Способы утилизации нефтегазовых отходов

Проблема переработки отходов считается одной из самых крупных экологических проблем. Изучая опыт обращения с отходами в России и за рубежом, можно сделать вывод, что совершенствование нормативной базы, увеличение доли переработки и повторного использования отходов и применение современных технологий обеспечит устойчивое экологическое развитие во всех регионах страны [8].

1. В нефтегазовой отрасли, как и в целом по России, необходимо скорейшее решение ряда принципиальных задач. К их числу относится обеспечение стабилизации и последующего коренного улучшения состояния окружающей среды за счет «экологизации» экономической деятельности, т.е. ввод хозяйственной деятельности в пределы емкости экосистем на основе массового внедрения энерго - и ресурсосберегающих технологий, внедрение системы экологического управления и менеджмента, включающей в себя создание такого механизма, который целенаправленно будет ориентировать все субъекты предпринимательства на соблюдение природоохранных требований, требуется системный подход, оптимизирующий весь материально-производственный цикл - от сырья до готового продукта и утилизации отходов производства. Этот цикл должен включать в себя создание замкнутой промышленной схемы малоотходного и экологически приемлемого производства [9].

На рис. 1 представлена схема вовлечения в ресурсооборот отходов нефтегазовой отрасли за счет внедрения безотходных технологий. Такой подход позволяет не только расширить сырьевую базу, но и способствует минимизации негативного воздействия отходов и защите окружающей среды [10].

Количество нефтесодержащих отходов в газовой отрасли колеблется в широких пределах. Так, в целом по " Газпрому" за 2000 г. оно составило около 10, 0 тыс.т, при этом на долю жидких отходов приходится 70%, пастообразных и твердых – 30%. Ряд дочерних предприятий " Газпрома", имеющих в своем составе крупные объекты транспорта и переработки газа, являются источниками образования значительных объемов нефтесодержащих отходов, которые по своим характеристикам не могут рассматриваться как вторичные материальные ресурсы и подлежат обезвреживанию. Количество образующихся отходов на отдельных предприятиях колеблется от 578 т/год до 2510 т/год. Существовавшее ранее мнение о малоотходности газовой отрасли, в связи с чем на подавляющем большинстве предприятий не предусматривалась организация участков обезвреживания образующихся отходов, привело к накоплению большого количества отходов производства и потребления на промышленных площадках многих структур " Газпрома".
Зачастую предприятия вынуждены накапливать и хранить на своей территории нефтешламы из-за недостаточного количества полигонов промышленных отходов, их принимающих, или из-за отсутствия установок по переработке нефтесодержащих отходов, соответственно платя за их хранение. Скапливание нефтеотходов на производственных территориях может привести к интенсивному загрязнению почвы, воздуха и грунтовых вод [11].

2. Нередко нефтесодержащие отходы уничтожаются на промплощадках путем сжигания без очистки отходящих газов, загрязняющих атмосферу, что является нарушением законодательства по охране атмосферного воздуха и влечет плату за указанные выбросы в 25-кратном размере.
Решающим фактором, определяющим загрязняющие свойства шламов, а также направления их утилизации и нейтрализации вредного воздействия на объекты природной среды является состав и физико - химические свойства. Выбор способа переработки зависит от качества шлама и состава содержащихся в нем нефтепродуктов и механических примесей. Нефтесодержащие отходы можно условно разделить на утилизируемые, которые после регенерации могут быть использованы на производстве, и неутилизируемые, подлежащие обезвреживанию из-за своих физико-механических свойств. По некоторым данным к неутилизируемым нефтесодержащим отходам относятся нефтешламы, образующиеся при очистке емкостей, резервуаров, участков кондесатопроводов, шлам реагентной очистки сточных вод, а также замазученный песок или грунт и др.

Для правильной организации сбора, размещения, обезвреживания и утилизации отходов необходимо знать состав, количество и свойства отходов, а также факторы, влияющие на их изменение, что напрямую связано с расчетом экологических платежей, оценке материального ущерба или риска возникновения аварийных ситуаций при обращении с отходами. Исходной информацией для проведения инвентаризации отходов служат данные изучения регламентов используемых технологических процессов, сырья, материалов, топлива, карты-схемы расположения источников образования отходов и мест их временного и постоянного складирования. В процессе инвентаризации составляется материальный баланс предприятия, рассчитывается количество образующихся отходов и устанавливается их класс опасности [12].

3. В настоящее время известно о применении следующих методов (и их комбинаций) обезвреживания и переработки нефтяных шламов:
- сжигание нефтяных шламов в виде водных эмульсий и утилизация выделяющегося тепла и газов;
- обезвоживание или сушка нефтяных шламов с возвратом нефтепродуктов в производство, а сточных вод в оборотную циркуляцию и последующим захоронением твердых остатков;
- отверждение нефтешламов специальными консолидирующими составами с последующим использованием в других отраслях народного хозяйства, либо захоронением на специальных полигонах;
- переработка нефтяных шламов на газ и парогаз, в нефтепродукты;
- использование нефтешламов как сырье (компоненты других отраслей народного хозяйства);
- физико-химическое разделение нефтяного шлама (растворители, деэмульгаторы, ПАВ и др.) на составляющие фазы с последующим использованием.

