CC BY
35ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЕШЛАМОВ
Бариева Райхан Назифовна
кандидат химических наук, доцент Нижнекамский химико-технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Казанский национальный
исследовательский технологический университет»
г. Нижнекамск, Россия Бабенцева Регина Олеговна студент 4 курса
Нижнекамский химико-технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Казанский национальный
исследовательский технологический университет»
г. Нижнекамск, Россия
MODERN METHODS OF OIL SLUDGE TREATMENT
Barieva Raykhan Nazifovna
candidate of chemical sciences, docent Nizhnekamsk Institute of Chemistry and Technology FSBEI HE «KNRTU»,
Nizhnekamsk, Russia Babentseva Regina Olegovna 4th year student
Nizhnekamsk Institute of Chemistry and Technology FSBEI HE «KNRTU»,
Nizhnekamsk, Russia
Аннотация. Основным способом переработки нефтешламов на производствах долгое время являлась их утилизация в факелах, что негативно влияет на состояние окружающей среды, здоровье населения и экологию страны. Кроме того, данный метод утилизации требует больших энергозатрат в связи с высоким содержанием воды, и коэффициент полезного использования сырья слишком низкий, так как значительный процент нефтепродуктов безвозвратно теряется при сжигании. Таким образом, в настоящее время необходимо разработать новые и более экологически безопасные методы их переработки. Возможные варианты и описаны в данной статье.
Abstract. For a long time, the main method of oil sludge treatment at production facilities was their disposal in flares, which negatively affects the environment, people's health and the ecology of the country. In addition, this method of disposal requires high energy costs due to the high water content, and the efficiency of raw materials is too low, since a significant percentage of oil products is irretrievably lost during combustion. Thus, it is now necessary to develop new and more environmentally friendly methods for their treatment. Possible options are described in this article.
Ключевые слова: нефтепереработка, нефтяные шламы, пиролиз, ультразвук, микроволновое облучение, сверхкритичсекое водное окисление.
Keywords: oil refining, oil sludge, pyrolysis, ultrasound, microwave irradiation, supercritical water oxidation.
В нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности в процессе извлечения и добычи нефти, её транспортировки и хранения образуется сложная система - нефтяные шламы (нефтешламы).
Нефтешламы представляют собой смесь различных соединений, таких как: вода, механические примеси, металлы и нефтепродукт. Их состав сложен и различен, так процентное содержание нефтяных углеводородов в составе нефтешламов варьируется в пределах 5-90%, воды - 1-52%, остальных примесей - 0,8-65%. Также в состав нефтяных углеводородов входят представители таких классов органических соединений, как: ароматические углеводороды, асфальтены, смолы и парафины.
В зависимости от слоя нефтешлама (нижний, средний или верхний) нефтепродуктов содержится 10 -40% масс., механических примесей - 10-50 %масс., асфальтенов - 5-45 %масс., смол - 5-25 %масс., парафинов - 5-10 %масс., вода - остальное [1].
Нефтешламы состоят из токсичных и вредных органических соединений, таких как: полициклические ароматические углеводороды, антрацен, тяжелые металлы, фенолы и другие. Учитывая это и горючие и токсичные характеристики, нефтешламы относят к опасным отходам производства, поэтому их длительное хранение и несвоевременная переработка или утилизация может привести к следующему:
- повышенной концентрации углеводородов в воздухе;
- загрязнению подводных и грунтовых вод, превышению содержания нефтепродуктов в воде и показателя ХПК (выше нормы);
Всё вышеперечисленное, в свою очередь, нанесет вред живым организмам.
Таким образом, в последнее время научными и экологическими сообществами, ведутся работы в области решения проблем по снижению опасности нефтешламов путем их переработки и выделения полезных нефтепродуктов как готового продукта, которого безопасно использовать дальше, например, в качестве топлива в котельных установках, для дорожного строительства, подогрева воды и отопления помещений, и для поддержания технологического процесса.
Традиционными методами переработки нефтешламов являются [8]:
- термический (пиролиз) - нагревание нефтешлама в различных по конструкциям печам с последующим извлечением нефтепродукта;
- механический - механическая очистка нефтешлама путем его перемешивания в соответствующем оборудовании, например, в декантере или центрифуге;
- биологический - обезвреживание нефтесодержащих отходов путем разложения нефти на простые соединения с помощью аэробных микроорганизмов;
- физико-химический - обезвоживание нефтешламов с использованием флокулянтов или деэмульгаторов.
