автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Разработка технологии утилизации нефтяных шламов

• > На правах рукописи

О '-О

О- чл^

Окуттев Евгений Борисович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЯНЫХ ШЛАМОВ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

05.17.07. - Химическая технология топлива

Уфа - 1996 г.

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете (УГНТУ).

доктор технических наук, профессор А.Ф.Ахметов; доктор химических наук, профессор М.Ю.Доломатов

доктор технических наук, профессор Хабибуллин Р.Р. кандидат технических наук, Минигазимов Н.С. Открытое Акционерное Общество "Крекинг", (Саратовский НПЗ)

Защита состоится 19 декабря 1996 г. в 15°0 на заседании диссертационного совета при Уфимском государственном нефтяном техническом университете ( 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов 1 ).

С диссертационной работой можно ознакомится в библиотеке УГНТУ.

Автореферат разослан "/¿Г" ¿-I1996 г.

Научные руководители:

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

ОБЩАЯ -ХАРАКТЕРИСТИКА . РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

В настоящее время в процессе развития промышленного производства на первое место выдвигаются проблемы охраны окружающей среды. Особенно остро стоят данные проблемы в области нефтепереработки, на предприятиях которой ежегодно образуется большое количество всевозможных отходов, значительную часть которых составляют нефтяные шламы.

Несмотря на выполнение ряда природоохранных мероприятий. существенного оздоровления экологической обстановки на НПЗ не произошло. Некоторое снижение выбросов вредных веществ в окружающую среду за последние годы обусловлено схо -рее падением объемов переработки нефти; объем же удельных (на 1 т перерабатываемой нефти) выбросов возрос.

Уничтожение отходов на НПЗ отрасли в большинстве случаев основывается на достижении сиюминутных целей, при этом внедрение технологий проводится без учёта и анализа уже имеющегося опыта, не проводится комплексный анализ свойств неф-тешламов. не вырабатываются единые принципы и подходы к решению данной проблемы.

Вместе с тем. как показывает опыт, только комплексная переработка и использование отходов в качестве вторичного сырья обеспечивает сохранение природных ресурсов, при этом резко снижается уровень загрязнения окружающей среды.

На НПЗ России и стран СНГ актуальность проблемы создания высокоэффективных и экологически чистых технологий утилизации нефтешламов состоит ещё и в том, что такие процессы, должны быть достаточно быстро окупаемы, учитывая непростую ситуацию в отрасли.

Иель работы.

Углубленное комплексное исследование физико-химических характеристик нефтешламов и их компаундов и определение основных принципов и параметров получения из них топливных композиций. Разработка технологии утилизации нефтяных шла-мов.

Научная новизна.

В результате комплексного исследования физико-химических характеристик нефтешламов и топливных композиций на их основе с применением современных спектральных методов определены оптимальные пути использования нефтешламов, выработан единый научный и технологический подход к проблеме их утилизации и выявлены соотношения компаундов в системе шлам-мазут, при которых она проявляет наибольшую термодинамическую и структурную устойчивость.

Экспериментально и теоретически доказана стабилизирующая роль нефтепродуктовой фазы и степень ее влияния на физико-химические и коллоидные свойства нефтяных дисперсных систем нефтешламов. Определены границы фазовых переходов.

Практическая ценность.

На основании выявленных закономерностей получения топливных композиций разработана технология утилизации нефте-шлама методом компаундирования его с мазутом. Полученные научные и экспериментальные результаты легли в основу регламентов на проектирование и производство установки утилизации нефтешлама АО"Павлодарский НПЗ". Разработанная опытно-промышленная установка внедрена и успешно эксплуатируется на этом предприятии.

В результате внедрения полностью остановлен прирост свежих и переработана большая часть застаревших шламов, ос-

------вобождено-несколько шламонакопителей-и~получен-прирост- выра-_____________

ботки котельных топлив с годовой прибылью 1,5 млрд рублей для одного предприятия в ценах 1995 г.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались на

1. ХХХХУ1 научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Уфа, УГНТУ, 1995.

2. Всероссийской научно-технической конференции:"Проблемы нефтегазового комплекса РОССИИ", Уфа. УГНТУ. 16.11.1995.

3. Открытом специализированном семинаре кафедры технологии полимеров УТИС, 25.11.96.

