CC BY
21
УДК 662.РР
РАЗРАБОТКА ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИ/1 ДЛЯ ПРЕОДОЛЕНИЯ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙНЫ X РАЗЛИВОВ НЕФТЕПРОДУК"ОВ
Л. О. ШцжшцшДЕ. Г. Хо.шш1 К. С. Лариониъ : Омский госу дарственный технически?: университет, г. Омск, Россия • Омский унимрситевп (Упайна и тяхимютй. ?. Омск Рлссиг
Аннотация - Среди существующих традиционных технологий обезвреживания грунта, загрязненного нефтепродуктами, на территориях с суровым климатом наиболее перспективной является технология редгентного капсулнрсвания. Технология основана на инкапсуляции загрязняющего вещества с использованием щелочного реагента на основ* кальция пли магния и применима для оперативной ликвидации поглетстипй акарпйныт ситуаций, сяягчнныт с рагтппмш нефтепролуктои. R стать* приставлено огпся-
гаю оборудования, позволяющего осуществлять обезвреживали? исфгсшлама, почвы п грунта. загряз ценного нефтепродуктами, непосредственно вблизи мест загрязнения и в долевых условиях. Уточнена технология обезвреялвання аефтешлама. почвы и грунта, загрязненного нефтгпродлктамн. на предлагаемом оборудовании.
Кпючесмг глпап: оборудование дня постреливания, аварийные рагтикм нрфт*протук"тов: нефтеча-грязненнын грунт, нефтешлам, обезврежньанне. реагентно* капсулнрсвание.
I. Введение
В современном мнре случал загрязнения окружающей среды нефтепродуктами можно наблюдать очень часто. Источники загрязнения окружающей среды могут быть различными, загрязняя все компоненты окружающей среды, и процесс загрязнения полностью исключить невозможно. Достаточно часто загрязнение окружающей среды происходит в результате аварийных ситуаций, связанных разлнвем нефтепродуктов (топливо, масло) в грунт. Для решения этой проблемы необходимо использовать эффективные способы обезвреживания грунта, загрязненного нефтепродуктами.
Существуют традиционные способы обезвреживания грунта, содержащего нефтепродукты. При этом каждый способ имеет свои достоинства и недостатки, з также условия, при которых этот способ межег быть реализован.
Например, для климатических условий Сибири и Арктики наиболее перспективным является химический способ, оснозанный на технологии реагентного кагсулнрования грунта, содержащего нефтепродукты, с применением щелочного реагент? из оснозе кальция или мзгння. Наиболее подходящим реагентом является быстро-гасящаяся. воздушная. порошкооЗрззная. получаемая ра шелом. негашеная известь первого сортз. изготовленная гогласно ГССТ 9179-77 «Известь строителькая:>.
Прсцесс обезвреживания методом реагентного кагсулнрования пелесообразно осуществлять на оборудовании. ксторое сочетает в :есе свойства смесителя и реактора (реактор-смеситель) [11. Технология обезвреживания нефтесодержащего материала (почва н грунт, содержащие нефтепродукты, нефтешлам) методом реагентного капсулнрования традиционно включает в себя несколько стадии
На первой стадии к нефгесодержащему материалу добавляется реагент (окенд кальция), затем осуществляется процесс гомогенизации до получения однородной смеси. В результате процесса гомогенизации реагент со в:ех сторон обволакивает загрязняющее вещестьо.
На второй стадии к полученной смесн добавляется вода и происходит экзотермическая реакция:
СаО +нрСа(ОН), -О- (I)
Причем количество выделяемой энергии зависит от сорта используемой извести в качестве реагента, а именно от наличия в извести активного оксида кальция. Например, при использовании в качестве реагента 1 кг извести первого сорта вменяется 104Р кДж. а при использовании извести третьего сорта - 816 хДж.
