CC BY
126
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ БЕЗОКИСЛИТЕЛЬНОГО ПИРОЛИЗА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ
Расстегаев Александр Николаевич
ассистент Пензенского государственного технологического университета,
РФ, г. Пенза E-mail: clansman2oo9@gmail. com
INVESTIGATION TECHNOLOGY OF NONOXIDATIVE PYROLYSIS FOR
UTILIZATION OF OILY WASTE
Rasstegaev Alexander
assistant of Penza State Technological University, Russia Penza
АННОТАЦИЯ
Рассмотрена проблема утилизации твердых нефтесодержащих отходов. Предложена технология и оборудование для безопасного способа утилизации нефтесодержащих отходов. Приведены результаты исследования.
ABSTRACT
The problem of utilization of solid oily waste considered. Technology and equipment for the safe utilization of oily waste proposed. The results of the investigation presented.
Ключевые слова: нефтесодержащие отходы; утилизация; пиролиз.
Keywords: oily waste, utilization, pyrolysis.
В процессе работы предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности образуются большое количество отходов, которые представляют собой осадки механической очистки сточных вод, продукты зачистки резервуаров, пену, собранную на установках адгезионной сепарации и флотационной очистки стоков [1, 2, 3, 9]. Содержащиеся в добываемой нефти твердые примеси при переработке приводят к образованию нефтяных шламов. В среднем при переработке 1 т нефти образуется 7 кг нефтяных шламов. Шламы являются тяжелыми нефтяными остатками, содержащими в среднем от 10 до 56% нефтепродуктов, от 30 до 85 % воды и от
1,3 до 46 % твердых примесей. На нефтеперерабатывающих заводах собранные шламы хранят в специализированных шламонакопителях [1, 2, 3, 9].
Немаловажным источником загрязнения являются автозаправочные станции транспортных средств, а также авторемонтные мастерские, где происходят как случайные разливы, так и намеренные сливы отработанного масла прямо на землю или в водоемы [1, 2, 3].
Некоторые отходы нефтяной промышленности возможно использовать вторично, но большая часть отходов не может быть использована и требует утилизации, так как их хранение и дальнейшее накопление может привести к экологической катастрофе [1, 2, 3, 9].
На сегодня разработаны различные технологии и способы утилизации нефтесодержащих отходов: механические, химические, термические, биологические, комбинированные. Среди всех технологий по степени использования, выделяются способы сжигания. Наиболее распространенными установками для сжигания пастообразных и твердых горючих отходов, непригодных к утилизации, являются: печи с кипящим слоем, барабанные и многоподовые печи, циклонные топки, камерные печи, печи поверхностного (надслоевого) сжигания [1, 2, 3, 9, 10].
В статье рассматривается способ утилизации твердых нефтесодержащих отходов методом безокислительного пиролиза. Объектом исследования является песок загрязненный отработанным маслом, в соотношении 80 % песка, 20 % масла. В соответствии с «Федеральным классификационным каталогом отходов» такой вид отходов (индекс 3140230304033) имеет III класс опасности, т. е. они являются токсичными.
Безокислительный пиролиз является процессом термического разложения органических соединений без доступа кислорода, протекаемый при относительно низких температурах по сравнению с процессами горения. Основной механизм распада при пиролизе органических соединений идет по радикально-цепному принципу. В случае пиролиза углеводородов первичной
реакцией является образование свободных радикалов, например, метиленового или метального, в результате разрыва углеродной связи [1, 9].
Пиролиз производился на опытном образце установки разложения твердых отходов (УРТО), разработанной в рамках Федеральной целевой программы «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009—2014)», утвержденной постановлением Правительства от 27 октября 2008 года № 791 по научной теме «Разработка технологий, обеспечивающих ликвидацию различных химически опасных отходов, находящихся на территории накопителей, свалок и захоронений, на основе методов сверхкритического водного окисления и пиролиза в восстановительной среде без процесса горения». Технологическая схема установки приведена на рисунке 1 [7, 8].
Рисунок 1. Технологическая схема установки разложения твердых отходов: 1 — термореактор; 2 — циклонные топки; 3 — газораспеределитель; 4 — картридж катализатора; 5 — теплообменник; 6 — циклон сухой очистки; 7 — скруббер; 8 — установка холодной плазмы; 9 — вентилятор-дымосос;
10 — дымовая труба
В термореакторе 1 размещена камера термического разложения (КТР), снабженная загрузочным устройством, толкателем и перемешивающим устройством. КТР помещена в обогревательную камеру, в нижней части
которой установлена горелка разогрева и колосниковая решетка для дожига коксового остатка. Стенки обогревательной камеры теплоизолированы шамотно-волокнистыми плитами, а низ топки выложен из шамотного кирпича [7, 8].
