CC BY
51
УДК 504.054-553.98
DOI: 10.24412/1728-323X-2021-5-104-108
ПРИМЕНЕНИЕ НЕФТЕШЛАМОВ В КАЧЕСТВЕ ВЫГОРАЮЩЕЙ ДОБАВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
КИРПИЧЕЙ
А. В. Горбаев, аспирант, Иркутский национальный исследовательский технический университет, Gorbaev87@mail.ru, Иркутск, Россия
Воздействие объектов добывающей промышленности на окружающую среду велико и проявляется на всех этапах их использования, начиная с непосредственного строительства таковых, продолжаясь в период активной эксплуатации, а также после выработки природных ресурсов. Актуальность этой проблемы становится значительно выше для нефтегазодобывающей промышленности, где наиболее важны переработка и рекультивация отходов бурения. Это делает необходимым изучение возможных способов переработки и получения полезных компонентов для промышленности. Мы выделили наиболее распространенные и опасные загрязнители природной среды нефтегазовой отрасли, а именно нефтяные шламы. Рассмотрели возможность использования таковых в процессе изготовления кирпичей как один из способов производства, при котором негативное антропогенное воздействие на природную среду существенно минимизируется.
The impact of extractive industry facilities on the environment is considerable and manifests itself at all stages of their use, starting with their direct construction, continuing during the period of active operation, as well as after the development of natural resources. The urgency of this problem becomes much higher for the oil and gas industry, where the most important is the processing and reclamation of drilling waste. This makes it necessary to study possible ways of processing and obtaining useful components for industry. We have identified the most common and dangerous pollutants of the natural environment of the oil and gas industry, namely oil sludge. We considered the possibility of using them in the process of making bricks as one of the production methods in which the negative anthropogenic impact on the natural environment is significantly minimized.
Ключевые слова: выгорающая добавка, нефте-шлам, нефтегазовая отрасль, отходы нефтехимического производства, производство кирпича.
Keywords: burnout additive, oil sludge, oil and gas industry, waste from petrochemical production, brick production.
Введение
В процессе разработки нефтяных месторождений всегда происходит образование достаточно большого количества нефтесодержащих отходов, представленных такими веществами, как нефтешламы, смазочно-охлаждающие жидкости, маслосодержащие и топливные отходы. Кроме того, в процессе различного вида нефтехимического производства также происходит образование данного вида отходов, например, кислых гудронов и битумов [1].
Согласно статистическим данным, каждый год в России происходит образование нефтешламов в количестве 3 млн т. Распределение их по отраслям промышленности таково [2]:
— нефтедобывающие компании — 1 млн т;
— нефтеперерабатывающие компании — 0,7 млн т;
— нефтебазы — 0,3 млн т;
— иные источники, включая аэропорты, морские порты, ж/д транспорт и т. д. — 0,5 млн т.
Статистические данные, связанные с количеством образующихся нефтяных отходов в глобальном мировом масштабе, являются более внушительными и составляют цифру в 10 млн т. Значительность данного количества показывает тот факт, что в процессе переработки 1 т нефти происходит образование в среднем 7 кг нефтешламов.
Поскольку все эти отходы постепенно все в большем количестве накапливаются в специально оборудованных нефтеперерабатывающими предприятиями земляных амбарах. Например, согласно современных подсчетов, объем отходов нефтепродуктов в местах транспортировки нефти и ее добычи только за последнее десятилетие достиг более 100 000 т. При создавшейся ситуации остро встает вопрос необходимости утилизации отходов данного вида.
Следует отметить, что на сегодняшний день переработка нефтешламов вызывает серьезные проблемы, поскольку единого универсального способа при использовании определенных методов, делающих данный процесс максимально эффективным как с экономической, так и с иных позиций, просто не создано [2].
Нельзя не отметить, что процесс хранения нефтешламов связан с возникновением достаточно серьезных экологических проблем. Однако нельзя также сбрасывать со счетов и тот факт, что при утилизации данных отходов имеется реальная возможность получения ценных товарных продуктов, таких как смазочные вещества, углеводородный газ, некультивиру-емый грунт и т. д. [3]. Безусловно, это положительным образом сказывается на экономике страны.
