Исследовательские испытания установки для моделирования процессов очистки нефтесодержащих отходов на основе электрогидравлического удара

     В статье приведены основные результаты экспериментальных исследовательских испытаний экспериментального образца установки переработки нефтесодержащих отходов (нефтешламов, кислых гудронов, тяжелых нефтяных остатков в смеси с мазутом) на основе экстремальных наноимпульсных комбинированных гидроакустических и электровоздействий.

УДК 504.6:62/69

© 2012 г., кандидат технических наук, старший научный  сотрудник, эксперт международной ассоциации СОВАСК В.В. Олискевич,  кандидат химических наук П.Г.Никоноров, Н.М.Талаловская, И.М.Морозов, Л.И.Руцкая, Н.М.Коршунова, Т.Ю.Буланова, С.Н.Алферова

Ключевые слова: нефтешлам, кислые гудроны, тяжелые нефтяные остатки, мазут, нефтесодержащие отходы, гидроакустические и электровоздействия, процесс, очистка, установка переработки нефтесодержащих отходов.

Введение. В современном  обществе переработка нефтесодержащих отходов является как природоохранным, так и экономически выгодным видом бизнеса. Это связано с тем, что процессы обращения с нефтью и нефтепродуктами (добыча, транспортировка, переработка, хранение, эксплуатация и пр.) сопрежены с образованием отходов нефти и нефтехимии (нефтешламы, кислые гудроны, тяжелые нефтяные остатки в смеси с мазутом).

     Поэтому выбор оптимальной технологии переработки нефтесодержащих отходов является довольно сложной, но обязательной экологической задачей для любого предприятия, сталкивающегося с этой проблемой. Вместе с тем в последнее время большой интерес вызывают установки для переработки нефтешламов, кислых гудронов и тяжелых нефтяных остатков в смеси с   мазутом, сформированные на базе современного оборудования, принцип действия которого основан на механических, физических, химических, биологических методах отделения и разложения нефти и нефтепродуктов.

     Известно, что тяжелые нефтяные остатки образуются в процессах перегонки нефти в виде мазута (фракция с температурой кипения более 350 ^oС) и гудрона (фракция с температурой кипения более 500 ^oС). Кроме этого, к тяжелым остаткам следует отнести смолообразные продукты, получающиеся в процессах очистки бензинов, керосинов, дизельных и масляных фракций нефти.

     Проблема рационального использования тяжелых нефтяных остатков имеет несколько аспектов. Одним из основных является повышение глубины переработки добываемой нефти, что становится актуальным при дефиците энергетического и химического сырья. Причем использование нефтяных остатков в качестве топлива, аналогичного мазуту, может быть нерационально. Большая часть нефтяных остатков может быть использована для получения широкой гаммы композиционных органических вяжущих материалов на основе битумов, полученных из некондиционных тяжелых остатков. В этом случае вовлекается дополнительное количество полимерных отходов, различных тяжелых кубовых остатков и отработанных масел. По оценочным расчетам за счет вовлечения дополнительной массы отходов можно получать от 12 до 20 тыс. т. в год органических вяжущих материалов, 5-8 тыс. т гидрофобных гидроизоляционных композиций. Это позволит, в свою очередь, сэкономить 50-80 тыс. т. исходной нефти.

Целью работы являлось проведение исследовательских испытаний экспериментального образца установки для переработки кислых гудронов, нефтешламов и тяжелых нефтяных остатков в смеси с мазутом на основе гидроакустических и электровоздействий с получением нефтепродуктов и других товарных продуктов, в том числе природоохранного назначения.

     В качестве образцов были использованы тяжелые нефтяные остатки в смеси с мазутом, нефтешламы, кислые гудроны ОАО «Саратовский нефтеперерабатывающий завод».

1. Исследовательские испытания экспериментального образца установки на тяжелых нефтяных остатках в смеси с мазутом. Проводимые исследования направлены на установление влияния экстремальных наноимпульсных комбинированных гидроакустических и электровоздействий на тяжёлые нефтяные остатки в смеси с мазутом. Экспериментальные данные исследовательских испытаний экспериментального образца установки (ЭО Установки) на тяжёлые нефтяные остатки в смеси с мазутом представлены в таблице 1. В таблице приведены наименования образцов, режимы обработки тяжёлых нефтяных остатков в смеси с мазутом (ТНО) на установке ЭГУ, материальный баланс процесса и параметры качества полученных образцов.

