CC BY
127
Известия Коми научного центра УрО РАН Выпуск 1. Сыктывкар, 2010.
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 504.064.45/.47:665.61
РЕАГЕНТНОЕ КАПСУЛИРОВАНИЕ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ОТХОДОВ С ПОЛЕЗНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНЕЧНЫХ ПРОДУКТОВ ТЕХНОЛОГИИ
Н.Д. ЦХАДАЯ*, Ю.М. ГЕРЖБЕРГ**, А.Н. ПОПОВ***, С.Н. БЕЛЯЕВ*
*Ухтинский государственный технический университет, г.Ухта **ООО «Научно-производственное объединение «Севернефтегазтехноло-гия», г.Ухта
***Управление Росприроднадзора по Республике Коми, г.Сыктывкар
Исследованы свойства конечного продукта реагентного обезвреживания неф-тезагрязненных отходов. Установлено, что он является сильно и долго действующим ингибитором коррозии. Эти полезные свойства можно использовать как товарный продукт для снижения скорости почвенной коррозии и уменьшать затраты на природоохранные работы.
Ключевые слова: нефтезагрязненные отходы, ингибитор коррозии
N.D.TSKHADAYA, YU.M.GERZHBERG, A.N.POPOV, S.N.BELYAEV. AGENT NEUTRALIZATION OF THE PETROPOLLUTED WASTE WITH USEFUL USE OF END-PRODUCTS OF TECHNOLOGY
The properties of agent neutralization end product have been analyzed and it was determined that this product is a powerful and long-term corrosion inhibitor. Useful properties of agent neutralization end product and its usage as a commodity product that retards the speed of soil corrosion allow reducing the costs on the whole for environmental measures.
Key words: оП waste, corrosion inhibitor
Проблема обезвреживания накопленных и регулярно образующихся в производственных процессах твердых и пастообразных нефтесодержа-щих отходов производства, почвогрунтов, загрязненных при аварийных разливах нефтепродуктов, была и остается весьма актуальной. Основной путь решения этой задачи - повышение технологичности, экологической эффективности и снижение стоимости обезвреживания таких отходов.
Выбор оптимальных технологий обезвреживания нефтезагрязненных отходов зависит в первую очередь от их состава, количества, климатических условий и промышленной инфраструктуры в районе их образования. К настоящему времени разработаны различные технологии обезвреживания нефтезагрязненных почвогрунтов, продуктов очистки нефтепроводов и нефтехранилищ, отходов, образующихся при переработке жидких углеводородов. Каждая из них имеет свои достоинства, недостатки, области и условия рационального применения. Технология обезвреживания нефтепара-финовых осадков резервуаров, труб, ректификационных колонн существенно отличается от технологии обезвреживания разливов нефтепродуктов или амбаров с накопленными отходами.
Повышение требований к качеству нефти, особенно направляемой на экспорт морским транспортом, ставит задачу утилизации многотоннажных отходов в виде нефтепарафиновых осадков. Объем их образования непосредственно на проектируемых морских терминалах только по Северу европейской части России может составить сотни тысяч тонн в год таких отходов. У существующих предприятий по переработке нефтепарафинов при высокой стоимости транспортировки возникнет проблема утилизации отходов вблизи мест их образования.
При сравнительной оценке технологической и экономической эффективности различных технологий обезвреживания загрязненных отходов, накопленных и образующихся непосредственно в процессе производства, рассматривается совокупность следующих критериев:
• полная стоимость обезвреживания единицы массы загрязняющих отходов, в том числе с учетом вторичного использования получаемых при этом материалов;
• степень обезвреживания, оцениваемая по уменьшению уровня загрязнения окружающей среды после применения технологии;
• время, необходимое для обезвреживания исходных загрязненных материалов;
• технологичность, оцениваемая по сложности и надежности применяемых средств и технологий для осуществления обезвреживания;
• соответствие технологии объемам, составу, условиям размещения отходов;
• затраты на предварительные исследования, в том числе на сбор и анализ исходных данных по отходам, инфраструктуре района работ, лабораторные исследования и моделирование реализации технологии, технико-экономической оценке планируемых работ;
• безопасность технологии (возможность появления вторичных загрязняющих веществ, уровень безопасности труда при реализации технологии, влияние технологических процессов при обезвреживании загрязняющих веществ на окружающую среду);
• общественное мнение и восприятие рассматриваемых мероприятий.
Из интенсивных технологий обезвреживания нефтезагрязненных отходов производства следует отметить сжигание при высоких температурах и отмывку в специальных растворах. Однако эти методы приемлемы не для всех видов загрязненных материалов, имеют свои недостатки вследствие образования значительного объема вторичных, нередко высокотоксичных загрязняющих веществ. Отверждение массива загрязненного материала вяжущими веществами в северных условиях не обеспечивает долгосрочной иммобилизации нефтепродуктов. Практикуемое при этой технологии ограниченное содержание вяжущих материалов, многократное замерзание и оттаивание такого массива приводят к разрушению его целостности и диспергированию в относительно короткое время и последующее поступление нефтепродуктов в окружающую среду.
