CC BY
10Процессы и аппараты
УДК 66.099.2
O.M. Flisiuk1, T.N. Shininov2, V.A. Konstantinov3 О. М. Флисюк1, Т.Н. Шининов2, В.А. Константинов3
REPROCESSING OF OIL WASTE FORMS TO PRODUCE HYDROPHOBIC GRANULAR ADDITIVE TO ASPHALT-CONCRETES
Petersburg State Institute of Technology (Technical University), Moskovsky Pr. 26, St Petersburg, 190013, Russia e-mail: kaliuganow@mail.ru
The results of experimental investigation of the reprocessing of oil waste forms resulting in hydrophobic granular additive to asphalt-concrete are shown. The binding agent, optimal conditions of the rotor-granulator functioning for the given material are found. Mechanical properties of the asphalt mixture with hydrophobic granular additive were presented. The characteristics comply GOST9128-2009 «Road asphalt-concrete mixture, airfield and asphalt-concrete»
Keywords: oil waste forms, asphalt-concrete, hydrophobic granular additive
ПЕРЕРАБОТКА
НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ
ОТХОДОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ
ГИДРОФОБНОЙ
ГРАНУЛИРОВАННОЙ
ДОБАВКИ
В АСФАЛЬТОБЕТОН
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Московский пр., 26, Санкт-Петербург, 190013, Россия е-таИ: kaliuganow@mail.ru
Приведены результаты экспериментального исследования процесса переработки нефтесодержащих отходов с получением гидрофобной гранулированной добавки в асфальтобетон. Подобрано связующее, найдены оптимальные режимы работы роторного гранулятора для данного материала. Установлено, что физико-механические свойства асфальтобетонной смеси с использованием гранулированной гидрофобной добавки соответствуют ГОСТу 9128-2009 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон»
Ключевые слова: нефтесодержащие отходы, асфальтобетон, гранулированная гидрофобная добавка
D0l:10.15217/issn998984-9.2015.29.80
На всех этапах получение товарной нефти (добычи, транспортировки, переработки) образуются нефтесодержащие отходы (НСО) - смесь нефти, воды и механических примесей. По приблизительным подсчетам доля НСО в нефтяной отрасли составляет до 5 % от всего годового объема добываемой нефти в России. Ежегодно 25 млн. тонн нефтесодержащих отходов образуются в результате деятельности нефтяных компаний в России. НСО попадая в природу нарушает экосистему, загрязняя почву, отравляя животных, нарушая биохимическое равновесие в природе. Проблема переработки нефтесодержащих отходов на сегодняшний день стоит наиболее актуально в нефтяной отрасли. Большая часть НСО складируется в открытых амбарах, при этом происходит испарение легких фракций из нефти и добавление воды в НСО, вследствие притока дождевой воды. Возраст некоторых хранилищ может достигать 80 лет. Основные требования, которые должны предъявляться к технологии переработки НСО: универсальность (необходимо перерабатывать НСО различного состава, как «свежие», так и те, что хранятся в амбарах в течение длительного времени), простота и мобильность установки (амбары НСО расположены по всей стране, часто в
местах, где использование крупногабаритной техники и сложных технологических установок неприемлемо) и стоимость переработки исходного сырья в экологически безопасный материал [1].
Состав компонентов НСО может сильно отличаться друг от друга. Это усложняет и без того непростую задачу по переработке нефтесодержащих отходов [2, 3].
Одной из технологий, удовлетворяющей этим требованиям является технология химического инкапсулирования с использованием оксидов щелочноземельных металлов [4-6]. Полученный продукт по этой технологии представляет собой экологически безопасный порошок, который можно использовать при строительстве дорожных покрытий. Однако из-за своей мелкодисперсной структуры он имеет ряд недостатков: пылит, трудно дозируется, обладает плохой сыпучестью и как следствие технологически неудобен.
Чтобы устранить эти недостатки мелкодисперсные частицы необходимо преобразовать в гранулы оптимального размера. Для этой цели нами были предложены новый способ получения гранулированной гидрофобной добавки (ГГД) и установка для его осуществления [7, 8].
Технологию получения гранулированной гидрофобной добавки можно разделить на два этапа (Рисунок 1).