Таблица 1 – Наименование образцов, режимы обработки тяжёлых нефтяных остатков в смеси с мазутом на установке ЭГУ, материальный баланс процесса и параметры качества полученных образцов

     Результаты  анализа полученных экспериментальных данных по влиянию гидроакустических и электровоздействий ЭО Установки на тяжёлые нефтяные остатки в смеси с мазутом для выявления оптимального режима проведения обработки представлены в виде графических зависимостей характеристик обработанных образцов от условий экстремальных наноимпульсных комбинированных гидроакустических и электровоздействий  (рисунки 1 — 7).

     Результаты анализа полученных зависимостей характеристик обработанных образцов от условий экстремальных наноимпульсных комбинированных гидроакустических и электровоздействий позволяет сделать вывод, что   эффективность воздействия ЭГУ на тяжёлые нефтяные остатки в смеси с мазутом возрастает с увеличением рабочего напряжения с 10 до 20кВ. Установлено, что   с увеличением числа импульсов воздействия ЭГУ на тяжёлые нефтяные остатки в смеси с мазутом  эффективность воздействия, как правило, возрастает. При этом  кривые зависимостей содержания воды и хлористых солей  имеют выраженный экстремум в области 20 импульсов. Увеличение числа импульсов в данных случаях не приводит к повышению эффективности переработки отхода. Экспериментально показано, что процесс обработки тяжёлых нефтяных остатков в смеси с мазутом при воздействии ЭГУ происходит  эффективнее при проведении барботажа углекислым газом, чем без него. Выявлено, что добавка катализатора цеолита NaY оказывает заметное действие на процессы переработки тяжёлых нефтяных остатков в смеси с мазутом. Вместе с тем  применение катализатора приводит к повышению механических примесей в обработанном продукте. Экономическая целесообразность применения катализатора в данных условиях (происходит потеря катализатора) вряд ли оправдывается. Нами в опытах определены оптимальные условия  проведения воздействия ЭГУ на перерабатываемый образец ТНО: рабочее напряжение 20 кВ, число импульсов 20, барботаж углекислым газом, наличие катализатора цеолита NaY. Такие условия были реализованы при получении образца ТНО 15. При этом выявлено, что в случае отсутствия катализатора  процесс обработки происходит менее эффективно (получение образца ТНО 12).

     В ходе выполнения исследований были  получены образцы светлых и тёмных нефтепродуктов, которые являются товарными продуктами или могут быть переработаны в товарные продукты. При этом были получены образцы антикоррозионных составов.

 2. Исследовательские испытания экспериментального образца установки на нефтешламах. Проводимые исследования направлены на установление влияния экстремальных наноимпульсных комбинированных гидроакустических и электровоздействий на нефтешлам (НШ). Экспериментальные данные исследовательских испытаний ЭО Установки на нефтешлам представлены в таблице 2.  

Таблица 2 – Наименование образцов, режимы обработки нефтешлама на установке  ЭГУ, материальный баланс процесса и параметры качества  образцов

     Результаты  анализа полученных экспериментальных данных по влиянию гидроакустических и электровоздействий ЭО Установки на нефтешлам для выявления оптимального режима проведения обработки  представлены в виде  графических зависимостей характеристик обработанных образцов от условий экстремальных наноимпульсных комбинированных гидроакустических и электровоздействий (рисунки 8 — 14).

     Результаты изучения зависимостей параметров образцов обработанного нефтешлама от условий проведения воздействия ЭГУ  позволяют сделать вывод, что  эффективность воздействия ЭГУ на нефтешлам возрастает с увеличением рабочего напряжения с 10 до 20кВ. В опытах показано, что с увеличением числа импульсов воздействия ЭГУ на нефтешлам  эффективность воздействия возрастает.  Процесс обработки нефтешлама при воздействии ЭГУ происходит  эффективнее при проведении барботажа углекислым газом, чем без него. Добавка катализатора цеолита NaY оказывает слабое положительное действие на процессы переработки нефтешлама. Применение его для целей переработки нефтешлама при воздействии ЭГУ не целесообразно.