Кроме того, активная утилизация нефтешла-мов посредством их переработки и централизованного сбора решает одновременно и экологическую проблему, поскольку способствует всемерному оздоровлению непосредственно природной среды. Прежде всего, это касается тех земель, которые вновь могут быть использованы под различные сельскохозяйственные нужды, например, под пашни или под выпас скота. Также обеспечивается возможность предотвращения загрязнения атмосферы, подземных и наземных вод в местах нефтедобычи и нефтепереработки [4].
Говоря об отходах нефтегазодобывающей промышленности, необходимо, прежде всего, четко определить, что они из себя представляют. Нефтешламы являются сложными физико-химическими соединениями, представляющими собой смеси, в состав которых входят в различном соотношении следующие компоненты: нефтепродукты; механические примеси, представленные песком, глиной и окислом металлов; вода.
Как уже отмечалось, соотношение количества компонентов нефтешлама может быть различно и колеблется в следующих пределах [5]:
— нефтепродукты — 10—25 %;
— механические примеси — 5—30 %;
— вода — 50—70 %.
Для хранения нефтешламов на соответствующих предприятиях используются так называемые пруды—шламонакопители. Причем, для данного вида вещества характерна неоднородность состава, выраженная в образовании трех отдельных слоев: нижнего, среднего и верхнего, имеющих разный состав.
Нижний слой, или так называемый донный осадок, по большей части, а именно на 70 %, представлен твердой фазой, которая пропитана нефтепродуктами, составляющими 5—10 %, и водой в количестве 25 %.
В состав среднего слоя входит вода, которая включает в себя взвешенные механические вещества и нефтепродукты.
Верхний слой представлен эмульгиронанны-ми нефтепродуктами с механическими примесями в количестве примерно 5 %.
Соотношение количества компонентов, которые входят в состав нефтешлама, зависят от двух факторов, к которым относятся [5]:
— происхождение нефтешлама;
— срок хранения нефтешлама.
В настоящее время проблема необходимости утилизации нефтешламов является бесспорной и объясняется следующими причинами [6]:
— во-первых, хранение нефтешламов оказывает негативное воздействие на экологию, при-
водя к загрязнению атмосферы, гидросферы и литосферы, тем самым создавая серьезную угрозу сохранению здоровья людей;
— во-вторых, нефтешламы являются легко воспламеняющимися веществами, что создает повышенную угрозу возникновения пожаров;
— хранилища нефтешламов занимают значительные площади, что выводит большие участки земли из активного сельскохозяйственного использования. Причем, при сжигании нефтешла-ков по причине недостатка места для хранения таковых не проводится очистки отходящих газов, что негативно сказывается на состоянии окружающей природной среды;
— в-четвертых, нефтешлаки имеют в своем составе ценное органическое сырье, которое может быть использовано для производства необходимых людям товаров.
Способы утилизации нефтешламов, которые используются в настоящее время, могут быть различны и зависят, прежде всего, от конкретного состава компонентов, которые в них входят. При выборе технологии утилизации учитывается ее стоимость, а также сама техническая возможность осуществления. Кроме того, особое значение отводится экологической составляющей, поскольку в основу утилизации положен принцип недопустимости причинения еще большего вреда окружающей среде при его осуществлении.
Объекты и методы исследования
Объектами исследования являются нефтешламы, образование которых происходит на Ярак-тинском нефтегазоконденсатном месторождении, которое относится к Восточно-Сибирской нефтегазовой провинции. Располагается Ярактин-ское месторождение в 140 км от г. Усть-Кута Иркутской области. Активная эксплуатация ведется с 1992 года.
Проведены лабораторные анализы состава, физико-химических свойств нефтешламов на данном месторождении и приведен расчет экономической эффективности от применения данной технологии. Исследована возможность применения нефтешлама в качестве выгорающей добавки для изготовления кирпичей на Усть-Кутском кирпичном заводе.