На третьей стадии полученная смесь, вьггрудается из реактора-смесителя наружу. На окружающем воздухе происходит взаимодействие полеченного в результате химической реакции (1) гндрокевда кальция с углекислым газом, находящемся в окружающей воздухе. В результате этого в занм©действия на поверхности ззгря-зня-ющего вещества происходит образование оболочки из карбэнзта кальция, которая при дальнейшем контакте с углекислым газом упрочняется, и выделяется вода:
Са{ОН)2 + СО, СаСО} +Н20. (2)
Схонх замехихъ, но при обезьре,кх1ьанш1 неухссодер.кахце1и ыахериала в условиях охрхщахахьнои хемкера-г/ры окружающей среды возникают очень серьезные проблемы, которые лрепятстзуют нормальному протеканию процесса оос^еживаьия.
Первая проблема заключается в ихсутсхвни возможности о;;ухдесхвленля процесса хомохетхзацхш нгф]есо-дерлахцехи материала и реахеиха до иилучеьххя однородной .массы (первая схадия процесса обсзврежха*аих1л). Эхо связано с хем. чхи в суровых климахическмА услозххях Сибири и Арктики нефхесодержащин материал дли-хельное время нахидихся в смерзхлемсясосхоанхш.
Вторая ххроблема заключается в юм. что ири оОезьреживаххии хрунха. содержахкех у нефхсиродукхы. в условиях отрицательной температуры окружающей среды на поверхности вновь сформированных иикрохапсул оо-разуехся .кгдчна! коречка. кохораа ххрех1яхсхв\ех досхуиу ухлекислохс хаза из окружахохцехо ьоздула кхндрскси-ду кальция Са(01Г|2 н. следовательно, прсцесс дальнейшего образования и упрочнения оболочек микрокапсул не происходит.
П. Постановка задачи
Задачей исследования является создание оборудования, позволяющего осуществлять процесс обезвреживания нефтезагрязненных почв, грунтов н нефтешламов в климатических условиях Сибири и Арктики методом реагентного капсулирования.
Ш. Теория
Для решения проблем, связанных с обезвреживанием в условиях отрицательной температуры грунта, содержащего нефтепродукты, н нефтешлама предлагается использовать тепловую энергию экзотермического процесса химического обезвреживания нефтесодержащегс материала, выдетяемую в ходе обезвреживания, для оттаивания последующей порции смерзшегося нефтесодержащего материала. А принудительная подача углекислого газа в корпус установки на этапе образования обэлочкн из карбоната кальция на поверхности загрязняющего вещества нефтесодержащего материала позволит ускорить процесс формирования и упрочнения мие-рокапсул, образующихся в результате обезвреживания нефтесодержащего материала, внутри установки.
N
о.>
о
Ф
12
& О
СО.'
—Л1.
о]
б!
Рис. 1. Установка для обезвреживания нефтезагрязненных почв, грунтов н нефтешламов
На (рис. 1) представлена схема установки для обезвреживания нефтезагрязненных почв, грунтов и нефтешламов. Данный технический результат достигается тем, что установка для обезвреживания имеет цельный металлический корпус (1), установленный на опорах (2), который имеет двойную стенку, а образованная между стенками корпуса герметичная полость «V» заполнена теплоносителем и виде нткозамерзающей жидкости. Корпус установки условно разделен на верхнюю «В» и нижнюю «Н» части. Нижняя часть «Н» корпуса представляет собой смеситель (4), выполненный из двух, коаксиально расположенных металлических цнлне-дрои - наружного и внутреннего Между внутренчим диаметром наружного цилиндра П и внешним /?та метром внутреннего цилиндра (1 образована герметичная полость «V», переходящая в верхнюю часть «В» корпуса. 3 верхней части корпуса выполнен бункер (3) для оттаивания мерзлого нефтезагрязненного грунта, а в нижней
части расположен смеситель с перемешивающим устройством для осуществления процесса гомогенизации от-таявтгего нефтегагрячненного грунта с реагентом и водой Переметтгивлюп-.ее устройство выполнено в виде двух пшеков: верхнего (5) н нижнего (б), имеющих возможность вращения во встречных направлениях, у которых оси вращения совпадают с осями Oi-O; и О:-О:. Между бункером и смесителем расположен загрузочный люк (7), выполненный е виде шиберной задвижки. Для подачи воды в верхней части смесителя предусмотрено устройстзо для подачи воды (9). Для удаления содержимого го смесителя в нижней его части расположен ра$-грузочный люк (8). Помимо этого установка имеет устройство принудительной подачи углекислого газа в смеситель. выполненное в виде баллона с углекислым газом (10). трубки (11). соединяющей баллон и смеситель, и вентиля (12). которым осуществляется регулировка подачи углекислого газа в смеситель
Установка для оЗезврежнвгння нефтезагрязненных почв, грунтов н нефтешламов работает следующим об-рдеим.