Технологически простые микробиологические методы в климатических условиях России мало применимы при обработке малопроницаемых материалов с большим содержанием углеводородов. К таким материалам можно отнести нефтепарафиновые пасты, продукты очистки нефтехранилищ, трубопроводов, грунты с содержанием нефтепродуктов более 25...40 %. Для повышения интенсивности биологической деструкции загрязненного материала необходимы определенная положительная температура, и, как правило, его периодическое перемешивание, внесение удобрений, что требует в течение продолжительного времени существенных дополнительных затрат.
Одной из перспективных интенсивных технологий обезвреживания твердых и пастообразных нефтезагрязненных материалов является их перевод с помощью реагентов в мелко дисперсные, твердые, гидрофобные и биологически инертные капсу-лированные образования с высокой степенью иммобилизации загрязняющих веществ. Увеличение поверхности конечных продуктов этой технологии (капсул) многократно ускоряет по сравнению с исходным загрязненным материалом процессы естественного окисления нефтепродуктов и в относительно короткий период времени способствует полному обезвре-
живанию загрязняющих компонентов. Капсулирова-ние отходов осуществляется с помощью реагентов на основе окисей щелочных металлов [1-2].
В России производится несколько модификаций подобных реагентов. Совместными усилиями ухтинских ученых разработан реагент «Бизол» и организовано его производство. В разных регионах России и за рубежом осуществлены многочисленные промышленные испытания данного реагента. Высокое качество «Бизола» определяется в первую очередь количеством активного компонента в местном сырье 93.95% при содержании СаО в реагенте 75.85%. Подобранный на основе многолетних исследований гидрофобизатор обеспечивает до пяти лет оптимальную скорость реакции и сохранение технологических свойств реагента без существенных изменений. Технология реагентного обезвреживания нефтезагрязненных отходов производства, реагент «Бизол» и конечный продукт реагент-ного обезвреживания нефтезагрязненных отходов прошли государственную экологическую экспертизу. Реагентная технология может использоваться для решения следующих задач:
• обезвреживания твердых и пастообразных нефтезагрязненных отходов производства как по мере их образования, так и по окончании работ при строительстве скважин, добыче, транспорте, хранении, переработке и распределении углеводородных материалов;
• санации почв и грунтов производственных площадок с разливами нефтепродуктов;
• подготовки площадей с загрязненными грунтами под промышленно-гражданское строительство без вывоза этих грунтов;
• как превентивный комплекс технических средств и технологий на случай чрезвычайных ситуаций по аварийному загрязнению окружающей среды (подготавливается необходимый запас реагента и технические средства на случай возникновения аварий с разливами нефтепродуктов).
В стоимости реагентного обезвреживания отходов значительную долю занимают затраты на реагент (30-60 %), расход которого определяется содержанием нефтепродуктов в обрабатываемом материале. В зависимости от условий себестоимость реагентного обезвреживания 1 т отхода изменяется от 8 до 20 тыс. руб.
Пути снижения стоимости реагентной технологии обезвреживания отходов:
• оптимизация режима реагентного обезвреживания (расчет оптимального расхода реагента, способа его внесения в загрязненный материал и технология перемешивания, выбор используемых технических средств, сравнительная оценка эколого-экономической эффективности с учетом альтернативных технологий) путем предварительных исследований для конкретных производственных условий;
• снижение стоимости реагента путем увеличения масштабов его производства (при наличии спроса на него), снижения энергоемкости изготовления, использования более дешевых компонентов;
• промышленное использование конечных продуктов реагентной технологии в качестве полезных веществ.
В Ухтинском государственном техническом университете разработана и прошла промышленную проверку низкотемпературная технология изготовления из отходов производства реагентов на основе окисей щелочных металлов с гидрофобизатором, что существенно снижает себестоимость таких реагентов. Лабораторные исследования и промышленные испытания показали, что вторичные продукты реагентной технологии могут эффективно использоваться для различных целей, в том числе:
• для существенного долгосрочного снижения скорости почвенной коррозии установленных на поверхности и под землей металлических изделий (трубопроводы различного назначения, арматуры, фундаменты, сваи) путем их размещения в среду вблизи объекта защиты;
• для создания водонепроницаемого слоя или слоя с регулируемой водопроницаемостью при сооружении строительных площадок и полигонов хранения отходов;
• при реализации комплексной технологии обезвреживания отходов, где получаемый при этом вторичный продукт применяется на месте его образования в качестве сорбента для первичной очистки вод с большим содержанием нефтепродуктов;
• для изготовления асфальтобетонов.
Исследования института «РосДорНИИ» показали, что получаемые в результате реагентного обезвреживания отходов капсулы могут использоваться как структурные добавки к материалам отсыпок дорог и промышленных площадок.