Результаты исследования
Порядок выбора предлагаемой технологии, которая будет применяться в процессе обезвреживания нефтешламов и утилизации таковых, состоит в том, что [7]:
— производится подсчет количества нефте-шламов, определяется их состав и основные свойства;
Таблица 1
Качество получаемого кирпича в зависимости от состава нефтешлама
№ п/п Массовое соотношение глина : нефтешлам Содержание воды в нефтешламе, % Механическая прочность на сжатие, МПа Морозостойкость, циклы Трещинова-тость, % Средняя плотность, кг/м
1 1 0,07 50 42,8 78 3 1470
2 1 0,09 22 41,3 94 1 1315
3 1 0,14 50 41,2 94 0 1300
4 1 0,35 70 41,5 95 1 1295
5 1 0,39 50 41 51 8 1380
6 1 0,14 18 21,7 77 5 1430
7 1 0,14 75 23,4 49 11 1415
— производится подбор той технологии, использование которой будет наиболее выгодно в экономическом плане, при этом максимально эффективно для экологической безопасности окружающей среды;
— производится определение конкретного направления использования нефтешламов как вторичного сырья.
В настоящее время вопросу использования нефтешламов как вторичного сырья уделяется самое пристальное внимание, поскольку это позволяет производить целый ряд продукции, пользующейся активным спросом. При этом данный процесс не только позволяет насыщать товарами рынок, но также обеспечивает решение множества экологических проблем в тех регионах, где имеются нефтедобывающие и нефтеперерабатывающие компании.
Наиболее широкое применение отходов нефтегазовой отрасли получило сегодня в сфере производства строительных материалов. В подтверждение этого следует сказать, что на сегодняшний день использование нефтешлаков обеспечило снижение затрат на изготовление разнообразных стройматериалов примерно на 30 % по сравнению с производством таковых при использовании традиционного природного сырья. Кроме того, использование данного вида отходов значительно улучшило ситуацию обеспечения строительной отрасли необходимыми материалами, покрыв 40 % потребности.
Исходя из сказанного ранее, совершенно неудивительно, что все больший интерес вызывают возможности использования нефтешламов в самых различных направлениях производства, в том числе и как компонент глинистого сырья, которые подвергается определенной термической обработке, а именно обжигу.
Исследования, которые были проведены с целью выявления поведения нефтешламов при их нагревании, показали, что нефтешламы обладают теплотворными характеристиками. Данное
свойство показывает реальность использования нефтешламов при производстве кирпича и керамзитового гравия как выгорающую добавку.
Данное направление использования нефтешламов пристально изучалось Д. Р. Шпербером. Разрабатывая новые технологии переработки нефтешлама, Шпербер проводил исследования, касающиеся влияния состава компонентов, в нем содержащихся, на конечное качество получаемой продукции, то есть кирпича.
Результаты проведенного Д. Р. Шпербергом исследования представлены в таблице 1 [8].
Анализ показателей, приведенных в таблице 1, позволяет утверждать, что в качестве оптимального выступает состояние нефтешлама, при котором:
— массовое отношение глина: нефтешлам равно 1: (0,09—0,35);
— содержание в нефтешламе воды соответствует 22—70 % от массы.
В соответствии с результатами испытания выявлены определенные требования, применяемые к нефтешламу, который используется в качестве сырья при производстве кирпичей. Данные требования приведены в таблице 2 (табл. 2) [8].
После отбора проб грунта со шламонакопите-ля на Ярактинском НГКМ в летний период времени был определен его состав. По результату анализов сделан вывод, что этот нефтешлам может быть использован в дальнейшем для получения кирпичей.
Таблица 2 Требования к нефтешламам, используемым для производства кирпичей
№ п/п Наименование показателей Содержание вещества, %
1 Вода 22—70
2 Механические примеси 15—20
3 Нефтепродукты не менее 30
Обсуждение
Согласно статистическим данным, в Иркутской нефтяной компании ежегодно образуется примерно 2233 т нефтешламов. Средняя стоимость утилизации 1 м3 нефтешлама составляет 6097 руб./м3. Получается, что каждый год компания вынуждена тратить только на утилизацию нефтешламов очень значительную сумму, а именно 9,725 млн руб. [9].
При этом можно использовать нефтешламы как выгорающую добавку при производстве кирпичей. Следует отметить, что предложенная нами технология не предусматривает каких-либо дополнительных вложений, связанных со строительством предприятия, поскольку адаптирована для применения на уже имеющемся кирпичном заводе, работающем в г. Усть-Куте в настоящее время.
