Pages Navigation Menu

ISSN 2227-6017 (ONLINE), ISSN 2303-9868 (PRINT), DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017
ПИ № ФС 77 - 51217

DOI: https://doi.org/10.18454/IRJ.2015.42.161

Скачать PDF ( ) Страницы: 103-107 Выпуск: №11 (42) Часть 2 () Искать в Google Scholar
Цитировать

Цитировать

Электронная ссылка | Печатная ссылка

Скопируйте отформатированную библиографическую ссылку через буфер обмена или перейдите по одной из ссылок для импорта в Менеджер библиографий.
Тимошин А. Ф. СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕШЛАМОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ / А. Ф. Тимошин, А. П. Николаев, А. Г. Бердников // Международный научно-исследовательский журнал. — 2015. — №11 (42) Часть 2. — С. 103—107. — URL: http://research-journal.org/technical/sposob-utilizacii-nefteshlamov-na-osnove-analiza-promyshlennoj-bezopasnosti-texnologicheskix-processov/ (дата обращения: 31.03.2017. ). doi: 10.18454/IRJ.2015.42.161
Тимошин А. Ф. СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕШЛАМОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ / А. Ф. Тимошин, А. П. Николаев, А. Г. Бердников // Международный научно-исследовательский журнал. — 2015. — №11 (42) Часть 2. — С. 103—107. doi: 10.18454/IRJ.2015.42.161

Импортировать


СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕШЛАМОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

 Тимошин А.Ф.1, Николаев А.П.1, Бердников А.Г.2

Инженер-эксперт, ООО Научно-технический центр «Экспертиза», г. Пенза

Инженер-эксперт, ООО «Параметр», г. Пенза

СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕШЛАМОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Аннотация

Для обезвреживания отходов предлагается комплексное технологическое решение с разделением отходов на жидкую (нефтепродукты, вода) и твердую фазы с последующим обезвреживанием нефтезагрязненного остатка химическим методом и получением продукта утилизации – наполнителя в композиционные материалы.

Ключевые слова: нефтешламы, утилизация, экология, нефтесодержащие отходы, композиционные материалы, промышленная безопасность.

Timoshin A.F.1, Nikolaev A.P.1, Berdnikov A.G.2

1Engineer-expert, Ltd. Scientific-Technical Center «Expertise»

2Engineer-expert, Ltd. “Parameter”

METHOD OF OIL SLUDGE UTILIZATION BASED ON ANALYSIS OF INDUSTRIAL SAFETY OF TECHNOLOGICAL PROCESS

Abstract

For neutralization of waste the complex technological solution about separation of the waste into a liquid (oil, water) and the solid phase with followed neutralization of oil-contaminated residue by chemical method and receiving the product of utilization – filler in composite materials – is proposed.

Keywords: oil sludge, recycling, ecology, oily waste, composite materials, industrial safety.

Нефтешламы, образующиеся при добыче, транспортировке и переработки нефти в зависимости от условий их образования могут быть разделены на 3 основные группы: грунтовые, придонные и резервуарного типа. Нефтешламы грунтового типа образуются при разливах нефтепродуктов на почву, например, при авариях; придонного типа – при оседании нефтеразливов на дне водоемов; резервуарного типа – при перевозке и хранении нефтепродуктов в емкостях различного типа. Структура нефтешламов  представляет собой физико-химическую систему, включающую в себя нефтепродукты, воду и минеральные добавки (глина, песок, окислы металлов и т.д.). Одной из причин образования резервуарных нефтешламов является взаимодействие нефтепродуктов с влагой, кислородом, механическими примесями и материалом стенок резервуара. Результатом таких взаимодействий является частичное окисление исходных нефтепродуктов с образованием смолоподобных соединений и коррозия стенок резервуара. Попадание в резервуары с нефтепродуктами  влаги и механических загрязнений способствует образованию водно-масляных эмульсий и минеральных дисперсий. Все нефтешламы различаются по своим физико-химическим характеристикам, что обусловлено разным составом исходного сырья, условиями окружающей природной среды. В результате различных проводимых исследований  нефтешламы резервуарного типа имеют широкий диапазон соотношений нефтепродукт, вода, механические примеси: углеводороды составляют от 5 до 90%, вода от 1 до 70%, твердые примеси от 0,8 до 65% [1].

