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

М еханическое обезвоживание

Экстенсивные и интенсивные методы исполь­ зуют для уменьшения объема при складировании и повышения эффективности сжигания нефтесо­ держащих отходов. Экстенсивные методы приме­ няют при обезвоживании в различного рода уп­ лотнителях и разделочных резервуарах, интенсив­ ное сгущение и обезвоживание производится при помощи фильтрования, гидроциклонирования, центрифугирования и т. п.

Проведенные в МосводоканалНИИпроекте исследования кинетики уплотнения и отстаивания показали, что осадки и жидкие нефтесодержащие отходы I категории хорошо отстаиваются и уплот­ няются. За 1 ч объем осадка уменьшается почти до 65 %, а влажность жидких нефтеотходов может быть уменьшена с 55 до 25 %; в бункере-уплотнителе за счет сочетания уплотнения и дренирования объем осадка, содержащего в основном песок, может быть уменьшен до 40 %. Растворители отстаиваются за 30—40 мин; 96 % всех механических частиц осажда­ ется со скоростью не менее 0,22 мм/с.

Интерес представляет разработанная австрий­ ской фирмой «Машиненфабрик Андриц» техноло­ гия обезвреживания на ленточных прессах труднофильтруемых шламов нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) с высоким содержанием нефтепро­ дуктов. Состав шлама, %: 5,5 твердая фаза; 71,5 вода; 23 нефтепродукты (плотность 1 т/м3). На первой технологической ступени осуществляется интенсив­ ное перемешивание шламов различного состава с целью усреднения. Далее в шлам для улучшения его структурных свойств добавляют летучую золу или угольный порошок. После перемешивания

вмассу шлама вводят полиэлектролиты и реагенты,

врезультате чего удельное сопротивление фильт­ рации шлама снижается до минимума, и он направ­ ляется для обезвоживания на ленточный фильтр­ пресс. Кек имеет влажность около 30 %. Фильтрат направляется в разделочный резервуар, откуда нефть идет на переработку, а вода — на очистку. Для кондиционирования шлама требуется 100 кг/м3 летучей золы (плотность 2,98 т/м3), 0,22 кг/м3 поли­ электролита и 7,5 л/м3 40% раствора хлорида железа. Поскольку в обезвоженном плотном осадке еще содержится до 13 % нефти и (при использовании второго варианта присадки) угольного порошка, то осадок можно сжигать в смеси с твердым топливом.

Для сгущения осадков из очистных сооружений автотранспортных и им подобных предприятий, осадков ливневых вод широко применяют гидро­ циклоны, в большинстве случаев соединенные с бункерами-уплотнителями. В гидроциклонах сгу­ щают осадки; бункеры служат для обезвоживания сгущенного продукта методами уплотнения и дре­ нирования. Недостатком одноступенчатого гидро­ циклонирования является большой (до 50 %) унос твердой фазы в фугате. Эта легкая взвесь, возвра­ щаясь в очистные сооружения, постепенно накапли­ вается в них, несмотря на процесс агрегатирования взвесей при их соприкосновении с нефтепродук­ тами. Накапливание мелкой взвеси в отстойниках отрицательно влияет на качество разделения сто­ ков и требует периодической очистки отстойников илососами.

МосводоканалНИИпроекгом совместно с НИИХиммашем были проведены работы по центробежному обезвоживанию осадка и осветлению моечных вод таксомоторного парка с выбором оптимальной технологической схемы этого процесса. Исследо­ вались центрифуги ОМД-802К-4, ОГШ -151К-6, а также зависимость эффекта осаждения от фактора разделения и длительности центрифугирования.

Исследования показали, что осадки моечных вод без применения флокулянтов при факторах разде­ ления от 370 до 2300 практически мгновенно раз­ деляются в центробежном поле, фугат имеет каче­ ство, приближающееся к качеству очищенной воды (содержание твердой фазы в фугате не более 0,01 %). Конечная влажность осадка может быть до 24 %.

