 40-150 долларов в зависимости от объемов переработки.

Таким образом, биологические способы являются основными и, чаще всего, единственно возможными способами ликвидации нефтяных загрязнений и переработки нефтеотходов. Их отличают высокая эффективность, экономичность, простота, надежность и экологическая безопасность. Они выгодно комбинируются с некоторыми механическими и физическими способами, что делает их незаменимыми при переработке загрязненных нефтепродуктами отходов и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов.Серьезным доводом в пользу применения технологии биокомпостирования является относительная простота организации площадок рекультивации нефтезагрязненных отходов. В состав площадки входят такие технологические элементы как собственно биомодуль - площадка переработки отходов, площадка складирования структураторов и биовосстановленного грунта, склад хранения ингредиентов и инвентаря.В течение последних шести лет сотрудниками ЗАО «Экопром» и его московским филиалом проводились работы по переработке и утилизации сильнозагрязненных нефтепродуктами почв, грунтов и отходов с использованием технологии биокомпостирования как на локальных, так и на стационарных площадках.

В Московской области по инициативе администрации Ногинского района ЗАО «Экопром» и его московским филиалом на территории районной котельной в поселке им. Воровского с ноября 1997 г. проводились работы по переработке и утилизации пролитого в прошедшие годы мазута. Весной 1999 года в результате аварийного разлива на территории Буньковской территориальной администрации образовалось значительное загрязнение нефтепродуктами, которое с паводком было вынесено через ливневый коллектор и протоку на пойму реки Шерны. В результате аварийных работ основное загрязнение было локализовано, нефтепродукт собран, проведены работы по организации специализированной площадки рекультивации - модуля биокомпостирования для утилизации нефтезагрязнений, ведется обработка берегов протоки биологическими препаратами.Проведенные работы позволили снизить концентрацию нефтепродуктов до нормативного уровня, по их результатам получены соответствующие гигиенические документы.

Для реализации комплексной системы в Ногинском районе Московской области при содействии администрации района и Мособлкомприроды силами МФ ЗАО «Экопром» и ОАО «Полигон «Тимохово» создается «пилотная» площадка биокомпостирования нефтезагрязненных отходов и проводится инвентаризации расчетных и фактических накоплений отходов на предприятиях и в организациях района. К проведению инвентаризации привлекаются специалисты соответствующих районных служб, включая экологическую полицию, представителей контролирующих организаций и независимых экспертов.

По материалам инвентаризации и с учетом показателей работы «пилотной» площадки будет разработан соответствующий «бизнес-план». Определяющие оптимальные производственные и экономические показатели «бизнес-плана» лягут в основу формирования стабильной региональной комплексной системы сбора, переработки и утилизации нефтесодержащих отходов методом управляемого биокомпостирования.

ГЛАВА 3. ВОЗМОЖНОСТИ УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ МЕТОДОМ ИНЕРТИЗАЦИИ

