Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ способов решения проблемы утилизации донных отложений нефтешламовых амбаров 8
1.1. Источники образования нефтешламов и проблемы их утилизации 8
1.2. Влияние нефтешламовых амбаров на окружающую среду 12
1.3. Анализ современных методов утилизации нефтешламов.. 13
Глава 2. Методика проведения экспериментальных исследо ваний по переработке донных отложений нефтешламовых ам баров и органически загрязнённых сточных вод плазмохимиче ским способом 21
2.1. Плазмохимическая технология как способ переработки донных отложений нефтешламовых эмиров 21
2.2. Методика проведения экспериментальных исследований по переработке донных отложений нефтешламовых амбаров . 24
2.3. Методика проведения экспериментальных исследований по переработке органически загрязнённых сточных вод 30
2.4. Методика проведения расчёта основных технологических параметров 34
2.5. Методика проведения экспериментальных исследований закономерностей распространения струй легколетучих жидкостей в потоке подогретого газа с помощью теневого метода 35
2.6. Методики проведения анализов 39
Выводы 40
Глава 3. Результаты исследований применения плазмохими ческого метода при переработке донных отложений нефте шламовых амбаров и других органически загрязнённых отходов 41
3.1. Результаты экспериментальных исследований по переработке донных отложений нефтешламовых амбаров и органически загрязнённых сточных вод 41
3.2. Результаты экспериментальных исследований закономерностей распространения струй легколетучих жидкостей в потоке подогретого газа с помощью теневого метода 45
3.3. Результаты расчёта материального баланса процесса пиролиза донных отложений нефтешламовых амбаров 52
Выводы 57
Глава 4. Термодинамические расчёты и прогнозирование наиболее эффективной и экологически чистой работы плазмоагре-гатов при переработке донных отложений нефтешламовых амбаров 58
Выводы 84
Глава 5. Разработка и технико-экономическое обоснование принципиальной технологической схемы процесса переработ ки донных отложений нефтешламовых амбаров 85
5.1. Технологическая схема процесса переработки донных отложений нефтешламовых амбаров 85
5.2. Технико-экономическое обоснование предложенной схемы переработки донных отложений нефтешламовых амбаров ... 89
Выводы 102
Основные выводы 103
Литература
- Влияние нефтешламовых амбаров на окружающую среду
- Методика проведения экспериментальных исследований по переработке донных отложений нефтешламовых амбаров
- Результаты экспериментальных исследований закономерностей распространения струй легколетучих жидкостей в потоке подогретого газа с помощью теневого метода
- Технико-экономическое обоснование предложенной схемы переработки донных отложений нефтешламовых амбаров
Введение к работе
Актуальность темы. Нефтяная промышленность является одним из крупных источников загрязнения окружающей среды. Б соответствии с этим требуются неотложные меры по исправлению существующей экологической ситуации на предприятиях отрасли.
В настоящее время особенно остро стоит вопрос о ликвидации нефтешламовых амбаров, образованных на нефтепромыслах фактически с самого начала разработки и эксплуатации месторо-, ждений нефти. Нефтяные амбары сооружались для сброса в специально отведенные накопители или пруды минерализованных вод, нефтесодержащих отходов подготовки нефти, продуктов зачистки резервуаров, некондиционной нефти и других органикосо-держащих и минеральных отходов.
Проблема нефтешламовых амбаров в различных нефтяных регионах страны сегодня решается по разному, но налицо заметные практические результаты и достижения. Особенно это относится к сбору, переработке и утилизации верхнего нефтяного и водного слоев шламонакопителей. Остаётся пока нерешённой одна очень трудная проблема - это переработка, обезвреживание и утилизация донных отложений амбаров, непосредственно соприкасающихся с грунтом. Аналогичного вида и состава вторичные шламы в виде механических примесей (кека) образуются также после первичных процессов переработки верхних нефтяных слоев нефтешламовых амбаров. Остаточное содержание нефтепродуктов в них достигает до 25%, эти отходы в дальнейшем не утилизируются и не обезвреживаются, а чаще направляются обратно в амбары.
