Проблема утилизации нефтяных шламов

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Российский Государственный Университет нефти и газа

им. И. М. Губкина

Кафедра Промышленной экологии

Реферат

по дисциплине Химия окружающей среды

на тему:

«Проблема утилизации нефтяных шламов»

Выполнили: Суржикова Г.И.                                                        Проверил: проф. Газаров Р.А.

  Хмелев А.И.   

  Беседнова А. В.                                

Группа: ХТ-08-5

Москва 2010

23

Содержание:

1.      Введение……………………………………………………………….3

2.      Химический состав и строение нефтяных шламов…………………4

3.      Виды нефтяных шламов…………………………………………….. 6

4.      Методы утилизации………………..……………………………… . .7

4.1.Физические методы

4.2.Термические методы

4.3.Физико-химические методы

4.4.Химические методы

4.5.Биологические методы

5.      Стандарты в области нефтешламов…………………..…………….17

6.      Выводы. Перспективы.………………………………………………22

7. Список использованной литературы………………………………  23

1.     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. Существенные загрязнения окружающей среды происходят от разливов нефти, сброса сточных вод, сжигания или захоронения нефтяных отходов. Нефтешламы нефтеперерабатывающих и нефтедобывающих предприятий, образующихся в процессе добычи, переработки нефти и очистки сточных вод, представляют собой смесь осадков и эмульсий, задержанных на очистных сооружениях, которые собираются и накапливаются в прудах - шламонакопителях и при хранении разделяются на три слоя: верхний - трудноразделимая эмульсия, средний - загрязненная вода, донный - собственно осадок с большим содержанием механических примесей.

Разлив нефти и накопление шламов приводят к нарушению почвенно - растительного покрова, размыву почвы (эрозия), опустыниванию (образование песчаных дюн) и, как следствие, к уменьшению земельного фонда и упрощению, а также снижению численности экосистем. Нефтешлам является крупнотоннажным отходом производства, и разработка экологически чистой технологии ликвидации нефтешламов является очень актуальной проблемой.

2.     Химический состав и строение нефтяных шламов

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. Нефтяные шламы (нефтешламы) представляют собой сложную многофазную гетерогенную среду из смеси окисленных углеводородов (смол, асфальтенов, парафина), песка, растительного слоя земли, воды, солей, оксидов металлов, различных химических реагентов, использованных в процессах добычи, сбора и подготовки товарной нефти. Состав шламов может существенно различаться, т.к. зависит от типа и глубины перерабатываемого сырья, схем переработки, оборудования, типа коагулянта. В основном, шламы представляют собой тяжелые нефтяные остатки, содержащие в среднем (по массе) 10 – 56% нефтепродуктов, 30 – 85% воды, 1,3 – 46% твердых примесей. Главной причиной образования резервуарных нефтешламов является физико-химическое взаимодействие нефтепродуктов в объеме конкретного нефтеприемного устройства с влагой, кислородом воздуха и механическими примесями, а также с материалом стенок резервуара. В результате таких процессов происходит частичное окисление исходных нефтепродуктов с образованием смолоподобных соединений и ржавление стенок резервуара.

Многокомпонентный состав продукции нефтешламовых амбаров, наличие в них различных химических соединений создают многие проблемы в разработке технологии обработки, извлечения из них товарной нефти, очистки от нефтепродуктов твердого остатка. Высокая вязкость, повышенное содержание механических примесей и, самое главное, высокая агрегативная устойчивость амбарных эмульсий обусловлены, главным образом, повышенным содержанием асфальтенов, смол, парафинов и других компонентов.

Таблица 2.1 Физико-химические свойства и состав плавающих нефтешламов

Рис. 2.1.Резервуар с нефтешламом.

По результатам многих исследований в нефтешламах резервуарного типа 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%. Как следствие, столь значительного изменения состава нефтешламов диапазон изменения их физико-химических характеристик тоже очень широк. Плотность нефтешламов колеблется в пределах 830-1700 кг/м3, температура застывания от -3 ºС до +80 ºС. Температура вспышки лежит в диапазоне от 35 до 120ºС. При попадании воды в объем нефтепродуктов происходит образование устойчивых эмульсий типа вода-масло, стабилизация которых обусловливается содержащимися в нефтепродуктах природными стабилизаторами из разряда асфальтенов, смол и парафинов.

Верхний слой нефтешлама представляет собой обводненный нефтепродукт с содержанием до 5% тонкодисперсных механических примесей 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%. Довольно часто органическая часть свежеобразованного верхнего слоя нефтешлама по составу и свойствам близка к хранящемуся в резервуарах исходному нефтепродукту. Такая ситуация обычно имеет место в расходных резервуарах автозаправочных станций.

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.

Рис. 2.2.Распределение нефтешламов на фазы ри длительном хранении в накопителях.

Наконец, придонный слой (донный ил) обычно представляет собой 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%.

Тем не менее к настоящему моменту в Российской Федерации нет ни одной методики хими­ческого анализа нефтешламов, которая была бы должным образом разработана, апробирована на раз­личных типах нефтешламов и метрологически атте­стована в установленном порядке [3].

23

3.Виды нефтяных шламов

В результате производственной деятельности при добыче, транспортировке и переработке нефти-сырца образуются нефтешламы, которые постоянно накапливаются. При всем многообразии характеристик различных нефтяных отходов в самом общем виде все нефтешламы могут быть разделены на три основные группы в соответствии с условиями их образования - грунтовые, придонные и резервуарного типа. Первые образуются в результате проливов нефтепродуктов на почву в процессе производственных операций, либо при аварийных ситуациях. Придонные шламы образуются при оседании нефтяных разливов на дне водоемов, а нефтешламы резервуарного типа - при хранении и перевозке нефтепродуктов в емкостях разной конструкции.

В зависимости от состава химико-физических соединений и способа возникновения нефтяные шламы можно разделить на несколько групп:

1.        Образующиеся на дне водоемов после разлива нефти.

2.        Возникающие после очистки нефти при ее добыче.

3.        Осевшие в различных емкостях и резервуарах при хранении и транспортировке нефти.

4.        Пролившиеся в грунт при технологических процессах и авариях.

23

4.Методы утилизации

4.1.Физические методы

Физический метод утилизации характеризуется низкой эффективностью и образованием неутилизируемых остатков. Данный метод можно разделить на следующие разновидности:

1)      гравитационное отстаивание;

2)      разделение в центробежном поле;

3)      разделение фильтрованием;

4)      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" 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 [2].

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 4.

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 1.

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

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 1.

Рисунок 4.1.1 - 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 2.

4.2.Термические методы

Как в зарубежной, так и отечественной практике наибольшее распространение находит метод термического обезвреживания нефтешлама. Этот метод позволяет обезвреживать следующие виды нефтесодержащих отходов:

1.       Образующиеся в результате очистки сточных вод нефтесодержащие осадки и жидкие нефтяные отходы из очистных сооружений;

2.       Нефтешламы, образующиеся при зачистке резервуаров и технологического оборудования; замазученные грунты;

3.       Нефтешламы, представляющие собой сложные многокомпонентные дисперсные системы, образующиеся в результате поршневания продуктопроводов или формирующиеся с течением времени в амбарах;

4.       Продукты от продувки пылеуловителей, масляных сепараторов и разделителей, отличающиеся достаточно однородным составом и высоким содержанием углеводородов, а также отработанные компрессорные и индустриальные масла 2.

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.