В торцевой части обогревательной камеры расположены вертикальные циклонные топки 2 с дожигателем (горелкой), где происходит дожигание, содержащихся в пиролизном газе, горючих веществ. Первичная очистка газа происходит в картридже катализатора 4. Для охлаждения отходящих дымовых газов в установке установлен теплообменник 5. Дальнейшая очистка дымовых газов осуществляется в циклоне сухой очистки 6, затем скруббере 7, финальная очистка производится в установке холодной плазмы 8. Вентилятор-дымосос 9 обеспечивает необходимое разряжение в КТР. Очищенный газ через дымовую трубу 10 выбрасывается в атмосферу [7, 8].
Для эксперимента использовались пять порций подготовленных нефтесодержащих отходов, перерабатываемых на установке последовательно.
Предварительно производилось определение массы твердых отходов взвешиванием на платформенных электронных весах ВСП4-500А.
Процесс пиролиза проходил при средней температуре в камере термического разложения 672 °С, время процесса 30 минут. В процессе проведения эксперимента производился анализ отходящих дымовых газов газоанализатором ГАНК-4 с кассетами, усреднённые результаты газоанализа представлены в таблице 1.
Проведенная биологическая экспертиза коксозольного остатка, показала безопасность продуктов переработки песка загрязненного маслами на данной установке. Опыты проведены на дафниях (Daphnia magna Straus), пресноводных водорослях (Scenedesmus quadricauda) и по изменению интенсивности бактериальной люминесценции (тест-система «Эколюм») в соответствии с требованиями, изложенными в нормативных документах [4, 5, 6], результаты показаны на рисунках 2, 3, 4.
Таблица 1.
Наименование вредного вещества ПДК рабочей зоны, мг/м3 ПДК населен -ных пунктов , мг/м3 Диапазоны измерений массовой концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м3 Результат измерений массовой концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м3
NO2 (азота диоксид) 2 0,04 0,02—40 0,004
NO (азота оксид) 5 0,06 0,03—100 <0,03
SO2 (диоксид серы) 10 0,05 0,025—200 0,01
СО (оксид углерода) 20 3 1—400 0,1
HCl (хлороводород) 5 0,1 0,05—100 0,006
Рисунок 2. Результаты экспертизы на дафниях (Daphnia magna Straus)
Рисунок 3. Результаты на пресноводных водорослях (Scenedesmus
quadricauda)
Рисунок 4. Результаты экспертизы по изменению интенсивности бактериальной люминесценции (Esсherichia coli)
Выводы:
Концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны не превышает значения ПДК рабочей зоны и населенных пунктов. Заключение биологической экспертизы показало, что коксозольный остаток пиролизоной переработки песка загрязненного маслом, как промышленный отход, в соответствии с приказом МПР № 511 от 15 июня 2001 г., относится к 4 классу опасности (малоопасные, БКР — менее 100) для окружающей природной среды.
Вследствие этого, можно сделать вывод о безопасности утилизации нефтесодержащих твердых отходов предложенным способом.
Список литературы:
1. Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. М.: Химия, 1990.
2. Гонапольский А.М. Обезвреживание твердых органических отходов. Учебное пособие / А.М. Гонопольский, В.Е. Мурашов М.: МГУИЭ, 2012. — 422 с.
3. Гонопольский А.М. Процессы и аппараты защиты окружающей среды. Инженерная защита окружающих территорий мегаполиса: Учебное пособие. М.: МГУИЭ, 2004. — 368 с.
4. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний. Федеральный реестр (ФР) ФР 1.39.2007.03222;
5. Методика определения токсичности вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей. Федеральный реестр (ФР) ФР.1.39.2007.03223.
6. Методика определения интегральной токсичности поверхностных, в том числе морских, грунтовых, питьевых, сточных вод, водных экстрактов почв, отходов, осадков сточных вод по изменению интенсивности бактериальной биолюминисценции тест-системой «Эколюм». ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.11-04 Т 16.1:2.3:3.8-04 (издание 2010 г.).
7. Расстегаев А.Н. Технология утилизации нефтесодержащих отходов методом пиролиза./ А.Н. Расстегаев, В.В. Голубовский // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. — 2013. — № 12(16). — С. 231— 233.
8. Расстегаев А.Н. Способ обезвреживания грунта загрязненного нефтепродуктами методом пиролиза. / А.Н. Расстегаев, В.В. Голубовский, К.Р. Таранцева // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. — 2014. — № 01(17). — С. 257—260.
9. Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. Т. 3 Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2003. — 1024 с.
10. Янковой Д.С. Термическая деструкция отходов./ Д.С. Янковой, К.В. Ладыгин, С.И. Стомпель, В.А. Буков, О.М. Епинина // Экология производства. — 2013. — № 12. — С. 38—41.