Публикации. По материалам работы получено 2 патента и 1 решение о выдаче патента Российской Федерации, а также 1 патент и 1 решение о выдаче патента Республики Казахстан. Опубликовано 4 статьи в научно-технических журналах и 3 тезиса докладов.

Обьём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложения. Материал изложен на 149 стр. машинописного текста, содержит 20 таблиц и 25 рисунков, библиографию из 139 наименований и приложение на 4 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации приводится обзор по источникам образования нефтешламов на НПЗ отрасли, их компонентному составу, а также результаты расчёта на основе данных 44-х отечественных предприятий объёма накопленных нефтешламов и площади земель, отводимых под их хранение (рис.1).

Б.

МЛН м2 4

й,

млн т

2

1

3

4 мых под шламонакопители

8 Количество накопленных нефтешламов (кривая 1)

и площадь земель' отводи-

(кривая 2) на НПЗ отрасли Рис.1

1975 1985 1995 год

Производится систематизация современных методов утилизации нефтешламов на основе выполненного патентно-информационного поиска отечественных и зарубежных источников по методам обезвреживания и утилизации нефтесодержащих отходов. Показано, что все распространенные в настоящее время технологии имеют определенные недостатки или ограничения в использовании. Для них характерно отсутствие достаточной технологической гибкости и учёта того факта, что нефтешлам представляет собой стойкую полидисперсную систему, сочетающую в себе свойства эмульсии и суспензии. Предложено рассматривать нефтешлам как нефтяную дисперсную систему, для чего приводится краткий обзор современных представлений о НДС.

Вторая глава посвящена разработке методологии комплексного физико-химического исследования нефтяных шламов.

В качестве объектов исследований были выбраны нефтешла-мы Уфимского, Ново-Уфимского, АО"Уфанефтехим", Павлодарского, Бердянского, Пермского и Ярославского НПЗ, различающиеся своим технологическим происхождением и сроком накопления.

Несмотря на различные условия образования нефтешламов на вышеперечисленных предприятиях, его средний компонентный состав укладывался в следующие пределы: органические вещест-

— ва от 10% - до -40%—мае.; . механические_примеси_от..555__до_20%___

мае. ; вода от 40% до 60% мае.

Исследования последних лет показали, что для изучения углеводородного состава и других других физико-химических и коллоидных характеристик топлив и тяжелых нефтяных фракций наиболее перспективны масс-спектральные и радиоспектральные методы (ЯМР и ЭПР) , а также методы феноменологической электронной спектроскопии, основанные на принципе квазилинейной связи физико-химических, зависящих от электронной структуры ингредиентов, характеристик многокомпонентных химических систем с показателями поглощения излучения в видимой или ультрафиолетовой области.

В связи с этим, разработана и использована комплексная схема исследования Физико-химических, технологических и структурно-химических свойств нефтешламов, включающая в себя совокупность стандартных методик определения нефтепродуктов, методик БашНИИ НП, а также спектральных методой анализа: масс-спектрометрии, ЯМР, ЭПР и ЭФС (рис.2).

В третьей главе приведены результаты углубленного исследования состава и свойств углеводородной части нефтешламов различных НПЗ (табл.1 и 2), разработки основ получения из нефтешламов топливных композиций на основе современных методов анализа, а также научно и экспериментально обоснованные технические решения процесса переработки и утилизации неф-тешлама.

Установлено, что углеводородная часть нефтешламов сочетает в себе свойства газойлевых и дизельных фракций со одной стороны и тяжёлых фракций типа мазута с другой. По средне-числовой молекулярной массе, углеводородному составу, степени ароматичности, и степени замещенности молекул ароматичес-

РИГ! 9 Кпмп ПОТ/ГЧЛ^ГМ" QUO ПТ/О U OffNH"1 ОПТ ПОИЛО

------------------------------------------------------------- - Таблица-1.-------------------------

Результаты исследования углеводородного состава нсфтешламов методом масс-спектрометрии

Углеводородные Перм- Бердяк- Ново- А0"Уфа- АО"Уфим-

классы, % мае. ский ский Уфимский нефте- ский

НПЗ НПЗ НПЗ хлк" НПЗ"

