Способы утилизации нефтепродуктов, их достоинства и недостатки

Одними из самых опасных видов загрязнений окружающей среды являются загрязнения нефтью и продуктами её переработки. Объемы используемых в мире нефтепродуктов – огромны, и на данный момент серьезной альтернативы этому виду энергоносителей не существует.

Как вы думаете, что будет с нефтью в 2022 году?

• Подорожает
• Подешевеет

Просмотреть результаты

 Загрузка ...

Всем известно, что такой природный ресурс, как  нефть, является определяющим для положения государства на мировом рынке.  Постоянно вспыхивающие конфликты за обладание этим ресурсом – яркое тому подтверждение. Однако, в настоящее время не менее острой и глобальной проблемой является и организация грамотной утилизации отработанных нефтепродуктов, с помощью которой любая страна мира может усилить свое экономическое влияние на мировой арене.

Не секрет,  что глобальная утилизация отработанных нефтепродуктов дает возможность не только существенно улучшить экологическую ситуацию в государстве,  но и  существенно повысить его экономический потенциал. В настоящий момент  сложилась ситуация  сокращения мировых запасов энергоресурсов, в связи с чем  именно современный и грамотный подход к  утилизации нефтепродуктов может значительно повысить экономичность использования мировых нефтяных запасов.

Если такой процесс организован на высоком технологическом  уровне, в нем применяются самые передовые достижения научно-технического прогресса, то он дает возможность не только делать такие вредные отходы безопасными с экологической точки зрения, но также  извлекать из отработанных нефтепродуктов ценные элементы с целью их повторного применения.

Методы утилизации отходов нефтепродуктов

Давно известно, что переработка и дальнейшее использование нефти и нефтепродуктов приводят к образованию нефтяных отходов, которые  представляют весьма серьезную угрозу для экологии окружающей среды и нормальных условий человеческой жизни. Однако, следует сказать, что на сегодняшний момент нормы и правила безопасной добычи, транспортировки и переработки этого сырья соблюдаются далеко не всегда.

Объем сливов таких отходов  в водоемы и почву – колоссален. Поэтому как никогда актуальной становится проблема  утилизации отходов нефтепродуктов и их переработки с целью полного или частичного восстановление рабочих характеристик, позволяющих повторное их применение.

В условиях  сокращения запасов природных ресурсов, а также на фоне увеличения количества аварий и катастроф техногенного характера и их масштабов, проблема утилизации требует самого оперативного решения.

Поведенные специалистами исследования показывают,  что в настоящее время большая часть появляющихся отходов нефти и продуктов её переработки складируется в шламонакопителях нефтяных амбаров.

Уже полностью  заполненные нефтешламовые хранилища требуют серьезных материальных затрат для снижения ущерба, которые они наносят окружающей среде. Кроме того, этот фактор является сдерживающим для увеличения объемов добычи нефти. Исходя из вышесказанного, нефтяная промышленность остро нуждается в современных способах ликвидации нефтяных шламов, огромное количество которых накопилось на предприятиях добычи и переработки нефти за все время их работы.

Нефтешламонакопители представляют собой долговременные источники экологического загрязнения нефтепродуктами окружающей среды, которое происходит вследствие следующих естественных процессов:

• выделение в атмосферу нефтяных паров в процессе испарения нефтепродуктов с открытых поверхностей хранилищ отходов;
• миграция вредных веществ в грунтовые воды;
• миграция вредных веществ в почву;
• переливы отходов в поверхностные водоёмы.

Переработка такого рода отходов является сложной задачей, как с технической, так и с технологической точки зрения, поскольку нефтяные  эмульсии обладают высокой устойчивостью, в них находится большое количество механических примесей и состав таких отходов – неоднороден.  В связи с этим процесс утилизации должен обеспечивать разделение отработанных нефтепродуктов на  углеводороды, механические примеси и воду.

Все существующие на сегодняшний момент методики переработки нефтяных отходов (шламов) классифицируются по принципам, на которых базируется  их разделение на отдельные компоненты.

По этому критерию различают следующие виды утилизации нефтяных отходов:

• механические методы утилизации;
• биохимическое разложение;
• физико-химические способы;
• термические методики;
• комбинированные способы, в основе которых – сочетание нескольких перечисленных методик.