Одной из первоочередных задач, направленной на сокращение негативного воздействия отходов на окружающую среду и улучшение ресурсообеспечения экономики, является переработка и обезвреживание ряда видов твердых отходов, а также отходов, улавливаемых средозащитными сооружениями в процессе очистки сбросов в водные объекты и выбросов в атмосферу. Практически все эти отходы являются токсичными, их ресурсная ценность подтверждена технико-экономическими исследованиями и практическими результатами, полученными на основе их опытной переработки. Количество нефтесодержащих отходов в газовой отрасли колеблется в широких пределах. Количество образующихся отходов на отдельных предприятиях колеблется от 578 т/год до 2510 т/год. Существовавшее ранее мнение о малоотходности газовой отрасли, в связи с чем на подавляющем большинстве предприятий не предусматривалась организация участков обезвреживания образующихся отходов, привело к накоплению большого количества отходов производств. 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. Законодательство многих стран, в том числе и России, стимулирует вовлечение промотходов в хозяйственный оборот в качестве вторичных сырьевых ресурсов. В России по созданию промышленных технологий и оборудования в целях получения отходов реализуемой экологически безопасной продукции находится в начальной стадии, на этапе разработки пилотных установок. Разрабатываемые процессы носят затратный характер и, несмотря на бросовую цену исходного сырья, имеют, как правило, низкую экономическую эффективность. Экономическая целесообразность того или иного природоохранного мероприятия определяется на каждом конкретном предприятии с учетом его экономических возможностей. Решение этой проблемы должно быть либо на региональном уровне путем строительства установок по переработке отходов для всех предприятий, либо на местном уровне путем создания установок малой производительности для обезвреживания отходов непосредственно на объектах отрасли. В связи с этим, к числу первоочередных задач следует отнести организацию и обеспечение научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок таких установок, создание эффективных средств и методов переработки и обезвреживания отходов как на региональном уровне, так и на уровне предприятий. В настоящее время известно о применении следующих методов (и их комбинаций) обезвреживания и переработки нефтяных шламов: - сжигание нефтяных шламов в виде водных эмульсий и утилизация выделяющегося тепла и газов; - обезвоживание или сушка нефтяных шламов с возвратом нефтепродуктов в производство, а сточных вод в оборотную циркуляцию и последующим захоронением твердых остатков; - отверждение нефтешламов специальными консолидирующими составами с последующим использованием в других отраслях народного хозяйства; - физико-химическое разделение нефтяного шлама (растворители, деэмульгаторы, ПАВ и др.) на составляющие фазы с последующим использованием. Наиболее перспективным с точки зрения рационального использования природных ресурсов является отверждение нефтешламов специальными консолидирующими составами с последующим использованием в других отраслях народного хозяйства. Нам поставлена задача разработать схему утилизации нефтесодержащих отходов методом инертизации полимерными материалами.Полимерные материалы - материалы на основе высокомолекулярных соединений (полимеров и олигомеров), обычно многокомпонентные и многофазные. Полимерные материалы являются важнейшим классом современных материалов, широко используемых во всех отраслях техники и технологии и в быту. Они отличаются широкими возможностями регулирования состава, структуры и свойств. Основные достоинства полимерных материалов: низкая стоимость, высокая стойкость к агрессивным средам, атмосфере и радиационным воздействиям и ударным нагрузкам, низкая теплопроводность, хорошие адгезионные свойства. Специфика набухающих полимерных материалов как сорбентов состоит в том, что для них характерна лабильная структура с высокой химической и геометрической неоднородностью и макроскопические сорбционные деформации, что приводит к изменению химического потенциала в процессе сорбции. Для таких материалов доля активных сорбционных центров может изменяться вдоль изотермы за счет "раскрытия" структуры при набухании и образование транспортных каналов, по которым преимущественно осуществляется перенос диффузанта. При этом увеличивается подвижность макромолекул за счет появления индуцированного свободного объема, то есть растет конфигурационная энтропия. Если же молекулы сорбата могут взаимодействовать с двумя активными центрами, то происходит "сжатие" структуры за счет образования сшивок, приводящих к уменьшению доли доступных сорбционных центров. Таким образом, возможная конкуренция обоих процессов и знак суммарного эффекта вдоль изотермы может быть переменным. Таким образом полимерные материалы могут служить сорбентом и инертизатором, обезвреживая нефтесодержащие отходы, что позволяет минимизировать отрицательное воздействие на окружающую среду.

ГЛАВА 4. ТЕРМОДЕСОРБЦИОННАЯ СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ТВЕРДЫХ НЕФТЕОТХОДОВ

Система “трехфазного” центрифугирования позволяет достаточно полно выделить жидкотекучие составляющие нефти в товарный продукт. Выделенная твердая фаза загрязнена, тем не менее, углеводородами, значительная часть которых приходится на те нефтяные фракции, которые находятся в шламах в твердом состоянии, такие как: асфальтены, парафины и битумы.

Термодесорбционная система может быть представлена как мобильная (энергонезависимая система) так система для размещения в производственном помещении взрыво-пожаро-защищенного типа, включающая блок термодесорбции и блок регенерации паров углеводородов и пылеулавливания.

Твердая фаза с помощью шнекового транспортера подается в приемный бункер-питатель термодесорбера, а из него с помощью системы шнековых транспортеров непосредственно во вращающийся барабан (печь) термодесорбера, где через стенку барабана нагревается до температуры примерно 500 - 5200С.

При содержании в исходном питании термодесорбера углеводородов в пределах 15 - 20% и воды 5%, процесс термодесорбции протекает практически в автотермичном режиме, т. е. тепла от сжигания утилизируемых в процессе термодесорбции углеводородов достаточно для нагрева вновь поступающего материала. Если тепла для поддержания необходимой температуры недостаточно, автоматически включается газовая горелка.

В результате нагрева из материала испаряются углеводороды. Пары углеводородов из термодесорбера по газоходу поступают в узел их регенерации, где конденсируются циркулирующим в узле охлажденным маслом (сконденсированными в скруббере нефтепродуктами) и выводятся из системы на вторичное использование. Несконденсированные газы направляются в дожигатель термодесорбера для обогрева последнего.

Очищенная в термодесорбере твердая фаза охлаждается в выгружном шнековом конвейере (через стенку) водой до температуры 1000С и подается в контейнеры объемом 2,0 м3 как описано выше.

При производительности термодесорбера 2,0 м3/час (или 2,8 т/час) по исходному питанию, выход обработанного материала составит примерно (2,8 х 0,75 ) = 2,1 т/час.

Заполненный контейнер автопогрузчиком подается в приемный бункер брикетирующей установки, оборудованный встряхивающим виброустройством и снабженный в нижней части шнековым питателем или в приемный бункер системы приемки твердых нефтеотходов как оборотный материал.

Предлагаемая комплектная установка поставляется в виде трех стационарных модулей рамного исполнения и включает: питающую систему; термодесорбцию; регенерацию паров углеводородов и пылеулавливание; узел окисления - дожигания в камере сгорания термодесорбера углеводородов, несконденсировавшихся при регенерации; узел охлаждения обработанного материала и фильтрацию газов, выходящих из него, а также систему контроля за выбросами в атмосферу (см. рисунок.).

