Мир без нефтяных загрязнений

Мир без нефтяных загрязнений

Для окружающей среды на сегодняшний день все большую важность с экологической и экономической точки зрения приобретают процессы рециркуляции природных богатств. Состав и физические свойства отработанных и загрязненных нефтей, которые обычно называют просто — нефтешламы, могут варьироваться в зависимости от источника. Важным объединяющим фактором является то, что все нефтешламы содержат как воду, так и твёрдые примеси крупного и мелкого диаметра. Зачастую они образуют стойкую не расслаивающуюся эмульсию. Это затрудняет процесс разделения, и большинство стандартных методов, которыми регенерируются нефтешламы, не справляется полностью с поставленной задачей.

При добыче, транспортировке и переработке нефти происходит образование и накопление нефтешламов. Все нефтешламы могут быть разделены на три основные группы: грунтовые, придонные и резервуарного типа. Грунтовые шламы образуются в результате проливов нефтепродуктов на почву в процессе производственных операций, либо при аварийных ситуациях. Придонные образуются за счет оседания нефтеразливов на дно водоемов, а нефтешламы резервуарного типа — при хранении и перевозке нефтепродуктов в емкостях различной конструкции.

В упрощенном виде нефтешламы представляют собой многокомпонентные устойчивые агрегативные физико-химические системы, состоящие из нефтепродуктов, воды и минеральных добавок (песок, глина, окислы металлов и т. д.). Главной причиной образования нефтешламов является физико-химическое взаимодействие нефтепродуктов с влагой, кислородом воздуха и механическими примесями. В результате таких процессов происходит частичное окисление исходных нефтепродуктов с образованием смолоподобных соединений. Попадание в нефтепродукт влаги и механических загрязнений приводит к образованию водно-масляных эмульсий и минеральных дисперсий. Поскольку любой шлам образуется в результате взаимодействия с конкретной по своим условиям окружающей средой и в течение определенного промежутка времени, одинаковых по составу и физико-химическим характеристикам шламов в природе не бывает. Соотношение нефтепродуктов, воды и механических примесей (частицы песка, глины, ржавчины и т. д.) колеблется в очень широких пределах: углеводороды составляют 5−90%, вода 1−52%, твердые примеси 0,8−65%. Состава нефтешламов, диапазон изменения их физико-химических характеристик тоже очень широк. Плотность нефтешламов колеблется в пределах 830−1700 кг/м3, температура застывания от -3°С до +40−50°С.

При попадании воды в нефтепродукты происходит образование устойчивых эмульсий типа «вода-масло», стабилизация которых осуществляется наличием природных стабилизаторов из разряда асфальтенов, смол и парафинов.

Устойчивость эмульсий типа «вода-масло» объясняется наличием на поверхности капелек эмульсии структурно-механического барьера, представляющего собой двойной электрический слой на межфазной поверхности. Концентрация таких веществ возрастает в объеме нефтепродуктов по мере увеличения их молекулярного веса (переход к тяжелым фракциям нефти). Помимо образования эмульсий в среде нефтепродуктов в процессе перевозки и хранения происходит образование полидисперсных систем при взаимодействии жидких углеводородов и твердых частиц механических примесей.

При длительном хранении нефтешламы со временем разделяются на несколько слоев, с характерными для каждого из них свойствами. Верхний слой представляет собой обводненный нефтепродукт с содержанием до 5% тонкодисперсных мехпримесей и относится к классу эмульсий «вода в масле». В состав этого слоя входят 70−80% масел, 6−25% асфальтенов, 7−20% смол, 1−4% парафинов. Содержание воды не превышает 5−8%. Часто органическая часть свежее образованного верхнего слоя нефтешлама по составу и свойствам близка к исходному нефтепродукту. Средний, сравнительно небольшой по объему слой представляет собой эмульсию типа «масло в воде». Этот слой содержит 70−80% воды и 1,5−15% механических примесей. Следующий слой целиком состоит из отстоявшейся минерализованной воды с плотностью 1,01−1,19 г/см3. Наконец, придонный слой (донный ил) обычно представляет из себя твердую фазу, включающую до 45% органики, 52−88% твердых механических примесей, включая окислы железа. Поскольку донный ил представляет собой гидратированную массу, то содержание воды в нем может доходить до 25%.

В процессе переработки шламов могут быть применены различные технологические приемы в зависимости от физико-механических характеристик нефтешлама. Собранные нефтешламы жидко-вязкой консистенции подвергаются разделению на нефтепродукт, воду и твердые механические примеси. Эта фаза переработки имеет своей целью извлечение из шламов нефтепродуктов с исходными свойствами и их использование по прямому назначению. Существуют два основных способа фазового разделения жидковязких нефтешламов — механический и химический. Для более глубокой очистки нефтепродуктов иногда прибегают к комплексной технологии. Для осуществления операции межфазного разделения жидковязких нефтешламов в настоящее время разработано большое количество технологических аппаратов, включая сепараторы, центрифуги, гидроциклоны различных конструкций.