Читать также: Как происходит первичная переработка нефти?

Способы механической переработки

К механическим способам переработки шламов относятся:

Методика отстаивания подразумевает разделение нефтешлама на компоненты вследствие различных значений их плотности.

Под действием силы тяжести шлам в процессе отстаивания разделяется на следующие слои:

• слой нефтяных эмульсий, в котором содержится от 60-ти до 80-ти процентов всех нефтепродуктов;
• водяной слой, в котором сконцентрировано  небольшое количество нефтепродуктов (от 10-ти до 15-ти процентов) и немного механических примесей;
• самый нижний слой, в котором сконцентрирована основная масса примесей механического характера (от 70-ти до 75-ти процентов).

Гидропереработка (точнее, гидрообработка) нефтяных шламов с помощью нагревания также подразумевает их отстаивание с разделением компонентов на слои, однако при использовании этого способа такое разделение проходит более интенсивно за счет десорбции нефтепродуктов, скорость которой  увеличивают нагревом и перемешиванием.

Способы центробежного разделения, как ясно из названия, базируются на использовании центробежных сил, действие которых позволяет разделять шламы на составляющие. Поскольку центробежные силы больше силы тяжести в сотни, а иногда и  в тысячи раз, скорость осаждения частиц увеличивается, что ускоряет сам процесс разложения. Кроме того, объем применяемой аппаратуры также существенно уменьшается.

Для интенсификации центробежных процессов нередко применяются  физико-химические методики, такие, как флокуляция, отпаривание, экстракция шламовых компонентов с помощью лёгких фракций  нефтепродуктов, и другие подобные способы.

Также нефтесодержащие шламы обезвреживают, используя  гидроциклонную  установку, которая представляет собой закрытый крышкой сосуд конической формы, заканчивающийся цилиндрической частью.

Очистка нефтяных шламов в декантере

Этот способ основан на  подогревании шлама с последующим его направлением  в двухфазный декантер, в котором он освобождается от содержащихся в нем твёрдых частиц, а затем, после окончания  сепарирования, шлам делится на два отдельных потока  – нефтяной поток с остатками воды и водный поток с остатками нефти.

Утилизация отходов, загрязненных нефтепродуктами

Биохимический метод

Этот способ шламовой переработки основывается на способности некоторый  микроорганизмов разлагать нефтепродукты с помощью их окисления. Чаще всего используется для рекультивации загрязнённых почв.

Такая рекультивация  может осуществляться по двум направлениям:

• активизация метаболизма естественной почвенной микрофлоры. Эта методика используется в случаях относительно низких нефтяных почвенных загрязнений. Суть её в том. что почва содержит некоторое количество естественных  нефтеокисляющих бактерий, которые при внесении в почву нефтепродукта начинают активно размножаться. Поэтому нефтяной шлам просто вносится в почву, где постепенно биологически разлагается активизировавшимися естественными микроорганизмами. Ускорить этот процесс можно с помощью изменения  физико-химических условий среды, таких, как влажность, рН, аэрационный режим, внесение в почву дополнительных  питательных веществ и так далее.
• специальное внесение подобранных соответствующим образом биологически активных штаммов  окисляющих нефть микроорганизмов в загрязнённую ею почву. Применяется при  высоком уровне почвенного загрязнения. Суть этого процесса заключается в том, что сильное загрязнение препятствует нормальному росту естественных окисляющих микроорганизмов, вследствие чего  возникает необходимость активизировать этот процесс с помощью внесения в почву специально выведенных штаммов нефтеокисляющих бактерий.

В настоящее время существует множество  препаратов, назначение которых   – микробиологическая переработка земель, загрязненных нефтью и её продуктами.

Однако биохимические методики имеют ряд существенных недостатков:

• в результате их применения удается минерализовать только часть органических нефтяных компонентов, которые  трансформируются в ходе этого процесса в другие соединения органического характера, действие которых на природный биоценоз в настоящее время неизвестно;
• биохимическая переработка является весьма длительным по времени процессом, и проходит только в достаточно в узком диапазоне температур, что не позволяет применять её в регионах с низкими показателями среднегодовых температур.