Далее приводим разработанный расчет экономической эффективности применения нефтешламов в процессе производства кирпичей:
Расчет экономической эффективности использования нефтешламов при получении кирпичей:
1. В том случае, когда для производства кирпича используются нефтешламы, происходит одновременная экономия глины и энергоресурсов, поскольку температура обжига несколько снижается. Поскольку нефтешламы в качестве компонентов включают в себя как органическую составляющую, так и механические примеси, то они выступают одновременно в качестве выгорающей и отощающей добавки, что ведет к среднему снижению насыпной плотности кирпича примерно на 25 %.
По результату проведенных Д. Р. Шпербером испытаний [10] было выявлено, что оптимальным является массовое соотношение глина: не-фтешлам в пределах 1: (0,09—0,35).
Средний расход нефтешламов составляет:
(9 + 35)/2 = 22 % от массы.
22 % масс составляют 2223 т нефтешламов, которые образуются за год в Иркутской нефтя-
ной компании. С применением таковых можно получить:
100 % -2233 т/22 % = 10 150,0 т кирпича, при этом экономия составит:
10 150,0 т -25 %/100 % = 2537,5 т/год сырья.
2. Стоимость глинистого сырья составляет 600 рублей за 1 т.
Экономическая эффективность, связанная с экономией глинистого сырья, в итоге составит:
2537,5 т/год-600 руб./т = 1,523 млн руб./год.
3. Транспортные расходы для доставки нефтешламов на завод с Ярактинского месторождения:
За один рейс грузовая машина перевозит 20 т нефтешлама, и стоимость перевозки составляет 50 000 руб./рейс.
Всего нужно будет сделать рейсов:
2233 т/20 т = 111,7 = 112 рейсов.
Стоимость перевозки от Ярактинского месторождения до завода в г. Усть-Кут составит:
50 000 руб./рейс -112 рейсов =
= 5 000 000 руб. = 5,583 млн руб./год.
4. Расчет общей экономической эффективности использования нефтешлама показывает следующее:
9,725 млн руб./год — 5,583 млн руб./год +
+ 1,523 млн руб./год = 5,665 млн руб./год.
Заключение
В результате приведенного выше анализа нефтешлама на Ярактинском месторождении выявлена его пригодность для использования в качестве предложенного глинистого сырья. Из расчета экономической эффективности использования нефтешламов для получения выгорающей добавки при производстве кирпича получается, что общая экономия составляет 5,665 млн руб./год. Это позволит предприятию не только избавиться от опасных отходов производства, но также существенно улучшить экологическую ситуацию в данном районе в долгосрочной перспективе.
Библиографический список
1. Хайдаров Ф. Р. Нефтешламы. Методы переработки и утилизации: монография / Ф. Р. Хайдаров, Р. Н. Хисаев, В. В. Шайдаков, Л. Е. Каштанова. — Уфа, 2003. — 74 с.
2. Ахметов А. Ф. Методы утилизации нефтешламов различного происхождения / А. Ф. Ахметов, А. Р. Гайсина, И. А. Мустафин // Нефтегазовое дело. — 2011. — № 9. — С. 98—101.
3. Минигазимов Н. С. Утилизация и обезвреживание нефтесодержащих отходов / Н. С. Минигазимов, В. А. Расвета-лов, Х. Н. Зайнуллин. — Уфа: Экология, 1999. — 299 с.
4. Кемалов А. Ф. Технология очистки нефтезагрязненных почв / А. Ф. Кемалов, Р. А. Кемалов; Казанский государственный технологический университет. — Казань: Научно-технологический центр «Природные битумы», 2009. — 188 с.
5. Горбаев А. В. Совершенствование химического метода утилизации нефтешламов путем растворения их в нефтяных дистиллятах / А. В. Горбаев // XXI век Техносферная безопасность. Иркутск, 2019. — № 13. — С. 98—107.
6. Хуснутдинов И. Ш. Методы утилизации нефтяных шламов / И. Ш. Хуснутдинов, А. Г. Сафиулина, Р. Р. Заббаров, С. И. Хуснутдинов // Вестник Казанского технологического университета. — 2015. — № 10. — С. 213—215.
7. Тимошин А. Ф. Анализ способов утилизации нефтесодержащих отходов и разработка нового комплексного способа утилизации нефтешламов резервуарного типа / А. Ф. Тимошин, А. П. Николаев, А. М. Нитяговский, Д. А. Ложкин // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. Пенза. — 2016. — № 6. — С. 209—213.
