Обезвоживание нефтешламов: для чего это нужно и какие методы использовать?

Нефтяная промышленность производит один из самых популярных опасных отходов, известный как нефтяной шлам. В последние годы обработка и удаление нефтешламов представляет собой серьезную проблему. В этой статье мы рассмотрим различные подходы к обработке и удалению нефтешламов и опишем обезвоживание нефтешламов при помощи электронагревателей для нефтепродуктов.

Что такое нефтешламы?

При добыче нефти образуются отходы, которые включают буровой раствор, нефтяные сточные воды, отстой заводов по очистке нефтяных сточных вод и отстой нижних резервуаров. Нефтеперерабатывающий завод с производственной мощностью 105 000 бочек в день производит около 50 тонн нефтесодержащих шламов в год. Остатки, обнаруженные на дне резервуара и других хранилищ с нефтью, обычно называют илом. В резервуарах для хранения сырой нефти этот вид шлама, находящийся в его основании, состоит из углеводородов, асфальтенов, парафина, воды и неорганических твердых веществ, таких как песок, сульфиды железа и оксиды железа. Углеводороды являются основным компонентом нефтешламов, которые образуются при изменении свойств сырой нефти в результате изменения внешних условий. Образование нефтяного шлама обычно вызывается охлаждением ниже точки помутнения, испарением легких фракций, смешиванием с несовместимыми материалами и введением воды для образования эмульсий.

Неочищенный нефтесодержащий шлам является повторяющейся проблемой, приводящей к коррозионным эффектам и снижению емкости хранения нефти. Экономический эффект включает затраты на удаление и утилизацию осадка, где большие расходы составляют сборы за утилизацию экологически вредного материала.

Во всем мире используется целый ряд методов обработки и утилизации нефтешламов, включая термические, механические, биологические и химические.

В каждом резервуаре для хранения с течением времени будет накапливаться ил, но резервуар для хранения нефти создает большие проблемы на производственных участках. Выгодное повторное использование нефтешламов с небольших производственных площадок требует повторного использования нефтешламов без обработки. Использование этих отходов в качестве строительного материала должно оказаться очень экономичным и экологически устойчивым.

В большинстве методов обработки используются три этапа техники обращения с отходами: (1) сокращение образования нефтешламов за счет использования современных технологий, (2) извлечение нефти из нефтесодержащих шламов и (3) утилизация неизвлекаемых нефтешламов. Первый этап помогает предотвратить и уменьшить образование нефтешламов, в то время как два других этапа сосредоточены на эффективной обработке сырого нефтесодержащего шлама.

Обезвоживание нефтешламов

Снижение содержания воды в нефтесодержащем шламе имеет важное значение для его утилизации. Несмотря на кондиционирование и разделение твердой и жидкой фаз, содержание воды в нефтесодержащем шламе обычно превышает 65%. Большая часть этой воды существует в виде эмульгированной и связанной воды, что снижает эффективность удаления воды в процессе естественного полусушения маслянистого осадка.

Связанная вода - это вода, которая притягивается к внутренним поверхностям пор и внешним поверхностям частиц маслянистого осадка заряженными молекулами. Эмульгированная вода относится к эмульсии масло-вода, которая представляет собой систему вода-в-масле, масло-в-воде или дисперсионную систему с несколькими типами эмульгирования. Под свободной водой понимается вода, которая может течь свободно.

Способы сушки включают сушку электронагревателями, микроволновую сушку, солнечную сушку и естественную сушку. 

• При сушке электронагревателями в качестве источника тепла используются погружные нагреватели нефтепродуктов или стеклопластиковые нагреватели, а также нагреватели косвенного нагрева, использующие теплоносители, такие как горячая вода, пар или теплопроводное масло.

• Микроволновая сушка широко использовалась при физической обработке пищевых продуктов, бумаги, дерева и продуктов в других отраслях промышленности.

