Современные технологии утилизации нефтешлама: российский и зарубежный опыт

Что такое нефтешламы: состав и разновидности

Нефтешламы – один из наиболее крупнотоннажных видов отходов, образующихся при переработке нефти. Они представляют собой коллоидную систему, состоящую из высокомолекулярных нефтяных соединений, также в состав нефтешлама входят минеральные вещества и вода. Структура и количество присутствующих примесей зависят от вида шлама и способа его образования.

Шламы образуются практически на каждом этапе добычи и переработки нефти. Они возникают при строительстве скважин, в процессе эксплуатации месторождений, также они остаются после очистки резервуаров, скапливаются на очистных сооружениях, пропарочных станциях очистки цистерн и не только. Шламы отличаются сложностью химического состава, поэтому их утилизация требует соблюдения мер экологической безопасности. Например, не допускается их простое сжигание на промышленной площадке, так как при этом образуется большое количество углеводородных соединений, загрязняющих атмосферу.

Различают несколько разновидностей нефтешламов:

• Замазученный грунт. Наиболее часто он образуется при разливе нефти в местах добычи и первичной переработки. Он отличается низкой концентрацией углеводородов, на поверхности грунта образуется тонкий слой, препятствующий доступу воды и кислорода. Попадание нефти на грунт препятствует нормальному росту и развитию растений, приводит к гибели живых организмов.
• Донный шлам – результат попадания нефтяных отходов на дно водоемов.
• Резервуарные нефтешламы – отходы, образующиеся в результате длительного хранения углеводородов в цистернах.
• Ловушечная нефть, водно-нефтяная эмульсия и другие разновидности шламов. У каждой из них есть свои особенности химического состава, поэтому различаются используемые технологии переработки.

Для различных видов применяются несколько технологий утилизации, благодаря которым удается получить максимум полезных веществ для повторного использования и значительно уменьшить количество отходов. Они направлены на отделение полезных нефтепродуктов и нейтрализацию возможного вреда, который отходы могут причинить окружающей среде.

Экологическая опасность нефтяного шлама

Они относятся к III классу опасности – умеренно опасные. Ниже перечислены основные опасности, которые нефтешлам может нанести окружающей среде и человеку:

• Могут вызвать развитие раковых опухолей у людей и животных. Нефтяной шлам содержит вещества, которые относятся ко второй или даже к первой группе опасностей: бензапирен, фенантрены, пирен.
• Вызывает дисфункцию мозга, сердца и печени. Ионы тяжелых металлов, содержащиеся в нефти, опасны при попадании в пищевую цепочку человека.
• Замедляет прорастание семян и время прорастания. Согласно лабораторным исследованиям, семена вообще не прорастают при концентрации нефтешлама 6-8%. Надземные части растений на загрязненной почве выглядят слабыми и отличаются небольшими размерами и слаборазвитой корневой системой.
• Судьба животных, живущих в почве, загрязненной нефтешламом (кроты, крысы), весьма безрадостна. Соединения нефти копятся в организме животного и оказывают мутагенное действие, что чревато серьезными заболеваниями, бесплодием, влиянием на поведение.

Технологии утилизации нефтешламов

Утилизация нефтешламов – это процесс их переработки, в результате которой выделяются нефтесодержащие продукты для повторного использования в производстве битума и стройматериалов, высвобождается вода и твердые примеси. Использование современных технологий утилизации помогает снизить нагрузку на окружающую среду и предотвратить негативные последствия попадания нефтешламов в грунт и водоемы.

Наибольшее распространение получили следующие технологии переработки:

• Сжигание – уничтожение при высоких температурах для получения полезной тепловой энергии. Хотя этот метод представляет угрозу для окружающей среды, он все равно не теряет популярности. Для уменьшения загрязнения атмосферы при сжигании используется специальное оборудование. Камерные и циклонные топки позволяют уничтожить максимальное количество углеводородных соединений, в результате в процессе сжигания образуются только углекислый газ и вода. Перед сжиганием шламы отстаиваются и проходят этап сушки, чтобы удалить максимальное количество воды и уменьшить объем.
• Фильтрация. Этот метод позволяет отделить нефтепродукты от примесей для последующего использования. Шламы обрабатываются паром, в результате теплового воздействия фракции с разной плотностью отделяются друг от друга.
• Биологическая переработка. Она может использоваться на завершающем этапе очистки загрязненных грунтов и водоемов. Для этого используются микроорганизмы, способные разлагать нефть на более простые соединения, очищать воду и грунт. Также биопрепараты применяются для разложения донных остатков, образующихся в цистернах и резервуарах. Это наиболее экологичный метод, однако биопрепараты могут работать только в определенных условиях. Например, они неактивны при минусовых температурах.

