Утилизация нефтешлама и оборудование по переработке

В работе отраслей нефтедобывающей промышленности возникает много трудностей и спорных моментов. Один из таких — утилизация нефтешламов. Нефтешламы возникают вследствие переработки нефти, представляют из себя сложную физико-химическую смесь. Состоят из нефтепродуктов с примесями различных веществ (например, глины, песка и ила) и воды. Эти отходы отрицательно влияют на состояние окружающей среды и способны ухудшать плодородность почвы, вплоть до полной её потери, потому важно подбирать правильные и эффективные способы утилизации нефтешламов.

Что такое нефтешлам и его разновидности

Нефтешламы формируются при добыче или разведке нефти, иногда при её транспортировке и переработке. Они токсичны, соответственно представляют опасность для окружающей среды. Такие вещества должны быть переработаны или захоронены. Нефтяные шламы могут образоваться в результате проведения естественного процесса очистки нефти или из-за различных чрезвычайных ситуаций на производстве, например, разливов.

То есть шламом называют разбуренную породу, которая вместе с буровым раствором выносится на поверхность земли с забоя скважины.

По способу образования нефтешламы можно разделить на несколько групп:

•  грунтовые (при соединении нефти и почвы);
•  образующиеся в процессе подготовки нефтепродуктов;
•  придонные (нефть разливается по дну рек, океанов или озёр);
•  образующиеся в результате бурения скважин растворами на углеводородной основе;
•  резервуарные (появляются при содержании нефти в резервуарах).

Углеводородный, иначе нефтяной, компонент шламов может существовать в виде соединений, способных в результате долгого хранения под действием сил природы преобразовываться в иные соединения за счёт различных химических процессов, таких как полимеризация, изомеризация и конденсация.

В результате длительного хранения нефтешламы разделаются на слои, каждый из которых имеет определённые свойства:

• Верхний слой. Вода и нефтепродукт, в котором содержится около 5% тонкодисперсных механических примесей, относится к классу «вода в масле». В составе слоя от 70 до 80% масел, от 6 до 25% асфальтенов, от 7 до 20% смол и от 1 до 4% парафинов.
• Средний. Слой небольшого объёма, такой тип имеет название «масло в воде». Содержит около 70-80% воды и 15% мехпримесей.
• Придонный слой. Является твёрдой фазой, в которую входит 45% органики и от 52 до 88% твёрдых мехпримесей, в том числе и окислы железа.

Для переработки нефтяных шламов сейчас возможно использование технологии трёхфазного разделения. С помощью трикантеров Флоттвег шламы разделяются на три составляющих: воду, нефтепродукт и примеси, а происходит это за один этап. Такое разделение позволяет эффективно утилизировать отходы и использовать нефтепродукты повторно.

Утилизация и переработка является важным компонентом в работе нефтяной промышленности, но, к сожалению, в этой отрасли имеется множество недочётов.

Проблема утилизации нефтешламов

Россия является страной, в которой проблема утилизации отходов нефти особенно ярко выражена. так как страна является ведущей по количеству добытой нефти и её переработки. Ежегодно множество производственного мусора отрицательно влияет на природу. Например, в начале 10-х годов при переработке нефтепродуктов в России было образовано около 2 204,3 миллионов тонн нефтяных шламов.

Различные нефтяные шламы являются отходами многих производственных объектов: транспортных, химических, биологических и других. Образуются нефтяные шламы теми же путями, как и в результате обработки нефти.

Отходы переработки нефти образуются в результате очищения резурвуаров на теплоэлектроцентралях и других предприятиях. Кроме этого, большое количество нефтешламов появляются на пропарочных станциях железнодорожных цистерн.

Фото masterimvmeste.ru.

В России стране не существует постоянных и устойчивых систем предназначенных для уничтожения продуктов нефтепереработки, а это угрожает здоровью людей и состоянию окружающей среды с сохранением биоразнообразия на различных территориях страны. Потому проблема утилизации и переработки нефтешламов сейчас особенно важна и актуальна и требует скорейшего вмешательства и устранения.

