книги / Техника и технологии локализации и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов

Принципиальным условием организации про­ цесса является обеспечение обязательного прохо­ ждения всех покидающих устройство продуктов через огневую зону, т. е. обеспечение огневого обезвреживания в сочетании с дополнительными очистными устройствами, что гарантирует экологи­ чески чистое уничтожение твердых отходов. Уста­ новка ЭЧУТО-150.03 одновременно с уничтожением примерно 3,7 м3 отходов в сутки способна обеспе­ чить производственные помещения предприятия теплом в количестве примерно 0,03 Гкал/ч.

При работе установок типа ЭЧУТО выброс в атмосферу вредных компонентов не превышает норм ПДК, принятых на территории РФ.

Газификация в сверхадиабатическом режиме

Метод термической переработки горючих отхо­ дов основан на использовании нового физического явления — фильтрационного горения в сверхадиа­ батических режимах, при которых температура в зоне реакции существенно превышает адиаба­ тическую температуру горения. Целенаправлен­ ное использование сверхадиабатических режимов

для проведения процессов газификации открывает широкие возможности для утилизации разного рода нефтесодержащих отходов с высокой энерге­ тической эффективностью, экологической чистотой и относительно невысокими затратами.

Термическая переработка основана на двухста­ дийной схеме, показанной на рис. 6.26. На первой стадии нефтесодержащие отходы подвергаются паровоздушной газификации в сверхадиабатиче­ ском режиме горения. Получаемый при этом энер­ гетический продукт-газ, содержащий водород Н2, оксид углерода СО и в ряде случаев У В или другие органические соединения, сжигается на второй стадии в обычных устройствах (например, паровых или водогрейных котлах) с получением тепловой и электрической энергии.

Газификацию осуществляют в реакторе-гази­ фикаторе шахтного типа при реализации сверх­ адиабатического режима горения в «плотном» слое. Специфической особенностью данного про­ цесса является такая его организация, что выделяю­ щееся при горении тепло не выводится из реактора (твердые и газообразные продукты выходят из

•при газификации происходит частичное раз­ ложение азотсодержащих органических соединений

всреде без кислорода, что дает меньшее количество оксидов азота в дымовых газах;

•сжигание газа в современных газовых горел­ ках — наиболее чистый способ сжигания из всех известных. За счет высокой полноты сгорания дымовые газы содержат чрезвычайно мало оксида углерода и остаточных УВ;

•сжигание в две стадии позволяет резко уменьшить образование диоксинов (полихлориро­ ванных дибензодиоксинов и дибензофуранов), поскольку даже при наличии хлора подавляется появление в дымовых газах ароматических соеди­ нений (предшественников диоксинов) и обеспечи­ вается низкое содержание пылевых частиц (катали­ заторов образования диоксинов в дымовых газах);

•зола, выгружаемая из реактора, имеет низкую температуру и практически не содержит недого­ ревшего углерода;

•при утилизации некоторых видов отходов име­ ется возможность извлечения из синтез-газа товар­ ных материалов для последующей переработки (например, нефти и др.);

•выбор оборудования для утилизации тепла при сжигании синтез-газа не ограничивается паро­ вым или водяным котлом, также возможно приме­ нение газовых турбин и энергетических дизелей. Предлагаемая схема переработки легче вписывается

всуществующую промышленную инфраструктуру, например синтез-газ может подаваться в имеющуюся топку для замены части кондиционного топлива.

Институтом проблем химической физики РАН

всотрудничестве с промышленными предприятиями созданы:

• установка периодического действия для пере­ работки маслоотходов металлургического произ­ водства производительностью 120 кг/ч по горючей массе. Установка потребляет 300-400 м3 воздуха и до 100 кг пара в час. Размеры реактора: рабочий диаметр 1 м, высота 3 м;

• установка для переработки ТБО с реакторомгазификатором непрерывного действия произво­ дительностью 2 т/ч. Установка потребляет 1800 м3 воздуха и до 700 кг пара в час; тепловая мощность, получаемая при сжигании синтез-газа, — 5 МВт; размеры реактора-газификатора: рабочий диаметр 1,5 м, высота 7,3 м. Вырабатываемая при перера­ ботке ТБО тепловая энергия используется для нужд горячего водоснабжения города. Определенные в ходе испытаний установки характеристики газо­ вых выбросов подтвердили высокую экологическую чистоту процесса при сжигании ТБО: так, концен­ трация диоксинов в дымовых газах даже без их очистки не превышает 2 Ю"10 г/м3

В зависимости от видов горючих перерабаты­ ваемых отходов технология может быть реализо­ вана в двух модификациях реактора-газификатора с различными характеристиками (табл. 6.71).