Донные отложения нефтешламов содержат от 32 до 58% механических примесей, от 10 до 44% нефтепродуктов и от 20 до 40% воды. Это трудноразрушаемые эмульсии, упрочнённые механическими примесями. Используемые методы по их переработке, утилизации и обезвреживанию не эффективны, поэтому проблема сегодня не решена. При этом имеются множество технических трудностей при высокой затратности процессов, отсутствует экономическая заинтересованность. Исследований по утилизации органической части донных отложений проведено крайне мало.
Создание высокопроизводительной технологии переработки донных отложений нефтешламовых амбаров позволит решить проблему их полной ликвидации с возвратом земель пользователю, уменьшит загрязнение окружающей среды и даст возможность рационально использовать органическое сырьё из отходов.
Цель работы. Исследования, разработка и опытно-промышленные испытания новой плазмохимической технологии переработки донных отложений нефтешламовых амбаров. Основные задачи работы:
разработать методику и провести лабораторно-аналитические и экспериментальные работы по испытанию плззмохимического способа переработки донных отложений нефтешламовых амба- . ров с получением ценных нефтехимических продуктов и экологически нейтрального остатка (кека);
изучить возможности использования способа для обезвреживания экологически опасных высокотоксичных отработанных сточных вод завода приготовления химических реагентов для нефтяной промышленности;
провести термодинамические расчёты и лабораторные исследования с целью прогнозирования наиболее эффективной и экологически чистой работы установки по переработке донных отложений нефтешла?иозых амбаров;
разработать технологию переработки донных отложений нефтешламовых амбаров.
Научная новизна работы:
на основе теоретических и экспериментальных исследований по пиролизу донных отложений нефтешлама в водородной плазме впервые получен пирогаз с высоким содержанием непредельных углеводородов С2...С4;
впервые показана возможность применения плззмохимического метода для обезвреживания органически загрязненных высокотоксичных сточных вод нефтяной промышленности, при этом доказана возможность их полной нейтрализации и облагораживания;
разработана высокопроизводительная, безинерционная и экологически чистая плазмохимическая технология переработки отходов донных отложений нефтешламовых амбаров;
установлена принципиальная возможность применения феноменологических методов термодинамики многокомпонентных стоха-
стических систем к описанию процесса пиролиза высокомолекулярных многокомпонентных смесей в низкотемпературной плазме, что позволяет по термодинамическим расчётам, проведённым по программе СЭИ СО РАН, прогнозировать оптимальные режимные параметры плазмоагрегата, повышать эффективность его работы, получать максимальный выход целевых продуктов, а также рассчитать степень экологической безопасности получаемых соединений.
Основные научные положения, защищаемые с работе:
результаты проведённых экспериментов по пиролизу донных отложений нефтешлама в водородной плазме и технологические параметры получения максимального выхода продуктов реакции;
технология переработки отходов донных отложений нефтешла-мовых амбаров с применением метода плазмохимического пиролиза и условия реализации рекомендуемой технологии;
результаты термодинамических расчётов, проведённых по программе СЭИ СО РАН, позволяющих прогнозировать оптимальные режимные параметры плазмоагрегата.
Практическая ценность и реализация полученных результатов. Рекомендуемая технология переработки денных отложений нефтешламовых амбаров, вторичного шлама и прочих органикосодержащих отходов нефтегазодобычи позволяет получать ценные углеводородные продукты, тем самым полностью перерабатывать их органическую часть, довести амбары до полного цикла ликвидации и улучшить экологическую обстановку в местах их расположения.
Результаты, полученные в диссертационной работе, будут использованы при переработке нефтесодержащих отходов на предприятиях ОФ СП «Татойлгаз» ПО «Татнефть» и Уруссинском опытно-химическом заводе.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 49-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, посвященной 50-летию УГНТУ в 1998 г. в г.Уфе, V-ой Международной научной конференции «Нефтехимия-99» в 1999 г. в г.Нижнекамске (Республика Татарстан), Международной научно-технической конференции в 1999 г. в г.Стерлитамаке, V-ой Международной научной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов» в 1999 г в г.Уфе.
Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы из 97 наименований, содержит 110 страниц машинописного текста, 19 таблиц и 31 рисунок.
Публикации. По результатам выполненных научных исследований опубликовано 9 печатных работ.
Влияние нефтешламовых амбаров на окружающую среду
Как видно из данных табл. 1.2 содержание органических веществ входит в приведённые выше в табл. 1.1 пределы.