Технологии утилизации

Сейчас существует пять наиболее хорошо изученных и проверенных технологий утилизации нефтяных шламов, а именно:

Термический метод

Термический метод утилизации, иными словами — сжигание, на данный момент является основным. Осуществляется при избытке кислорода и температуре от 800 до 1200°С.

Для осуществления метода используют вращающиеся печи и установки (барботажные, камерные или шахтные) с кипящим слоем.

Но у этого способа есть и недостатки:

• его нельзя применять, при наличии в отходах таких веществ, как сера, галогены или фосфор;
• в результате таких взаимодействий могут образоваться продукты реакции (диоксины, фураны и т.д.), токсичность которых во много раз превышает нормативы.

Химический метод

Метод основывается на применении растворяющих веществ. Для процесса диспергирования шламов используют парафиновые углеводороды с низкой температурой кипения.

Минусы этого способа:

• нужно использовать высокотехнологичные приспособления;
• большие затраты, так как используются органические растворители, которые сложно добыть.

Биологический метод

Биологический метод осуществляется с помощью штаммов бактерий, биогенных добавок и при подаче воздуха.

Для этого процесса необходима достаточно простая аппаратура и процесс безопасен для экологии, но есть и недостатки:

• большие затраты и небольшая производительность;
• метод нельзя реализовать при низких температурах.

Физико-химические методы

При использовании физико-химического метода для переработки шламов, их заранее подогревают, таким образом разрушая эмульсию воды и нефти, и все отдельные компоненты уничтожают. Чтобы облегчить разделение шлама на фазы, его необходимо обработать специальным веществом.

Во время применения деэмульгатора, вибаций и высоких температур происходит разделение эмульсий. После, для начала процесса коагуляции, вводят флокулянт. После обработки отходы поступают в центрифугу, там нефтешлам очищается от твёрдых частиц. Далее с помощью фильтра он очищается, попадает в сепаратор, откуда выходит в виде воды и нефти.

Недостатки:

• в этом методе используются дорогостоящие реагенты;
• метод нельзя применить к трудно-расслаиваемым высоковязким нефтешламам, в которых повышено содержание парафинов.

Переработка центрифугированием

Шламы представляют собой плотные образования, которые сложно разрушить. В них входят нефтепродукты, различные вещества и вода, потому переработка нефтешламов — комплексное мероприятие, которое имеет много трудностей.

Использование центрифуги проходит в два этапа. Сначала отделение остатка твёрдых частиц. Во второй стадии переработка жидкой фазы с механическими примесями. В третей фазе смесь разделяется на все составляющие её компоненты.

Ежесуточно такие механизмы обрабатывают нефтешламы с производительностью около15 м3/час. Тиким образом, это примерно 75 тысяч кубических метров нефтешламов в год, если он бесперебойно снабжается необходимым сырьём со следующими характеристиками:

• свободная нефть содержится в количестве 10-45 об. %;
• плотность нефтяной фазы до 950 кг/м³;
• вязкость нефтяной фазы до 150 сСт при 50 °С;
• допустимо присутствие парафинов, при условии, что они растворяются при температуре 70°С;
• мехпримеси содержатся в количестве не более 30 об. %;
• плотность механических примесей не выше 1,8 г/дм³;
• рН в интервале 5-8.

Если характеристики сырья будут изменены, оно будет оказывать отрицательное влияние на работу оборудования, эксплуатационные параметры и эффективность работы установки. Это приводит к ухудшению качества переработанных продуктов.

Коалесцирующее сепарирование используется как метод добавочного сокращения примесей в нефтепродуктах. Это зачастую даёт положительные результаты, но существуют и недостатки:

• используемые реагенты должны подходить по всем требованиям;
• состав сырья должен быть постоянным и неизменяемым;
• для процесса используется сложная аппаратура и техника;
• сырьё, полученное в результате переработки, не соответствует требованиям других предприятий по переработке донных шламов.

Способы переработки и утилизации

Существует множество методов переработки нефтешламов, а выбор метода зависит от состава нефтешлама, его вида и некоторых других факторов.