Парафины 32,66 20.40 29,70 ■ 35, 13 27, 89

Неконденсиро-

ванные цикло-

алканы 25,44 23,70 23,10 20,70 22, 56

Конденсиро-

ванные цикло-

алканы 13.79 18, 00 12,90 13, 44 19. 39

Алкилбензолы 10, 01 4. 70 И, 10 7, 31 8, 95

Инданы, тетра-

лины 6,72 5,70 6,20 7.09 7, 98

Нафталины 7,42 11,90 7,60 7,46 9, 88

Аценафталины,

дифенилы 0,85 6,20 3,30 3,30 3,90

Аценафтилены 1,92 3,20 3.60 2,64 3,93

Бензтиофены 1,21 1.70 2.50 2,43 2, 63

ких соединений наблюдается близость дисперсионной среды неф-тешламов к газойлевым и дизельным фракциям. Вместе с тем по содержанию металлпорфириновых комплексов, углеродных радикалов, энергии межмолекулярного взаимодействия и наличию кок-согенных элементов углеводородная часть нефтешламов близка к тякблым нефтепродуктам типа мазута. Всё это обусловливает

Таблица 2.

Результаты исследования углеводородной части нефтешламов различных НПЗ методами ЯМР, ЭПР, и ЭФС

Концентрация Аромати- Парафи- Степень

парамагнитных ческие но-наф- замеще-

Предприятие центров. углеводо- теновые ния аро-

спин/см3 1017 роды и углево- матичес-

АСВ дороды. ких ко-

угле- вана- %мас. %мас. лец.

родных диевых %мас.

АО"Уфимский НПЗ" 2.13 1,23 47,57 . 52,43 53,83

АО"Уфанефтехим" 2,28 1.21 54,44 45,56 53,70

Пермский НПЗ 2,78 ■ 0,91 61,72 38,28 55,17,

Бердянский НПЗ 2,25 1,39 59,49 40,51 55,22

Павлодарский НПЗ 3,07 0,64 52, 80 47,20 53,81

Таблица 2 (продолжение)

Углеводородная Р420 Коксу- Среднечисл. Энергия межмо-

часть нефтешламов емость молек.масса лек.взаимодей-

%, мае. ствия, кДж/моль

Павлодарский НПЗ 0,92 3,64 408 4,80

Бердянский НПЗ 0,91 1,73 385 4.33

Уфимский НПЗ 0.91 1,85 389 4,65

АО"Уфанефтехим" 0,91 1.87 392 4,69

Пермский НПЗ 0,92 2,64 396 6,76

-------------широкие возможности-переработки-нефтетламов—как—-компонента----------------

котельного топлива, так и компонента сырья коксования.

Таким образом подтвердилось предположение о том, что нефтешлам содержит углеводородную дисперсионную среду из совокупности парафино-нафтеновых и ароматических углеводородов и дисперсную фазу из высокомолекулярных частиц смолисто-ас-фальтенового ряда и его углеводородная часть до своей коллоидной структуре близка к котельным топливам.

Данные таблиц 1 и 2 также свидетельствуют о том, что при разных условиях и источниках формирования и накопления нефтеШламов на НПЗ отрасли в результате их хранения в накопительных прудах и амбарах и происходящих при этом физико-химических процессах происходит постепенное усреднение состава и свойств ыламов различного технологического происхождения, что позволяет применить к ним единый научный и технологический подход.

Полученные результаты о близости физико-химических и коллоидных характеристик нефтепродуктовой части нефтешламов с тяжелыми нефтяными фракциями типа мазутов делают метод утилизации шламов путем их компаундирования с мазутом одним из наиболее технологически перспективных.

Были приготовлены смеси из нефтепродуктовой части неф-тешлама Павлодарского НПЗ и мазута М-100 того же завода и проведено исследование, задача которого состояла в том, чтобы найти такое соотношение компонентов, при котором энергия межмолекулярного взаимодействия смеси была бы максимальной.

В процессе компаундирования исследовали изменение концентрации парамагнитных центров [ПМЦ] (спин/см3) и энергию активации вязкого течения [Ед] (кДж/моль). Выбор этих двух величин, как основных структурно-химических характеристик

основаН на следующих известных представлениях:.