Одним из дополнительных видов сырья для плазмохимиче-ской переработки нефтешламов может являться также вторичный шлам, образованный при первичной переработке содержимого амбаров. Многие известные технологии переработки нефтешламов предусматривают предварительное, перед их забором, механическое перемешивание водного, придонного и донного слоев с нагревом или термопаровую обработку содержимого амбаров. После переработки и отбора неіфтяньїх компонентов остаются механические примеси в виде вторичного шлама со значительным содержанием нефти (табл. 1.3) /4 - 6/.
Видно, что содержание механических примесей составляет около половины массы, а трудноизвлекаемая нефть после первичных процессов обработки шлама 10-15%. Вторичный шлам чаще всего сбрасывается в отдельный накопитель или в тот же амбар. На сегодняшний день проблема утилизации и переработки вторичных шламов, как и шлама придонного слоя и донного ила не решена, поэтому полная ликвидация амбаров со сдачей ре 11
Характеристика вторичного шлама после различных методов переработки нефтешламов. Установка Произ-води-тель-ность,м3/час Количество вторичного шлама, % Состав вторичного шлама, % масс. нефть! вода .механиче-! !ские при-! !меси Фирмы «Альфа-Лаваль» (Швеция) 15 1,5-3,0 м3/сут 10 55 35 Фирмы KHD HUMBOLDT (ФРГ) 15 до 3% 10 40 50 Фирмы Flottweg GMBH (ФРГ) 45 - 3-5 - Фирмы Andritz CPE (Австрия) 1-7 - 13-15 30-42 Отечественные (БашНИИНП, ВНИПИнефть, НПО «Леннефте-хим») 20 10 40 50 культивированных земель постоянным пользователям осуществляется с большими осложнениями и трудностями.
Изучение различных способов и технологий утилизации нефтяного шлама в целом показывает, что полностью выделить из него нефтепродукты не удается. Для этого требуется дополнительная многоступенчатая обработка шлама, затраты на которую часто делают процесс экономически невыгодным. Органическую часть из шлама придонного слоя, донного ила, занимающих до 50% объёма амбаров, не удается выделить сегодня ни механическими способами, ни экстракцией или другими известными методами и технологиями. 1.2. Влияние нефтешламовых амбаров на окружающую среду.
Исследованиями установлено, что нефтешламовые амбары оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду -воздух, почву, подземные воды, растительный и животный мир / 7 /. Согласно ГОСТ 12.1007-76 нефтешлам относится к III классу опасности и экологический ущерб, наносимый накопившимся отходом природной среде, выражаемый в загрязнении почв, атмосферного воздуха и грунтовых вод, составляет около 432000000 руб./год по ценам 1996 года / 3 /.
В результате анализа исследований, проведенных в НГДУ «Туймазанефть» институтом БашНИПИнефть в 1995 году, установлено определенное влияние нефтешламовых амбаров на окружающую среду / 8 /.
Амбары занимают значительные площади, выведенные из сельскохозяйственного оборота. Они являются причиной гибели перелетных птиц и животных. При содержании амбаров возникает необходимость периодического слива воды, накапливающейся под воздействием атмосферных осадков, которая, имея определенную минерализацию, при сливе поверхностным стоком загрязняет не только почву, но и пресноводные горизонты. При испарении углеводородов с поверхности нефтешлама происходит загрязнение атмосферного воздуха.
Исследования в 1995 году в районе амбаров-накопителей показали следующее / 8 /: 1) фильтрация из амбаров подтвердилась, скорость ее через подстилающие дно суглинки - около 0,05 м/сут. 2) степень минерализации в подземных водах уменьшилась в 3-50 раз по сравнению с 1975 годом. 3) количество нефтепродуктов в водах увеличилось с 1975 года в 6-12 раз за счет адсорбируемости нефтепродуктов в грунтах. 4) площадь загрязнения от системы амбаров увеличивается за счет фактора растекания подземных вод.
Указанные обстоятельства определяют актуальность задачи разработки эффективной технологии полной переработки нефте-шламов.
В этой связи целью настоящей работы являлась разработка эффективной технологии утилизации донных отложений нефтешламовых амбаров. 1.3. Анализ современных методов утилизации нефтешламов.
