Утилизация нефтяных отходов

Нефтяные отходы – это различные по составу и физико-химическим свойствам углеводородные смеси, образующиеся в процессах хранения, транспортировки и использования нефтяного топлива, масел и смазочных материалов, а также нефтепродукты, потерявшие товарные качества и непригодные к дальнейшему использованию по назначению. Нефтепродукты и нефтяные отходы, попавшие в окружающую среду, являются токсичными и взрывопожароопасными загрязнителями. Наличие их ухудшает и без того сложную экологическую обстановку любого города и региона. В Санкт-Петербурге, например, нефтепродукты занимают шестое место среди прочих загрязнителей и составляют более 5% их суммарного количества. 

С увеличением потребления нефтепродуктов растет количество нефтяных отходов. Источниками нефтесодержащих загрязнителей являются различные транспортные средства, пункты их обслуживания и ремонта, склады и пункты выдачи горюче-смазочных материалов (ГСМ), теплоэнергетические комплексы (ТЭК) и прочие объекты. Кроме того, источником нефтяных отходов является каждая установка (котел, печь, газовая турбина, дизель и карбюраторный двигатель) – сжигающая жидкое углеводородное топливо. Нефтяные отходы попадают в окружающую среду как в жидком, так и в газообразном состоянии, причем газообразные углеводородные загрязнители способны переноситься на значительные расстояния (до 2000-3000 км за 2-3 дня) и рассеиваться на огромные площади. 

По существующим правилам нефтесодержащие воды и нефтяные отходы должны собираться и вывозиться для дальнейшей очистки, регенерации или утилизации в специально отведенных местах. 

В нашей стране основным способом утилизации нефтяных отходов и нефтесодержащих вод является так называемое захоронение в специальных могильниках. При этом количество складируемых отходов удваивается каждые 7-8 лет. Такой способ утилизации нежелателен, более того, – вреден, поскольку отходы по-прежнему негативно влияют на окружающую среду. Он требует все больших площадей, которые изымаются из активного землепользования. К тому же вывоз отработанных нефтепродуктов для захоронения обходится недешево. В Санкт-Петербурге стоимость вывоза одной тонны нефтяных отходов и нефтесодержащих вод сопоставима с рыночной ценой одной тонны топочного мазута и составляет в ценах 2004 года 3000-3300 рублей. 

Удорожание природных ресурсов и ужесточение природоохранных требований в Российской Федерации заставляет искать новые эффективные способы утилизации нефтяных отходов с получением полезной энергии и повышением экологической чистоты топливосжигающих установок. 

Авторами еще в 1991 году был предложен и в дальнейшем внедрен на трех энергетических объектах способ термической утилизации нефтяных отходов и огневого обезвреживания загрязненных вод. 

Опыт, накопленный авторами в решении вопросов термической утилизации различных видов нефтяных отходов и огневого обезвреживания загрязненных вод (в том числе нефтесодержащей морской воды), выявил следующие особенности связанных с этим процессов: 

1. Отработанные нефтепродукты целесообразно сжигать в составе водотопливной (водомасляной) эмульсии (ВТЗ) и топливной (топливо-масляной) смеси (ТС). При этом подлежащие термической утилизации жидкости необходимо очистить от механических примесей и предварительно обработать. Воду из нефтеотходов удалять не следует, ее необходимо равномерно распределить по всему объему отработанных нефтепродуктов в виде мелких (до 10 мкм) водяных частиц (глобул). 

2. Существующие топливосжигающие установки пригодны для термической утилизации нефтяных отходов и огневого обезвреживания загрязненных вод после дооборудования их специальной системой, позволяющей производить обработку утилизируемых нефтесодержащих жидкостей приготовленными ТС или ВТЭ заданного состава и качества. 

3. Приготовленным к термической утилизации «чистым» (т. е. без посторонних примесей) нефтяным отходам, ТС и ВТЭ необходимо придать свойства, показатели которых соответствовали бы показателям штатного топлива, применяемого в данной топливосжигающей установке. 