Все известные технологии переработки нефтешламов можно разделить на группы:

В настоящее время, по статистике, от 3 до 7% добытых и перевезенных нефтепродуктов впоследствии безвозвратно теряется в загрязнениях и отходах.

Основными источниками загрязнений являются добывающие и перерабатывающие предприятия, элементы системы перекачки и транспортировки нефти и нефтепродуктов, нефтяные терминалы и нефтебазы, хранилища нефтепродуктов ТЭЦ, котельных промышленных и сельскохозяйственных предприятий. К ним можно также отнести котельные топливно-энергетических комплексов и систем коммунального хозяйства городов и населенных пунктов, железнодорожный транспорт (цистерны), речные и морские нефтеналивные танкеры, автозаправочные комплексы и станции компаний и автопредприятий. Объемы отходов нефтепродуктов, скопившиеся на отдельных объектах, составляют десятки и сотни тысяч кубометров.

Рекультивация загрязненных нефтью и нефтепродуктами земель, очистка грунта от нефтепродуктов, а также песка и нефтешлама проводится с использованием целого комплекса мер, который при грамотном формировании целостной технологической цепочки дает превосходные результаты при высокой производительности и относительной дешевизне процесса.

Учитывая то, что одинаковых по составу и физико-химическим характеристикам шламов в природе не бывает имеющиеся технологии переработки нефтешламов с целью максимального извлечения нефтей, невозможно применить из-за сложностей, возникающих на различных этапах.

Из-за этого необходимо видоизменить технологический регламент процесса, внести поправки или полностью поменять подходы и приёмы. Разработанные установки обрабатывают строго определенные грунты с определенной степенью загрязнения. Известен способ и установка шведской фирмы «Альфа-Лаваль» для очистки нефтешлама из земляных котлованов и резервуаров. Однако этим способом очищается нефтешлам, состоящий из 55% нефти, 40% воды и 5% осадков. Грунт пропитанный нефтью на этой установке очистить невозможно. Все провалы связанные с применением этой установки связаны именно с тем обстоятельством, что у установки очень узкий диапазон очистки разновидностей нефтешламов и при приобретении покупатель не изучил глубоко свойства грунтов пропитанных нефтью и назначение установки, а продавец своевременно не потребовал у покупателя представить анализ исходных материалов.

В связи с тем, что в Республике Узбекистан нефть добывается в районе пустынь, амбары, разливы нефти интенсивно засыпаются песком, смешиваясь с почвой. При наличии высоковязких нефтей наблюдается битумизация образующихся нефтешламов.

Ниже мы рассмотрим одну из наиболее экономически выгодных на сегодняшний день технологических цепочек, на основе которой создано уже несколько импортных и как минимум одна российская установка переработки твердых нефтешламов.

В результате исследований и экспериментальных проработок нами была разработана безотходная технология очистки хранилищ нефти и нефтепродуктов, загрязненных грунтов от углеводородных (нефтяных) соединений и отходов с использованием новых научно-технических разработок. Новая технология переработки нефтешламов, загрязненных почв предусматривает отмывание их горячей водой и паром с добавлением растворов ПАВ или флоугулянтов с последующим обезвоживанием на гидроциклонах. Причем фугат полностью подается на отстой в вертикальные технологические резервуары для расслоения нефти и воды. Вода в свою очередь возвращается в процесс для участия в технологической чистке.

Исследования были направлены на подбор технологии подготовки грунта, измельчение и сортировку. Были исследованы различные виды грунтов загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Остановились на способе разрушения наиболее твердых и крупных конгломератов грунта с помощью гидромониторов с последующей транспортировкой образующейся пульпы гидроэлеватором, причем вода направляемая в гидромониторы подогревается до 80 °. Этот способ для подобных установок применяется впервые. Грунты по своей природе не требующие измельчения или предварительно измельченные могут транспортироваться шнековыми транспортерами. Исследования показали, что большинство песчаных шламов, даже весьма вязких, успешно перемещается наклонным до 45? шнековым транспортером закрытого типа. Для улучшения условий работы шнека сверху навстречу грунту подается вода.

Отдельно рассматривался процесс измельчения и сортировки различных грунтов на виброгрохоте. Для этой цели был выбран серийный трехсетчатый виброгрохот, применяемый в производстве строительных материалов. Грунты различного вида и различных степеней загрязнения с использованием воды измельчались и сортировались на виброгрохоте. При этом определялся угол наклона установки виброгрохота, степень сортировки для различных материалов.

Особое место в исследованиях занимала отмывка грунта в емкости с помощью горячей воды и пара, а также раствора ПАВ. Отмывка происходила под постоянным воздействием высокоэнергетических струй горячей воды и пара в водном растворе грунта. При этом определялось количество выхода нефти, оптимальное время процесса, корректировалось соотношение грунта к воде, степень очистки, качество нефти. Также подбиралась наиболее оптимальная марка раствора ПАВ.

В результате на основе полученных данных в соответствии с аналогами разработана новая технология очистки грунтов. Она предусматривает наличие шламового модуля производительностью очистки от 10 до 20 куб. м/час. Установка может быть выполнена в мобильном и стационарном вариантах.