Более подробно рассмотрим термический метод переработки нефтешламом.
Метод заключается в нагревании сырья до 400-450°С в пиролизных печах без доступа кислорода с целью разложения (деструкции) сырья. В качестве соответствующего оборудования используют камерные, барботажные, шахтные установки с кипящим слоем и вращающиеся печи. Для нагрева оборудования можно использовать дизельное топливо или природный газ. В ходе процесса образуются нефть, вода, пиролизный газ, печное топливо и кокс [2].
Количество выбросов оксидов азота и серы, которые сильно влияют на состояние окружающей среды, по сравнению с методом сжигания нефтешламов намного ниже. Отходы производства путем пиролиза можно превратить в полезные соединения и материалы. Так, тяжелые металлы, содержащиеся в нефтешламах, становятся частью кокса и твердого остатка; пиролизное масло можно применять в качестве топлива для дизельных двигателей, а углеродсодержащий твердый остаток можно использовать повторно в качестве адсорбентов или флокулянтов.
Из традиционных вариантов термический метод характеризуется минимальным уровнем вредных выбросов в атмосферу. Однако в связи с большим количеством воды в нефтешламах затраты на обезвоживание сырья перед процессом пиролиза высоки, а также высоки затраты на энергию и обслуживание аппаратуры. Поэтому данному методу необходимы некоторые доработки и улучшения, связанные с уменьшением энергетических и прочих затрат [6]. Например, можно оптимизировать конструкцию основного аппарата - пиролизной печи, или обеспечить энергонезависимость процесса, используя получаемый в процессе газ для поддержания теплового режима.
К числу недавно разработанных методов переработки нефтешламов относят ультразвуковую переработку, микроволновое облучение и сверхкритическое водное окисление.
Под действием ультразвука волны распространяется в среде, создавая области сжатия и разрежения, тем самым заставляя молекулы быстрее двигаться и чаще соударяться, образуя пузырьки, которые при достижении определенных размеров схлопываются, что высвобождает большое количество энергии. Данный процесс называется кавитацией, и благодаря этому процессу повышаются температура и давление в эмульсионной системе, снижается её вязкость и стабильность, и процесс переработки протекает быстрее [3].
В патенте 2659986 предложен способ переработки нефтешламов под действием
ультразвукового облучения в режиме стоячей волны в диапазоне 20-30 кГц, а затем на частотах 40-100 кГц с предварительным нагревом сырья до 60-90° и в присутствии деэмульгатора. В результате увеличивается производительность процесса разделения нефтешлама, однако достигнутая производительность в промышленных масштабах невелика, так как обработка ультразвуком занимает 2,5 часа, а затраты на переработку и трудоемкость процесса тоже повышаются [4].
Ультразвуковая обработка является «зелёным» и высокоэффективным процессом переработки нефтешламов за короткое время и с высокой скоростью без загрязнения окружающей среды. Однако данный метод все еще находится на экспериментальной стадии и не реализован в промышленном масштабе.
Микроволновое облучение по сравнению с другими методами быстрее нагревает сырье за счет того, что микроволновая энергия, воздействуя на нефтешлам посредством молекулярного взаимодействия с электромагнитным полем, повышает температуру смеси нефть-вода, снижает вязкость и ускоряет осаждение капель воды. В промышленном масштабе используют микроволновые частоты в диапазоне 900-2500 МГц [9].
В патенте 198183 представлено описание реактора комплексного кавитационного и волнового воздействия, использование которого повышает эффективность очистки нефтепродуктов, обеспечивает надежность работы и увеличивает срок службы оборудования. Также улучшаются качества нефтепродуктов, так как в реакторе одновременно реализуется три физических процесса: кавитация,
эффект гидроволны и ультразвуковое воздействие, которые обеспечивают возможность эффективно воздействовать на нефтепродукт с целью изменения его физических и химических свойств в лучшую сторону [5].
Преимуществом метода является быстрое и эффективное разделение нефтешламов на нефть, воду и твердый остаток за короткое время, однако требования к оборудованию и эксплуатационные расходы высоки.
