Технологии утилизации амбарных нефтешламов

1.1 Анализ методов переработки отходов применяемых на нефтедобывающих предприятиях

 

     Выбор метода переработки и обезвреживания нефтяных шламов, в основном, зависит  от количества содержащихся в шламе  нефтепродуктов. В качестве основных методов обезвреживания и утилизации нефтеотходов практически используются:

     - химические методы обезвреживания (затвердение путем диспергирования с гидрофобными реагентами на основе негашеной извести или других материалов);

     - методы биологической переработки (биоразложение путем внесения нефтесодержащих отходов в пахотный слой земли; биоразложение с применением специальных штаммов бактерий, биогенных добавок и подачи воздуха);

     - термические методы переработки (сжигание в открытых амбарах; сжигание в печах различного типа и конструкций; обезвоживание или сушка нефтяных шламов с возвратом нефтепродуктов в производство, а сточных вод в оборотную циркуляцию и последующим захоронением твердых остатков; пиролиз; газификация);

     - физические методы переработки (гравитационное отстаивание; разделение в центробежном поле; фильтрование; экстракция);

     - физико-химические методы переработки (разделение нефтяного шлама с применением специально подобранных ПАВ, деэмульгаторов, смачивателей, растворители и др. на составляющие фазы с последующим использованием);

     - использование нефтешлама как сырье (компоненты других отраслей народного хозяйства).

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

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

 

1.1.1 Химические методы

     Одним из перспективных методов утилизации нефтесодержащих отходов является химический метод, предполагающий капсулирование и нейтрализацию реагентом на основе оксидов щелочно-земельных металлов (Эконафт, Ризол, Бизол и т.д.). Сущность метода химического капсулирования заключается в химико-механическом преобразовании нефтесодержащих отходов в порошкообразный нейтральный для внешней среды материал, каждая частица которого покрыта гидрофобной, водонепроницаемой оболочкой. Содержащиеся в капсуле углеводороды не могут загрязнять окружающую среду благодаря высокой прочности и герметичности капсулы. Заполненные жидкими углеводородами микропоры оболочки капсулы способствуют гидрофобизации ее поверхности и многократно снижают смачиваемость частиц, воздействие на них водной среды, в том числе грунтовых вод, кислотных дождей, повышают стойкость к циклическому промерзанию. Возможность перехода содержимого капсулы в водный раствор снижается на несколько порядков. Со временем (в течение 1-3 месяцев) вследствие продолжающейся карбонизации поверхности капсулы прочность оболочки существенно возрастает. Капсулированный материал выдерживает объемное давление до 5,0 МПа без заметного разрушения, многократное циклическое замораживание, воздействие слабокислой среды. Способ основан на свойствах оксида минеральных сорбентов (CaO, MgO и др.) при гашении увеличивать удельную поверхность в 15-30 раз и превращаться в объемное вяжущее вещество с высокой способностью абсорбировать углеводороды нефти. Реакция гашения сопровождается выделением большого количества тепла: 

     CaO + H₂O = Ca (OH) ₂ + 1164 кДж/кг СаО 

     Существуют  следующие способы применения данной технологии:

     в специализированной установке; целесообразен для утилизации больших объемов нефтесодержащих отходов на объектах добычи нефти с системами электроснабжения;

     использование перемешивающих устройств; актуален для небольших объемов нефтесодержащих отходов, утилизация которых экономически целесообразна на месте образования;

     в земляных амбарах; наиболее удобен для утилизации пастообразных закоксовавшихся нефтепродуктов на месте "старых" порывов промысловых нефтепроводов.

     В целом технология реагентной нейтрализации нефтесодержащих отходов может использоваться для решения следующих задач:

     нейтрализации отходов производства, загрязненных жидкими углеводородами, в технологическом  процессе и по окончании работ, в  том числе при строительстве  скважин, добыче, транспорте, хранении и распределении углеводородных материалов;

     санации почв и грунтов производственных площадок с разливами углеводородных материалов (масел, топлива и т.п.) при любых видах производства, в том числе на автотранспортных предприятиях, на трансформаторных подстанциях, на нефтебазах, железной дороге;

     ликвидации  последствий аварийных разливов жидких углеводородов путем переработки  загрязненных почв, грунтов, илов;

     предотвращения  загрязнения окружающей среды и  ликвидации накопленного загрязняющего  материала (нефтешламов) при переработке  углеводородного сырья;

     ликвидации  промышленных накоплений загрязненных отходов производства.

     Преимуществом такого метода является высокая эффективность  процесса переработки нефтесодержащих  отходов в порошкообразный гидрофобный  материал, который может быть использован  в дорожном строительстве. Однако, данный метод требует применения специального оборудования, значительного количества негашеной извести высокого качества, проведения дополнительных исследований воздействия на окружающую среду образующихся гидрофобных продуктов.

     Продукт, образующийся в результате обезвреживания нефтешламов химическим методом, пригоден для использования в строительстве, при прокладке дорог, отсыпке  земляных насыпей и может быть реализован сторонним потребителям. По некоторым данным с экономической  точки зрения химическое обезвреживание нефтеотходов имеет более низкую стоимость обезвреживания отходов, чем термическое. По условиям эксплуатации технология химического обезвреживания нефтешламов также имеет ряд преимуществ по сравнению с термическим методом, вплоть до возможности организации передвижных участков, не требующих строительства специальных зданий.