Экспериментально определены оптимальные условия  проведения воздействия ЭГУ на перерабатываемый образец НШ: рабочее напряжение 20 кВ, число импульсов 40, барботаж углекислым газом, отсутствие катализатора цеолита NaY. Такие условия были реализованы при получении образца НШ 12.

     В ходе выполнения исследований был получен образец антикоррозионного состава АСС. Образец АСС был количественно наработан и изучен. Испытания  антисептического состава АСС  подтвердили, что состав соответствует требованиям нормативных документов.

     При проведении испытаний ЭО Установки на нефтешламах образец нефтешлама переработан с получением светлых нефтепродуктов (фракция с температурными диапазонами кипения 115 – 360 ^oС), темных нефтепродуктов (мазут (образец М2) и битум (образец Б2)), а также антисептического состава (образец АСС).

3. Исследовательские испытания экспериментального образца установки на кислых гудронах. Проводимые исследования направлены на установление влияния экстремальных наноимпульсных комбинированных гидроакустических и электровоздействий на кислый гудрон (КГ). Экспериментальные данные исследовательских испытаний ЭО Установки на кислый гудрон представлены в таблице 3.

Таблица 3  – Наименование образцов, режимы обработки кислых гудронов на установке ЭГУ, материальный баланс процесса и параметры качества образцов

Шифр образца	Напряжение, кВ	Число импульсов	Масса образца после обработки	Плотность, г/см3	Содержание воды, %
КГ				1,0431	68,1
КГ 1	10	5	199	1,0508	62,3
КГ 2	10	10	199	1,0576	57,2
КГ 3	10	20	198	1,0645	52,5
КГ 4	10	40	197	1,0627	53,6
КГ 5	20	5	199	1,0547	59,5
КГ 6	20	10	198	1,0660	51,0
КГ 7	20	20	197	1,0769	42,9
КГ 8	20	40	196	1,0785	41,7

 

     Результаты  анализа полученных экспериментальных данных по влиянию гидроакустических и электровоздействий ЭО Установки на кислый гудрон для выявления оптимального режима проведения обработки представлены в виде графических зависимостей характеристик обработанных образцов от условий экстремальных наноимпульсных комбинированных гидроакустических и электровоздействий (рисунки 15 —  16).

     Установлено, что  эффективность воздействия ЭГУ на кислый гудрон возрастает с увеличением рабочего напряжения с 10 до 20кВ.  При этом  с увеличением числа импульсов воздействия ЭГУ на кислый гудрон  эффективность воздействия возрастает.
     Экспериментально определены оптимальные условия  проведения воздействия ЭГУ на перерабатываемый образец КГ: рабочее напряжение 20 кВ, число импульсов 20 (образец КГ 7) – 40 (образец КГ 7), барботаж и добавка катализатора цеолита NaY не используются.  В работе установлено, что режим обработки при использовании 20 импульсов является оптимальным и более экономичным. Вместе с тем режим обработки при использовании 40 импульсов даёт хорошие результаты, но менее экономичен.

     Нами для образца  КГ8 дополнительно определён параметр, позволяющий установить полноту нейтрализации кислого гудрона – общее щелочное число. Образец КГ8 в количестве 5,00 г оттитрован раствором соляной кислоты концентрацией 0,50 н. Общее щелочное число составило 13,5 + 1 мг KOH / г и свидетельствует о полной нейтрализации кислого гудрона в процессе проведения обработки. Вид кривой потенциометрического титрования обработанного нейтрализованного гудрона представлен на рисунке 17.

     Полученный в результате переработки кислого гудрона при воздействии ЭГУ нейтрализованный гудрон может быть дополнительно обезвожен и применён в дорожном строительстве в качестве компонента асфальтового покрытия.

Заключение.  В работе при проведении исследовательских испытаний ЭО Установки  на тяжелых нефтяных остатках в смеси с мазутом образцы переработаны с получением светлых нефтепродуктов, темных нефтепродуктов — мазут  и битум, а также антикоррозионных составов. При испытаниях ЭО Установки на нефтешламах образцы переработаны с получением светлых нефтепродуктов, темных нефтепродуктов – мазут и битум, а также антисептического состава. В случае  проведения исследовательских испытаний ЭО Установки на кислом гудроне образец кислого гудрона  переработан с получением нейтрализованного гудрона.