Контрольные опыты с нефтесодержащими осад­ ками очистных сооружений ЗИЛа, где применяются реагенты и состав взвеси сложнее, чем в стоках автотранспортных предприятий, показали, что эти осадки обезвоживаются хуже, но тоже достаточно эффективно, их влажность достигает 50-60 %, фугат содержит большое количество взвешенных веществ и требует дополнительной очистки.

Серия экспериментов, выполненных на цен­ трифуге ОГШ-151К-6, подтвердила возможность эффективного обезвоживания осадков. При ин­ дексе производительности (произведение фактора разделения на площадь внутренней поверхности ротора) 97 м2 производительность центрифуги достигает 0,55 м3/ч по суспензии. Учитывая абра­ зивный износ деталей центрифуг типа ОГШ, слож­ ность их конструкции и дефицитность, на основе

предварительных результатов экспериментов, про­ веденных в лабораторных и полупромышленных условиях, была испытана установка промышлен­ ных размеров с использованием более простой и не подверженной абразивному износу центрифуги периодического действия ОДМ-802К-4, серийно выпускаемой ПО «Курганармхиммаш» (диаметр ротора 800 мм, фактор разделения 700). В ротор центрифуги подавались осадки влажностью 9798 %, длительность цикла центробежного разделе­ ния принималась равной 1, 3, 5, 10 и 20 мин. Анализ результатов экспериментов показал, что даже при длительности цикла 2 мин содержание твердой фазы в фугате не превышает 25 мг/л, производитель­ ность центрифуги достигает 3-4 м3/ч, влажность осадка — 24-38 %.

Одним из недостатков центрифуг типа ОМД являются значительные затрать! ручного труда при выгрузке осадка, однако этот недостаток может быть устранен введением поворотного скребка

вротор центрифуги.

Вкачестве центрифуги для обезвоживания шлама

впервую очередь необходимо использовать цен­ трифуги, применяемые для очистки и обезвожива­ ния бурового раствора. Эти центрифуги изготов­ лены в износостойком исполнении и практически не требуют ручного труда. Данные по центрифугам для буровых растворов представлены в табл. 6.76

О чистка разделением. Для очистки заэмульгированных, загрязненных механическими приме­ сями нефти и нефтепродуктов разделением их на нефтяную фазу, воду и концентрат стабилизаторов эмульсии (механические примеси) используют специальную установку. В ее составе имеется обо­ рудование для подготовки сырья к очистке. По этой причине ограничений к качеству сырья не устанавливается.

Показатели качества производимых на уста­ новке продуктов:

Выход очищенной нефти составляет 96-98 % от исходного содержания нефти в сырье. Очищенная нефть возвращается на перегонку. Вода сбрасыва­ ется в очистные сооружения. Концентрат нефте­ шлама вывозится на полигон, который оборудован установкой для переработки нефтяных шламов.

Заэмульгированные нефть и нефтепродукты (далее — нефтешлам) из накопителя забираются, нагреваются до 50-60 °С, обрабатываются деэмуль­ гатором, переменным магнитным полем и возвра­ щаются в резервуар. Высвободившаяся вода дре­ нируется из резервуара, а жидкий нефтешлам выводится, обрабатывается флокулянтом, нагрева­ ется до 80-90 °С, проходит ультразвуковую обра­ ботку, очищается в самоочищающемся фильтре грубой очистки и поступает на двухфазную цен­ трифугу. Фугат (жидкая фаза) из центрифуги поступает в самоочищающийся фильтр, оборудо­ ванный акустической системой, и далее на трех­ фазный саморазгружающийся центробежный сепа­ ратор. Под воздействием центробежных сил нефте­ шлам разделяется на две жидкие фазы: нефть (нефтепродукты) и воду, а также осуществляется выгрузка тонких механических частиц. Очищенная нефть (нефтепродукты) выводится сепаратором в емкость для приема очищенной нефти (нефте­ продуктов). Осадок из центрифуги выгружается на конвейер и транспортируется в емкость, в которую периодически происходит сброс грязного нефте­ шлама фильтров, концентрата стабилизаторов эмульсий и воды с сепаратора. Принимаемые сбросы в емкости разделяются на три фазы: нефть, воду и концентрат стабилизаторов эмульсий.