Кек после «трехфазной» центрифуги, «замазученная» земля и прочие твердые нефтеотходы, подаются с помощью шнекового конвейера в бункер - питатель термодесорбера.

В системе питания имеется возможность изменения скорости загрузки материала в термодесорбер за счет частотного преобразователя, установленного на моторе шнекового питателя. Узел загрузки сконструирован таким образом, чтобы исключить попадание воздуха в рабочую зону термодесорбера.

Для дозированной подачи шлама из бункера-питателя используется расположенный в его донной части двухшнековый питатель, который дозирует и уплотняет обрабатываемый материал.

Этот материал поступает на второй - транспортирующий шнек, который подает уплотненный материал на третий - короткий шнековый питатель, осуществляющий подачу материала непосредственно в барабан термодесорбера.

В период начального пуска системы должна быть использована сухая земля или песок для организации рециркуляции твёрдого материала, т.е. до тех пор, пока в термодесорбере не будет достигнута рабочая температура и не будет выгружаться заданное количество конечного продукта.

Опционно термодесорбционная система может быть снабжена узлом дозирования в исходный материал извести, которая позволяет химически связать серу (если она имеется в исходном материале).

Обработка твердых нефтеотходов в термодесорбере

Термодесорбер служит для отгонки из исходного материала воды и углеводородов. Он оборудован системой сжигания жидкого (или газообразного) топлива и окисления - дожигания углеводородных фракций, выделенных из материала при термодесорбции и несконденсировавшихся в системе регенерации, а так же системой подачи топочных газов в зону нагрева, расположенную между наружным кожухом термодесорбера и стенкой его вращающегося барабана. Топочные газы при прохождении вдоль стенки барабана позволяют разогревать его до заданной температуры.

Таким образом, тепло к материалу передается путем его косвенного нагрева через стенку барабана термодесорбера и излучения горячих десорбированных газов .

Принципиальная схема термодесорбера ротационного типа.

Специальные направляющие лопатки внутри барабана обеспечивают эффективное неразрушающее перемешивание материала, что способствует максимальному удалению из него углеводородов и усреднению его температуры. Материал перемещается внутри барабана за счёт наклона последнего и его вращения. Выгрузка обработанного материала осуществляется шнековым конвейером из разгрузочного устройства термодесорбера. Для гарантированного удаления углеводородов из твердого материала, максимальный размер его кусков ограничен 50 мм. При попадании материала в печь может иметь место укрупнение кусков (агломерирование) за счет спекания. Удаление углеводородов из таких агломерированных кусков будет не полным.

Для предотвращения этого нежелательного явления используется специальная система дробления твердого материала непосредственно в барабане термодесорбера. Данная система позволяет не только раздробить агломери-рованные куски материала, но и отделить от него куски больше установленного размера (50 мм) с подачей их вновь в голову процесса.

Для указанных выше целей непосредственно в трубчатую вращающуюся печь загружается некоторое количество шаров диаметром около 2-х дюймов (50 мм).

Внутренняя конструкция трубы такова, что шары перемещаясь вдоль от загрузочной зоны к зоне выгрузки разбивают материал. В барабане термодесорбера имеется специальный механизм, который удерживает шары, не давая им попасть в зону выгрузки. Шары и крупные куски размером более 50 мм захватываются этим механизмом и подаются с помощью шнека вновь в загрузочную зону печи.

Данная система производит одновременно очистку стенок барабана от возможных налипаний материала. Она так же имеет еще одну важную функцию, а именно, рециркуляция части нагретого материала и шаров способствует улучшению показателей процесса удаления углеводородов и более высокой энергетической эффективности.

Поскольку непосредственно в барабан термодесорбера не подается факел и не поступает воздух за счет специальной системы уплотнений, в нем не происходит сжигания углеводородов, а только их испарение с переходом в газовую фазу. Для утилизации отходящих в процессе термодесорбции газов необходима их очистка.

Основные преимущества предлагаемой системы

- Низкий вес системы обусловлен использованием в ней легких волокнистых теплоизоляционных материалов.

- Минимальные приготовления для запуска системы - поскольку вся система смонтирована на двух - трех скидах рамного исполнения, подготовка места для ее размещения состоит из выравнивания площадки, где данная система будет установлена.

- Минимальное потребление энергоносителей и воды - поскольку значительное количество необходимого для процесса тепла образуется за счет сжигания десорбированных из нефтесодержащих материалов углеводородов, топливо используется в минимальных количествах.

- Минимальное время на пуск и остановку - Керамический волокнистый термоизолирующий материал, используемый для термодесорбера и термического окислителя, не испытывает термического шока, связанного с резким нагревом и охлаждением, как это имеет место в случае применения традиционных теплоизоляционных материалов. Это позволяет производить полное отключения системы в течение 2-х часов и включение с выходом на режим в течение 4-х часов.

Для традиционных термодесорберов с прямым нагревом требуется от 2-х до 3-х дней для выхода на рабочий режим.

- Высокая степень десорбции углеводородов - за счет измельчения материала и возврата крупной фракции в голову термодесорбционного процесса.

Размещено на Allbest.ru