В таблице 1.4 приводится классификация способов переработки нефтешламов. Признаками классификации являются процессы, протекающие при переработке шламов. Здесь же указываются достоинства и недостатки различных способов. Классификация охватывает известные способы переработки шламов.
Данная классификация достаточно условная, тем не менее она способствует лучшему пониманию процессов, происходящих при переработке нефтешламов. Источники литературы, на основании которых разработана классификация, приведены в самой таблице.
Применимость этих методов зависит от состава сырья, природы нефтешламов, от соотношения органических и неорганических компонентов в них. Следует отметить.что отсутствует универсальный метод, применяемый для переработки любых шламов.
Анализируя и подводя итог рассмотренным материалам следует отметить следующее: -преимущественным направлением предлагаемых методов и внедренных технологий обработки нефтешламов является извлечение из них углеводородной части и полное или частичное восстановление ее товарных свойств; -несколько реже применяются и предлагаются методы окисления или компаундирования нефтешламов с другими материалами с целью производства таких целевых продуктовдак вяжущие материалы (битумы),очевидно,это объясняется тем.что нефтешламы по своим характеристикам и объемам не всегда могут служить гарантированным источником сырья для организации рентабельного производства /59 - 62/; -оригинальным направлением утилизации нефтешламов является их брикетирование в топливо с различными наполнителями /63 - 66/; -определенный интерес представляет отверждение нефтешламов в смеси с цементом и другими материалами с целью получения стройматериалов,хотя характеристики этих стройматериалов и рентабельность их производства вызывает некоторые сомнения, но с точки зрения экологии такие методы могут быть вполне
Методика проведения экспериментальных исследований по переработке донных отложений нефтешламовых амбаров
В ходе экспериментов изменение удельной термической нагрузки производилось при неизменной мощности плазмотрона, составляющей 7,8 кВт, и изменяемом расходе сырья на пиролиз, что достигалось соответствующей регулировкой хода поршня дозировочного насоса. Опыты проводились при изменении расхода смеси, подаваемой на пиролиз от минимального значения 4,8 кг/ч до максимального - 9,0 кг/ч (табл. 3.1). Расход водорода в плазмотрон поддерживали в количестве 3,0 м3/час, на распыл сырья -0,73 м3/ч. В таблице приведены усреднённые данные трёх опытов/84-85/.
Из данных, приведённых в таблице, можно сделать вывод, что при расходе сырья до 8 кг/ч обеспечивается наиболее максимальный выход продуктов реакции (ацетилена до 20,47%, [ZC3...C4] до 2,43% об.) при минимальном содержании углерода оксида (до6,31 % об). представлены зависимости основных показателей пиролиза донных отложений нефтешлама от удельных затрат энергии на пиролиз, от времени пребывания сырья в реакционной камере, изменения соотношения водорода к сырью.
Из табл. 3.2 видно, что с увеличением удельных затрат энергии на пиролиз выход С2Н2 уменьшается. При увеличении мощности усиливается обуглероживание органических веществ, что вызывает снижение концентрации непредельных углеводородов. Недостаточное значение данного параметра также уменьшает степень газообразования сырья.
В табл. 3.3 приведена зависимость выхода продуктов реакции от времени пребывания сырья в реакционной камере. Время пребывания сырья в реакционном канале варьировалось за счёт изменения подачи сырья при постоянном объёме реактора ( 0,8 л). С увеличением расхода сырья при постоянном реакционном объёме время пребывания сырья уменьшается пропорционально расходу. Уменьшение времени пребывания способствует увеличению концентрации ацетилена в пирогазе и выходу ацетилена, но при меньших значениях удельных энергозатрат (мощности струи энергоносителя) объём реактора недостаточен для получения более высоких значений концентраций целевых продуктов.
В табл. 3.4 приведена зависимость выхода продуктов реакции от изменения соотношения Н2 к сырью. С увеличением соотношения с 0,03 до 0,06 концентрация С2Н2 уменьшается почти в 2 раза, что связано с появлением избыточного Нг из НгО и реакцией взаимодействия воды и углерода (НгО + С -» COt + Н2). При этом следует отметить, что недостаточное количество водорода не позволяет создать необходимую энергоёмкость энергоносителя, чтобы обеспечить требуемую мощность и, следовательно, повышенную концентрацию продуктов реакции.