При разработке технологии утилизации нефтешламов и анализе промышленной безопасности технологических процессов авторы использовали данные Атыраузского нефтеперерабатывающего завода (АНПЗ), с которым у ООО НТЦ «Экспертиза» имеются хозяйственные отношения. Физико-химические характеристики отходов и источники их образования на АНПЗ  приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Физико-химические характеристики нефтешламов, источники их образования

 11-12-2015 17-26-41

11-12-2015 17-27-23

В наиболее упрощенном виде нефтешламы представляют собой многокомпонентные устойчивые агрегативные физико-химические системы, состоящие главным образом, из нефтепродуктов, воды и минеральных добавок (песок, глина, окислы металлов и т.д.). 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. Попутно попадание в объем нефтепродукта 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. По результатам некоторых исследований [1-4] 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 -3оС до +80оС. Температура вспышки лежит в диапазоне от 35 до 120оС.

При длительном хранении резервуарные 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 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. 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%.

В зависимости от состава и физико-химических свойств нефтешламов резервуарного типа применяются различные технологические схемы для их утилизации. Например, нефтешламы жидко-вязкой консистенции подвергают разделению на нефтепродукт, воду и твердые механические примеси с целью дальнейшего использования полученных нефтепродуктов по установленной схеме. Переработка нефтешламов с предварительным механическим разделением фаз экономически обоснована при высоком содержании в них органики, используемой в качестве одного из компонентов сырья для коксования или добавок в котельные топливо. Кроме того известны способы использования таких нефтешламов без предварительного разделения фаз в смесях с торфом, угольной пылью, опилками, иными горючими веществами и отходами в качестве брикетированного котельного топлива, строительных материалов и топливных элементов.

На одну тонну  перерабатываемой нефти приходится 7 кг нефтешламов, что приводит к большому скоплению последних в земляных амбарах нефтеперерабатывающих предприятий. Шламы представляют собой тяжелые нефтяные остатки, содержащие в среднем 10-56% нефтепродуктов, 30-85% воды, 1,3-46% твердых примесей. Нефтяные шламы можно использовать по нескольким направлениям: возврат в производство (при обезвоживании и сушки) с целью последующей переработки в целевые продукты; использование их в качестве топлива, однако это связано с большими материальными затратами. К нефтяным шламам можно добавлять негашеную известь (5-50%) и после сушки в естественных условиях использовать в качестве наполнителя при изготовлении строительных материалов. Одним из основных способов утилизации нефтяных шламов является сжигание в печах различной конструкции (камерных, кипящего слоя, барабанных и др.). Печи кипящего слоя широко используют для отходов, содержащих не более 20% твердых примесей. При сжигании шламов, содержащих до 70%  твердых примесей, распространение получили вращающиеся печи барабанного типа.

Традиционно собранные в процессе зачистки резервуаров 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.

Несмотря на большое разнообразие технологических приемов механического разделения фаз обратных эмульсий, широкое практическое их применение экономически необоснованно по следующим соображениям.

Технология разделения фаз жидковязких нефтешламов сложна и экономически не выгодна, поскольку затраты не регенерацию нефтепродуктов несопоставимы с планируемым эффектом использования жидких горючих (бензина, масла и т.д.).

Операции по переработке жидковязких нефтешламов с предварительным механическим разделением фаз целесообразны лишь при высоком содержании в шламах органики.