Накопление и захоронение в бункерах

Когда скважина для добычи нефти больше не нужна, шламы, появившиеся в результате добычи нефти из этой скважины, часто закапывают рядом с ней. Этот способ – захоронение в бункерах. Он не гарантирует полную защиту окружающей среды от токсичных отходов, а закопанные шламы будут долгое время находится в земле, что загрязняет её и лишает плодородности.

Но этот способ утилизации наиболее доступен, поэтому, несмотря на все недостатки, продолжает широко применяться. И в некоторых случаях это оправдано, например, когда таким образом захоронение отходов происходит при морском бурении или в тех районах, где невозможно попадание отходов из бункеров наружу.

При выборе способов утилизации учитывается возможное изменение химического состава нефтешлама с течением времени, возможность смены его консистенции и окисления.

Сжигание в печах и топках

Ещё один довольно популярный способ, состоящий из следующих этапов:

1. Освобождение нефтяных отходов от воды. Производится с помощью фильтрации или при использовании метода отслаивания.
2. Загрузка шлама в камеру сгорания. Нефтешлам погружают в хорошо разогретую печь, так как остатки песка и твёрдых примесей в шламе с низким содержанием нефти не позволяют ему быстро сгорать.
3. Выгрузка. Выгружаются все оставшиеся после предыдущих этапов элементы. Если всё было произведено правильно, то остаток не представляет ничего опасного для экологии.

К сожалению, при таком способе утилизации не всегда происходит качественная очистка дыма, что в данной ситуации очень важно.

Использование фильтрации

Для всех этих способов требуются дорогостоящие установки, кроме того большие земельные площади, да и в целом сам процесс длителен по времени. Работа оборудования основана на воздействии тепла, потому что нефтьи её отходы имеют разнуюплотность.

Фильтрации состоит из следующих этапов:

1. Нефть, при помощи водяного пара, отделяется от других её составляющих.
2. Отделённая смесь прогоняется через трубку с перфорацией.
3. Оставшиеся примеси пермешиваются между собой.

Материал, оставшийся в результате фильтрации может быть использован повторно для различных целей, например, строительства дорог.

Отстаивание

Отстаивание относится к механическим способам обработки нефти. Основан он на принципе отделения твёрдого остатка от жидкого с помощью сил притяжения. Это занимает много времени, много территорий и применения особых веществ для высокой эффективности.

В результате этих процедур остаётся 3 слоя:

1. Нефтеэмульсионный. С содержанием до 80% нефтепродуктов. Из этого слоя можно получать товарную нефть и использовать её в дальнейшем производстве.
2. Водоэмульсионный. С содержанием мехпримесей и около 15% нефтепродуктов. Представляет из себя воды, формирующиеся в нефтегазовых накопителях.
3. Нижний осадочный. С содержанием мехпримесей до 75%. Этот слой чаще всего утилизируют сожжением.

Токсичные реагенты из этого вещества не уходят полностью. Опасные переходят в форму, в которой с ними удобнее работать. Например, используя заново.

Комплексные методы с дальнейшей переработкой

В утилизации слоёв нефти не может помочь ни один индивидуальный метод, всегда необходимо комплексное воздействие.

Комбинированная переработка нефтешлама сейчас широко распространена вместе с комплексными методами. Они позволяют чистить нефтешламы, которые имеют различные свойства. Методы заключаются в разделении отходов по слоям и работу с каждым из них по отдельности. Иногда также применяется метод поочерёдного воздействия разными способами на нефтешлам, что позволяет постепенно уничтожать компоненты смеси.

Товарная нефть получается из нефтеэмульсионного слоя. Водоэмульсионный же можно закачивать в нефтеносные слои. С осадочным слоем чаще всего расправляются сжиганием, так как он представляет из себя по большей части нефтезагрязнённые грунты. Пиролиз осадочного слоя позволяет избавиться от многих токсичных веществ, выделить пиролизную смолу и пирогаз.