1 Флисюк Олег Михайлович, д-р техн. наук, профессор, зав. каф. процессов и аппаратов, e-mail: flissiyk@mail.ru Flisiyk Oleg M. Dr Sci (Eng.), Professor, Head of Processes and apparatuses Department, e-mail: flissiyk@mail.ru
2 Шининов Тимур Николаевич, аспирант кафедры процессы и аппараты, e-mail: kaliuganow@mail.ru Shininov Timur N., PhD student of Department of Processes and apparatuses, e-mail: kaliuganow@mail.ru
3 Константинов Валерий Анатольевич, канд. техн. наук, доцент каф. процессов и аппаратов, e-mail: prapp@LTI-GTI.ru Konstantinov Valeriy A., PhD (Eng.), Associate Professor, Department of Processes and apparatuses, e-mail: prapp@LTI-GTI.ruD
Дата поступления - 21 мая 2015 года Received May 21, 2015
- На первом этапе нефтесодержащий отход смешивается с оксидом или гидрооксидом щелочноземельного металла, например, Са(ОН)2, адсорбирующем углеводороды.
- На втором - мелкодисперсный порошок преобразуется с помощью связующего в гранулы оптимального размера.
Рисунок 1. Схема образования гранул гидрофобной добавки в асфальтобетон.
Для получения гранул из мелкодисперсного материала в наших экспериментах использовался скоростной барабанный гранулятор. Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Схема экспериментальной установки периодического действия: 1 - корпус скоростного гранулятора, 2 - пальцы, 3 -вращающийся вал, 4 - штуцер для загрузки исходного продукта,
5 - штуцер для выгрузки конечного продукта, 6 - двигатель переменного тока, 7 - преобразователь частоты, 8 - патрубок для введения жидкой фазы
Скоростной барабанный гранулятор состоит из цилиндрического корпуса с патрубками, внутри которого находится ротор, снабженный пальцами, расположенными по винтовой линии.
Процесс гранулирования является сложным процессом и в данной конструкции аппарата преимущественно складывается из двух стадий - агломерация частиц и дробления. Причем агломерация частиц, т.е. образование гранул на начальном этапе протекает достаточно быстро, а затем начинает превалировать процесс дробления за счет столкновения образовавшихся гранул с пальцами быстро вращающегося ротора.
Работа гранулятора осуществляется следующим образом. Предварительно подготовленный в смесителе мелкодисперсный порошок гидрооксида кальция, с заключенным в нем частицами нефтесодержащего отхода подается в патрубок 4, ротор барабанного гранулятора приводится в движение с помощью электродвигателя 6. В патрубок 8 в течение определенного промежутка времени производится загрузка связующего. В качестве связующего использовался дорожный битум БДУ60/90 в количестве 12 % мас. Эксперимент проводили при температуре 50 °С. Объём заполнения составлял 15 % от всего объёма гранулятора.
Одними из важнейших параметров, определяющих гранулометрический состав является скорость вращения ротора барабанного гранулятора и количество пальцев на валу ротора. Кинетику гранулообразования изучали по изменению гранулометрического состава частиц в периодическом процессе. Отбор проб производили через определенные промежутки времени (60 сек) при постоянной частоте вращения ротора и определенном количестве пальцев ротора. Частоту вращения ротора изменяли с помощью преобразователя частоты 7 в пределах от 350 до 550 об/мин. Количество пальцев 2 изменяли от 17 до 33.
Зависимость гранулометрического состава от скорости вращения ротора барабанного гранулятора представлена на рисунке 3, здесь ^ = где х- средняя масса гранулы в текущий момент времени, средняя масса частиц в начальный момент времени.
Рисунок 3. Изменение z(t) гранул гидрофобной добавки во времени ^ в процессе гранулообразования и дробления в скоростном грануляторе при общем числе пальцев ротора р = 33 шт. при различной частоте вращения ротора п.: 1 - п = 350 об/мин; 2- п=450 об/мин; 3 - п=550 об/мин
Изменения гранулометрического состава в зависимости от числа пальцев ротора гранулятора представлено на рисунке 4.
Рисунок 4. Изменение z(t) гранул гидрофобной добавки во времени ^ в процессе гранулообразования и дробления при частоте вращения п = 350 об/мин. при различном количестве пальцев р: 1 - р = 17; 2 - р = 25; 3 - р = 33
Анализ проведенных экспериментов показал, что с ростом числа пальцев увеличивается скорость процесса гранулообразования и процесса дробления. При этом максимальный размер гранулы достигается за меньший промежуток времени, затем наступает процесс дробления. При повышении частоты вращения ротора достигается более равномерное распределение частиц по размерам, доля крупных агломератов с повышением частоты вращения уменьшается.