Конечные продукты реагентной технологии коммерчески наиболее эффективно могут быть применены для существенного снижения скорости почвенной коррозии металлоконструкций. В таблице приведены результаты определения скорости коррозии реальных образцов труб нефтяного сортамента в среде с различной кислотностью, регулируемой вытяжкой из конечного продукта капсули-рования нефтепарафиновых осадков.
Результаты определения скорости коррозии в разных средах
№ образца, марка стали Среда рН Скорость коррозии, мм/год
Кислая 3,00 0,391
№ 1-12, Слабокислая 5,00 0,324
Сталь 17Г1С - У Нейтральная 7,00 0,200
Слабощелочная 9,00 0,130
Кислая 3,00 0,866
№ 13-16, Слабокислая 5,00 0,368
Сталь 12Г2СБ Нейтральная 7,00 0,209
Слабощелочная 9,00 0,174
Кислая 3,00 0,691
№ 17-20 , Слабокислая 5,00 0,572
Сталь 09Г2С Нейтральная 7,00 0,258
Слабощелочная 9,00 0,201
Механизм снижения агрессивного воздействия среды, окружающей находящиеся под землей металлоконструкции, с помощью конечных продуктов реагентной технологии обусловлен следующими факторами:
• возможностью длительного регулирования (нейтрализация или сдвиг в слабощелочную область) кислотности почвенной среды вследствие слабой растворимости ингибитора;
• свойствами соединений кальция активно покрывать открытые поверхности капсул;
• гидроизолирующими свойствами, содержащихся в капсулах нефтепарафинов;
• увеличением электрического сопротивления околотрубной среды в результате ее известкования под воздействием препаратов;
• снижением электропроводности околотрубной среды в результате вытеснения калиевых и других переносчиков электрических зарядов ионами кальция.
Коммерческая эффективность применения такого ингибитора достигается вследствие снижения на 20-40% затрат по ремонту трубопроводов и арматуры, расположенных в активно коррозионной среде, за счет увеличения их межремонтного периода работы.
Исследования показали, что эффективность ингибирования почвенной коррозии возрастает с повышением кислотности среды, окружающей защищаемое металлическое изделие (см. рисунок). При этом заметно изменяются вследствие известкования и другие параметры почвенной среды (электропроводность, водопроницаемость).
мм /год
2,0 л -
1,8 ----------------------------------------------------------------------------------
1,6 ----------------------------------------------------------------------------------
1,4----------------------------------------------------------------------------------
1,2 --------------------------------------------------------------------------
1,0 --------------------------------------------------------------- -----------
0,8 ------------------------------------------------------- -----------
0,6 ------------------------г-—----------- ----------- -----------
0,4 " 1------------ ----------- ----------- -----------
0,2 - ----------- ----------- ----------- -----------
0,0 -I—-—,—-—,—-—,—-—I—-—
Песок Супесь Другие Суглинок Болото
Рис. Относительная удельная коррозионная активность грунтов магистрального газопровода Ухта -Торжок-4 (участок 2 - 20 км).
Несмотря на определенные достижения по заводской изоляции трубопроводов, всегда остаются слабые звенья, в частности, на соединениях, осуществляемых в полевых условиях. При этом каналы для воздействия агрессивной околотрубной среды на металл труб под внешне целой изоляцией могут проходить на десятки метров. Поэтому обеспечение эффективной защиты трубопроводов от почвенной коррозии по-прежнему остается актуальной задачей.
В большинстве случаев аварии с разливами нефтепродуктов на магистральных трубопроводах приурочены к специфическим почвенным условиям. К таким условиям можно отнести высокую влажность, кислотность среды (рисунок, данные филиала ВНИИГАЗ - «Севернипигаз»). Поэтому в целях снижения агрессивности околотрубной среды использование нефтезагрязненных почвогрунтов на месте аварии без вывоза продуктов обезвреживания позволит существенно увеличить межремонтный период трубопровода.
В зависимости от направления и условий полезного использования вторичных продуктов общее снижение стоимости природоохранных работ может составить от 10 до 70%.
Литература
1. Попов А.Н., Цхадая Н.Д., Гержберг Ю.М. Технология реагентного обезвреживания неф-тезагрязненных материалов // Экология и промышленность России. Научно-практическая конференция «Экологические работы на месторождениях нефти Тимано-Печорской провинции». М., 2004. С. 13-15.
2. Бельзинг Ф, Технология ДКР. Ганновер, 1988. 117 с.
3. Гержберг Ю.М., Цхадая Н.Д., Попов А.Н. Реагентное обезвреживание отходов нефтегазовой промышленности // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. М., 2003. № 3 (50). С. 30-31.
4. Гержберг Ю.М., Пыстина Н.Б., Попов А.Н., Куцил О.В. Концепция создания стационарного полигона для обезвреживания нефтеза-грязненных отходов производства // Научно-технический журнал «Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе», 2005. № 9. С. 72-77.