Необходимо отметить, что степень превращения в непредельные соединения при плазмохимическом пиролизе углеводородных составляющих нефтешламов высока (« 100%), что существенно отличает этот процесс от термоокислительного пиролиза и электрокрекинга.
Использование величины среднемассовой температуры процесса Тпр. в качестве аргумента при обобщении экспериментальных данных для процессов с высокотемпературным носителем нецелесообразно, так как она сама определяется исходя из состава конечных продуктов, который, в свою очередь, зависит от всех других параметров процесса.
Результаты экспериментальных исследований по переработке органически загрязненных сточных вод Уруссинского опытно-химического завода показали (см. табл. 3.5), что было произведено полное окисление загрязняющих веществ и получен водяной дистиллят без органических веществ.
Изменение мощности практически не влияло на процент выхода азота, углекислого газа и кислорода. В продуктах сгорания отсутствовали углеводороды, окись углерода и сажа, что показало на экологическую чистоту применяемого способа /86/.
Таким образом: - были проведены эксперименты по пиролизу донных отложений нефтешлама в водородной плазме; - получен пирогаз с высоким содержанием непредельных углеводородов С2 С4 (до 52% масс); - проведены эксперименты по подготовке проб донных отложений нефтешлама из-за его высокой вязкости и низкой текучести, подбору разбавителя; при разбавлении шлама нефтью (15% масс.) и при нагреве до t = 90С шлам становится транспонтабельным; - выход ацетилена С2Н2 на органическую часть сырья изменяется в зависимости от удельных затрат энергии, идущей на пиролиз, - с увеличением удельных затрат на пиролиз выход С2Н2 на органическую часть сырья уменьшается; - уменьшение времени пребывания сырья в реакционном канале увеличивает выход ацетилена и его концентрацию в пирогазе; - увеличение соотношения водорода к сырью уменьшает выход и концентрацию С2Н2 в пирогазе, концентрация водорода при этом увеличивается незначительно; - полученные результаты исследований показывают, что с точки зрения охраны окружающей природной среды, концентрация СО в конечных продуктах минимальна при режимных параметрах, связанных с наибольшим выходом ацетилена; - при увеличении времени пребывания углеводородного сырья в реакционной зоне, происходит его относительно лёгкое дальнейшее разложение, что может быть использовано для получения в качестве целевых продуктов сажи и технического углерода, аккумулирующихся в минеральной части; в данном случае целесообразно использовать нефтешламы с большим содержанием ароматических углеводородов; - проведены эксперименты по пиролизу высокотоксичных органически загрязнённых сточных вод нефтяной промышленности в воздушной плазме и доказана возможность их полной нейтрализации и облагораживания.
Результаты экспериментальных исследований закономерностей распространения струй легколетучих жидкостей в потоке подогретого газа с помощью теневого метода
На рис. 4.6 описаны зависимости H2S/GM+M4 от Т при различных Нг/ОМ+МЧ при [НгО]=10% масс, (равновесное состояние). Анализ кривых показывает что минимальное значение HzS/QM + МЧ проявляется в начале процесса при Т=1000К, затем значения независимо от НгО/ОМ+МЧ растут и при Т= 2500К достигают максимума (0,0002кг/кг) при ШО/ОМ+МЧ=1.
На рис. 4.7 описаны зависимости H2S/OM+M4 от Т при Нг/ОМ+МЧ =Const и при различных концентрациях НгО (равновесное состояние). Наблюдается тенденция роста H2S/OM+M4 при увеличении [НгО] и Т. Наибольшая экобезопасность обнаруживается при Т=1500К и концентрации НгО равной 5-10% масс.
На рис. 4.8 показана зависимость [Нг] в продуктах реакции от Т при различных соотношениях Нг/ОМ+МЧ при [НгО]=10% масс. (равновесное состояние). Максимальное значение водорода проявляется, как видно из графика при наибольшем значении Нг/ОМ+МЧ =1кг/кг и Т=1500-2500К, то есть [Нг]/ОМ+Н20=2,6кг/кг. Минимум обнаруживается при начальных температурах процесса 500К и наименьшем значении Нг/ОМ+МЧ(0,00-0,10) и доходит до 0,127 КГ/КГ.