Гранулированная гидрофобная добавка в составе асфальтобетонной смеси была испытана на соответствие стандарту ГОСТ 9128-2009 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон» на асфальтобетонном заводе АБЗ-1.
Физико-механические свойства асфальтобетонной смеси представлены в таблице.
Таблица. Физико-механические свойства асфальтобетонной смеси с добавлением гранулированной гидрофобной добавки
№ п/п Наименование показателей Требования ГОСТ 91282009 Фактические показатели
1 Водонасыщение, % по объёму 1,5-4,0 3,8
2 Прочность при сжатии, МПа, при температуре 20 °С Не менее 2,2 3,4
3 50 °С Не менее 1.2 1,2
4 0 °С Не более 12,0 8,1
5 Водостойкость Не менее 0,85 1,0
6 Водостойкость при длительном насыщении Не менее 0,75 1,0
7 Сцепление битума с минеральной частью асфальтобетонной смеси Должно выдерживать Выдерживает
8 Трещиностойкость по пределу прочности на растяжение при расколе при температуре 0° С и скорости деформации 50 мм/мин Не менее 3,0 Не более 6,5 3,9
Гранулированная гидрофобная добавка полностью удовлетворяет требованиям ГОСТа 9128-2009.
Выводы
Предложен новый способ и установка для переработки нефтесодержащих отходов с получением гранулированной гидрофобной добавки в асфальтобетонные смеси, защищенные патентами РФ. Изучена кинетика гранулирования и определены оптимальные технологические параметры процесса. Проведенные испытания полученной гранулированной добавки в лаборатории асфальтобетонного завода №1 Санкт-Петербурга показали, что полученный продукт соответствует действующему стандарту по всем физико-механическим свойствам.
Благодарности
Работа выполнена при поддержке ОАО «НК «Роснефть»
Испытания гранулированной добавки в асфас-фальтобетонных смесях выполнены в лаборатории АБЗ-1 под руководством канд. техн. наук Майдановой Н.В.
Литература:
1. Воробьева С.Ю., Мерициди И.А., Шпинькова М.С.. Подбор рецептуры обезвреживания шламов методом реагентного капсулирования // Труды РГУ Нефти и газа им. И.М. Губкина. 2013. № 1. С. 45-57.
2. Воробьева С.Ю., Шпинькова М.С., Мерициди И.А. Переработка нефтешламов, буровых шламов, не-фтезагрязненных грунтов методов реагентного капсулирования // Территория нефтегаз. 2011. № 2. С. 68-70.
3. Литвинова Т.А., Винникова Т.В., Косулина Т.П. Реагентный способ обезвреживания нефтешламов // Экология и промышленность России. 2009. № 2. С. 40-43.
4. Bolsing Friedrich. DCR technology in the field of environmental remediation, in Remediation of hazardous waste contaminated soils / Ed. by Donald L. Wise and Debra J. Trantolo Marcel Dekker, Inc. New York. 1994.
5. Рудник М.И., Бородин В.В., Калинин Н.Ф. Сорбент для очистки от нефтемаслозагрязнений: пат. 2160758. Рос. Федерация. № рег. 98116533/12; заявл. 01.09.1998; опубл. 20.12.2000.
6. Рудник М.И., Гаврилов Ю.Л., Резанова Е.Е.. Технология и оборудование ТЭК: технологически-аппаратурные условия создания и применения комплексной переработки опасных отходов с использованием технологии <^CR процесс» // Экологический вестник России. 2012. № 2. С. 36-43.
7. Флисюк О.М., Круковский О.Н., Майданова Н.В., Шининов Т.Н., Сыроежко А.М. [и др.]. Способ получения гидрофобной добавки в асфальтобетонную смесь и способ получения асфальтобетонной смеси с ее использованием: пат. 2550767 Рос. Федерация. № рег. 2014129637/03; заявл. 18.07.2014; опубл. 10.05.2015.
8. Флисюк О.М., ГарабаджиуА.В., Сыроежко А.М., Маметнабиев Т.А., Бардашев Г.С., [и др.]. Установка переработки нефтешламов и кислых гудронов для получения гранулированной добавки в асфальтобетонные смеси: патент на пол. модель. 127380 Рос. Федерация. № рег. 2012144307/05; заявл. 18.10.2012; опубл. 27.04.2013.