Установка для переработки

Для переработки таким способом существует опытно-промышленная установка по переработке нефтешламов. В ней можно перерабатывать нефтешламы различного происхождения: старонакопленные или вновь образуемые, появившиеся в результате аварии, или при добыче и транспортировке, при проведении капремонта скважины, или вследствие разложения нефти на полигоне.

Установка состоит из:

• шламонакопителя (основной вариант поверхностного хранилища в нефтяной промышленности);
• шламоприемника (устройство для отвода продкта бурения);
• отстойника для воды (ёмкость для очищения извлечённой воды);
• отстойника умягченной воды (ёмкость для очищения воды с меньшей концентрацией жёсткости)
• установки переработки нефтешлама (предназначена для отделение жидкого составляющего от твёрдого);
• сырьевых резервуаров нефтешлама (место накопления нефтяного сырья);
• товарного резервуара для продукта переработки нефтешлама (ППНШ) (место накопления отходов);
• полигона обезвреживания осадка (большой территории для захоронения токсичных реагентов);
• насосной станции (система для перекачки нефти);
• наливной эстакады (установка для переливания нефти в цистерны);
• дренажной емкости (резервуар для сбора жидкости);
• ёмкости утечек с наливного шланга (резервуар для предотвращения разлива нефти);
• площадки для отмыва шлама (территория для очищения отходов);
• площадки реагентного хозяйства (комплексы для складирования готовых веществ);
• площадки сырьевых насосов (место для содержания конструкций по откачке нефти).

Такая установка рассчитана на переработку усреднённого нефтешлама.

Схема переработки

Нефтешлам забирается из шламонакопителя устройством ЗУ, откуда направляется в РС – 1 (сырьевой резервуар). Там его нагревают до 40 градусов Цельсия с помощью паровых змеевиков.

После с помощью сырьевых насосов, нефтешлам попадает на ВС-1 (вибросито), там температуру поднимают до 60 и происходит отделение твёрдых частиц и гомогенизация жидкости.

Далее шлам нагревается до 80 градусов в теплообменниках, попадает на горизонтальную центрифугу при помощи насоса. Там происходит извлечение твёрдых примесей из жидкости.

По технологической цепочке нефтяной шлам насосами передаётся в теплообменники, нагреваясь до 90 градусов. Оттуда на трёхфазный тарельчатый сепаратор, где отделяется вода, механические примеси, и выходит продукт переработки нефтешлама (ППНШ).

Экологически чистые способы

Одним из довольно экологичных вариантов избавления от примесей нефти является очищение с использованием биологических технологий. Но применение этого способа заключается только в переработке нефтяных шламов, возникших в результате загрязнения водоёмов нефтью. Часто этот метод применяют для очищения резервуаров. Этот способ представляет собой очистку микроорганизмами.

Недостатки:

1. Невозможно использовать метод зимой и при низких температурах, так как их воздействие замедляет работу бактерий.
2. Для полигонов, как и во многих других методах, нужны обширные площади.
3. Биореагенты имеют большую цену, ведь для такой технологии нужны особые организмы, которые способны размножаться в специфичных условиях.

Кстати, нефтепродукты можно перерабатывать в реакторах с подогревом, и такие существуют. У таких машин на утилизацию партии нефтешламов уходит порядка двух недель. Сейчас биометод знаком многим людям, имеющим дело с нефтяной промышленностью, и уже не воспринимается как что-то новое. Но всё-таки так и не используется повсеместно.

Альтернативные методы переработки

Потребность в переработке отходов продолжает возрастать, а вместе с ней возрастает и стремление к поиску новых путей для решения этой проблемы. Да, сжигание, фильтрация и другие способы хорошо справляются со своей задачей, но они имеют также и множество недостатков. Потому необходимо искать новые способы, новые установки. А именно – сепараторы и центрифуги.

Функции новых установок:

• Очищение воды.
• Сокращение количества и вредного влияния твёрдых частиц.
• Сохранность углеводородов для возможности дальнейшего использования.