Сгущение активного ила. Установка сгущения активного ила, который образуется в процессе био­ логической очистки бытовых и промышленных сточных вод, включает в себя:

•узел грубой очистки (батарея гидроциклонов; барабанный фильтр);

•центробежные сепараторы НВ-600;

•баки для приема сгущенного ила и осветлен­ ного раствора;

•систему управления и автоматизации. Технологический процесс ведется без применения

флокулянтов. Установка может быть использована вместо гравитационных илоуплотнителей на очи­ стных сооружениях производительностью по сто­ кам от 20 до 300 тыс. м3/сут. При этом концентра­ ция твердой фазы в сгущенном иле увеличивается

Центробежное сепарирование нефтешлама. Метод предлагаемый шведской фирмой «АльфаЛаваль», предназначен для центробежного сепа­ рирования всех видов нефтешламов из нефтяных месторождений, нефтеочистительных предпри­ ятий, бассейнов и цистерн. При этом нефтешламы могут содержать в своем составе воду, крупные и мелкие твердые примеси. Центробежное сепари­ рование представляет собой ускоренную форму гравитационного сепарирования, в основе кото­ рого лежит принцип замены естественной грави­ тационной силы другой силой, превышающей ее в тысячи раз.

На первой стадии основная масса твердых час­ тиц отделяется в деканторной центрифуге. Она производит довольно сухой остаток, содержащий минимум чистой нефти. Вытекающий поток, состоя­ щий из нефти и воды (и минимального количества примесей), поступает на вторую стадию разделе­ ния. Здесь 3-фазная тарельчатая центрифуга раз­ деляет смесь на очень чистую нефть, чистую воду и небольшое количество твердых частиц. Если требуется фаза очень чистой воды, необходимо применение третьей сепаративной ступени. Эта сепарация происходит в специальном варианте 3-фазной тарельчатой центрифуги.

Взависимости от состава нефтешлама в техно­ логическую схему может быть включен также блок химической обработки.

Вцелом процесс переработки нефтешлама состоит из следующих технологических блоков:

• заборная система для забора сырья из нефте­ шламового бассейна или резервуара для хранения;

• подготовительный блок для нагревания и фи­ льтрования сырья и последующего перекачивания насосом в питательный резервуар;

• питательный резервуар, поставляемый заказ­ чиком;

• сепарирующая установка, перерабатывающая нефтешлам из питательного резервуара.

Комплексная установка по переработке нефте­ шлама включает:

• заборное устройство — специально разрабо­ танные системы гидравлических насосов;

• паровой нагреватель для парового нагревания прямым или непрямым методом для облегчения перекачки и фильтрации;

• фильтр крупных примесей для удаления крупных частиц;

• перекачивающий насос;

• питательный резервуар — стандартный резер­ вуар нефтеперерабатывающего предприятия;

• питательный насос;

• самоочищающийся фильтр для удаления час­ тиц размером более 2 мм, а также частиц, более легких, чем капли жидкости;

• паровой нагреватель для нагрева нефтешлама прямым или непрямым методом до температуры примерно 70 °С с целью снижения вязкости для улучшения сепарации. При этом использование пря­ мого метода в определенных случаях способствует расщеплению эмульсий;

Таблица 6.87

Фракционный состав (м3) перерабатываемого нефтешлама

•гидроциклон для удаления песка и других частиц размером более 0,1 мм, которые могут вызвать эрозию на последующих этапах;

•двухфазная деканторная центрифуга для отде­ ления основной массы примесей перед заключи­ тельной стадией 3-фазного сепарирования;

•промежуточный резервуар и насос;

•паровой нагреватель для подогрева нефтешлама непрямым методом до 95-98 °С с целью получения необходимой вязкости для оптимального 3-фазного сепарирования;

•тарельчатая центрифуга для удаления приме­ сей на завершающей стадии разделения нефти, воды и мельчайших частиц.

