Разработка технологии переработки нефтешламов, промышленных и бытовых отходов в нефтепродукты

Исторически «на виду» всегда были жидкие и газообразные отходыпромышленные загрязнения воды и воздуха — и они становились объектом первоочередного контроля и регулирования, в то время как твердые отходы всегда можно было увезти подальше или закопать — попросту тем или иным способом убрать «с глаз долой». В прибрежных городах отходы довольно часто просто сбрасывались в море. Экологические последствия захоронения мусора — через загрязнение подземных вод и почв — проявлялись иногда через несколько лет или даже несколько десятков лет, однако были от этого не менее разрушительны. В общественном сознании постепенно сформировалась идея о том, что закапывание отходов в землю или сброс их в море — это недопустимое перекладывание наших проблем на плечи потомков. Параллельно наметилась и другая тенденция: чем жестче было законодательство по контролю воды и воздуха, тем больше производилось твердых токсичных отходов, так как все методы очистки газообразных и жидких сред приводят к концентрации загрязнителей в твердом веществе: в илах, осадках, золе и т. д.

Бытовые отходы всегда вывозились на свалки, расположенные вблизи населенных пунктов и работающие за счет муниципальных бюджетов. Вследствие постоянной угрозы здоровью населения, исходившей от свалок (отравление грунтовых вод, размножение переносчиков заболеваний, неприятный запах, дым от частых самовозгораний), во многих странах стали принимать более строгие правила к их размещению, конструкции и эксплуатации.

Ситуацию изменило появление в начале 80-х годов мусоросжигательных заводов (МСЗ), снабженных высокотехнологичными устройствами очистки выбросов. МСЗ, подобно свалкам, были встречены населением в штыки из-за боязни диоксинов и других загрязнителей воздуха, а также из-за неразрешимости проблемы с захоронением токсичной золы, образующейся при сжигании ТБО. Находить площадки для МСЗ оказалось сложнее, чем для полигонов, а себестоимость сжигания отходов, даже в таких густонаселенных странах, как Голландия и Великобритания, оказывается ничуть не ниже, чем себестоимость закапывания их в землю. В странах с развитым экологическим законодательством до половины капитальных расходов при строительстве МСЗ уходит на установку воздухоочистительных систем. До 1/3 эксплуатационных расходов МСЗ уходит на плату за захоронение золы, образующейся при сжигании мусора, которая представляет собой гораздо более экологически опасное вещество, чем ТБО.

Тем не менее, проблема утилизации ТБО путем термического разложения остается актуальной. В настоящее время ведется поиск новых технологий, которые позволили бы существенно снизить выбросы вредных веществ и получить при этом, помимо золы и шлака, полезные продукты утилизации.

Целью работы стало создание технологии по переработке твердых бытовых, промышленных отходов ц нефтешламов в нефтепродукты.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:

— изучить данные по количественному и качественному составу существующих видов отходов и классифицировать их;

— изучить применяющиеся способы переработки отходов. Выявить преимущества и недостатки различных способов переработки отходов;

— используя различные виды отходов (твердые бытовые, промышленные отходы и нефтешламы), исследовать параметры процесса коксования данных отходов и их смесей. Оценить качество получаемых продуктов и пути их дальнейшего использования;

— рассмотреть возможность комбинирования различных технологий с целью увеличения глубины переработки отходов, улучшения качества получаемых продуктов и расширения ассортимента производимой продукции.

В результате проведенной работы разработана технология по переработке широкого ассортимента отходов и нефтешламов. В основе данной технологии лежит метод коксования.

Отличительная особенность и новизна технологии.

Впервые предложено использование коксования в качестве процесса для переработки отходов.

Впервые предложено использовать процесс каталитического коксования отходов с целью улучшения качества получаемых продуктов.

В качестве сырья коксования предлагается использовать смесь твердых и жидких отходов органического происхождения в различных соотношениях.

Предлагаемый способ переработки отходов путем коксования имеет следующие преимущества перед известными способами переработки отходов:

— коксование осуществляется без доступа воздуха, что устраняет выбросы токсичных газов (СО, NOx, SOx);

— в процессе коксования сырья происходит менее глубокая термическая деструкция его, что обеспечивает больший выход жидких продуктов;

— применение процесса коксования обеспечивает четкое разделение фаз (твердой, жидкой, газообразной) в процессе переработке отходов.

Предлагаемая технология обеспечивает низкотемпературный режим переработки отходов в пределах 400−450°С, отсутствие выбросов токсичной сажи, получение до 80% масс, на сырье продуктов переработки, которые возможно переработать в бензин, дизельное топливо и нефтяные битумы.

В первой главе данной работы приведены статистические данные о количестве и составе образующихся отходов, влиянии различных факторов на образование мусорных свалок. Рассмотрены существующие способы сбора и переработки отходов, проведен сравнительный анализ различных технологий.

Вторая глава описывает теорию процесса коксования нефтяного сырья, используемого на промышленных установках нефтеперерабатывающих предприятий. Рассмотрены теоретические основы процесса каталитического крекинга, который предложено использовать для улучшения качества продуктов процесса коксования.