Метод сверхкритического водного окисления заключается в применении воды в её сверхкритическом состоянии (температура выше 350°С и давление выше 220 атм) в качестве реакционной среды и применении воздуха, кислорода или перекиси водорода в качестве катализаторов для инициирования свободнорадикальной реакции и разложения органических веществ с целью получения безвредного нефтешлама.
Данный метод характеризуется быстротой и эффективностью. Кроме того, загрязнители разлагаются полностью, оксиды NOx выходят в виде молекулярного азота N2, а оксиды SOx окисляются до иона SO42-и остаются в воде в виде сульфатов. Аппаратурное оформление простое, установки малоэнергоемки. Однако данный метод дорогостоящий и не способен справиться с вредным воздействием тяжелых металловна окружающую среду и оборудование [7].
В процессе добычи, транспортировки и переработки нефти нельзя избежать образования нефтяных шламов и не удается игнорировать вызванные ими серьезные экологические проблемы. Благодаря ультразвуковой обработке нефтешлама возможно получить 80% полезного нефтепродукта за 10 минут при воздействии ультразвука частотой 20кГц мощностью 66 Вт [10]. А с помощью микроволнового облучения можно достигнуть высоких показателей селективности. Поэтому стоит уделить пристальное внимание недавно разработанным «зелёным» эффективным методам переработки нефтешламов, их улучшению и возможности их комплексного применения.
Список литературы
1. Афанасьев, С. В. Нефтешламы как вторичное сырье [Текст] / С. В. Афанасьев, М. А. Паис, Н. С. Носарев // Neftegaz.RU. - 2020. - № 3,5
2. Носарев, Н. С. Переработка нефтесодержащих отходов при ликвидации объектов их размещения на АО «Самаранефтегаз» [Текст]: магистерская диссертация / Н. С. Носарев. - Тольятти, 2018. - 70 с.
3. Olufemi Adebayo Johnson, Augustine ChiomaAffamReview Article. Environmental Engineering Research, 2019, V. 24, p. 191-201
4. Патент № 198183 U1, MnKC 10 G 15/08, B 05 B 1/30, B 05 B 1/34 Реактор комплексного кавитационного и волнового воздействия [Текст] / Киташов Ю. Н., Назаров А. В., Гробов С. В., Медвидь В. В.; - № 2020103357; заявл. 27.01.2020; опубл. 23.06.2020; бюл. № 18
5. Патент № 2659986 С1, МПК B01D 51/08, B01J 19/10, C 10 G 35/16, B01F 3/08 Способ разделения нефтешлама [Текст] / Батчаев А. М., Токаев Р. Б., Кубаев Б. Т., Семенов С. И.; - № 2017134237; заявл. 02.10.2017; опубл. 04.07.2018; бюл. № 19
6. Петровский, Э. А. Современные технологии переработки нефтешламов [Текст] / Э. А. Петровский, Е. А. Соловьев, О. А. Коленчуков // Вестник БГТУ. - 2018. - №4. - с. 124-132
7. Сверхкритическое водное окисление [Электронный ресурс]: еНано. Семинар «Передовые инновационные технологии в водоподготовке и очистке стоков». - Режим доступа: https://edunano.ru/upload/iblock/8í2/Свитцов_СКВО_еНано.pdf (дата обращения 04.10.2022)
8. Хайдаров, Ф.Р. Методы переработки и утилизации [Текст]: монография / Ф. Р. Хайдаров, Р. Н. Хисаев, В. В. Шайдаков. - Уфа: УГНТУ, 2003. - 74 с.
9. Xuening Li, Fusheng Zhang Review on oily sludge treatment technology. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, 7p.
10. Zhang J, Li JB, Thring RW, Hu X, Song XY. Oil recovery from refinery oily sludge via ultrasound and freeze/thaw. J Hazard Mater. 2012;203-204:195-203.
References
1. Afanasiev, S. V. Oil sludge as a secondary raw material / S. V. Afanasiev, M. A. Pais, N. S. Nosarev // Neftegaz.RU. - 2020. - № 3,5
2. Nosarev, N. S. Processing of oily waste during the liquidation of their disposal facilities at JSC Samaraneftegaz: Master's dissertation / N. S. Nosarev. - Tolyatti, 2018. - 70 p.
3. Olufemi Adebayo Johnson, Augustine ChiomaAffamReview Article. Environmental Engineering Research, 2019, V. 24, p. 191-201
4. Patent RU № 198183 U1, МП^ 10 G 15/08, B 05 B 1/30, B 05 B 1/34 Reactor of complex cavitation and wave action / Kitashov U. N., Nazarov A. V., Grobov S. V., Medvid V. V.