Установка фирмы «Альфа-Лаваль» может пере­ рабатывать большие объемы примесей в сырье и успешно справляется с абразивными и грубыми частицами. Производительность установок состав­ ляет 5 м3/ч и выше.

Данные, представленные в табл. 6.87, свидетель­ ствуют о высокой степени извлечения нефти на установках фирмы «Альфа-Лаваль». Переработка нефтешламов в системах «Альфа-Лаваль» не только уменьшает затраты по сравнению с процессом их сжигания, но также может приносить прибыль, которая зависит от количества перерабатываемых нефтешламов и эффективного использования обо­ рудования для этой цели. Опыт эксплуатации этой установки показал, что на ней можно производить очистку исключительно «свежих», вновь образую­ щихся нефтешламов. Установка работает по клас­ сической схеме, предназначенной для получения нефтепродуктов высокой степени очистки от воды и механических примесей. Недостатком данной установки является то, что она не предназначена для очистки «старых» или донных осадков; кроме того, не предусмотрена система борьбы со стойкими нефтяными эмульсиями, а также отсутствует воз­ можность обработки периодически выгружаемых из сепараторов механических примесей.

Электрохимические методы

Технологии, основанные на электрохимических методах, используются для обезвреживания хлори­ рованных УВ, фенолов и нефтепродуктов и обез­ зараживания грунта и почвы. При пропускании электрического тока через грунты одновременно протекают электролиз воды в поровом пространстве,

электрофлотация, электрокоагуляция и электро­ химическое окисление. Технологии электрокинетической обработки применяются для очистки глинистых и суглинистых грунтов при полной или неполной водонасыщенности. В переносе загряз­ нений в почвах и грунтах под действием постоян­ ного электрического поля основную роль играют процессы электроосмоса и электрофореза. Пре­ имуществом электрокинетической технологии яв­ ляется высокая степень контроля и управления процессом очистки благодаря тому, что загрязне­ ния перемещаются вдоль силовых линий электри­ ческого поля, распределение которых определяется расположением электродов, со скоростью, зави­ сящей от напряженности поля.

Для очистки почв и грунтов от хлорорганики разработан метод сверхвысокочастотного (СВЧ) нагрева. СВЧ-оборудование позволяет быстро разогревать грунт, и при этом происходит быстрое окисление органических молекул вплоть до оп­ лавления пород. Импульсная ультрафиолетовая очистка эффективна для грунтов, загрязненных трихлорэтиленом, тетрахлоридом, хлороформом и другими низкомолекулярными хлорированными УВ. При обработке загрязненного грунта неоно­ выми лампами происходит фотоокисление хлор­ органики до НС1, С 0 2, Н20 , и при этом возможно образование формилхлорида НСОС1. Поэтому эф­ фективность метода удовлетворительна для невы­ соких содержаний хлорированных УВ в почве. Энергия лазеров используется для расплавления грунта, содержащего экотоксиканты, и капсулирования загрязнения. Вышеперечисленные техноло­ гии используются редко, с их помощью обезвре­ живают небольшие количества загрязненного грунта, и реализация электромагнитных методов крайне дорога.

Многообещающий метод сверхкритической экс­ тракции углекислым газом позволяет извлекать из грунта и почвы любые органические соединения. Эффективность извлечения метода может дости­ гать 100 % при тщательном перемешивании загряз­ ненного грунта в реакторе. Сверхкритическая экстракция — это универсальный, экологически безопасный процесс обезвреживания экотоксикан­ тов из всех существующих. Однако технология очистки на основе сверхкритической экстракции имеет низкую производительность (не более 100200 кг/ч).