На рис.4.9 показана зависимость содержания [Нг]/ОМ+НгО от Т при различных [НгО] в нефтешламе (равновесное состояние), КГ/КГ, при этом Нг/ОМ+МЧ=0,05 КГ/КГ. Из графика можно сделать вывод, что с ростом Т и [НгО] содержание Нг растёт и достигает максимума (9%) при 1500Ки 25% соответственно, при 5% (7,8%). При дальнейшем повышении температуры процесса содержание водорода практически не изменяется (данные вычис-ленны из соответствующих графических соотношений [Нг]/ОМ+[НгО]).
Далее, при построении графиков по расчётам минеральной части использовались закономерности отношений элементов к массе минеральной части (МЧ) при различных Т, [НгО] и
На рис.4.10 показана зависимость SiS/МЧ от Т при различных Н2/ОМ+МЧ при [НгО] =10% масс, (равновесное состояние). Минимальные значения SiS/МЧ обнаруживаются при Т=1500К и близки к нулю. Максимум проявляется с ростом Т и равен 1,5 кг/кг при 2500К, практически не зависит от Нг/ОМ+МЧ.
На рис. 4.11 показана зависимость SiS/МЧ от Т при различных концентрациях воды в нефтешламе при Нг/ОМ+МЧ=0,05 кг/кг (равновесное состояние). Минимальные значения SiS/МЧ равные 0 независят от содержания воды и получаются при Т=1500К. Максимум прослеживается при Т=2500К и равен 0,01 кг/кг, причём наибольшие значения обнаруживаются при концентрации воды 15%. Аналогичные закономерности наблюдаются и у остальных веществ, таких как PS, NaS, MnS, MgS,KS,CrS,CaS, концентрации которых наиболее выражены и значительны по сравнению с другими исходными элементами.
На рис.4.12 показана зависимость отношения C/MnS к массе МЧ от Т при различных Нг/ОМ+МЧ при [НгО] =10% масс, (равновесное состояние). Максимум отношения выхода C/MnS к массе МЧ равный 0,002 КГ/КГ возникает при Т=1500К и при Нг/ОМ+МЧ = 0,5.... 1,0 КГ/КГ, или при 2000К и 0,0...0,2кг/кг. Минимум C/MnS к массе МЧ проявляется при дальнейшем увеличении Т до 2500К и сводится постепенно к нулю.
На рис.4.13 показана зависимость отношения C/MnS к массе МЧ от Т при различных концентрациях воды в нефтешламе при Нг/ОМ+МЧ=0,05 (равновесное состояние). Максимум выхода C/MnS к массе МЧ равный 0,002 кг/кг проявляется при 1500К при содержании НгО равным 25% и при 2000К при содержании воды 5....20%. Минимум выхода C/MnS к массе МЧ наблюдается при обводненности до 20% и при увеличении Т от 500 до 1500К, за исключением варианта при [НгО] =25% масс.
На рис.4.15 показаны зависимости теплового эффекта реакции от Т при различных Н2/ОМ (промежуточное неравновесное состояние). Максимальное значение ТЭ = -7231 кДж/кг наблюдается при Н2/ОМ=1 и Т=500К,минимальное (-8600 кДж/кг) при Т=1500К и Н2/ОМ=0, то есть с ростом Нг/ОМ наблюдается тенденция увеличения ТЭ, а с ростом Т его значения уменьшаются до Т=1500К, затем следует некоторое увеличение ТЭ до Т=2500К.
На рис. 4.16 даны зависимости теплового эффекта реакции (кДж/кг) от Т при различных Нг/ОМ+МЧ и при [НгО]= 10% (равновесное состояние). Максимальное значение ТЭ=1266 кДж/кг прослеживается при Н2/ОМ+МЧ=0,05кг/кг и Т=500К, хотя можно сделать вывод, что от данного отношения значение ТЭ практически не зависит и в дальнейшем изменяется в сторону уменьшения с ростом Т до 2500К. Минимальное значение ТЭ получается при минимальном Нг/ОМ+МЧ.