Термическая десорбция

Региональные нефтешламоперерабатывающие комплексы (НШ ПК). Комплексы используют следующую технологию: извлечение из амбара нефтешлама, термогравитационная и термоэлектро­ химическая дегидратация нефтешлама при кавита­ ционно-акустическом воздействии с переработкой нефтеконцентрата по технологии «ВисбрекингТЕРМАКАТ®».

Технологическая схема приведена на рис. 6.27.

Таблица 6.71

С пунктов сбора 1 и установок по выемке 2 нефтесодержащие отходы (I) направляются на блоки установки УВН 4, /0, / / , где выделяется нефтеконцентрат (II) и очищаются / перерабаты­ ваются нефтезагрязненные механические примеси и вода. На блоке 5 происходит термолиз нефтеконцентрата с образованием продукта (VIII), из которого на блоке 6 выделяются: топливный газ (IX), тяжелый остаток (XI) и ШФЛУ (X). Газ сжигается в печах блока 5, ШФЛУ на блоке ректификации 8 разделяется на светлые товарные продукты и тяже­ лый остаток, который либо реализуется как котель­ ное топливо (XII), либо на блоке 7 перерабатыва­ ется в битум (XIII). Полученная продукция реали­ зуется из товарного парка 9. После завершения технологического процесса получается следующая продукция: бензиновый и дизельный дистиллятные фракции и остаточные продукты — котельное топливо (первая очередь), дорожные или строитель­ ные битумы (вторая очередь), моторные топлива сертифицированного качества (третья очередь).

Термодесорбционная система обезвреживания тверды х нефтесодержащих отходов. К твердым

нефтесодержащим отходам относятся следующие виды:

•замазученная земля — почва, загрязненная

врезультате проливов нефти и нефтепродуктов;

•твердая фаза, например, как после трехфаз­ ного центрифугирования нефтешламов из прудовшламонакопителей;

•извлеченные и сконцентрированные твердые донные отложения из резервуаров хранения нефти

итяжелых нефтепродуктов (мазута). Термодесорбционная система может быть

выполнена в двух вариантах: мобильном (энерго­ независимая система трейлерного исполнения; время, необходимое для мобилизации системы

изапуска на новой площадке, занимает 4-5 дней)

истационарном (рамного исполнения для разме­ щения в производственных помещениях). Система изготавливается во взрыво- и пожаробезопасном исполнении и включает несколько блоков, ос­ новными из которых являются блок термоде­ сорбции и блок пылеулавливания и регенерации паров УВ.

£ 3 "и

ш

10 ► V 14

Для успешного обезвреживания нефтесодержа­ щих отходов термодесорбционная система должна обеспечить:

•условия прогрева материала до необходимой температуры;

•необходимую выдержку материала для воз­ гонки всех УВ.

За счет тщательно подобранных параметров технологического процесса и конструкции уста­ новки обеспечивается более полное извлечение УВ из исходного материала. Для облегчения возгонки

исоздания анаэробных условий в рабочей зоне термодесорбера пары воды и УВ, испаряющиеся из обрабатываемого продукта, непрерывно отсасы­ ваются вытяжным вентилятором под небольшим отрицательным давлением. Поток газов прокачи­ вается вытяжным вентилятором через систему пылеулавливания и газоочистки.

Выделенные УВ утилизируются двумя способами:

•конденсацией углеводородов с получением товарного продукта;

•сжиганием несконденсировавшихся УВ в ка­ мере сжигания — дожигателе. При этом получен­ ные топочные газы идут на нагрев печи термо­ десорбера с целью повышения теплового КПД установки.

При содержании УВ в исходном материале на уровне 15 масс. % тепла от сгорания У В будет достаточно для обеспечения автотермичности процесса.

Предлагаемая комплектная система (рис. 6.30) поставляется в виде модулей рамного исполнения

ивключает:

•питающую систему;

•вращающуюся термодесорбционную печь;

•узел регенерации паров УВ и очистки про­ цессных газов;

•узел окисления— дожигания в камере сгорания УВ, не сконденсировавшихся при регенерации;

•узел выгрузки и охлаждения обработанного материала;

•систему пылеулавливания (узел контроля за выбросами в атмосферу).