1.1.2 Биологические методы

     Биологический метод обезвреживания является наиболее экологически чистым, но область его  применения ограничивается конкретными  условиями применения: диапазоном активности биопрепаратов, температурой, кислотностью, толщиной нефтезагрязнения, аэробными условиями. Перспективно использование биотехнологии для обезвреживания нефтешламов, образующихся при очистке емкостей и резервуаров от нефтепродуктов, нефтезагрязненной земли и поверхности воды. В последние годы как за рубежом, так и в РФ разработана серия биопрепаратов для обезвреживания нефтезагрязнителей различного состава.

     Биологический метод основан на способности  микроорганизмов превращать нефть в простые соединения, накапливать органическое вещество и включать его в круговорот углерода. Преимуществами биоочистки являются экологическая безопасность, возможность деградации загрязняющих веществ до безвредных промежуточных продуктов при полностью сохраняющейся структуре почвы и без дополнительного загрязнения окружающей среды.

     Биоразложение осуществляется в основном аэробной микрофлорой, использующей для своего развития энергию окисления составных компонентов нефти. Решающее значение в процессе имеют микроорганизмы, осуществляющие внутриклеточное окисление углеводородов. Следовательно, для ускорения биодеградации нефти необходимо создать оптимальные условия углеводородокисляющей микрофлоре, как аборигенной, так и в специально вносимой культуре. Биопрепараты целесообразно применять после завершения физико-химического этапа деградации нефти, обусловленного действием природных факторов. Использование данной технологии ограничивается длительностью процесса и зависимостью от природно-климатических факторо.

     С целью эффективной переработки  и утилизации нефтешламов разработан метод биологического расслоения с  утилизацией остатков. В этом методе нефтешлам, осевший на дно резервуара, откачивается не на шламонакопитель, а насосом подается в анаэробный реактор, оборудованный системой подогрева и специальной насадкой для закрепления анаэробной ассоциации микроорганизмов. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов одновременно с закачкой нефтешлама в анаэробный реактор насосом из емкости подается питательная смесь. После закачки нефтешлама и питательной среды в анаэробном реакторе происходит процесс микробиологического расслоения. При этом вырабатываются продукты жизнедеятельности микроорганизмов - газ, поверхностно - активные вещества, которые способствуют отделению продукта от механических примесей. Нефтепродукты собираются в верхней части реактора, а вода опускается вниз. По мере накопления нефтепродукт из верхней части биореактора самотеком сливается в резервуар, а вода сбрасывается в канализацию. Процесс биологического расслоения в реакторе происходит в течение 10-15 дней. Затем закачивается новая порция нефтешлама.

     После сброса воды и слива нефтепродукта  обработанный в анаэробном реакторе остаточный нефтешлам с содержанием нефтепродукта в шламе до 2-8% откачивается в биологический стабилизатор для обработки его в аэробных условиях. В стабилизаторе постоянно поддерживается культура аэробных бактерий, которые утилизируют оставшийся нефтепродукт, образуя при этом липиды и другие продукты жизнедеятельности. После завершения процесса стабилизации нефтешлам с содержанием нефтепродукта не более 0,5% насосом подается на площадки для сушки или в жидком виде вывозится автотранспортом на площадки для подсушивания. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов в стабилизатор подается воздух и питательные добавки азота и фосфора (при необходимости).

     Проектная мощность установки биологической  утилизации нефтешлама - до 3500 м³/год. Время работы установки - круглосуточно. На установку принимаются отходы в виде нефтешлама, представляющего собой темную вязкую жидкость с запахом нефтепродуктов, который относится к 3 классу опасности. Предложенный метод биологической утилизации нефтешламов позволяет утилизировать нефтеотходы в две стадии переработки без значительных затрат. В результате эффективной переработки нефтеотходы переводятся с 3 класса опасности в 4 без нанесения ущерба окружающей среде. Отходы такого качества можно использовать в дорожном и промышленном строительстве, а выделенные в результате процессов нефтепродукты дополнительно отправляют на нефтепереработку.

     В России биологическая обработка  нефтесодержащих отходов, в основном, используется для ликвидации локальных  загрязнений земляных участков нефтепродуктами  и широкого промышленного использования  не получила. Основными причинами, сдерживающими  использование биологического способа  обезвреживания нефтесодержащих отходов, являются:

     высокая стоимость реагентов;

     отвод значительных земельных участков для  обустройства полигонов для обезвреживания нефтесодержащих отходов;

     ограниченность  применения метода теплым временем года;

     трудность использования или размещения обработанных отходов из-за наличия высокой  концентрации тяжелых металлов;

     опасность загрязнения почвы вредными неорганическими  соединениями.

1.1.3 Термические методы

     Как в зарубежной, так и отечественной  практике наибольшее распространение  находит метод термического обезвреживания нефтешлама.

     Этот  метод позволяет обезвреживать  следующие виды нефтесодержащих  отходов:

     образующиеся  в результате очистки сточных  вод нефтесодержащие осадки и  жидкие нефтеотходы из очистных сооружений;

     нефтешламы, образующиеся при зачистке резервуаров и технологического оборудования; замазученные грунты;

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