Химический способ разделения нефтеэмульсий с целью регенерации и повторного использования углеводородных продуктов по их прямому назначению (легкие фракции нефтепродуктов, масла и т.д.) основан на использовании специальных поверхностно-активных веществ (ПАВ), играющих роль деэмульгаторов.

Исходя из физико-механических особенностей коллоидных ПАВ, необходимо проводить целенаправленный выбор деэмульгатора нефтеэмульсий в каждом конкретном случае.

Одним из наиболее распространенных реагентов в практике утилизации нефтешламов служит окись кальция или негашеная известь, действие которой обусловлено ее способностью вступать в экзотермическую реакцию с водой. Во втором варианте утилизации жидко-вязких нефтешламов резервуарного типа они предварительно подвергаются частичному выпариванию на водяной бане.

Таким образом, все рассмотренные традиционные способы утилизации нефтешламов оказываются неэффективными, с точки зрения практической технологии, т.е. либо требуют специального оборудования, либо больших затрат энергии, либо специальных адсорбентов и коагулянтов, производство которых является сложным и энергоёмким производством.

В работе предлагается эффективный способ утилизации резервуарных нефтешламов, путем получения из них аппретированных наполнителей для композиционных материалов [5-6]. Для обезвреживания отходов подбирается комплексное технологическое решение, обеспечивающее ресурсооборот: при необходимости осуществляется предварительное разделение отходов на жидкую (нефтепродукты, вода) и твердую фазы с последующим обезвреживанием нефтезагрязненного остатка химическим методом и получением продукта утилизации – наполнителя в строительные материалы. При этом, утилизация нефтешлама и синтез композита, рассматриваются системно, как сложная техническая система, испытывающая на себе комплекс воздействий и имеющую целый ряд управляемых параметров [7, 8]. Такой подход требует учета теории и практики моделирования КМ, методов математического моделирования КМ, математического аппарата моделирования материалов, кинетических закономерностей формирования физико-механических и эксплуатационных свойств композитов [9-10]. Проведенный анализ теории и практики утилизации нефтешламов позволяет заключить, что математического моделирование является основным методом исследования и синтеза новых технологий обезвреживания отходов и создания экологически чистых композитов с заданными свойствами [7-10].

Для решения задачи создания эффективной технологии утилизации нефтешламов путем переработки их в компоненты экологически чистых композитов была использована система компьютерно-имитационного моделирования композитов, включающая в себя методологические принципы моделирования различных структур КМ, методики проведения численного и натурного эксперимента, методы моделирования макроструктуры композита с учётом моделирования микроструктуры, а также алгоритмы и комплексы программ, обеспечивающие получение эффективной технологии синтеза композитов с заданными свойствами и параметрами структуры [9-10].

Примерная технологическая схема утилизации показана на рисунке 1.

11-12-2015 17-27-44

Рис.1 – Технологическая схема утилизации нефтешлама

Нефтешлам подается в бункер, где попадает в сепаратор шнекового типа. Вода удаляется для последующей химической очистки любым их известных способов. Обезвоженный нефтешлам через диафрагму-клапан лепесткового типа подается на ленту конвейера. В последующем, он совмещается с вяжущим и формуется в изделие. Регулирование степени обезвоживания позволяет применить практически любое из известных вяжущих: гидравлического твердения, минерально-элементные, полимерные смолы и т.д. [7, 10- 12].

Большинство резервуарных нефтешламов подлежат прямой утилизации в процессах изготовления дорожных и строительных материалов в качестве сырья. Входящие в состав нефтешламов смолы, парафины и другие высокомолекулярные соединения обладают, как известно, поверхностно-активными и вяжущими свойствами [13]. Именно эту особенность нефтешламов можно эффектно использовать при их утилизации. Обладая высокой адсорбционной способностью, жидковязкие нефтешламы сравнительно легко распределяются по поверхности практически любой дисперсной минеральной фазы [13]. При этом благодаря физико-химическому взаимодействию нефтешлама с минеральной дисперсной средой, происходит хемосорбционное поглощение загрязнителей, в том числе окислов тяжелых металлов, минеральной матрицей и их обезвреживание, что было установлено экспериментами с привлечением методов ядерно-магнитного резонанса и акустической эмиссии. Процессы преобразования таких коллоидно-дисперсных систем в дорожно-строительные или композиционные материалы специального назначения могут регулироваться с помощью специально подобранных реагентов для получения экологически безопасных композиций с нужными технологическими характеристиками.