• Солнечные сушилки могут быть самой простой и наименее дорогой технологией для уменьшения веса осадка. Эти сушилки в основном включают режимы теплицы и псевдоожиженного слоя. Однако кинетика солнечной сушки колеблется, так как поступление солнечной энергии меняется. По сравнению с сушкой электронагревателями и микроволновой сушкой, естественная воздушная сушка, аналогичная солнечной сушке, является наиболее экономичным методом снижения влажности маслянистого осадка до полусухого состояния.

По содержанию влаги методы сушки можно разделить на два типа: полная сушка и полусушка. Полная сушка снижает влажность нефтесодержащего осадка до 10-15% или менее. Полусушка снижает влажность до 40-50%. Под естественной полусушкой подразумевается выдержка маслянистого осадка при комнатной температуре. Большая часть воды из нефтесодержащего осадка затем удаляется путем естественной диффузии и испарения. Это снижает содержание воды в нефтесодержащем шламе до нового уровня 40-50%.

Естественная сушка зависит от многих факторов, включая температуру, ветер, влажность воздуха и толщину укладки маслянистого осадка. Для естественного высыхания нефтесодержащего ила до полусухого состояния после флокуляции и разделения твердой и жидкой фаз требуется 15 дней или более. Особенно важны три фактора:

• (1) эксплуатация большого количества хранилищ увеличивает общие расходы предприятия.

• (2) чем больше время хранения и чем больше объем необходимого хранилища, тем выше риск для безопасности и окружающей среды.

• (3) газообразные выбросы производят запах во время производственного процесса.

Эти факторы подчеркивают необходимость сокращения периода сушки или использование нагревательных элементов для повышения скорости и эффективности.

Система нагрева для обезвоживания нефтешламов

Трубные нагреватели нефтепродуктов с керамическими сухими ТЭНами – это эффективный, надежный и безопасный метод нагрева резервуаров с дизельным топливом, битумом, мазутом, маслом и другими нефтепродуктами. Также системы нагрева с погружными и врезными нагревателями нефтепродуктов применяются для обезвоживания нефтешламов, битума и мазута.

Методы утилизации нефтешламов

Методы захоронения применяются к нефтяному шламу после извлечения всей полезной нефти и углеводородов. Среди различных используемых методов: сжигание, окисление, отверждение/стабилизация и биоразложение.

• Сжигание - это процесс, при котором шлам нефтяной промышленности полностью сгорает в присутствии большого количества воздуха и вспомогательного топлива. Используются два основных типа печей: вращающаяся печь и печь с псевдоожиженным слоем. Температура горения в мусоросжигательных установках с вращающейся печью находится в диапазоне 980–1200°C, при времени пребывания 30 минут, в то время как температура горения в псевдоожиженном слое колеблется в пределах 730–760°C, при этом время пребывания измеряется в днях. Псевдоожиженный слой лучше всего подходит для обработки шлама низкого качества, поскольку он имеет высокую эффективность перемешивания, топливную гибкость, низкие выбросы загрязняющих веществ и высокую эффективность сгорания.

• Стабилизация/затвердевание - это процесс инкапсуляции/герметизации отходов с использованием связующего с единственной целью предотвращения выщелачивания отходов в окружающую среду, будь то с помощью физических или химических средств, и чтобы иметь возможность преобразовать продукты в экологически чистые строительные материалы или неопасные отходы на полигоне захоронения.

• Окислительная обработка - это процесс разложения органических загрязнителей с использованием химических и других окислителей. В процессе окисления реактивные агенты вводятся в нефтесодержащий отстой, и органическое соединение в нефтесодержащем отстое будет окисляться до диоксида углерода и воды или до безопасных материалов.

• Биоремедиация - использование микроорганизмов в биодеградации и удалении загрязнителей окружающей среды.

Выводы

В нефтяной промышленности невозможно избежать образования нефтесодержащих шламов, и это представляет собой глобальную проблему при обработке и управлении отходами из-за их опасности. Было разработано несколько подходов к эффективному управлению нефтешламом, например: пиролиз, земледелие, ультразвуковая обработка, сжигание, экстракция растворителем, фотокатализ, химическая обработка и обезвоживание при помощи электронагревателей.