Основные преимущества термодесорбционной системы:

• минимальные приготовления для запуска системы, поскольку вся система смонтирована на двух-трех шасси рамного исполнения. Подго­ товка места для ее размещения состоит из вы­ равнивания площадки, на которой система будет установлена;

•минимальное потребление энергоносителей,

т.к. значительное количество необходимого для процесса тепла образуется за счет сжигания десор­ бированных из нефтесодержащих материалов УВ;

•минимальное время на запуск и остановку, поскольку керамический волокнистый термоизоли­ рующий материал, используемый для термодесорбера и термического окислителя, не испытывает термического шока, связанного с резким нагревом и охлаждением, как это имеет место в случае при­ менения традиционных теплоизоляционных мате­ риалов. Это позволяет производить полное отклю­ чение системы в течение 2 ч и включение с выхо­ дом на режим в течение 4 ч. Для традиционных термодесорберов с прямым нагревом требуется дватри дня для выхода на рабочий режим;

•простая и надежная система уплотнений, пре­ дотвращающая попадание воздуха внутрь барабана термодесорбера;

•высокая степень десорбции УВ за счет ори­ гинальных конструктивных решений и специально разработанного процесса обработки материала;

•высокая степень автоматизации и механизации за счет применения программируемого контроллера

и измерительных приборов, которые обеспечивают полное автоматическое управление технологическим процессом;

• малая масса системы, обусловленная исполь­ зованием в ней легких волокнистых теплоизоляци­ онных материалов.

На Самотлорском месторождении проходила испытания одна из установок американской ком­ пании «Swaco» (мобильная мини-версия для определения качества очистки шламов и соот­ ветствия полученных результатов требованиям российских норм ПДК), предназначенная для ути­ лизации нефтяных отходов. Технические возмож­ ности установки довольно широки. Она способна перерабатывать до десятков тонн шлама, рабо­ тает на любом виде топлива: дизельном, попут­ ном газе или от электричества. Принцип ее дей­ ствия основывается на термической фазовой се­ парации — выпаривании жидкости из нефте­ загрязненного вещества. В результате можно получать чистый УВ для вторичного использо­ вания и шлам в виде сухого порошка, готового к применению в строительстве.

И зотермическая десорбция. Загрязненные почвогрунты или нефтешламы направляются во вращающуюся барабанную печь подающим моду­ лем (при необходимости через центрифугу). В печи имеются две зоны: зона нагрева и испарения, где происходит нагрев сырья и подаваемой воды, испаре­ ние воды и большей части нефтепродуктов, и зона десорбции, в которой при заданной температуре 400-500 °С (в зависимости от типа сырья) проис­ ходит более полное удаление нефтепродуктов. Нагрев печи осуществляется топочными газами, подаваемыми в рубашку печи из горелочного уст­ ройства. Температура топочных газов — 700-800 °С. Эти газы после печи сбрасываются в атмосферу через дымовую трубу. Во внутреннюю герметич­ ную полость печи наряду с сырьем подаются вода

ипарогазовая смесь, циркулирующая по контуру печь— холодильник— печь. Очищенные от нефте­ продуктов почвогрунты и твердая фаза нефтешла­ мов выводятся из печи и отгружаются для дальней­ шего использования. Парогазовая смесь, содержа­ щая пары воды, десорбированную с почвогрунтов

инефтешламов часть нефтепродуктов, продукты термического разложения и пиролиза органиче­ ского вещества почв, нефтепродуктов и прочих органических и неорганических компонентов сырья, поступает в воздушный конденсатор-холодильник.

Температура охлаждения составляет 110-150 °С. В конденсаторе происходит конденсация угле­ водородной фазы и других органических веществ парогазовой смеси без конденсации паров воды. Пары воды, несконденсированная часть органиче­ ских и неорганических соединений и конденсат нефтепродуктов поступают в блок разделения паровой и жидкой фаз. Из блока разделения фаз нефтяной конденсат поступает в резервуаротстойник, а паровая смесь указанной температуры охлаждения направляется в циркуляционный кон­ тур. Избыточное количество паров воды и не скон­ денсированных в холодильнике газов, непрерывно образующихся в ходе проведения процесса паро­ термической десорбции, сбрасывается из замкну­ того циркуляционного контура в горелочное устрой­ ство, где происходит дожигание органических веществ. Резервуар выполняет роль как отстойника для расслоения нефтяной фракции и воды при поступлении в него паронефтяной эмульсии после центрифугирования, так и сборника нефтяного конденсата из конденсатора-холодильника. Нефть

и вода из резервуара-отстойника в небольшом количестве подаются в горелочное устройство и печь, а избыток нефти и воды поступает в емкостинакопители.