6.3.5. Комбинированные методы

Для 100% переработки любых нефтесодержащих отходов применяются комплексные технологиче­ ские процессы, т. к. зачастую только механические или физико-химические методы не могут дать эффективного разделения.

Чем более продолжительное время хранится шлам, тем его стабильность выше, и соответственно для его обезвреживания обычно применяют ком­ плексные схемы переработки, включающие в себя отстаивание, флотацию, дегазацию, кондициониро­ вание, осушку, обработку коагулянтами и флокулянтами, уплотнение, разделение. Заключительными стадиями обработки может быть размещение на спе­ циальных полигонах с применением биотехнологий, сжигание, использование в строительстве и других отраслях промышленности. Примером такого под­ хода может служить схема, приведенная на рис. 6.46.

Нагрев и модифицирование. Нагрев нефте­ шламов ведут от температуры окружающей среды

осуществляют на любом этапе. Перемешивание добавляемых оксифоса и дипроксамина-157 осуще­ ствляют ультразвуковым диспергатором. Затем вво­ дят подогретый нефтешлам и обрабатывают всю смесь ультразвуком до образования однородной смеси в течение 3-5 мин в зависимости от вязкости нефтешлама. Смесь отстаивают до разделения фаз механические примеси— вода— нефть. Этой ком­ бинацией достигается степень очистки нефтешла­ мов 91-96% . Введение диспергирующего агента ДН-75 способствует образованию мелких частиц нефтешлама и ускоряет перевод механических примесей в водную фазу.

Обработка соленой водой, прогрев паром, обра­ ботка переменным магнитным полем, отстаива­ ние. Схема установки по обезвреживанию нефтешлама по данной технологии представлена на рис. 6.47.

Для интенсификации процесса отделения нефтя­ ной фазы от воды проводится обработка соленой водой до инверсии эмульсии типа вода-в-нефти в эмульсию типа нефть-в-воде. Для облегчения удаления пресной воды осуществляется подогрев нефтешлама паром. Для подготовки эмульсии нефтешлама к отстою и сокращения расхода де­ эмульгатора производится обработка нефтешлама переменным магнитным полем.

Отстаивание смеси нефтешлама с соленой водой в тонком слое, т. е. в отстойнике, где происходит каскадное течение нефтяной фазы через верхние перегородки отстойника, обеспечивает эффективное отделение капель соленой воды от нефтяной фазы.

Нефтешлам, находящийся в амбаре /, забирают с помощью заборного устройства 2 при подогреве паром и откачивают насосом 3 в резервуар 6. По пути движения в поток добавляют деэмульгатор на узле 4, а на узле 5 поток обрабатывают пере­ менным магнитным полем. В резервуаре 6 нефте­ шлам промывают соленой водой путем дождева­ ния и одновременно подогревают острым паром, который подают через распределительное устрой­ ство в нижней части резервуара. Соленую воду подают в количестве, достаточном для инверсии фаз эмульсии, т. е. дисперсионной средой должна стать вода. Подача пара в резервуар через распре­ делительное устройство обеспечивает быстрый

разогрев и смешение нефтешлама с соленой водой без избыточного диспергирования капель нефти. Смешанную эмульсию нефти и воды направляют в отстойник 7, а по пути при необходимости ее дополнительно можно обработать переменным магнитным полем. В отстойнике 7 обеспечивается отстой в тонком нефтяном слое при переливе его через перегородки внутри отстойника. Нефтяную фазу из отстойника подают в буферную емкость 9, где происходит дополнительный отстой, и очищен­ ную нефть удаляют по трубопроводу 10. Отстояв­ шуюся воду возвращают для повторного исполь­ зования через гидрозатвор 8 и по трубопроводу 11, при этом избыточную часть воды удаляют. При повторном использовании воду откачивают насо­ сом 12. Технологическая обвязка аппаратов обес­ печивает возвращение на повторную обработку некондиционной части нефти из отстойника 7 и буферной емкости 9.