4. Светлые нефтеотходы (СHО) с температурой вспышки от +5 до +7°С целесообразно утилизировать в составе ВТЭ. Отходы нефтепродуктов с температурой вспышки более +150°С – в составе ТС. Компоненты водотопливных эмульсий и топливных смесей, а также их соотношение определяются с учетом типа и мощности топливосжигающей установки.

5. Для активизации и интенсификации процесса сжигания чистых нефтяных отходов и ТС, снижения золо-, коксо- и нагарообразования в топочном объеме (камере сгорания) и в выходном тракте, а также снижения теплового и газового загрязнения атмосферы целесообразно добавлять к ним 10-11% воды для темных нефтеотходов и 3-5% воды для светлых. В качестве водяного компонента можно применять загрязненные воды. 

6. Процесс горения предварительно обработанных нефтеотходов, топливных смесей и эмульсий требует меньшего количества атмосферного воздуха, а газообразные продукты их сгорания имеют меньшую температуру, при этом в составе уходящих дымовых газов концентрация экологически опасных химических соединений, веществ и элементов снижена. 

7. Задавая состав и свойства приготавливаемых ТС и ВТЭ, компонентами которых являются предварительно обработанные для термической утилизации и огневого обезвреживания нефтеотходы и загрязненные воды, можно управлять составом, концентрацией и температурой газообразных, жидких и твердых продуктов сгорания, попадающих в окружающую среду, и таким образом прогнозировать экологическую обстановку. 

8. Термическую утилизацию нефтяных отходов и огневое обезвреживание загрязненных вод при наличии топливосжигающей установки экономически целесообразно и экологически выгодно проводить в местах их образования. 

9. Приготовленные на основе нефтяных отходов ТС и ВТЭ, а также обработанные отработанные масла можно использовать в качестве топлива, например, для котельных установок, сжигающих топочный мазут. 

Таблица 1- Химический состав нефтешлама

Содержание компонентов, %
SiO2	CaO	Fe2O3	Al2O3	MgO	Остальные
4,65	3,24	1,77	2,4	1,0	3,3

Таблица 2- Минеральный состав нефтешлама .

Названия компонента	Количество, масс %
	Органические составляющие	Влага	Сера
Нефтешлам	72	10,2	1,8

Одним из наиболее сложных в плане работ по утилизации шламов вопросов является утилизация твердых нефтеотходов. Нефтезагрязненные грунты, складированные в амбарах, отличаются от нефтезагрязненных грунтов на участках рекультивации тем, что, во-первых, практически стерильны — уровень их биологической активности крайне низок. Во-вторых, они разнородны по составу механических примесей (грунтов), отличающихся сорбирующей способностью. Долгое хранение в амбарах способствует мощному связыванию нефти с почвенными частицами, что существенно затрудняет процесс извлечения нефтяной фазы, а физико-химическое преобразование нефти в процессе хранения в амбарах с годами приводит к концентрированию соединений с большим молекулярным весом. Периодический отжиг нефтешламов способствует накоплению высокотоксичных полиароматических углеводородов (ПАУ), трудно поддающихся биодеструкции.

На сегодняшний день структура производства нефтеперерабатывающего завода направлена в сторону развития безотходных природоохранных технологий, приоритет в финансировании получают проекты, в соответствии с которыми минимизируется количество нефтеотходов, или они повторно и с выгодой используются.

Поэтому известные на сегодняшний день практические разработки по технологии утилизации нефтяных шламов, как отечественных, так и зарубежных фирм, в основном направлены на выделение и утилизацию нефти и нефтепродуктов.

Оставшаяся после этого сточная вода и твёрдая или полужидкая масса, насыщенная химреагентами и углеводородами, практически не утилизируются, хотя по токсичности являются более опасными для окружающей среды.

