АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ РЕЗЕРВУАРНЫХ НЕФТЕШЛАМОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК

АННОТАЦИЯ

В работе рассмотрены вопросы комплексной переработки нефтяных отходов с целью их использования в качестве вторичного сырья для дорожного строительства. Исследованы состав и физико-химические свойства нефтяных отходов, а также их взаимодействие с кальцийсодержащими минеральными компонентами. Предложена технология получения органоминеральной добавки на основе нефтешлама, строительной извести и фосфогипса. Проведена оценка физико-механических и эксплуатационных показателей полученного продукта в соответствии с действующими нормативными требованиями. Показано снижение класса опасности нефтяных отходов и повышение водостойкости и адгезионных свойств материала. Полученные результаты подтверждают экологическую и экономическую целесообразность применения переработанных нефтяных отходов в дорожно-строительных материалах.

ABSTRACT

This paper examines the comprehensive processing of oil waste for its use as a secondary raw material in road construction. The composition and physicochemical properties of oil waste, as well as its interaction with calcium-containing mineral components, were investigated. A technology for producing an organomineral additive based on oil sludge, construction lime, and phosphogypsum is proposed. The physical-mechanical and performance characteristics of the obtained product were evaluated in accordance with current regulatory requirements. The study demonstrates a reduction in the hazard class of oil waste and an improvement in the water resistance and adhesion properties of the material. The obtained results confirm the ecological and economic feasibility of using processed oil waste in road construction materials.

Ключевые слова: нефтяные отходы, экология, дорожно-строительные материалы, битум, метод, технология, органоминеральная смесь (или органоминеральная добавка).

Keywords: petroleum waste, environmental science, road construction materials, bitumen, method, technology, organo-mineral mixture (or organo-mineral additive).

1 Введение.

В соответствии с целью, поставленной в данной научной работе, основными задачами научного исследования являются:

- изучение состава, физико-химических свойств и срок хранения нефтяных отходов, образующихся в различных технологических средах;

- оценка факторов, определяющих пригодность нефтяных отходов в качестве вторичного сырья, анализ существующих методов их переработки и применения.

Исследование состава нефтяных отходов, а также технологий их использования и переработки является темой ряда научных работ, в которых авторы представляют свои взгляды на возможности работы с отходами при добыче и переработке нефти [1].

В настоящее время основные способы по переработке отходов нефтяного производства, используемые в мировой практике были проанализированы авторами Пляцюком Л. Д. и Матюшенко И [1]. Рассмотрены различные технологии переработки нефтяных отходов, описаны их преимущества и недостатки, связанные с особенностями технологического процесса и методом, положенным в его основу.

Ряд авторов оценивают наиболее эффективные и перспективные взгляды на возможность получения инертного грунта, строительных материалов, керамзита и других материалов при использовании и комплексной переработке буровых отходов [1].

Одним из таких авторов является Литвинова Т. А. В своей диссертации она говорит о разработке инновационного процесса обезвреживания и утилизации углеводородсодержащих отходов нефтегазового комплекса, а именно о производстве «экологически чистой органоминеральной добавки (ОМД) с использованием кремнийсодержащей обезвреживающей композиции, смешанной с нефтяными отходами». Автор разработала метод использования ОМД для производства достаточно прочной керамзитовой глины при низких температурах и низкой насыпной плотностью [2].

По патенту № 2112758 «Способ производства керамзитовой глины» авторы Шпербера Р.Е., Шпербера Э.Р., Шпербера Ф.Р. предлагают использовать нефтяные отходы для производства строительных материалов, а именно керамзитовой глины. Данная технология позволяет получить керамзитовую глину с низкой плотностью и высокой прочностью [3].

2 Методы.

Научно исследовательские группы включая Колобову Е.А., в работе «Использование нефтяных отходов для получения наполнителя, переработанного в композитных материалах», а также Тимошина А.Ф., Николаева А.П., Бердникова А.Г. в работе «Метод утилизации нефтяных отходов на основе анализа промышленной безопасности технологических процессов» предлагают использовать комплексное технологическое решение для утилизации отходов путем разделения их на жидкую (нефтепродукты, вода) и твердую фазы с последующей химической утилизацией загрязненного нефтью остатка и производством композитного продукта, предлагаемого к использованию в качестве наполнителя в связующих материалах [4].