В третьей главе приведены экспериментальные данные поэтапного решения поставленной задачи. Указаны методы определения качественных показателей полученных продуктов. Приведены сводные таблицы результатов исследования процесса коксования нефтепродуктов в смеси с различным ассортиментом органических отходов. Рассмотрены вторичные процессы использования сырья коксования с целью улучшения качества. Предлагаются результаты проведения процесса получения битумов и каталитического крекинга. Приведены результаты конструирования пилотной установки коксования отходов, а также результаты апробирования предлагаемой технологии на промышленных отходах и нефтешламах. Представлены материальные балансы проводимых экспериментов и приведены таблицы сравнения полученных качественных характеристик продуктов коксования с требованиями ГОСТов.

В четвертой главе описан анализ полученных экспериментальных данных. Проведен расчет эффективности переработки отходов. Представлены выводы и заключения по основным параметрам технологии коксования отходов. Предлагается к рассмотрению технологическая схема процесса коксования отходов и разделения полученных продуктов. Дается краткая характеристика производства по переработке отходов производительностью 3 т/час, приведены основные технико-экономические показатели данного производства.

В заключении приведены основные выводы, сведения о защищенных технических решениях и список публикаций в научной печати.

Основные результаты и выводы по работе:

1. Анализ существующих методов переработки отходов указывает на их основные и существенные недостатки: низкая экологичность, сложность технического решения, высокие, энергетические затраты, отсутствие конечных товарных продуктов, дороговизна процесса.

2. Разработан новый метод по переработке отходов, заключающийся в совместном коксовании смеси твердых отходов органического происхождения и жидких тяжелых некондиционных нефтепродуктов. Предлагаемый метод позволяет перерабатывать отходы в газообразное, твердое топливо и сырье для получения товарных нефтепродуктов.

3. Разработана конструкция реактора коксования органических бытовых и промышленных отходов.

4. Показано, что тяжелая фракция продуктов коксования является хорошим сырьем для получения высокоплавких битумов БН 70/30 и БН 90/10.

5. Установлено, что сочетание процесса коксования с процессом каталитического крекинга значительно повышает качество получаемых продуктов. Наиболее эффективным из рассмотренных катализаторов каталитического крекинга является алюмосиликатный цеолитсодержащий катализатор, позволивший увеличить октановое число на 5 пунктов, снизить содержание непредельных углеводородов в 3 раза, увеличить содержание ароматических углеводородов в 2 раза и увеличить дизельный индекс на 13 единиц.

6. На основании проведенных исследований разработана технологическая схема блока коксования нефтешламов, промышленных и бытовых отходов в смеси с некондиционными нефтепродуктами. Разработан бизнес-план производства по переработке отходов мощностью 20 тыс.

По результатам проведенных исследований поданы 3 заявки на регистрацию авторских прав. По всем заявкам получены положительные решения.

1. Заявка 2 001 130 845 РФ, МПК 7 С10В55/00, В09ВЗ/00. Способ переработки твердых бытовых отходов / ГОУВПО ТюмГНГУМагарил Р.З. Труш-кова J1. В. Пауков А. Н. — заявлено 13.11.2001; положительное решение от 09. 04. 2003.

2. Заявка 2 002 135 250 РФ, МПК 7 C10G1/00, С10В49/14. Способ переработки твердых бытовых отходов / ГОУВПО ТюмГНГУМагарил Р.З. Труш-кова JT В. Пауков А. Н. — заявлено 24.12.2002; положительное решение от 17. 10. 2003.

3. Заявка 2 003 100 589 РФ, МПК С10В55/00. Реактор замедленного коксования / ГОУВПО ТюмГНГУМагарил Р. З. Трушкова Л. В. Пауков А. Н. -заявлено 08.01.2003; положительное решение от 12. 08. 2003.

Материалы проведенных исследований были опубликованы в следующих научных изданиях:

1. Магарил Р. 3. Трушкова Л. В. Пауков А. Н. Возможность получения товарных нефтепродуктов из промышленных и бытовых отходов.// Нефть и газ Западной Сибири: Тезисы доклада международной научно-технической конференции — Тюмень. 2000. — С. 118.

2. Трушкова Л. В. Пауков А. Н. Новый способ переработки отходов с целью получения нефтепродуктов. // Проблемы строительства инженерного обеспечения и экологии городов: Тезисы доклада 3 международной научно-практической конференции. — Пенза, 2001. — С. 248−249.

3. Трушкова Л. В. Пауков А. Н. Каталитическое коксование отходов.// Нефть и газ Западной Сибири: Тезисы доклада международной научно-технической конференции. — Тюмень, 2002. — С. 222−223.

4. Трушкова Л. В. Пауков А. Н. Комплексный подход к переработке отходов различного ассортимента для получения компонентов товарных нефтепродуктов. // Оптимизация обращения с отходами производства и потребления: Тезисы доклада 3-й Всероссийской научно-практической конференции. — Ярославль, 2003. — С. 48−50.

5. Пауков А. Н. Трушкова JI. В. Разработка технологии переработки нефтешламов.// Нефть и газ Западной Сибири: Тезисы доклада международной научно-технической конференции. — Тюмень. 2003. — С. 206−208.

6. Пауков А. Н. Трушкова Л. В. Технология переработки нефтешламов, промышленных и бытовых отходов в нефтепродукты. // Процессы и технологии переработки отходов и вторичного сырья. Полигоны по захоронению отходов: Тезисы доклада 2 Всероссийской научно-технической конференции. — Саратов, 2003. — С. 73−76.

7. Магарил Р. 3. Трушкова Л. В. Пауков А. Н. Возможность получения товарных нефтепродуктов из промышленных и бытовых отходов// Известия вузов. Нефть и газ. 2003. — № 6. — С.92−98.

Заключение

.