Исходя из вышесказанного, такой метод применим либо в случаях очистки грунтов при небольших концентрациях нефтяных загрязнений, либо для окончательной очистки нефтяных шламов после того, как к ним применили другие очистные  методики.

Физико-химические способы шламовой переработки

Основными методами такого направления являются:

• флотация;
• экстракция;
• сбор нефтепродуктов при помощи барабанных сепараторов.

Наиболее распространенными физико-химическими способами  переработки нефтяных шламов являются экстракционные методики, которые основаны на процессах  взаимного растворения полярных соединений, к которым относятся растворители и сами нефтепродукты. Интенсивность такой экстракции значительно повышается при нагревании, после чего твердую и жидкую фазу разделяют с помощью фильтрации, с последующим разделением полярных ( растворитель и нефтепродукты) и неполярных  соединений и регенерацией использованного растворителя.

Читать также: Как получают топливо из нефти?

По видам применяемых растворителей экстракционные процессы делятся на:

• экстракцию с помощью органических растворителей;
• экстракцию нефтяных шламов с применением смеси жидких отходов, получаемых после производства этилена и  ацетилена;
• экстракцию при помощи  сжиженных газов;
• паровую экстракцию.

К главным недостаткам экстракций любого из перечисленных видов относятся:

• необходимость интенсифицировать процессы;
• необходимость регулярной регенерации или полной замены  использованных фильтров;
• неизбежные потери дорогих растворителей;
• высокая энергоёмкость процессов, обусловленная многократной регенерацией растворителя;
• необходимость очищать полученные остатки от самих  растворителей.

Обезвреживать нефтяные шламы можно с помощью флотации – очистки при помощи горячей воды.

Этот метод подразумевает использование специального устройства – флотатора, в котором нагретая горячим воздухом смесь шлама и горячей воды разделяется на флотоконцентрат, содержащий основную часть нефтепродуктов, воду и механические примеси.

Также к физико-химическим способам относится нефтесбор с поверхности шламовых накопителей с помощью барабанных сепараторов, называемых скиммерами.

Эта методика часто применяется в процессе  ликвидации аварийных  разливов нефтепродуктов по поверхностям водных объектов. Сам барабанный  скиммер представляет собой плавучий бот, который перемещается по водной поверхности либо самостоятельно, либо при помощи буксира.

Установка может иметь или два, или больше барабанов, которые изготовлены из  специальных материалов, основное свойство которых – притягивать и удерживать нефть и продукты её переработки. Сбор нефтепродуктов и их последующее удерживание в барабане основаны на особых свойствах их материалов, которые посредством молекулярных процессов адгезии и адсорбции  притягивают и удерживают на своей поверхности углеводородные соединения.

Термические способы утилизации

Эти методы шламовой переработки базируются  на процессах термического разложения нефтяных продуктов. Полным считается такое термическое разложение, при котором  нефтепродукт в процессе деструкции образует два конечных вещества – углекислый газ (СО2) и воду (Н2О).

Термические способы разложения нефтепродуктов делятся на:

• термическое разложение (сжигание) в бескислородной среде;
• сжигание нефтяного шлама в печах с псевдосжиженном слое;
• пиролиз.

Первый вариант подразумевает использование обычных печей для организованного сжигания нефтепродуктов.

Сжигание в печах с псевдосжиженным слоем получило большое распространение при утилизации отходов нефтепродуктов. Этот термический способ подразумевает применение   печей, которые работают по принципу «кипящего слоя». В таких печах из нефтепродукта с помощью сильного воздушного потока, который проходит сквозь слой сыпучего вещества, в рекреационной камере получается взвесь. При этом перемешивания по направлению потока воздуха не происходит.

Это дает возможность  значительно повысить теплопроизводительность, поскольку массо- и теплообмен происходят в таком слое более интенсивно. Сжигание проходит гораздо эффективнее, чем аналогичный процесс, происходящий  в стационарном слое. Скорость воздушного потока должна обеспечивать постоянное нахождение сжигаемых частиц во взвешенном состоянии, а также придавать им вихревое турбулентное движение, которое напоминает движение кипящей жидкости (отсюда и название – псевдосжиженный слой).