- концентрация ПМЦ является мерой межмолекулярного взаимодействия и концентрации дисперсной фазы в нефтяной дисперсной системе (НДС) ■- чем выше число ПМЦ. тем более стабильна НДС; -'•■*'

- энергия активации вязкого течения является мерой межмолекулярного взаимодействия, чем больше ЕА, тем сильнее межмолекулярное взаимодействие.

Как следует из полученных результатов (рис.3), максимальное отклонение энергии межмолекулярного взаимодействия по отношению к соответствующему аддитивному показателю' обнаруживается при соотношении 3:1 мазута к нефтепродуктовой

• (ПМЦЗ • 1017 Еа

.(спин/см3)

(кДж/моль)

16

12

9

8

8

4

7

6

5

4

О

25

50

75 Сод-ние н/ш,%мас.

Зависимость концентрации [ПМЦ] (1) и энергии межмолекулярного взаимодействия (2) от содержания нефтешлама в его смеси с мазутом ---- - кривые аддитивности

Рис.3

------------части шлама,-Таким-образом, предложено использовать- структур----------------

ную устойчивость такого рода систем для утилизации нефтево- . доэмульсионного шлама.

Спектры ближней УФ и видимой области (рис.4) доказывают структурно-химическое и термодинамическое подобие мазута и его смеси с нефтешламом в установленном соотношении.

Исходя из обнаруженной закономерности - отклонения от аддитивности при определенном соотношении компаундов - предложено характеризовать способность к межмолекулярному взаимодействию, корелирующую с термодинамической стабильностью,

как отношение структурно-химических свойств тяжелых топливных композиций к структурно-химическим свойствам, полученным из соображений об аддитивности :

Р - безразмерная характеристика стабильности;

- экспериментально наблюдаемое структурно-химическое свойство;

~ то же свойство, полученное из соображений об адди-

Спектры нефтешлама (1), мазута (2) и их смеси (3) Рис. 4

Р =

'аба

(1), где

тивности.

При этом, условием стабильности будет являться неравенство Р>1.

Были проведены экспериментальные исследования, которые подтвердили возможность получения на основе нефтешлама качественных топливных композиций. Для приготовления шламома-зутных эмульсий использовался дезинтегратор, выбор которого обусловлен его высокой энергонасыщенностью, кроме того дезинтегратор можно использовать в условиях НПЗ на промышленной установке.

•Для создания шламо-мазутных эмульсий использовался неф-тешлам из шламонакопителя Павлодарского НПЗ и топочный мазут М-100 того же завода. Нефтешлам отбирался с глубины 0, 5 м от поверхности и имел следующий состав: механические примеси -1,2% мае..нефтепродукты - 43,6% мае. и вода - 55,2% мае, что соответствовало усреднённому составу шлама в шламонакопите-ле. Основные характеристики топочного мазута: вязкость условная при 80°С - 13,2; массовая доля, % мае. серы - 1.52; воды -.0.8; мех. примесей - 0,01; плотность при 20°С, г/см3 - 0,945.

Перед дезинтегрированием мазут М-100 смешивался с неф-тешламом .в соотношении 1,3:1 мае.,что соответствовало трем частям мазута, приходящимся на одну нефтепродуктовую часть шлама. После компаундирования смесь подогревали до 80° С, пропускали через дезинтегратор и пробы свежеприготовленных эмульсий ставили на отстой в термостате при температуре 40° С и микрофотографировались.

Анализ данных по размеру капель воды эмульсии и частиц механических примесей, измеренных с микрофотографий, показал, что что для всех проб они составляют 1-5 мкм, а преоб-

ладащий размер-капель-2-3 мкм, а частиц—мехпримесей— 2-4---------

мкм. Как показало двухмесячное наблюдение, шламо-мазутная эмульсия такой дисперсности не расслаивается. Энергетический барьер, созданный межмолекулярным взаимодействием углеводородов шлама и мазута, препятствует осаждению частиц механических примесей и коалестенции капель водной фазы.

На втором этапе эксперимента, основываясь на том, что в нефтешламе, как и.в тяжёлых остатках, присутствуют природные эмульгаторы - смолы и асфальтены, изучалась возможность создания стабильных эмульсий без привлечения мазута извне. Для этого из двух шламонакопителей Павлодарского НПЗ были отобраны пробы водоэмульсионного нефтёшлама, отражающих весь спектр изменения его компонентного состава.