4. Наиболее эффективным, хотя и не всегда экономически рентабельным, считается термический метод обезвреживания шлама. В последние годы наибольшее распространение получили следующие методы сжигания нефтешламов: во вращающихся барабанных печах, в печах с кипящим слоем теплоносителя, в объеме топки с использованием форсунок, в топке с барботажными горелками. Термический метод позволяет совместно с нефтешламами сжигать загрязненные фильтры, промасленную ветошь, твердые бытовые отходы.
Образующиеся при этом вторичные отходы относятся к 4 классу опасности и подлежат вывозу на полигоны захоронения. Объем вторичных отходов по сравнению с первоначальным уменьшается до 10 раз.

Продукт, образующийся в результате обезвреживания нефтешламов химическим методом, пригоден для использования в строительстве, при прокладке дорог, отсыпке земляных насыпей и может быть реализован сторонним потребителям. По некоторым данным с экономической точки зрения химическое обезвреживание нефтеотходов имеет более низкую стоимость обезвреживания отходов, чем термическое [13].

5. Одним из наиболее перспективных методов обезвреживания нефтешламов (НШ) является реагентное капсулирование, которое заключается в смешении негашеной извести и сорбента с НШ. В результате взаимодействия компоненты отхода вовлекаются в гидрофобную капсулу.

Введение отработанного силикагеля или термически обработанной рисовой лузги в качестве кремнеземсодержащего сорбента в большей степени позволило снизить растворимость капсул продукта утилизации за счет образования малорастворимых силикатов и карбонатов кальция при взаимодействии оксидов кремния, углекислого газа атмосферного воздуха с оксидом кальция, соответственно.

Для повышения экологической безопасности в состав обезвреживающей композиции вводят кремнеземсодержащие адсорбенты, которые поглощают легкие углеводородные фракции, ионы тяжелых металлов и серосодержащие соединения, содержащиеся в нефтяном отходе. Введение кремнеземсодержащих сорбентов позволяет снизить растворимость капсул продукта утилизации за счет образования малорастворимых силикатов и карбонатов кальция при взаимодействии оксидов кремния, углекислого газа атмосферного воздуха с оксидом кальция, соответственно. Для повышения экологической безопасности нами предлагается введение в состав обезвреживающей композиции СаО: ОДМ-2Ф модификатора – восковых веществ, содержащихся в ОМ. Кроме того, ОМ-1 и ОМ-2 выполняют одновременно и роль сорбента-реагента. Остаточные сорбционные свойства отработанного ОДМ-2Ф создают условия для поглощения углеводородов. Ионы тяжелых металлов при гашении оксида кальция в щелочной среде переводятся в нерастворимые гидроксиды.

Продукты утилизации НШ нами предложено использовать в производстве бетонных конструкций гидротехнического назначения в качестве гидробофизирующих добавок.

Процесс приготовления бетонной смеси состоит из дозировки ингредиентов и их перемешивания. Введение гидрофобизирующей добавки не требует приобретения дополнительного оборудования для блока подачи добавки в смеситель, т.к. оборудование для хранения, просева и дозирования добавки является стандартным на заводах по производству изделий из бетона [14].

6. Научная новизна

1. Установлен состав мигрирующих в водную среду углеводородов и их производных из нефтешламов, отработанных силикагелей и цеолитсодержащих катализаторов и продуктов обезвреживания отходов по данным спектрального анализа и хроматографии. При этом впервые определены количества этих загрязнений в водной среде доступным методом на основе тонкослойной хроматографии (ТСХ) с применением денситометра Сорб-фил. Выявлено удерживание малополярных соединений силикагелем, цеолитами и миграция в водную среду преимущественно более полярных.

2. Впервые предложена кремнеземсодержащая обезвреживающая НШ композиция: смесь из негашеной извести и отработанного силикагеля с содержанием от 9 до 52 %, при смешении которой с НШ получена экологически безопасная органоминеральная добавка (ОМД).

3. Разработан способ применения ОМД в производстве керамзита для получения готовой продукции с низкой насыпной плотностью и требуемой прочностью при более низких температурах обжига глины.

4. Научно обосновано обезвреживание отработанных силикагелей и катализаторов использованием их в качестве кремнеземсодержащей добавки при получении керамических кирпичей [15].

7. Известен способ комплексной рекультивации нефтезагрязненных земель. Технология предусматривает отмывку загрязненных грунтов горячей водой, сбор и транспортировку образовавшейся при этом эмульсии (нефти с водой, частицами грунта) в очистную установку, разделение эмульсии на составляющие, очистку их в установке под воздействием аэрации горячим воздухом, вибрации и повторное использование воды и нефти (нефтепродуктов). Однако данный способ не позволяет при ограниченных затратах обезвреживать и утилизировать различные по происхождению и составу промышленные отходы (нефтезагрязненные грунты, нефтешламы, буровые растворы и другие отходы нефтегазовой отрасли).