Все эти методы продолжают дорабатываться и улучшаться, так как они не лишены недостатков. Разработка нового оборудования позволяет повысить эффективность отделения нефтепродуктов и получить максимум полезного сырья для вторичного использования.

Альтернативные методы переработки

В развитых странах продолжается разработка альтернативных технологий, которые помогут ускорить процесс переработки нефтешламов, максимально эффективно извлекать из них углеводороды. Новые технологии должны снизить отрицательное воздействие на окружающую среду, альтернативные методы направлены на предотвращение вторичного загрязнения. Для переработки нефтешламов применяются следующие способы:

• Переработка в сепараторах и центрифугах. В результате удается отделить максимальное количество воды, а также разделить нефтяные отходы на различные фракции для последующего использования.
• Пиролиз. Это технология температурной обработки углеводородных соединений в условиях дефицита кислорода. В отличие от сжигания, при этом процессе не происходит сжигания: образуется пиролизный газ и жидкое пиролизное топливо. Они могут использоваться как ценный источник энергии. В итоге переработки образуется очень небольшое количество сухого остатка, не представляющего угрозы для окружающей среды. Основной недостаток метода – необходимость установки сложного дорогостоящего оборудования.

Еще одним способом переработки можно назвать комплексную очистку, которая проходит в несколько последовательных этапов. Она может включать в себя отстаивание, фильтрацию, дальнейшую биологическую очистку для окончательной переработки. По результатам остается небольшое количество отфильтрованных отходов, которые отправляются на сжигание или на захоронение на специальных полигонах.

Использование нефтешлама в качестве сырья

• Нефтяной шлам, используемый в качестве вторичного сырья для дорожного строительства как добавка в асфальтобетонные смеси. Это приводит к повышению прочностных характеристик дорожных покрытий, уменьшению водопоглощения и снижению затрат.
• Нефтяной шлам используется в качестве сырья для производства строительных материалов. В этой области они находят более широкое применение. Нефтяные отходы входят в состав некоторых изоляционных материалов, посыпаются в бетонные смеси для повышения их морозостойкости и т.д.
• Нефтяной шлам, как замена сырой нефти в бетонных смесях. При контакте с фильтратом буровых растворов позволяет повысить устойчивость глинистых пород.

Как утилизируют нефтешламы в России и за рубежом?

Проблема образования большого количества нефтешламов остро стоит во всем цивилизованном мире. Многолетняя добыча большого количества нефти, аварийные разливы на грунт, длительное хранение в резервуарах на станциях и предприятиях – все это приводит к образованию большого количества отходов, которые требуют переработки. Только в России общее количество накопленных нефтешламов достигает 100 млн. тонн, в Казахстане – 40 млн. тонн, в Азербайджане – 20 млн. тонн. Нефтешламы активно накапливаются не только в странах западного мира, но и в странах Среднего Востока, и в Юго-Восточной Азии, где ведется активная добыча. Для решения проблемы разрабатываются различные проекты по утилизации, однако их реализация требует значительных финансовых вложений.

Утилизация нефтешламов в России

В России на большинстве предприятий до сих пор используются устаревшие схемы переработки нефтешламов, кроме того, в этой отрасли очень высока зависимость от импортного оборудования. До 80-90% всей используемой для этого техники поступает из-за рубежа. Это одна из причин, по которой остается невысоким процент перерабатываемых отходов. Большая часть не перерабатывается, а направляется на длительное хранение на полигоны, в результате отходами загрязняются значительные территории.

В России получили наибольшую распространенность следующие направления утилизации нефтешламов:

• Высокотемпературная обработка с помощью сжигания. Хотя это не самый экологичный метод, он остается наиболее распространенным и дает возможность получить большое количество полезной энергии.
• Пиролиз с получением пиролизного газа. Пока это направление только продолжает развиваться, так как требует сложной дорогостоящей техники. В результате образуется жидкое котельное топливо, обеспечивающее большое количество полезной энергии.
• Физические способы. Это размещение на длительное хранение, отстаивание в специальных прудах.