Как видно из результатов (рис.5) при достаточном содержании нефтепродуктов в нефтешламе (более 45%) методом ■ обработки в дезинтеграторе можно получть довольно стойкие, достаточно диспергированные эмульсии. Гипотетический механизм, по-видимому, состоит в инверсии фаз, то есть превращении системы типа "масло в воде" в систему "вода в масле".

30 40 50 60 70 Сод-ние водыДмас.

<3ГМКМ

30

Зависимость среднего арифметического диаметра капель воды от состава, эмульсий

Рис.5

65 55 45 35 25 Сод-ние н/пр,%мас.

Таким образом, эксперименты проведенные на промышленном дезинтеграторе подтвердили возможность получения высокостабильных эмульсий на основе нефтешлама. Обнаружено, что если содержание нефтепродукта в нефтешламе превышает 45% мае., то его целесообразно вначале дезинтегрировать для получения эмульсии типа "вода в масле", а затем компаундировать с мазутом. При недостаточном содержании нефтепродуктов рекомендуется предварительно проводить компаундирование с мазутом, а затем полученную грубоперемешанную смесь эмульгировать в дезинтеграторе.

Получаемую гомогенизированную водотопливную композицию можно использовать по трем направлениям:

- вовлекать в поток котельного топлива завода, получая товарный топочный мазут, соответствующий ГОСТ; - использовать в качестве жидкого топлива на нефтезаводских печах, для чего была разработана и внедрена на Уфимском и Павлодарском НПЗ комбинированная газомазутная горелка; - использовать в качестве топлива на ТЭЦ или других прилегающих к НПЗ предприятиях.

Подобно влиянию двух фаз (водной и нефтепродуктовой) на стабильность нефтешламовой эмульсии, аналогичным будет влияние нефтепродуктовой части (стабилизирующая фаза) и механических примесей (дестабилизирующая фаза) на реологию нефтешлама как суспензии. Установлено, что изменение фактора стабильности, равного отношению концентрации нефтепродуктов к содержанию механических примесей, будет оказывать наибольшее влияние на вязкость нефтешламовых суспензий (рис.6). Исследование реологии нефтешламов показало параболическую зависимость между динамической вязкостью и фактором стабильности.

Па с

50

Зависимость вязкости нсфтешламоз Уфимского и Павлодарского НПЗ от фактора стабильности Рис. 6

40

30

20

10

У

Получена полуэмпирическая зависимость:

)1 = А ■ е"В¥ (2), где

ц - динамическая вязкость, Па-с;

У - фактор стабильности, равный отношению нефтепродук-товой части к содержанию механических примесей; А и В - эмпирические коэффициенты. Обработка на компьютере полученных значений показала, что наиболее удовлетворительно уравнение 2 описывает искомую зависимость при А - 5623,5 Па с и В = 4,6.

Анализ зависимости вязкости нефтешлама от его компонентного состава подтверждает вывод о повышенной стабильности коллоидной системы и отсутствии фазовых переходов. В области содержания механических примесей свыше 14%, соответствующему У = 0,9 нарастание вязкости происходит более интенсивно, что свидетельствует об ослаблении сил менмолекулярно-

го взаимодействия твёрдых частиц с жидкой дисперсионной средой. Полученные зависимости позволяют по компонентному составу шламов судить о его вязкости и наоборот.

Было исследовано влияние добавок нефтешлама к тяжёлым нефтяным остаткам на вязкость и температуру вспышки получаемых топливных композиций.

Нефтешлам смешивался с мазутом М-100 и смесью тяжёлых остатков в массовых соотношениях 1:1. 2:1, 3:1, 4:1 на нефтешлам. Полученные грубоперемешанные композиции подвергались эмульгированию в промышленном дезинтеграторе с частотой обработки 3000 об/мин, после чего пробы анализировались на вязкость и температуру вспышки по ГОСТ 6258-85 и 4333-87 соответственно.

Таблица 3.

