Нефтешламы: от образования до обезвреживания

Примерное время чтения: 8 мин.

Воздействие объектов добывающей промышленности на окружающую среду велико и проявляется на всех этапах их использования от непосредственного строительства таковых до активной эксплуатации, а также после выработки природных ресурсов. Актуальность этой проблемы становится значительно выше для нефтегазодобывающей промышленности, где уровень воздействия на окружающую среду занимает одно из первых мест среди ведущих отраслей ввиду образования большого количества гетерогенных отходов.

Одним из них является нефтяной шлам (нефтешлам) — смесь нефтепродуктов с частицами почвы, глины, песка, окислов металлов, воды (в среднем 10-56% нефтепродуктов, 30-85% воды, 1,3-46% твердых примесей). Это самый крупнотоннажный отход нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, отличающийся сложностью химического состава и находящийся в процессе постоянной трансформации. Согласно статистическим данным, каждый год в России происходит образование нефтешламов в количестве трех миллионов тонн, в мире количество образующихся этих нефтяных отходов составляет примерно 10 млн тонн ежегодно.

Шламы образуются при строительстве нефтяных и газовых скважин, при промысловой эксплуатации месторождений переработки нефти, обезвреживании сточных вод, а также при чистке резервуаров и другого оборудования. Различного вида нефтешламы являются распространенными отходами и для объектов энергетического комплекса, транспортных, машиностроительных, химических, металлургических предприятий.

Проведенные на ряде нефтеперерабатывающих заводах обследования показывают, что объем вновь образующихся нефтешламов составляет примерно 1,5-5 тысяч на 1 млн тонн перерабатываемой нефти в расчете на 10%-ное содержание механических примесей в нефтешламе. Указанное количество приводит к большому скоплению последних в земляных амбарах нефтеперерабатывающих предприятий.

Наличие открытых амбаров представляет собой отдельную экологическую проблему: накопленные в огромном количестве жидкие и пастообразные нефтешламы приводят к постоянному загрязнению окружающей природной среды — почвы, поверхностных и подземных вод, а также атмосферного воздуха углеводородами, сероводородом и другими выбросами за счет испарения легких фракций. В водные объекты нефтесодержащие отходы, хранящиеся в накопителях, попадают, в основном, в результате размыва обваловки амбаров паводковыми водами, при смывах дождевыми и талыми водами. Загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами вызывает существенные изменения в морфологических свойствах почвы. В результате закупорки её капилляров сильно нарушается аэрация, создаются анаэробные условия, нарушается окислительно-восстановительный потенциал.

Источник

В разных регионах проблема ликвидации нефте-шламонакопителей имеет специфический характер, поскольку зависит от инфраструктуры топливно-энергетического комплекса, уровня урбанизации, природно-климатических факторов. В районах с длительной историей нефтедобычи нефтешламовые накопители формировались на протяжении многих десятилетий, охватывающих периоды смены нормативных требований в сфере природопользования, эволюции технической базы, как нефтедобывающих предприятий, так и предприятий по переработке нефтесодержащих отходов. Согласно официальным исследованиям, «запасы» нефтешламов превышают в России 100 млн тонн, в Азербайджане — 20 млн тонн, в Казахстане — 40 млн тонн, на Украине — 5 млн тонн.

Шламы различаются по составу в зависимости от того, являются ли они продуктом взаимодействия нефти и грунта (при аварийных разливах) или сформировались как осадки на дне водоемов при разливах, либо образовались из-за оседания в емкостях и резервуарах при хранении и транспортировании нефти, при очистке нефти во время ее добычи. При хранении в амбарах такие отходы расслаиваются с образованием верхнего слоя, состоящего из водной эмульсии нефтепродуктов, среднего слоя, включающего загрязненную нефтепродуктами воду, и нижнего слоя, большая часть которого приходится на влажную твердую фазу, пропитанную нефтепродуктами.