8. Шпербер Д. Р. Разработка ресурсосберегающих технологий переработки нефтешлама / Д. Р. Шпербер // Кубанский государственный технологический университет: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Краснодар, 2014. — 154 с.
9. Галиев А. Р. Утилизация нефтяных, буровых шламов, замазученных грунтов на месторождении / А. Р. Галиев, В. А. Володин; Материалы IV научно-технической конференции. — Иркутск, 2019. — С. 52—58.
10. Шпербер Е. Р. Методы переработки нефтеотходов / Е. Р. Шпербер, Т. Н. Боровикова, Д. Р. Шпербер // Химия и технология топлива и масел. — 2011. — № 3 (565). — С. 51—56.
THE USE OF OIL SLUDGE AS A BURNOUT ADDITIVE FOR THE PRODUCTION OF BRICKS
A. V. Gorbaev, postgraduate student of "Geoecology", Irkutsk National Research Technical University,
Gorbaev87@mail.ru, Irkutsk, Russia
References
1. Khaidarov F. R., Khisaev R. N., Shaidakov V. V., Kashtanova L. E. Nefteshlamy. Metody pererabotki i utilizacii. [Oil sludge. Methods of recycling and disposal]. Ufa, Monograph. 2003. 74 p. [in Russian].
2. AKhmetov A. F., Gaisina A. R., Mustafin I. A. Metody utilizacii nefteshlamov razlichnogo proishozhdeniya [Methods of utilization of oil sludge of various origin]. Oil and gas business. 2011. No. 9. P. 98—101 [in Russian].
3. Minigazimov N. S., Rasvetalov V. A., Zainullin H. N. Utilizaciya i obezvrezhivanie neftesoderzhashih othodov [Utilization and neutralization of oil-containing waste]. Ufa, Ecology. 1999. 299 p. [in Russian].
4. Kemalov A. F., Kemalov R. A. Tehnologiya ochistki neftezagryaznyonnyh pochv [Technology of purification of oil-contaminated soils]. Kazan, Kazan State Technological University, Scientific and Technological Center "Natural bitumen". 2009. 188 p. [in Russian].
5. Gorbaev A. V. Sovershenstvovanie himicheskogo metoda utilizacii nefteshlamov putyom rastvoreniya ih v neftyanyh distill-yatah [Improvement of the chemical method of disposal of oil sludge by dissolving them in petroleum distillates]. The 21st century Technosphere security. Irkutsk. 2019. No. 13. P. 98—107 [in Russian].
6. Khusnutdinov I. Sh., Safiulina A. G., Zabbarov R. R., Khusnutdinov S. I. Metody utilizacii neftyanyh shlamov [Methods of oil sludge utilization]. Bulletin of Kazan Technological University. Kazan. 2015. No. 10. P. 213—215 [in Russian].
7. Timoshin A. F., Nikolaev A. P., Nityagovsky A. M., Lozhkina D. A. Analiz sposobov utilizacii neftesoderzhashih othodov i razrabotka novogo kompleksnogo sposoba utilizacii nefteshlamov rezervuarnogo tipa [Analysis of methods of disposal of oil-containing waste and development of a new integrated method of disposal of tank-type oil sludge]. International Journal of Applied and Fundamental Research. Penza. 2016. No. 6. P. 209—213 [in Russian].
8. Shperber D. R. Razrabotka resursosberegayushih tehnologij pererabotki nefteshlama: Avtoref. dis. kand. tehnolog. nauk [Development of resource-saving technologies for oil sludge processing]. Kuban State Technological University. Thesis synopsis for the degree of Ph. D. in Engineering. 2014. Krasnodar. 154 p. [in Russian].
9. Galiev A. R., Volodin V. A. Utilizaciya neftyanyh, burovyh shlamov, zamazuchennyh gruntov na mestorozhdenii [Utilization of oil, drilling sludge, oiled soils at the field]. Proceedings of the IV scientific and technical conference. Irkutsk. 2019. P. 52—58 [in Russian].
10. Shperber E. R., Borovikova T. N., Shperber D. R. Metody pererabotki nefteothodov [Methods of oil waste processing]. Chemistry and technology of fuel and oils. 2011. No. 3 (565). P. 51—56 [in Russian].