Характеристика мазута, смеси тяжелых остатков и нефтешлама

Наименование Мазут М-100 Смесь тяж. Нефте-

показателя остатков шлам

Вязкость условная при 80°С 13,6 20,8 2,1

Температура вспышки в от-

крытом тигле. °С 172 205 111

Массовая доля воды, %мас. 0,8 0,8 19,2

Массовая доля механических

примесей, %мас. 0,01 0.08 3,9

Плотность при 20°С, кг/м3 959 967 934

Как показали результаты экспериментов (рис.7 и 8), с увеличением доли нефтешлама вязкость и температура вспышки

10

12

16

14

8

1:1 1:2 1:3 1:4 НШ/М

1:1 1:2 1:3 1:4 НШ/М Зависимость температуры вспышки от соотношения компонентов эмульсиий (1-смесь тяжелых остатков, 2-мазут)

Зависимость условной вязкости от соотношения компонентов эмульсиий (1-смесь тяжёлых остатков, 2-мазут)

Рис. 7

Рис. 8

эмульгированных смесей уменьшается. Ото обусловлено наличием в нофтешламс средних дистиллятннх фракций углеводородов, в основном газойлевого типа . При этом.даже при наличии в смеси с мазутом 50% мае. нефтешлама температура вспышки не опускается ниже 118°С и находится в пределах ГОСТ.

Увеличение доли нефтешлама в смеси тяжёлых остатков с 20% мае. до 50% мае. снижает вязкость смеси почти в два раза. Добавка нефтешлама к тяжёлым остаткам в количестве 33% мае. на исходную смесь позволяет снизить её вязкость до величины, соответствующей ГОСТ на мазут марки М-100.

Таким образом, компаундирование нефтешлама со смесью тяжёлых нефтяных остатков в условиях НПЗ позволяет не только снизить вязкость получаемых композиций, но и получая продукт соответствующий ГОСТ по вязкости, экономить значительное количество газойлей. Это позволяет использовать высвободившиеся газойли как сырьё деструктивных процессов или как компонент дизельных топлив.

Кроме того, в третьей главе показано, что кинетическая модель расслоения нефтешлама находится в рамках моделей то-похимических процессов, связанных с образованием новой фазы.

п

С = С0 е-к£ , (3) где

С0 - начальная концентрация осадка, % мае.; к - константа скорости процесса осаждения, зависящая от природы системы, час~п;

п - безразмерная константа, характеризующая анизотропию системы.

Знание модели процесса отстоя позволяет обоснованно рассчитать нефтешламовые разделочные емкости и отстойники. Актуальность исследования состоит также и в том, что появляется возможность точно определить время пребывания нефтешлама в резервуарах на всех стадиях его накопления, сбора и обработки и, соответственно, производительность каждой стадии.

Четвертая глава посвящена промышленному оформлению процесса получения топливных композиций на основе нефтешлама, начиная от результатов обследования очистных сооружений Павлодарского НПЗ и заканчивая итогами внедрения опытно-промышленной установки на очистных сооружениях АО"Павлодарский НПЗ", а также перспективами развития описанной технологии.

На рис.9 представлена принципиальная технологическая схема процесса утилизации нефтяного шлама методом компаундирования его с мазутом.

Нефтяной шлам из накопителя РБ-1 забирается насосами Р-ЗА (центробежный для перекачки верхнего эмульсионного слоя) и Р-ЗВ (пароинжекционный - для забора придонного шлама с большим содержанием механических примесей и подачи донного нефтешлама на гидроциклон). Нефтешлам поступает в емкость

Рис-.- 9 Установка утилизации нефтешлама

Т-1 и далее .в ёмкость Е-1. которые предназначены для подготовки нефтешлама к подаче на узел дезинтегрирования. В этих емкостях происходит отстой нефтешлама от грубовзвешенных механических примесей, отделение несвязанной воды, производится отбор проб для анализа компонентного состава.

Далее подготовленный нефтешлам насосами Р-2А, Р-2В прокачивается через паровые теплообменники, где он подогревается до температуры 80°С для снижения вязкости перед подачей в дезинтегратор. Предусмотрена также схема подачи подогретого шлама обратно в ёмкость Е-1 для интенсификации процесса отстоя.

В случае, если в нефтешламе содержание нефтепродуктов составляет 45% мае. и ниже, на установку в емкость Е-2 принимается мазут из товарного парка, который насосами Р-1А, Р-1В подаётся на смешение с нефтешламом в смеситель М-1, откуда грубоперемешанная смесь подается в дезинтегратор Б-1, Б-2. Если содержание нефтепродуктов в шламе превышает 45%, то нефтешлам эмульгируется в дезинтеграторе без предварительного смешения с мазутом.