Показатели качества:

•степень очистки загрязненных нефтепродук­ тами почв, грунтов и твердой фазы нефтешламов составляет 1 %;

•очистное оборудование является универсальным

испособно перерабатывать замазученные почвы, грунты и твердую фазу нефтешламов;

•процесс очистки ведется при пониженных энергозатратах, что достигается замкнутым циклом технологии, когда энергетические затраты воспол­ няются за счет извлеченных в процессе переработки нефтепродуктов;

•при термопаровой десорбции нефтепродуктов из почвы сохраняется около 50 % органического вещества (гумуса), что сохраняет плодородие очи­ щаемых от нефти почв;

•технологический процесс очистки реализуется при относительно низких температурах (300-450 °С), что способствует дополнительному снижению энергозатрат, весовых и размерных характеристик оборудования;

•уровень производительности очистного обо­ рудования в пределах 1 т/ч позволяет создавать мобильные комплекты экономически эффективного очистного оборудования с возможностью переме­ щения к зонам локального загрязнения.

Технологическое оборудование процесса имеет высокие надежность и ресурс:

•средняя наработка на отказ — не менее 8000 ч;

•полный назначенный ресурс — не менее 8 лет;

•среднее время восстановления работоспособ­ ности — не более 10 ч;

•срок службы до первого капитального ремонта — не менее 5 лет;

•средний срок хранения до ввода в эксплуата­ цию — не более 2 лет;

•процесс очистки исходного сырья полностью автоматизирован.

Технические характеристики технологического комплекса для очистки замазученных почв, грунтов и твердой фазы нефтешламов при изотермической десорбции:

Термическая фазовая сепарация. Этим мето­ дом можно извлекать УВ до их остаточного содер­ жания менее 1 % или 15 мг/л (по методу TCLP) при содержании твердой фазы в извлеченной жид­ кости менее 2 %. Вместе с тем термообработка почти не разрушает структуру углеводородного сырья, что не ухудшает его свойств при вторичном использовании.

Компанией «Swaco» разработан параметриче­ ский ряд установок для применения в различных условиях (табл. 6.72).

Согласно испытаниям на соответствие техниче­ ским условиям, обработанная твердая фракция вполне безопасна для захоронения как непосред­ ственно на участке работ, так и вне его границ. Кроме того, разработка компании «Swaco» интересна тем, что ее применение исключает атмосферные загрязнения, характерные для других подобных

методов тепловой обработки, и сокращает в 5 раз (по сравнению с другими методами биологической реабилитации окружающей среды) выделение парниковых газов, главным образом С 0 2.

Характерные особенности и преимущества метода:

•не используются высокие температуры, ведущие

кобразованию оксидов;

•высокая эффективность — извлечение почти 99 % общего количества УВ (в зависимости от природы исходного материала);

•использование уникальной модульной кон­ струкции, что позволяет варьировать производитель­ ность установки в зависимости от целей и задач конкретного проекта.

Модуль установки термической фазовой сепа­ рации состоит из постоянно закрепленной камеры, благодаря которой уменьшается выделение угле­ кислого газа по сравнению с вращающимися печами, характеризующимися большими утечками.

Вметоде TPS не применяются вращающиеся труб­ чатые печи, поэтому он изначально является более надежным и позволяет перерабатывать материалы, содержащие до 50 % жидкости.

Модульно-блочная конструкция позволяет транспортировать установку по стандартным авто­ мобильным и железным дорогам, морским транс­ портом и вертолетами грузоподъемностью более 20 000 фунтов (10 000 кг).

Получен опыт переработки и сепарации широ­ кого ассортимента твердых загрязнителей — от буровых растворов и шлама до опасных отходов.

Недостатками метода являются высокая стоимость технологического оборудования и необходимость больших начальных капиталовложений.

Таблица 6.72