Безотходная технология по замкнутому циклу позволяет отделять отмытый нефтепродукт от мехпримесей и использовать его по прямому назначению.

Технические возможности установки позволяют отделять от нефтепродукта воду, механические примеси и нефтешлам. После прохождения системы очистки и фильтрации нефтепродукт из невыбираемого остатка возвращается заказчику практически без потерь с сохранением его качества и возможности дальнейшего использования по назначению. Замкнутый характер технологического процесса позволяет избежать дополнительных затрат по утилизации загрязненной мазутом воды и нефтешламов.

Последовательность переработки грунта заключается в следующем:

Вначале производится предварительная подготовка загрязненной почвы (грунта, песка). Подготовка загрязненного материала заключается в загрузке и сортировке крупных включений, например, камней и их удаления. Вместе с тем на этом этапе происходит инерционное измельчение слежавшегося грунта. Это важный этап, в связи с тем, что грунт представляет собой слежавшиеся куски, на основе вязкого нефтебитума. Для этого устанавливается виброгрохот. Подача материала на сита виброгрохота осуществляется шнековым транспортером из приемного бункера — накопителя, куда грунт отгружается грузовым транспортом.

В случае трудноразрушаемой породы, которая прибывает крупными конгломератами загрязненный материал разрушают струями горячей воды и перемешивают в приемном бункере — накопителе. Для этого используется гидромонитор, способный эффективно разрушить породу и перемешивать ее с водой. При этом происходит разжижение и размельчение конгломератов загрязненного материала, размельчение мелких остатков древесины, растительности и подготовка пульпы. Затем при помощи гидроэлеватора пульпа по трубопроводу подается на тот же виброгрохот, шнек при этом бездействует. Эта технология подготовки грунта делает установку универсальной, пригодной к различным видам грунтов загрязненных нефтью.

Гидроэлеватор рассчитан на необходимую производительность и представляет собой узел индивидуальной разработки. В этом заключается отличие установки от всех имеющихся аналогов. Оба вида транспортирования грунта отработаны, их работа доведена до безотказной в процессе наработки со всем набором грунтов, и нефтешламов, которые могут встретиться на территории предприятий региона. Это узкое место в комплексе конструктивно и технологически успешно решено и работа по подготовке грунта не представляет затруднений при любых обстоятельствах.

Далее грунт подается на сита виброгрохота. Виброгрохот т применен трехситчатый, грунт с нижнего сита, измельченный, отсортированный до фракции 5 мм направляется в приемный бункер моечной емкости. Моечная емкость устроена так, что измельченный грунт с водой разбавленный до соотношения 1:5 моется в высокоэнергетических струях горячей воды с добавлением раствора ПАВ. При этом всплывшую нефть откачивают в товарный резервуар. Затем при помощи шламового насоса смесь подают на вход гидроциклонов, где происходит отделение жидкости от песка. Жидкость направляется в технологический резервуар, где происходит разделение нефти от воды. А песок направляется во вторую емкость для дополнительной отмывки от остатков нефти до стандартных величин. Затем при помощи шламового насоса смесь подают на вход гидроциклонов, где происходит отделение жидкости от песка. Песок грузится транспортером в транспортное средство. Жидкость также поступает в технологический резервуар. Нефть после отделения от воды стекает в товарный резервуар, вода возвращается для участия в технологическом процессе. Здесь тоже применены новые решения, что качественно отличают новую установку от аналогов.

Весь комплекс сконструирован блоками с целью быстрого развертывания, с минимальным изменением почвенного ландшафта и действия на окружающую среду. Блоки выполнены высокой транспортабельности с обычными (не специальными) транспортными средствами в условиях пустынного бездорожья.

Кроме набора основных технологических блоков, комплекс включает в себя блок котельной по производству пара и горячей вода и газовые баллоны с топливом, жилой блок — бокс.

Комплекс сертифицирован на предмет безопасного (взрывопожаробезопасного) ведения работ в условиях производственных объектов добычи нефти и газа.

Цель и направление работы комплекса — максимальное извлечение нефти, углеводородов без потери их качества из перерабатываемых нефтяных шламов, очистка почвы, загрязненной нефтью до стандартных параметров при экономически выгодных условиях.

Комплекс подвозится транспортными средствами, способными эксплуатироваться в условиях пустыни. Затем проводятся необходимые земляные работы, готовится площадка, Минимальное расстояние от скважин — 60 метров. Комплекс выстраивается в технологическую линию согласно монтажных чертежей. Производится разводка трубопроводов и электрических кабелей. Производится подключение коммуникаций к точкам подключения Заказчика. Получив опыт работы в процессе переработки нефтешламов установку нетрудно перенастроить на очистку природных песков пропитанных нефтью. Подход к изучению процесса аналогичный.

Располагая таким комплексом предприятие, способно поддерживать свои территории в экологически чистом состоянии и получить при этом дополнительную нефть в процессе очистки грунтов.