Нефтезагрязненкый материал п реагент в компонентном соотношении согласно рекомендациям [1. 2, 3] из бункера (3) через загрузочный люк (7). загружают в смеситель (4). Затем загрузочный люе (7) закрызаюг и в бункер (3) загружают новую партию смерзшегося нефтезагрязненного материала для его оттаивания. Включают привод, который привозит в движение перемешивающее устройство, для осуществления процесса гомогенизации нефтезагрязненного материала с реагентом. В полученную гомогенизированную смесь через устройство для подачн воды (i>) согласно рекомендациям [1] добавляют вод}', после чего происходит дальнейшее перемешивание смеси. В процессе взаимодействия гомогенизированной смеси с водой происходит химическая реакция с образованием гндроксида кальция и выделением тегла. при этом длительность химической реакции зависит от вида обезвреживаемого нефтезагрязненного материала [1]. Затем открывают вентиль (12), и из баллона (10) по трубке (11} в смеситель начинает поступать углекислый газ. В результате взаимодействия углекислого газа с гндроксндом кальция происходит формирование оболочки из карбоната кальция на поверхности нефтезагрязненного материала. Для повышения интенсивности процесса формирования мнкрокапсул и обезвреживания нефтезагрязненного материала осуществляется принудительная подача углекислого газа в смеситель при продолжении работы перемешивающего устройства в течение некоторого времени. Интенсивная подача углекислого газа, совмещенная с перемешиванием, позволяет завершить процесс формирования мнкрокапсул и начать процесс упрочнения оболочек капсулнрованного материала внутри установки. Причем полученный таким образом хапсулированный материал сразу после выгрузки наружу будет иметь прочную, волонепроницаемую. биологически нейтральную для окружающей природной среды обслочку из карбоната кальция.
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ
Разработаны три полезные модели установок, которые защищены патентами В разработанных установках [4 6] тепловая энергия экзо-ермичеокого процесса химического обезвреживания нефтеоодер-кащего материала. выделяемая в ходе обезвреживания, используется дтя оттаивания последующей порции смерзшегося нефтесодержащего материала. А принудительная подача углекислого газа в корпус установки на эгапе образования оОолочкн из карбоната кальция на поверхности загрязняющего вещества нефтесодержащего материала позволяет ускорить процесс формирования и упрочнения мнкрокапсул. образующихся в результате обезврежл-вяния нефтесодержащего материала внутри установки [fj]
V. Обс уждение результатов
У предлагаемого оборудования для обезвреживания нефтезагрязненных материалов имеются преимущества по ердвнеюпо с обычными смесителями-реакторами. предназначенными для получения однородной смеси из смешиваемых компонентов.
Во-первых, при отрицательной температуре окружающей среды в полевых условиях невозможно по.т--чить однородную смесь из смешиваемых компонентов. таких как смерзшийся нефтешлам или нефтезагрязненный грунт с порошкообразным реагентом, так как нефтезагрязненные материалы, находящиеся в таком состоянии, не HOJBOJLHi осущесшихь процесс иерсмешшаши a смесшеле.