На рис. 4.17 показано изменение значений ТЭ от Т при различных [НгО] в нефтешламе при Нг/ОМ+МЧ = 0,05 (равновесное состояние). Каких-то заметных различий изменения ТЭ в зависимости от содержания НгО не обнаруживается, следует сделать вывод, что значения ТЭ уменьшаются при росте Т и достигают минимума при Т=2500К, максимум ТЭ получается при Т=500К.
На рис. 4.18 показана зависимость значений ТЭ реакции от Т при различных Нг/ОМ+МЧ и при содержании воды в нефтешламе 10% (промежуточное неравновесное состояние). При увеличении Нг/ОМ+МЧ и при уменьшении Т наблюдается тенденция роста ТЭ до значения -487,9 кДж/кг, минимум, равный -6819 кДж/кг получается при Нг/ОМ+МЧ =0,00КГ/КГ и приТ=2000К.
На рис. 4.19 дана зависимость значений ТЭ от Т при различных [НгО] в нефтешламе и при Нг/ОМ+МЧ = 0,05КГ/КГ (промежуточное неравновесное состояние). Из графика видно, что значения ТЭ практически не зависят от содержания воды и уменьшаются при росте Т. Максимум ТЭ=-980,5 кДж/кг обнаруживается при Т=500К и при содержании воды 5% масс, минимум (-7045 кДж/кг) при 2500К и 5% масс, соответственно.
Исходя из общего анализа полученных результатов расчёта,, можно сделать следующие выводы: -выход СгНг растёт с увеличением температуры процесса в рав Рис.4.15. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры при различных соотношениях водорода к органической массе (промежуточное неравновесное состояние).
Технико-экономическое обоснование предложенной схемы переработки донных отложений нефтешламовых амбаров
Согласно «Ведомственных указаний по проектированию производственного водоснабжения, канализации и очистки сточных вод предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности» / 92 /, вторая система канализации предназначена для отведения и очистки эмульсионных и химзагрязненных сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, реагентами, солями и другими органическими и неорганическими веществами (стоки ЭЛОУ, подтоварные воды сырьевых парков и др.). После очистки стоки второй системы канализации, если их невозможно использовать в производстве, направляются на ликвидацию. Поэтому для расчетов значение qlm принимаем равным 0,140.
Таким образом, при общей площади прудов в 244335 м2 (24,4 га) валовый выброс вредных веществ ( в основном углеводородов) составляет: П = 244335 х 0,140 х 1 х 0,11 = 3762,8 кг/ч Проведённые расчёты показали, что валовый выброс вредных веществ из нефтешламовых прудов составляет 3762,8 кг/ч или 32510,6 т/год. С учётом этого, если в исходном шламе содержится в среднем 2% серы, 0,01% азота, то сернистого ангидрида, азота и кислородсодержащих соединений (ацетальдегида) образуется: M(S02)= 32510,6 х 0,02 х 0,1 х 2 = 130,04 т/год, где коэффициент 2=Мол.масса (БОг Мол.масса (S). M(N)= 32510,6 х 0,0001 х 0,1 = 0,33 т/год. М(кисл)= 32510,6 х 0,03 х 1,47 = 1433,72 т/год, где коэффициент 1,47= Мол.масса (СНзСНО)/Мол.масса (С2Не). Приведённая масса годового выброса вредных веществ с нефтешламовых прудов составит: М= 32510,6 (1- 0,02x0,1- 0,0001x0,1- 0,03) х1,26 + 130,04x16,5 + 0,33x41,1 + 1433,72x41,6 = 101454,1 усл.т/год. Суммарный годовой ущерб с учётом изменения цен по отношению к 1985 году составит: Уатм. = 2,4 х 4,0 х 1 х 101454,1 х 54 = 52598 тыс. руб. /год
Таким образом, расчёты показывают, что зона активного загрязнения от нефтешламовых прудов НГДУ «Туймазанефть» может составлять 514 гектаров, а величина предотвращённого экологического ущерба атмосфере при переработке только этих шламов достигает 52598 тысяч рублей в год.