8. Наиболее близким к заявляемому решению относится способ утилизации промышленных отходов, по которому в пространственно подвижной емкости из промышленных отходов послойно вымораживают и удаляют в виде обезвреженных пресных ледяных блоков до 40% жидкости. Затем оставшуюся часть отходов разделяют на твердую фазу и рассол. Их нейтрализацию производят в процессе термической обработки, например, в серийно выпускаемой асфальтобетонной установке. К недостаткам способа относятся значительные затраты на разделение сильно загрязненных, обводненных промышленных отходов на составляющие (фазы), на обезвреживание жидкости (рассола) и твердых частиц, удаление из них, в случаях необходимости, нефти (нефтепродуктов), а также на утилизацию составляющих отходов в различных сферах нефтегазовой деятельности [16].

9. В последнее время интенсивное развитие получили бактери­альные методы интенсификации добычи нефти: введение в пласты через нагнетательные скважины углеводородокисляющих и газообразующих микроорганизмов и питательных субстратов для них, активизация естест­венных аэробных и анаэробных биоценозов бактерий прежде всего рода Clostridium, образующих на дешевых питательных субстратах значитель­ные количества СН4, СО2, Н2, N2. Методы бактериального воздейст­вия, снижающие вязкость и повышающие подвижность нефти в коллекто­ре, наиболее эффективны в условиях истощенных месторождений, число которых непрерывно растет.

10. Проводятся эксперименты по очистке малых рек от нефтяного загряз­нения с помощью биоконвейеров " Вия", при которых текущая вода фильт­руется через микробоценоз, имммобилизованный на природных волокнах. Иммобилизированная углеводородоокисляющая микрофлора волокнистых насадок полностью разлагает нефтепродукты. Эксперимент проведен на р. Парки на производственной терри­тории НГДУ " Мамонтовнефть" [17].

Выводы

Можно сделать вывод, что актуальность решения проблемы утилизации нефтесодержащих отходов обусловлена значительным количеством накопленных и ежегодно образующихся отходов, их негативным воздействием на окружающую среду. В процессе строительства скважин, наиболее негативное воздействие на окружающую среду оказывают отходы бурения, включающие отработанные буровые растворы, буровые сточные воды и буровые шламы, нефтешламы. Из многочисленных способов обращения с нефтесодержащими отходами необходимо отметить следующие: термический (сжигание в открытых амбарах и печах); методы научной новизны (кремнеземсодержащая обезвреживающая НШ композиция, комплексная рекультивация нефтезагрязненных земель и т.д.) [18].

Список литературы

1. Ссылка на литературный источник: [https://www.referatya.ru/catalog/detail/70149];

2. Ссылка на литературный источник: [https://www.referatya.ru/catalog/detail/70149];

3. Ссылка на литературный источник: [https://5fan.ru/wievjob.php? id=78093];

4. Ссылка на литературный источник: [https://5fan.ru/wievjob.php? id=78093];

5. Ссылка на литературный источник: [https://5fan.ru/wievjob.php? id=78093];

6. Ссылка на литературный источник: [https://5fan.ru/wievjob.php? id=78093];

7. Ссылка на литературный источник: [https://5fan.ru/wievjob.php? id=78093];

8. Ссылка на литературный источник: [https://www.science-education.ru/106-7707];

9. Ссылка на литературный источник: [https://ru-ecology.info/term/12822/];

10. Ссылка на литературный источник: [https://www.science-education.ru/106-7707];

11. Ссылка на литературный источник: [https://www.ecoindustry.ru/phorum/viewtopic.html? r=9& page=29& f=1& t=1267];

12. Ссылка на литературный источник: [https://www.ecoindustry.ru/phorum/viewtopic.html? r=9& page=29& f=1& t=1267];

13. Ссылка на литературный источник: [https://www.ecoindustry.ru/phorum/viewtopic.html? r=9& page=29& f=1& t=1267];

14. Ссылка на литературный источник: [https://www.dslib.net/ekologia/povyshenie-resursosberezhenija-utilizaciej-neftesoderzhawih-othodov-reagentnym.html];

15. Ссылка на литературный источник: [https://earthpapers.net/ekologicheskie-aspekty-obezvrezhivaniya-i-utilizatsii-uglevodorodsoderzhaschih-othodov-neftegazovogo-kompleksa#ixzz3uCGdGYui];

16. Ссылка на литературный источник: [https://www.freepatent.ru/patents/2454440];

17. Ссылка на литературный источник: [https://5fan.ru/wievjob.php? id=78093];

18. Ссылка на литературный источник: [https://www.referatya.ru/catalog/detail/70149].