Поэтому только комплексная переработка и использование отходов в качестве вторичного сырья обеспечивают сохранение природных ресурсов. При этом резко снижается уровень загрязнения окружающей среды.

Добыча, транспортировка и хранение нефти, а также производство из нее нефтепродуктов связано с накоплением нефтешламов в специальных отстойных прудах. Подобные шламы включают прямые и обратные водо-нефтяные эмульсии и твердые частицы (песка, катализаторов и т. п.), которые зачастую являются высокоабразивными суспензиями. Десятки тысяч тонн нефтяных шламов ежегодно добавляются к сотням тысяч тонн шламов, уже находящимся в прудах и емкостях.

Большинство проектов по утилизации подобных шламов не дают должного эффекта из-за неправильно подобранного оборудования, химических реагентов или незнания природы самих шламов. В процессе технической рекультивации, особенно если нефтяной разлив крупный, происходит образование шламов. Это промежуточный этап работ, однако, именно данный вопрос вызывает все более и более пристальное внимание, поскольку из всего комплекса мероприятий по реабилитации нефтезагрязненных территорий он наиболее сложный. Шламы могут накапливаться годами. Они отличаются по разным параметрам и следует выделить основные.

По концентрации нефтеуглеводородов шламы условно подразделяют на жидкие и твердые. Под жидкими шламами подразумеваются те нефтеотходы, в которых содержание нефти превышает 50–90 %. Потенциально это вторичный нефтересурс, который может быть доведен до соответствующих параметров и возвращен в товарооборот. Твердые нефтешламы — это нефтеотходы, в которых содержание нефти не превышает 50 %, т. е. это грунт, загрязненный нефтью. Переработка тех и других шламов в определенной мере взаимосвязана. Конечным результатом работ по их утилизации является возврат нефти в товарооборот, получение вторичного нефтяного сырья (битумов, асфальтов, парафинов), очистка грунтов и рекультивация. Создание высокопроизводительной технологии переработки донных отложений нефтешламовых амбаров позволит:

Во первых решить проблему их полной ликвидации с возвратом земель пользователю, уменьшит загрязнение окружающей среды и даст возможность рационально использовать органическое сырьё из отходов.

Во вторых восстановление прудов с удалением «плавающих» шламов из прудов с регенерацией нефти и направлением водной фазы на последующую очистку или в другой пруд для естественного выпаривания. Данный подход позволяет очистить пруд (уменьшить его объем) от легких нефтяных фракций с целью его подготовки для приемки новых нефтешламов.

В третьих полная комплексная и безотходная очистка прудов с их полным последующим закрытием (ликвидацией). Данный подход является экологически более правильным, несмотря на то, что он более сложный и дорогостоящий, поскольку требует применения более совершенных технологий и процессного оборудования. Такой подход позволяет осуществить на предприятии безотходное производство, то есть в результате производственной деятельности не возникают отходы, требующие складирования или вывоза для специального захоронения.

Работать со всеми видами нефтешламов, содержащих наряду с водой и твердыми частицами как легкие углеводороды («плавающий» нефтешлам), так и тяжелые углеводороды (донные осадки). Помимо утилизации шламов из прудов-шламонакопителей, по заданию Заказчика система может быть рассчитана так же на утилизацию других видов загрязненных нефтью твердых продуктов, таких как «замазученные» земли аварийных проливов нефти на рельеф и донные шламовые отложения резервуаров хранения сырой нефти.

В Бухарском нефтеперерабатывающем заводе ежегодно выделяется около 2 тыс. тонн нефтяные отходы, которые или выбрасывается и тем самым нарушается экологическое состояние региона, или используется в качестве строительного материала. Расчеты показывают, что переработка этих нефтяных шламов позволяет производит ежегодно более 1000 тонн дополнительных светлых нефтепродуктов в масштабе одного нефтеперерабатывающего завода. Ожидаемая экономическая эффективность данного проекта составляет более 700 млн. руб. в год в масштабе одного завода.