5. Patent RU № 2659986 С1, МПК B01D 51/08, B01J 19/10, C 10 G 35/16, B01F 3/08 Oil sludge separation method / Batchaev A. M., Tokaev R. B., kubaev B. T., Semenov S. I.
6. Petrovsky, A. A. Modern technologies for oil sludge treatment / A. A. Petrovsky, E. A. Soloviev, O. A. Kolenchukov // The Bulletin of BSTU. - 2018. - №4. - p. 124-132
7. Supercritical water oxidation: eNano. Seminar «Advanced innovative technologies in water treatment and wastewater treatment». - URL: https://edunano.ru/upload/iblock/8f2/Свитцов_СКВО_еНано.pdf
8. Khaidarov F. R. treatment and Disposal Methods: monograph / F. R. Khaidarov, R. N. Khisaev, V. V. Shaidakov. - Ufa: USPTU, 2003. - 74 p.
9. Xuening Li, Fusheng Zhang Review on oily sludge treatment technology. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, 7p.
10. Zhang J, Li JB, Thring RW, Hu X, Song XY. Oil recovery from refinery oily sludge via ultrasound and freeze/thaw. J Hazard Mater. 2012;203-204:195-203.
КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ СВЯЗИ РЕГРЕССИОННЫХ МОДЕЛЕЙ РАБОТЫ ДИЗЕЛЕЙ
Болоев П.А.
профессор кафедры машиноведения физико-технического факультета Бурятского государственного университета имени Доржи Банзарова
Гергенова Т.П.
старший преподаватель кафедры машиноведения физико-технического факультета Бурятского государственного университета имени Доржи Банзарова
Енина Н.А.
магистр I курса кафедры машиноведения физико-технического факультета Бурятского государственного университета имени Доржи Банзарова
CORRELATIONS OF REGRESSION MODELS OF DIESEL OPERATION
Boloev P.A.
Professor of the Department of Mechanical Engineering, Faculty of Physics and Technology,
Buryat State University named after Dorzhi Banzarov
Gergenova T.P.
Senior Lecturer, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Physics and Technology,
Buryat State University named after Dorzhi Banzarov
Enina N.A.
Master of the 1st year of the Department of Mechanical Engineering of the Faculty of Physics and
Technology of Buryat State University named after Dorzhi Banzarov
Аннотация. Актуальность выбранной темы обусловлена выбором точных методов для определения параметров работы автотракторных двигателей.
Abstract. The relevance of the chosen topic is due to the choice of exact methods for determining the parameters of the operation of autotractor engines.
Ключевые слова: метод, двигатель, динамика. Key words: method, engine, dynamics.
Эксплуатация автотракторных двигателей проходит на неустановившихся случайных нагрузках и режимов работы. При моделировании работы механизмов и систем описывают дифференциальными уравнениями, иногда добавляют частные производные. Для более глубокого понимания работы в этих условиях необходимы статистические материалы с корреляционным и регрессионным анализами [1].
Работа автотракторных двигателей, в основном, зависит от подачи топлива и воздуха, скоростного режима вращения коленчатого вала и нагрузочного эксплуатационного режима, каждый из которых изменяется по случайному закону.
Воссоединение отдельных компонентов рядов динамики работы двигателя возможно с помощью интегральных регрессионных уравнений, т.е. многомерным статистическим анализом.
Из статистических методов при исследовании работы двигателей в условиях эксплуатации наибольшее распространение получил метод наименьших квадратов [2, 3, 4]. Для оценивания параметров полиномов методом наименьших квадратов разработаны эффективные упрощенные вычислительные процедуры и соответствующие расчетные таблицы [5].
Для исследования рядов динамики (подача топлива и воздуха, скоростной и нагрузочный режимы двигателя) нам необходимо установить взаимосвязи между всеми компонентами и воссоединить полученные результаты с помощью интегральных регрессионных уравнений.
Рассмотрим парную корреляцию и регрессию рядов динамики в общем виде, где между зависимой переменной ^ и показателями времени I существует простейшая линейная зависимость
где У Ш - значение тенденции времени I:
п - число членов ряда динамики;
Пр. а1 - неизвестные параметры линейной тенденции;