Монтаев С.А., Юисенов К.А., Монтаева А.С., Тауышев О.У., Зарылгапов С. и другие предлагают энергосберегающие технологии производства керамической плитки - материала для стен, с использованием нефтяных отходов с применением конгломеративной композиции на основе нефтяного остатка. В представленной работе авторы определили возможность получения высококачественной стеновой керамики. Таким образом, была доказана принципиальная возможность использования нефтяных отходов в качестве энергосберегающего и модифицирующего компонента в технологии изготовления стеновой керамики. Отмечается, что такой подход является не только экономически выгодным, но также позволяет предотвратить нанесение вреда окружающей среде посредством производства готовой продукции на основе нефтяных отходов [5].

Учёные Э. Карами и Т. Джафари Бехбахани провели оценку применимости иранских нефтешламов, полученных от Иранской компании по трубопроводам и телекоммуникациям для производства асфальта. Они использовали нефтешлам совместно с полимерами, с целью улучшения его характеристик. Учёные проанализировали структуру полученного продукта (модифицированного нефтешлама), сравнили её со структурой обычного дорожно-строительного битума и подтвердили экономическую целесообразность такого применения [6, 7].

Использование нефтяных отходов в качестве вторичного сырья является одним из наиболее перспективных и многогранных методов в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.

3. Результаты и обсуждения.

Данный подход в работе улучшит состояние окружающей среды и приведёт к более рациональному использованию ценных природных ресурсов. Переработка нефтяных отходов направлена на применение экономичных и экологически чистых технологий, стандартного оборудования и технологий очистки и утилизации отходов.

Направления и область применения нефтяных отходов в качестве вторичного сырья для производства строительных материалов показаны по схеме 1.

Рисунок 1. Область применения продуктов переработки нефтяных отходов как вторичное сырье

В вопросе переработки нефтяных отходов для производства строительных материалов есть возможность использования перспективных технологий.

В данном случае необходимо учитывать экологическое и экономическое обоснование системы, а также процесс внедрения технологии. Исходя из этой точки зрения в центральной лаборатории Международного научно-технологического парка Академии наук Туркменистана были проведены комплексные научные исследования по переработке нефтяных отходов, (образующихся на нефтеперерабатывающих заводах) с целью получения органоминеральной смеси (добавки) для дорожного строительства.

В лабораторных условиях было проведено определение следующих показателей нефтяных отходов: содержание воды - по методу ТДС–956–2017; массовая доля механических примесей - по методу ТДС–964–2017; растворимость - методом растворения в органическом растворителе - толуоле; плотность - по методу ТДС–996–2017. С помощью элементного спектрального метода было определено наличие и количество минеральных веществ. Полученные данные представлены в таблицах 1 и 2.

 Таблица 1.

Результаты физико-химического анализа нефтяных отходов

Таблица 2

Химический состав минеральных веществ сухого остатка с элементного спектрального метода

Задачи предлагаемой научной работы заключаются в следующем:

– обеспечение прочной адгезии (сцепления) между минеральными компонентами и отходами, содержащими нефть и нефтепродукты различного происхождения;

– повышение водостойкости и прочности покрытия получаемого продукта.

Важной целью предварительной научной работы является снижение затрат, а также упрощение технологических операций при приготовлении органоминеральных добавок. Поставленные задачи достигаются путём использования отходов, содержащих нефть и нефтепродукты различного происхождения в качестве вторичного сырья. Смешивание с минеральными компонентами осуществляется при температуре 60–100 ⁰С в двухроторном (двухвалковом) лопастном смесителе до достижения однородного (гомогенного) состояния. Компоненты дозируются в следующем массовом соотношении, в %: негашёная известь или фосфогипс от 10 до 50; нефтяной отход до 100. Таким образом после приготовления высокоэффективной органоминеральной добавки необходимость в обезвреживании отходов, содержащих нефть и нефтепродукты отпадает, что приводит к существенному снижению материальных затрат.

При использовании предлагаемого метода не требуется применение дорогостоящего специального оборудования устойчивого к воздействию компонентов, что в свою очередь упрощает технологию приготовления органоминеральной добавки, используемой в дорожно-строительных материалах и снижает себестоимость конечного готового продукта.

В соответствии с научной работой данный метод осуществляется следующим образом. В лабораторных условиях в ёмкость помещаются отходы, содержащие нефть и нефтепродукты, используемые в качестве сырья. Ёмкость с нефтяным отходом нагревается до температуры в пределах 60–100 ⁰С с помощью нагревательного устройства. Затем добавляется кальцийсодержащий компонент (в качестве кальцийсодержащего компонента применены строительная известь или фосфогипс). Далее смесь тщательно перемешивается с помощью двухроторного (двухвалкового) лопастного смесителя до однородного (гомогенного) состояния.