Большая часть отходов просто продолжает храниться, и каждый год на территории России образуется 7-9 млн. тонн различных нефтешламов. Проблема продолжает оставаться острой и требует поиска новых путей решения.

Утилизация нефтешламов за рубежом

В западных странах продолжается активный поиск путей решения проблемы. Наиболее перспективным направлением считается физический метод центрифугирования отходов с использованием флокулянтов. Такая технология представляет собой разделение нефтешламов на отдельные компоненты с помощью центрифуги: она применяется для обработки буровых шламов, а также для ликвидации шламовых амбаров.

В результате центрифугирования удается отделить для последующего использования до 85% всех углеводородных соединений и до 95% твердых примесей. Также в результате процесса выделяется вода, которая может быть использована для технических целей, и сухой остаток – он находит применение в строительстве. В результате все компоненты, присутствующие в составе нефтешламов, могут быть направлены на вторичное применение.

Альтернативный метод предложила немецкая компания KHD Humboldt Wedag AG – ей разработана технология по утилизации шлама методом сжигания после его разделения на отдельные фракции. Комплексная технология переработки предполагает последовательное отделение компонентов методом центрифугирования и сепарации, после чего полученный остаток, который невозможно использовать, сжигается. Метод дает возможность полностью уничтожить отходы и получить из них максимум полезных компонентов.

На зарубежных предприятиях проблема ликвидации нефтяных отходов тоже не решена до конца. Перечисленные методы требуют установки сложного оборудования и больших энергозатрат, что увеличивает стоимость переработки. Однако продолжается активный поиск новых решений, которые помогут очистить планету от нефтяного мусора.

Схема переработки нефтешлама

Наиболее распространенная в России технология переработки нефтешлама- последовательная подготовка к сжиганию и уничтожение с помощью высокой температуры. Она проводится по следующей схеме:

• Отстаивание нефтесодержащих отходов в специальных прудах. Этот этап требует больших площадей и затрат времени.
• Фильтрация и сушка для отделения максимального количества воды.
• Сжигание в печах при высоких температурах. Продукты сгорания должны проходить фильтрацию для предотвращения загрязнения атмосферы.

Оставшаяся вода проходит доочистку, в том числе с использованием микроорганизмов. В результате она становится пригодной для дальнейшего применения в различных технологических процессах.

Оборудование для утилизации нефтешламов

Выбор оборудования зависит от применяемых технологий нефтепереработки. Наибольшее распространение получили следующие виды техники:

• Инсинираторы. Это кремационные камеры, предназначенные для сжигания нефтешлама с образованием золы и углекислого газа. Зола впоследствии может использоваться в химическом производстве и не только. Инсинератор должен работать в паре с газоочистной установкой для предотвращения загрязнения атмосферного воздуха.
• Пиролизные установки. Такое оборудование обеспечивает высокотемпературную обработку с минимальным доступом кислорода. В результате образуется ценное печное топливо и горючий пиролизный газ.
• Центрифуги, сепараторы и другие виды техники для механической обработки и расслоения нефтешламов. Они обеспечивают разделение на фракции, которые потом могут использоваться во вторичном производстве.
• Анаэробные реакторы, предназначенные для биологического разложения нефтесодержащих отходов. Это одна из новых технологий, которая относительно недавно начала использоваться в России. Реактор представляет сбой резервуар, в котором поддерживается оптимальный уровень температуры и влажности для максимальной активности микроорганизмов. Результатами переработки становятся углекислый газ, вода и незначительное количество органического осадка.

Поскольку практически все способы переработки нефтешламов требуют больших затрат, внедрение новых технологий в практику проходит достаточно медленно. Сложности возникают и из-за того, что большая часть компонентов для оборудования по переработке нефтешламов поступает из-за рубежа, в России пока слабо развито собственное производство. Однако с каждым годом проблема утилизации нефтяных отходов становится все более острой, человечеству приходится искать способы уменьшить затратность и активнее внедрять новые методы для снижения количества попадающих в окружающую среду нефтешламов.