Таким образом, при анализе состава шламов необходимо учитывать:

• характеристики нефтепродукта;
• характеристики грунта (в случае, если нефтешламы являются продуктом загрязнения земель при разливах нефти);
• метеоусловия, в которых формируются и хранятся нефтешламы: это определяет возможности испарения легких фракций, а также возможности окисления шламов и контакта с атмосферной влагой и осадками;
• время существования загрязнения (на сегодняшний день внушительное количество шламов имеет весьма «преклонный возраст», однако даже относительно свежие шламы довольно активно меняют свой состав и свойства);
• ценность природных комплексов: анализ токсичности веществ, составляющих шлам, предполагает не только их идентификацию, но и учет особенностей «реципиентов», подвергающихся воздействию токсикантов;
• социально-экономические последствия загрязнения.

Источник: © Леонид Еремейчук / Фотобанк Лори. Резервуар для отстоя нефтешлама

Обезвреживание (утилизация) нефтешламов является очень важной проблемой для современного мира. Утилизация отходов нефтедобычи по сравнению с их размещением в накопителях снижает удельный ущерб окружающей среде в 64 раза, а по сравнению с размещением на полигонах — в 41,7 раз. Использование нефтяных шламов возможно по нескольким направлениям. В частности, при обезвоживании и сушке этих отходов возможен их возврат в производство с целью последующей переработки по существующим схемам в целевые продукты. Возможно также использование их как топлива, однако, это связано с большими материальными затратами.

Переработка нефтешламов с предварительным механическим разделением фаз экономически обоснована при высоком содержании в них органики, используемой в качестве одного из компонентов сырья для коксования или добавок в котельное топливо. Кроме того, известны способы использования таких нефтешламов без предварительного разделения фаз в смесях с торфом, угольной пылью, опилками, иными горючими веществами и отходами в качестве брикетированного котельного топлива, строительных материалов.

Самым распространенным способом утилизации и обезвреживания нефтяных шламов является их сжигание в печах различной конструкции (камерных, циклонных, надслоевых). При горении таких отходов, содержащих значительное количество воды, происходят сложные химические процессы, связанные с испарением воды и наличием ее паров в зоне пламени. Температура отходящих газов достигает 800°С, что позволяет устанавливать котел-утилизатор с получением перегретого пара и горячей воды.

Известны также различные способы переработки нефтешламов: диспергирование, флотация, деэмульгирование, деструкция, стерилизация, экстракция и иные химические и механические способы.

Приоритетным направлением при обращении с отходами является их использование в качестве вторичных материальных ресурсов. Это позволяет не только снизить экологическую нагрузку на окружающую среду, но и обеспечить более рациональное использование природных ресурсов. Использование нефтешламов представляет собой их переработку, ориентированную на получение вторичной продукции — грунтов, которые могут использоваться как для строительства, так и в качестве плодородного грунта.

На практике методы переработки нефтешлама комбинируются, в их основе лежат методы обработки бурового шлама, используемые и при обезвреживании, на основе чего и создаются специальные технологии получения конечного продукта утилизации.

Источник: © Владимир Приземлин / Фотобанк Лори. Нефтеперерабатывающий завод в Капотне

Наиболее часто используется технология солидификации, обеспечивающая возможность обезвреживания шлама. При этом очищенный шлам смешивается в определенных пропорциях со специальным сорбентом и цементом, можно добавлять негашеную известь (5-50%) и после высушивания получаемой массы в течение 2-20 суток в естественных условиях использовать ее как наполнитель и для подсыпки при нивелировке поверхности в строительстве, поскольку выщелачиваемость такого материала незначительна. Перечень материалов, для изготовления которых возможно использовать шлам, следующий:

• мелкоразмерные строительные изделия (бордюры, тротуарная плитка, шлакоблоки);
• связующие смеси, используемые для устройства оснований автодорог;
• гранулированный заполнитель, используемый при производстве бетона.

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.

Немецкой компанией KHD Humboldt Wedag AG была 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.