Выводы

Проведенный анализ теории и практики утилизации отходов нефтепереработки в России и за рубежом показывает, что нефтесодержащие отходы образуются на всех этапах добычи и переработки нефти, что обусловлено как несовершенством техники и технологии, так и человеческим фактором. Нефтешламы и замазученные грунты являются наиболее крупнотоннажными промышленными отходами, оказывающими существенное негативное воздействие на окружающую природную среду. Для снижения класса опасности нефтесодержащих отходов все более широкое применение в нашей стране и за рубежом находят биологические методы переработки, как одни из самых экологически эффективных. Однако далеко не всегда продукты переработки нефтесодержащих отходов находят квалифицированное использование.

В настоящее время осуществление утилизации нефтяных шламов сопряжено со многими трудностями из-за их сложного и разнообразного состава. В связи с возрастающими требованиями к охране окружающей среды проблема обезвреживания нефтезагрязненных материалов является весьма актуальной и требует как разработки новых, так и совершенствования существующих методов их утилизации.

Поэтому актуальным является усовершенствование способа переработки нефтесодержащих отходов в части совместной утилизации различных отходов переработки нефти, снижения класса опасности утилизируемых отходов и получения рекультивационных композиционных материалов с высокими потребительскими свойствами. Эта задача была решена на основе математического моделирования с применением системного, энер­гетического и информационно-алгоритмического причинно-следственного  подходов в предложенном способе обезвреживания отходов нефтепереработки и получении продукта утилизации – аппретированного наполнителя в композиционные материалы.

Литература

  1. В.С. Владимиров, Д.С. Корсун, И.А. Карпухин, С.Е. Мойзис. Переработка нефтешламов резервуарного типа. – М., 2004.
  2. Кононенко Е.А. Утилизация промышленных отходов нефтегазовой отрасли и применение обезвреженных отходов в качестве вторичных материальных ресурсов. Автореферат дис..канд. техн. наук – Краснодар, 2012. – 24 с.
  3. Методологические принципы математического моделирования и синтеза композиционных материалов из отходов нефтепереработки / Бормотов А.Н., Кузнецова М.В., Колобова Е.А. // Вестник Брянского государственного технического университета. – 2013. – № 2 (38). – С. 85-94.
  4. Утилизация серы как отхода переработки нефти при изготовлении радиационно-защитных композиционных материалов / Бормотов А.Н., Колобова Е.А. // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2012. – № 2 (6). – С. 200-206.
  5. Теоретические основы компьютерного моделирования структурообразования дисперсных систем / Бормотов А.Н., Прошин И.А., Васильков А.В. // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2011. – Т. 17. – № 2. – С. 542-551.
  6. Методологические принципы выбора оптимальных наполнителей композиционных материалов / Прошин А.П., Данилов А.М., Королев Е.В., Смирнов В.А., Бормотов А.Н. // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2004. – № 10. – С. 15-20.
  7. Бормотов А.Н. Математическое моделирование и многокритериальный синтез композиционных материалов специального назначения. Дисс. на соискание уч. степ. доктора техн. наук / Пензенский государственный технологический университет. – Пенза, 2011.
  8. Теоретические основы математического моделирования композитов из отходов нефтепереработки / Бормотов А.Н., Кузнецова М.В., Колобова Е.А. // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2013. – Т. 1. – № 9 (13). – С. 173-182.
  9. Бормотов А.Н., Прошин И.А., Королев Е.В. Имитационное моделирование деструкции и метод прогнозирования стойкости композиционных материалов / Вестник Ижевского государственного технического университета. – 2010. – № 4. – С. 113-118.
  10. Многокритериальный синтез композита как задача управления / Бормотов А.Н. // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2010. – Т. 16. – № 4. – С. 924-937.
  11. Глетглицериновые строительные материалы для защиты от радиации / Королев Е.В., Бормотов А.Н., Иноземцев А.С., Иноземцев С.С. // Строительные материалы. – 2009. – № 12. – С. 69-71.
  12. Сверхтяжелый бетон для защиты от радиации / Баженов Ю.М., Прошин А.П., Еремкин А.И., Королев Е.В., Бормотов А.Н. // Строительные материалы. – 2005. – № 8. – С. 6-9.
  13. Исследование реологических свойств композиционных материалов методами системного анализа / Бормотов А.Н., Прошин И.А. // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2009. – Т. 15. – № 4. С. 916-925.