Пиролиз представляет собой высокотемпературное  глубокое термическое превращение нефтепродуктов без доступа кислорода, цель которого – деструкция   исходных  веществ до образования продуктов, обладающих  меньшей молекулярной массой (в том числе и самых простых – воды и углекислого газа). В процессе бескислородного пиролиза  на выходе получаются жидкие пиролизные смолы и пиролизный газ.

Такой процесс является более экологичным, чем сжигание, поскольку дает возможность не превращать органические компоненты  отходов в токсичные продукты сгорания, а применять их в качестве дополнительного топлива для утилизации нефтеотходов, или же конденсировать их с целью получения побочных видов продуктов.

Комбинированные методики утилизации нефтепродуктовых отходов

Такие способы имеют широкое применение, поскольку дают  возможность перерабатывать нефтяные отходы  с самыми разными физическими и химическими характеристиками. Многие используемые на практике перерабатывающие схемы по утилизации нефтяных шламов относятся к комплексным. Часто применяются комбинации механических методик очистки и способов разделения с помощью центробежных сил  с физико-химическими методиками (описание каждой методик в отдельности мы приводили выше).

Читать также: Как осуществляется сбор отработанных нефтепродуктов?

Универсальная перерабатывающая  технология, целью которой является утилизация отходов нефтепродуктов, является комплексной задачей, которую следует разделить на три основные составляющие:

• переработка  слоя нефтяных эмульсий и утилизация отделенных от шлама нефтепродуктов;
• обработка водоэмульсионного слоя, либо –  с последующей его  утилизацией, либо – с обезвреживанием содержащихся в нем остатков нефтепродуктов;
• обеззараживание осадочного слоя, который по своим свойствам близок к загрязненным нефтью грунтам.

Ни одна из индивидуальных методик решить задачу в комплексе не способна, поэтому перспективным направлением для её решения является применение комплексных перерабатывающих схем.

Для эффективной переработки нефтеэмульсионного слоя  разработано большое количество способов, поскольку именно этот слой содержит самое большое количество нефтепродуктов (от 50-ти до 85-ти процентов), вследствие чего грамотная его утилизация позволяет получить товарную нефть, а это уже – достаточно прибыльное и самоокупаемое производство.

В водоэмульсионном слое концентрация нефтепродуктов крайне невысока, и в нем, как правило, сосредоточено большое количество примесей механического характера.  Разумеется, этот слой можно перерабатывать и как  нефтеэмульсионный, однако с экономической точки зрения это – нецелесообразно. Чаще всего такой слой либо поступает на очистные сооружения, либо подвергается термической обработке, либо закачивается обратно в нефтеносный слой. При любом способе эту часть задачи по утилизации шлама следует решать на месте общей переработки отходов.

Самой сложной задачей является  обезвреживание осадочного слоя, поскольку он содержит большую концентрацию механических примесей, а выделение из него побочных нефтепродуктов экономически невыгодно. Кроме того, при его переработке нужно достигнуть  таких уровней содержания нефтепродуктов, которые нормативно допустимы по отношению к обезвреженному грунту.

По своим свойствам осадочный слой близок к нефтезагрязнённым грунтам, которые образуются как результат  аварийных разливов нефти и продуктов её переработки, а также к твёрдой фазе, которая получается в процессе переработки нефте- и водоэмульсионных слоев нефтяных шламов. Для него требуется дополнительное обеззараживание. Поэтому для переработки осадков создаются методы, которые могут быть использованы как самостоятельные, а также могут применяться в составе комплексной схемы при переработке нефтяных отходов.

Для обезвреживания шламов нефтепродуктов с высокой концентрацией  механических примесей, а также загрязнённых нефтепродуктами грунтов и твёрдых фаз с присутствием  нефтяных загрязнений, которые образуются в процессе первичной переработки отходов, наиболее эффективными считаются термические методики – либо сжигание во вращающихся печах, либо пиролиз.

Первый вариант небезопасен с точки зрения экологии, поскольку подразумевает выделение в атмосферу больших количеств вредных примесей. Кроме того, для него необходимо дополнительно подавать   топливо, чтобы обеспечить процесс сжигания. Пиролиз является более приемлемой с экологической точки зрения методикой, так как дает возможность не только эффективно сжигать токсичные продукты разложения, но также использовать их в качестве дополнительного  топлива.