За счёт кальцийсодержащего компонента, участвующего в качестве связующего в обоих видах (случаях) повышается взаимная адгезия (сцепление) мельчайших частиц продукта. Таким образом частицы нефтяного отхода измельчаются до более мелких фракций сорбируются и адсорбируются на поверхности твёрдого вещества. Полученный продукт смешивается с щебнем для приготовления органоминеральной смеси, используемой в дорожно-строительных материалах, и применяется в качестве основания (подошвы, подстилающего слоя) под основной асфальт. За счёт добавления минеральных компонентов к нефтешламу снижается класс опасности отходов, содержащих нефть и нефтепродукты с III до IV класса.

В результате проведенных анализов были выбраны самые оптимальные эксперименты. Проведен качественный анализ полученных данных из выбранных опытов, проведенных в двух паралельных.  Результаты, полученные в ходе анализа, принимались среднеарифметические.

Данные полученные на основе приведённых экспериментов, приведены в таблицах 3 и 4.

Показатели продукта, полученного в обоих вариантах были определены в соответствии с требованиями к органоминеральной добавке, используемой в строительных материалах (см. таблицы 3 и 4).

Таблица 3.

Показатели органоминеральной добавки, используемой в строительных материалах

Таблица 4.

Физико-механические показатели органоминеральной добавки, используемой в дорожно-строительных материалах

4. Заключение

На основании полученных результатов, приведенных в таблицах, исследованные нефтяные отходы можно рекомендовать для использования: в дорожном строительстве, в производстве асфальтобетона, в качестве органического вяжущего компонента органоминеральной смеси.

Переработанные в соответствии с предлагаемым методом нефтяные отходы:

– соответствуют экологическим требованиям;

– не подвергаются эрозии;

– не просачиваются нефтепродукты;

– считаются экологически безопасными.

Обезвреженные нефтяные отходы по предлагаемым методам дают возможность использовать их в качестве вторичного сырья.

Таким образом, использование нефтяных отходов в больших объёмах является актуальной задачей.  Это позволяет сократить негативное воздействие на окружающую среду, развивать новые и существующие технологии переработки нефтяных отходов и получать источники использования их в качестве вторичного сырья.

Список литературы:

1. Пляцук, Л. Д., Матюшенко, И. Ю. Утилизация отходов нефтедобычи / Л. Д. Пляцук, И. Ю. Матюшенко // Современные технологии в промышленном производстве: материалы научно-технической конференции преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов факультета технических систем и энергоэффективных технологий. Суми. : СумДУ, 2013. - 171 с.
2. Литвинова, Т. А. Экологические аспекты обезвреживания и утилизации углеводородосодержащих отходов нефтегазового комплекса / Т.А.Литвинова // Краснодар. : КубГТУ, 2011. - 12 с.
3. Пат. 2112758 Российская Федерация, МКИ С04В 14/12. Способ получения керамзита / Шпербер P. E., Шпербер Е. Р., Шпербер Ф. Р.; заявитель и патентообладатель Строительное научно-техническое малое предприятие «ЭЗИП»-№ 96120970/03; заявл. 15.10.1996; опубл. 10.06.1998, Бюл. №3. - 4 с.
4. Тимошин, А. Ф., Николаев, А. П., Бердников, А. Г. Способ утилизации нефтешламов на основе анализа промышленной безопасности технологических процессов / А. Ф. Тимошин, А. П. Николаев, А. Г. Бердников // Москва. : Международный научно-исследовательский журнал,. - 2015. - № 11 (42) Часть 2. - С. 103-107.
5. Монтаев, С. А., Бисенов, К. А., Монтаева, А. С., Тауышев, О. У., Жарылгапов С. М. Нефтешлам как энерговыделяемый и модифицирующий компонент в технологии строительной керамики / С. А. Монтаев, К. А. Бисенов, А. С. Монтаева, О. У. Тауышев, С. М. Жарылгапов // Казахстан. : Новости науки Казахстана. - 2015. - № 3. - С. 204-218.
6. Karamil, E. , Jafari Behbahani, Т. Upgrading petroleum sludge using polymers. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology [Electronic resource].-2017.URL: (date of treatment 14.03.2019).
7. Martinez, Juan Daniel, Betancourt-Parra, Santiago, Carvajal-Marin, Ivonne, Betancur-Velez, Mariluz. Construction and Building Materials. Ceramic light-weight aggregates production from petrochemical wastes and carbonates as expansion agents / Juan Daniel Martinez, Santiago Betancourt-Parra, Ivonne Carvajal-Marin, Mariluz Betancur-Velez // Elsevier. : Journal of hazardous materials, 2018. - 180 с.