Соотношение нефтешлам-мазут регулируется автоматической системой управления, связывающую линию подачи нефтешлама в смеситель с производительностью дозировочных поршневых насосов Р-1А, Р-1В. В случае работы установки без приема мазута извне предусмотрено помимо ёмкости Е-1А под готовый гомогенизированный продукт использовать ёмкость Е-1А, что увеличивает производительность установки.

Гомогенизированный нефтешлам или эмульсия нефтешлама с мазутом из емкости Е-1А насосами Р-4А, 3-4В направляется в товарный парк на смешение с балансовым количеством котельного топлива с получением продукта соответствующего ГОСТ.

Кроме-того,— в--зависшостсгот-качественных -показателей----------------

получаемых на установке топливных композиций они используются как топливо форсунок нефтезаводских печей или ТЭЦ.

Таблица 4.

Показатели качества и использование топливных композиций

Наиме- Сод.воды, Сод. мехпр. Стаб-сть Т 'п с п Применение

нование %мас., н. б. %мас., н. б. при нагр. 0 С

Марка А 46 7 не рассл. не Компонент

при 70° С норм котельн.т-ва

Марка В 25 3,5 не рассл. н. м. Топливо фор-

при 70°С 110 сунок, комп.

котельн.т-ва

Поело освобождения шламонакопителя от эмульсионных шлемов происходит сбор донного нефтешлама с подачей его на гидроциклон, где происходит отделение донного нефтешлама от воды, которая отводится в голову очистных сооружений. После чего донные шламы транспортируются на установку активации минеральных материалов на асфальтобетонный завод.

Внедрение подобной технологии позволило снизить опасность как первичных, так и вторичных проявлений загрязнения окружающей среды в районах расположения прудов накопителей нефтешламов; полностью решить вопрос обезвреживания и утилизации вновь образующегося нефтешлама и хранящегося в шламо-накопителе; исключить загрязнение окружающей среды в процессе утилизации; обеспечить быструю окупаемость и прирост производства котельных топлив.

ОБЩИЕ ВЬЮОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Предложено рассматривать нефтяной шлам как нефтяную полидисперсную систему, сочетающую в себе свойства эмульсии и суспензии, что позволяет получить более полное представление о влиянии отдельных компонентов нефтешлама на свойства системы в целом и выработать оптимальную технологию его переработки.

2. Анализ углеводородной части нефтешламов комплексом современных спектральных методов показал наличие широкого диапазона нефтепродуктов - от газойлевых и дизельных фракций до тяжелых фракций типа мазута, что определяет характер изменения ее физико-химических свойств. Это обусловливает широкие возможности переработки нефтешламов как компонента котельного топлива.

3. Показано сближение физико-химических характеристик нефтешламов различного происхождения в результате постепенного выравнивания состава их углеводородной части и перераспределения фаз или компонентов при хранении нефтешлама. Таким образом, к различным нефтешламам может быть применен единый научный и технологический подход.

4. Исследование структурно-химических закономерностей компаундирования мазута и углеводородной части шлама показало, что при определённом соотношении компаундов (содержание нефтешлама в смеси около 25% мае.) коллоидная система "мазут-шлам" наиболее термодинамически устойчива. Структурную устойчивость таких систем предложено использовать для утилизации нефтеводоэмульсионного шлама.

5. Исследование процесса эмульгирования шламомазутных эмульсий подтвердило возможность получения стабильных топливных композиций с частицами водной фазы и механических

—примесей- равномерно-диспергированных в нефтепродукте.—Пока- -

зано, что при содержании в нефтешламе нефтепродуктов в количестве превышающем 45% мае. можно получить устойчивые эмульсии типа "вода в масле" без предварительного компаундирования нефтеилама с мазутом.

6. Исследование вязкостных и седиментационных характеристик показало термодинамическую и кинетическую стабильность нефтешламов, при этом нефтепродуктовая часть является стабилизирующей средой, обеспечивающей необходимую степень дисперсности и стойкости против расслоения и структурирования дисперсной фазы.