Во-вторых, при обезвреживании нефтезагрязненного материала при отрицательной температуре окружающей среды на поверхности вновь сформированных мнкрокапсул образуется ледяная корочка, которая препятствует доступу углекислого газа из окружающего воздуха к гндроксиду кальция и. следовательно, процесс дальнейшего образования и упрочнения оболочек мнкрокапсул не произойдет.
Предлагаемое оборудование может быть использовано для обезвреживания нефтешлама. почвы и грунта, загрязненного нефтепродуктами, при преодолении последствий аварийных разливов нефтепродуктов. Процесс обезвреживания может осуществляться не только путем вывоза нефте:одержащего материата с участка загрязнения до места расположения оборудования для обезвреживания, но и в полевых условиях и даже при отрицательных температурах.
VI. Выводы и заключение
Предлагаемое оборудование погволяет:
1. Одновременно осуществлять процесс обезвреживания нефтесодержащего материала в условиях отрицательной температуры химическим методом с нспольюванием негашеной ввести путем образования капсулн-ровэнного материала и оттаивания последующей порции смерзшегося нефтесодержащего материала за счет тепловой энергии экзотермического процесса химического обезвреживания, полученной в ходе обезврежнва-
2. Ускорить процесс формирования и упрочнения микрокапсул, образующихся в результате обезвреживания нефтесодержащего материала, внутри установки за счет принудительной подачи углекислого газа в корпус установки на этапе обраивания оболочки из карбоната кальция на поверхности загрязняющего вещества нефтесодержащего материала.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Штриплннг Л. О... Токарев В. В.. Гержберг Ю. М._ Краус Ю. А, Логунова Ю. В.Переработка и утилнза-ция нефтешламов и нефтезагрязненных материалов, образующихся в местах добычи, транспортировки и переработки углеводородного сырья : моногр. / М-во обр. н науки РФ: Омский гос.. техн. ун-г. Новосибирск: Изд-во СО РАН' 2013. 176 с.
2. Холкнн Е. Г.. Меркулов В. В.. Ларионов К. С.. Уточнение рецептуры обезвреживания нефтесодержащнх отходов методом реагентного капсулнровання // Омский научный вестник.2015.№ 2 (144).С. 269-273.
3. Штриплннг Л.О.. Холкнн Е.Г.. Ларионов К.С. Уточнение технологии обезвреживания методом реагентного капсулнровання грунта, содержащего нефтепродукты // Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства :матерналы6-й междуиар. науч.-техн. конф.: Омск, 25-30 апреля 2016 г.. Омск. 2016. С. 25-30.
4. Пат. 142925 Российская Федерация. МПК В 03 С 1/0в. Установка для обезвреживания нефтезатрязнен-ных почв, грунтов н нефтешламов. Июненко А. А., Краус Ю. А_г Ларионов К. С., Токарев В. В.. Холкнн Е. Г., Штрнплннг Л. О..Чг 2014111381 13, ап 25.0314: опубл. 10.07.14. Бюл. № 19.2(1
5. Пат. 148704 Российская Федерация. МПК В 03 С 1/0в. Установка для обезвреживания нефтезагрязнен-ных почв, грунтов и нефтешламов. Иконенко А. А.. Холкнн Е.Г.. Шгришшнг Л.О. № 2014135134/13; заявл. 27.08.14: опубл. 10.12.14. Бюл. № 34. 2 с.
6. Пат. 157884 Российская Федерация. МПК В 09 С 1/08. Установка для обезвреживания нефтезагрязнен-ных почв, грунтов и нефтешламов. Ларионов КС., Холкнн Е.Г.. Штриплннг Л.О. № 2015130193/13: заявл. 21.07.15: опубл 20.12.15, Бюл. № 35. 2 с.