Многие предприятия нефтяной промышленности России существуют еще с середины 20-го века, а устройства, благодаря которым они работают, за такой долгий срок накопили в себе токсичные вещества и превратились в источник загрязнений, поэтому сейчас необходимо заняться их очисткой. При объёме накопителей до 5 000 м3 наиболее подходит метод комплексной очистки.

Преимущества метода

Этот метод даёт положительные результаты при работе с накопителями на производствах. В него входит применение систем с технологией откачивания, например, насосов, для утилизации отходов.

Имеет следующие преимущества:

1. Очищенные материал выходит с минимальным количеством нефти, так что он может быть использован в дальнейшем (например, при укладке асфальта или бетона).
2. В очищенной воде также остаётся минимальный остаток нефти, что облегчает её дальнейшую очистку (всего 1,5-2%).
3. У такой очистительной установки наибольшая эффективность, в год на ней можно обрабатывать до 15 тысяч тонн отходов.

В результате очистки выходят отвечающие экологическим нормам элементы и углеводороды, которые возможно применять в дальнейшем создании нефтепродуктов.

Использование в качестве сырья

•  Компонент в строительстве дорог. Шламы в таком случае являются добавочным материалом асфальтобетонной смеси, увеличивая её прочность. Также снижается способность асфальта к впитыванию воды и уменьшается цена.
•  Компонент в производстве стройматериалов. В таком случае нефтешламы используются довольно широко, также используются как материалы для теплоизоляции, в производстве плитки для фасадов и в бетонных смесях.
•  Компонент бурового раствора, на замену чистой нефти, таким способом увеличивается прочность пород глины.

До сих пор продолжаются эксперименты по внедрению нефтяных шламов в качестве сырья для других промышленностей.

Оборудование для утилизации нефтешламов

При начале процесса утилизации сперва собираются все отходы. В этом помогает использование множества механизмов для очистки водоёмов, земель и других территорий. Зачастую это обычные аварийные приспособления, но для очищения дна рек нужно специальное оборудование.

Илосос используется для транспорта шлама к местуфинальной обработки. Она способна откачать и вывести мусор за пределы воды. После нефтешламы уничтожают в различных печах и топках. (Барабанных, многоподовых, камерных и других).

Перед сжиганием необходимо избавить шламы от воды. Для этого существует фильтрация, сепарация или метод центрифуги.

Для удаления воды существует множество центрифуг, но принцип их действия всегда один: плотные элементы прижимаются к стенкам центрифуги, а лёгкие, напротив, от них отдаляются.

Центрифуга, расположенная вертикально, которая содержит в себе различные элементы (диски и пластинки), называется сепаратором. Его строение намного сложнее строения других механизмов. Воздушный поток там играет важную роль. Он создаёт вихрь и помогает осадить твердые частицы дальше от оси, а жидкие ближе.

Опасность неутилизированых отходов

Неутилизирванные типы отходов относят к веществам третьего класса опасности со средней степенью воздействия на почву и окружающую среду.

Больше всего отходов возникает при добыче природных ресурсов, наиболее ярко эта проблема выражена в отраслях горнодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Там на 1 часть добытых ресурсов приходится до 10 частей отходов. Если неэффективно от них избавляться то возникают следующие проблемы:

1. Изменение и ухудшение ландшафта территории на месте добычи ресурсов.
2. Порча экосистемы и загрязнение воздуха.
3. Потеря плодородности земель.
4. Изменение в подземных и надземных вод и гибель их обитателей.

Объём отходов нефтепродуктов в целом составляет до нескольких десятков и сотен кубических метров. Нефтяные шламы и отходы собираются в специально отведённых для этого местах ещё с начала 50-х годов прошлого века. И со временем эти места из хранилищ токсичных материалов превратились в средства их распространения.

Поэтому сейчас перед специалистами нефтяной промышленности стоит важная задача, состоящая в поиске подходящего метода утилизации нефтепродуктов в накопителях и резервуарах, находящихся под ведомством нефтегазовых предприятий.

Грамотная переработка — основа безопасности окружающей среды. Соблюдать её — это не просто прихоть работников нефтяных отраслей, но и норма, зафиксированная в межотраслевых актах и законах.

Источник.