7. Получены полуэмпирические математические модели в виде кинетических уравнений, которые описывают связь между компонентным составом нефтешлама и его вязкостными к седи -ментационными характеристиками, что позволяет правильно подбирать оборудование и технологический режим утилизирующей установки.

8. По результатам исследовательской и технологической части разработана принципиальная технологическая 'схема процесса и определены все основные параметры для его внедрения на производстве. Показано, что применение подобной технологии позволяет получить дополнительное количество товарных мазутов и уменьшить количество газойлей, вовлекаемых в поток котельного топлива НПЗ.

9. По результатам разработки технологии на "АО Павлодарский НПЗ" внедрена установка переработки и утилизации нефтешламов производительностью 15 тыс.тонн в год. Планируется широкое использование получаемых топливных композиций с содержанием воды до 25% мае. на ТЭЦ и технологических печах НПЗ. Для этих целей разработана и внедрена на А0"Павлодарс-

кий НПЗ" и АО "Уфимский НПЗ" комбинированная газомазутная

горелка с пониженным содержанием выбросов вредных веществ.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Окунев Е.Б., Доломатов М.Ю., Челноков ЮЛ. н др. Изучение физико-химических характеристик углеводородной части нефтешламов и пути нх рационального использования// Нефтепереработка н нефтехимия, 1995, N4, с.28-31

2. Окунев Е.Б., Доломатов М.Ю., Ахметов А.Ф. Фпзнко-хнмическне основы получения топливных композиций нз нефтяных шламов// Нефтепереработка п нефтехимия, 1995, N9, с.22-25

3. Доломатов М.Ю., Окунев Е.Б., Ахметов А.Ф. Исследование НДС нефтешламов н свойств топливных композиций на нх основе// В сборнике трудов межрегиональной научно-практической конференции "Промышленные и бытовые отходы. Проблемы и решения",Уфа, ИП-ПЭиП, 12-16 ноября 1996, 5с.

Окунев Е.Б., Доломатов М.Ю., Рябцов В.А. Исследование углеводородной частн нефтешламов спектральными методами анализа с целью изучения путей нх рационального использования - Яезнсы/ - В сб. "Материалы научно технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных (XXXXVI)", Уфа, УГНТУ, 1995, с.119.

5. Исследование процесса компаундирования нефтепродуктовой части нефтешлама с мазутами методами ЭПР и ЭФС. - Лезпсы/ - Авт. Окунев Е.Б., Доломатов М.Ю., Ахметов А.Ф. - В сб. "Всероспйская научно-техническая конференция. Проблемы нефтегазового комплекса России", Уфа, УГНТУ, 16-17.11.1995, с. 205-

6. Окунев Е.Б., Ливенцев В.Т. Промышленная установка переработки и утилизации нефтешлама - /Тезисы/ - В сб. "Материалы научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных (XXXXVI)", Уфа, УГНТУ, 1995, с.118.

7. Мощенко Г.Г., Окунев Е.Б., Ахметов А.Ф. Установка утилизации нефтяных шламов //В межвузовском сборнике "Нефть и Газ",Уфа, УГНТУ, 1996, 4с.

8. Способ получения топливной композиции - Патент РФ N2030447, приоритет 24.03.1992. - Авт. Мощенко Г.Г., Бропдз Б.И., Ливенцев В.Т., Расветалов В.А., Купцов A.B., Окунев Е.Б. - Опубл. 10.03-1995. БюлЛЧ7 - (4 стр.).

9- Газовая горелка - Патент РФ N2052724, приоритет 01.02.1994. - Авт. Мощенко Г.Г., Ливенцев В.Т., Брондз Б.И., Расветалов В.А., Гарзанов А.Л., Окунев Е.Б., Сочнев М.И., Ахувов З.М. - Опубл. 20.01.1996. Бюл. N2 - (7стр.).

10. Газовая горелка - Патент Республики Казахстан N3220, приоритет 05J2.1994. - Авт. Окунев Е.Б., Мощенко Г.Г., Ливенцев В.Т., Сочнев М.И., Шефер A.A., Брондз Б.И., Расветалов В.А., Гарзанов А.Л., Ахунов З.М. - Заявка N941030.1. Опубл. 15-0396. Бюл.М - (7стр.)

Соискатель

Окунев Е.Б.