References

  1. Vladimirov V.S., Korsun D.S., Karpuhin I.A., Moyzis S.E. Waste sludge reservoir type. – M., 2004.
  2. Kononenko EA. Disposal of industrial waste oil and gas industry and the use of the neutralized waste as secondary material resources. Abstract of dis..kand. tehn. sciences – Krasnodar, 2012. – 24 p.
  3. Methodological principles of mathematical modeling and synthesis of composite materials from the waste oil refining / Bormotov AN, Kuznetsova MV, Kolobov EA // Bulletin of Bryansk State Technical University. – 2013. – № 2 (38). – Pp. 85-94.
  4. Utilization of sulfur as a waste oil processing in the manufacture of radiation-protective composites / Bormotov AN, Kolobov EA // XXI century: the results of past and present problems plus. – 2012. – № 2 (6). – Pp. 200-206.
  5. Theoretical basis of computer simulations of structure formation of disperse systems / Bormotov AN, Proshin IA, Vasilkov AV // Bulletin of Tambov State Technical University. – 2011. – V. 17. – № 2. – Pp. 542-551.
  6. Methodological principles for selecting the optimum filler composite materials / Proshin AP Danilov AM, Korolev, EV, Smirnov VA, Bormotov AN // Proceedings of the higher educational institutions. Building. – 2004. – № 10. – Pp. 15-20.
  7. AN Bormotov. Mathematical modeling and multi-criteria synthesis of composite materials for special purposes. Diss. on competition sci. deg. the doctor techn. science / Penza State Technological University. – Penza, 2011.
  8. Theoretical basis of mathematical modeling of composites from refinery waste / Bormotov AN, Kuznetsova MV, Kolobov EA // XXI century: the results of past and present problems plus. – 2013. – T. 1. – № 9 (13). – Pp. 173-182.
  9. Bormotov AN, Proshin IA, Korolev EV. Simulation of destruction and prediction method of resistance of composite materials / Bulletin of Izhevsk State Technical University. – 2010. – № 4. – Pp. 113-118.
  10. Multi-criteria synthesis of the composite as a task management / AN Bormotov // Bulletin of Tambov State Technical University. – 2010. – V. 16. – № 4. – Pp. 924-937.
  11. Glet-glycerol building materials to protect from radiation / Korolev EV, Bormotov AN, Inozemtsev AS, Inozemtsev SS // Building Materials. – 2009. – № 12. – Pp. 69-71.
  12. Super-heavy concrete for radiation protection / Bazhenov YM, Proshin AP, Eremkin AI, Korolev EV, Bormotov AN // Building Materials. – 2005. – № 8. – Pp. 6-9.
  13. Investigation of the rheological properties of composite materials by means of system analysis / Bormotov AN, Proshin IA // Bulletin of Tambov State Technical University. – 2009. – V. 15. – № 4. – Pp. 916-925.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.