Необходимо отметить, что стоимостная оценка фактически предотвращённого ущерба после применения данного способа переработки и ликвидации нефтешламовых амбаров будет гораздо больше, так как она определяется для всех видов природных ресурсов путём умножения снижения негативных нагрузок (по ингредиентам) на ставки платежей за сверхлимитное загрязнение по формуле / 97 /: Уфакт.= ХУв+Уатм+Уд+Ус+Ух+Уб , (5.8) где Ув -фактически предотвращённый ущерб водным объектам (подземным и грунтовым водам) за счёт снижения объёмов сброса загрязняющих веществ в результате применения данной природоохранной технологии и ликвидации амбаров, (тыс.руб/год); Ус-фактически предотвращённый ущерб за счёт уменьшения образования свалок или размещения отходов в результате применения данной природоохранной технологии и сокращения площадей нефтешламовых амбаров, (тыс.руб/год); Уд -фактически предотвращённый ущерб земельным ресурсам за счёт уменьшения площади деградированных почв и земель в результате применения данной природоохранной технологии и ликвидации амбаров, (тыс.руб/год);
Ух - фактически предотвращённый ущерб от загрязнения земель химическими веществами в результате применения данной природоохранной технологии и ликвидации амбаров, (тыс.руб/год); Уб - фактически предотвращённый ущерб биоресурсам за счёт уменьшения площади загрязнённой земли и восстановления земель в результате применения данной природоохранной технологии и ликвидации амбаров, (тыс.руб/год).
Обоснуем экономическую эффективность использования плазмохимической установки при переработке донных отложений нефтешламовых амбаров, сделав, для упрощения, основной упор на рассчитанную величину предотвращённого экологического ущерба атмосфере.
Экологическая обстановка в России, в частности в Башкортостане, остаётся чрезвычайно напряжённой. С целью предотвращения экологической катастрофы необходимо разрабатывать и внедрять в производство новые технологии, несмотря на их относительную экономическую дороговизну.
Основными причинами сложившейся ситуации в переботке и утилизации нефтешламовых амбаров - основных загрязнителей окружающей природной среды - являются, во-первых, остаточный принцип финансирования установок по переработке и утилизации; во-вторых, использование дешёвых и неэффективных технологий, устаревших проектов; в-третьих, принцип, заложенный в методики / 93,94 /, определения экономической эффективности от использования новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. Особенность заключается в достижении «экономной экономики», то есть в стремлении заиметь высокие результаты и качественные показатели при наименьших размерах капиталовложений. Подобный принцип и подход в расчётах экономической эффективности сдерживали и сдерживают внедрение прогрессивной техники и технологии в процессы, например, переработки и утилизации нефтешламовых амбаров, в частности донных отложений, в которых остаётся до 44% нефтепродуктов, с целью доведения технологии ликвидации нефтешламовых амбаров до конца со сдачей земель в эксплуатацию.
В этих методиках в качестве критерия эффективности приняты увеличение денежных доходов, сокращение срока окупаемости капиталовложений. Критерием эффективности должно быть улучшение качества переработки нефтешламовых амбаров, степени очистки земель от загрязнений, достижение экологической нейтральности остатков переработки отходов. Расчёты с использованием старых методов / 93,94 /, в данном случае, дают отрицательные экономические результаты по новым технологиям переработки, несмотря на то, что они работают на оздоровление экологии.
Плазмохимическая технология переработки донных отложений нефтешламовых амбаров обеспечивает полную степень очистки шламов от основных загрязнителей, переводит их в экологически нейтральные соединения, но требует больших эксплуатационных затрат. Себестоимость переработки 1 м3нефтешла-мов повышается, но появляется возможность получения олефи-нов и водорода как топлива для реализации или снижения эксплуатационных затрат на электроэнергию при внедрении газотурбинной установки.
Экономия на экологических мероприятиях в конечном итоге оборачивается экономическим, экологическим и социальным ущербом. Предприятия вынуждены платить штрафы из прибыли, ухудшается экологическое состояние окружающей природной среды.
В целях обеспечения объективности и достоверности результатов технологической,экологической и экономической эффективности плазмохимической техологии переработки донных отложений нефтешламовых амбаров был использован принцип предотвращения ущерба, наносимого окружающей природной среде. В качестве критерия эффективности было выбрано достижение высокой степени очистки на уровне современных ПДК и ПДС, невзирая на эксплуатационные затраты, практически всего объёма загрязнений от нефтешламовых прудов, что даёт возможность полной сдачи земель в эксплуатацию сельскохозяйственным и лесным организациям.