Доочистка нефти из извлеченной рудноразрушаемых нефтеотходов

Преимущества:Ускорение биодеградации нефтяных углеводородов при низких температурах. Не требует специального оборудования. Метод дешевый.

Недостатки:Применение данного метода не рекомендуется для земель сельскохозяйственного назначения и песчаных грунтов.

1.4 Опыт очистки нефтегрунтов  в условиях месторождения Узень  

Простых способов, которые позволили бы восстановить земли до первоначального состояния не существует, а стоимость рекультивации определяется требуемым уровнем чистоты обработки. Все стоимостные оценки по выполняемым работам обычно берутся в долларах США.В отношении ведения операций по очистке нефтегрунтов существует несколько методов, от фиксации углеводородов на месте, до очистки площадей с удалением 99,9999% углеводородов. Ниже приведем методы обработки нефтегрунтов и нефтешламов предполагаемые в условиях месторождения Узень и краткое обсуждение этих технологии и затрат. 

Cтабилизация – вид обработки  загрязненного нефтью и нефтепродуктами  грунта, который предотвращает дальнейшую миграцию нефти к уровню подземных вод, к источникам водоснабжения, водоемам [21]. Процесс обработки, заключается, в смешивании цемента, бентонита или зольной пыли, на месте, с загрязненным грунтом. В результате этого формируется, неподвижная плита или массивное отложение смеси, в которой углеводороды оказываются связанными фиксирующей массой. Затраты по этому  методу обработки грунта, составляют 60 $ США / м3.

Tепловые методы обработки нефтесодержащих грунтов имеют два направления. Первое направление представляет собой, низкотемпературную десорбцию, то есть удаление из грунта углеводородов, при пониженном давлении, относительно невысокой температуре, с обработкой нейтрализующими растворителями, или продувкой нейтральными несорбируемыми газами. Hизкотемпературная десорбция обеспечивает удаление углеводородов, с эффективностью более 99%.

Затраты на реализацию этого метода составляют около 65 $ США / м3.

Второе направление – высокотемпературное сжигание, представляет собой обжиг нефтесодержащего грунта, в специальных печах, обеспечивающих равномерное удаление нефтепродуктов из грунта,  под воздействием высоких температур, и интенсивного перемешивания.

Затраты по этому направлению очистки грунта составляют 533 $ США / м3. Установки по низкотемпературной десорбции и высокотемпературного сжигания выпускаются в США, Германии и Голландии, однако все они выполнены в мобильной компоновке в связи с чем, имеют относительно невысокую производительность.

В условиях сильного загрязнения грунта, что наблюдается в рассматриваемом нами районе месторождения  Узень, для успешной реализации данных методов необходимо строительство крупной установки, что потребует значительных капитальных вложений. По предварительным оценкам стоимость такой установки составит $ 2 млн. 

Биологические  методы очистки грунтов для условий Мангистауской области базируются, на использовании специально подобранных бактериальных микроорганизмов, обеспечивающих разрушение углеводородов на месте загрязнения.

Первый этап технологии этого метода очистки, состоит в отборе проб нефтесодержащего грунта, с загрязненного участка, для определения типа штамма бактерий, наиболее подходящих для реализации данной технологии.

Второй этап состоит во внесении штамма бактерий,  изготовленного в виде  порошка, в загрязненный грунт. Порошкообразное  бактериальное вещество, распределяется по поверхности загрязненного грунта, и запахивается в него, после чего в грунте начинается процесс разрушения углеводородов.

При разложении углеводородов микроорганизмами побочными продуктами такого химического процесса являются углекислый газ, вода и клеточный белок. При внесении удобрений на протяжении периода обработки почвенный покров приобретает плодородные свойства и может быть использован в сельском хозяйстве. Важнейшим условием эффективности применения биологических методов является поддержание параметров процесса в оптимальных пределах, влажности грунта на уровне 10-20%, а температуры около 21°С.

В засушливом районе Жанаозен температура на поверхности грунта может превышать 50°С, а отсутствие пресной воды ставит под сомнение применение биологических методов. Биологические методы характеризуются длительным периодом, полного разложения углеводородов, продолжительность которого достигает  3 – 4 месяцев.

Затраты связанные с применением биологического метода обработки  нефтесодержащего грунта, составляют 60 – 85 долларов США за м3. К сожалению, рассмотренные выше, методы обработки нефтесодержащего грунта, не позволяют, извлечь углеводородное сырье из грунта, и практически никакой пользы из разлитой, и впитавшейся в грунт нефти, получить невозможно. Вместе с этим, район характеризуется отсутствием плодородного слоя и не используется для ведения сельскохозяйственных работ, поэтому рекультивация земель не предусмотрена.

Ландшафт может быть восстановлен путем планировки местности, направленным на создание условий препятствующих образованию мелких озер и луж. Создание искусственных уклонов для сбора и отвода потоков воды, образующихся в результате выпадения осадков позволит исключить заболоченность и солончаки на месте бывших накопителей [22].

Иными словами рассмотренные методы имеют чисто экологическую направленность, и не дают возможности полностью или частично компенсировать издержки на ведение очистных работ.  Известно, что накопление нефтешламов, сливных нефтяных отходов и стоков при эксплуатации нефтяных месторождений происходит за счет:

- сбросов  при подготовке нефти;

- сбросов  при зачистке нефтяных резервуаров;

- нефтесодержащих  промывочных жидкостей для буровых  работ;

- сбросов  при испытании и капитальном  ремонте скважин;

- аварийных  разливов при добыче и транспортировке  нефти.

 Накопление  и хранение нефтешламов и сливных  нефтеотходов осуществляется в  открытых земляных резервуарах  – технологических амбарах различной  конструкции. Нефтешламовые амбары  оказывают существенное влияния  на окружающую среду – воздух, почву, воду, растительный и животный  мир. В связи с возрастающими  требованиями  к охране окружающей  среды проблема утилизации нефтешламов  и ликвидации амбаров-накопителей  из года в год приобретает  все большее значение.

Современные методы недостаточно технологичны, энергоемки и требуют значительных капитальных вложений, поэтому объемы утилизации отстают от объемов их образования и к уже накопленным продолжают добавляться новые. К основным факторам образования стойких водно-нефтяных эмульсий, относится длительная   эксплуатация месторождений и заводнение нефтеносных пластов. Обводненность нефти вызывает более интенсивное осадкообразование, повышает температуру застывания нефти, увеличивает ее вязкость. Существуют различные методы разрушения водно-нефтяных эмульсий (тепловые, физико-химические), квалифицированный выбор которых зависит в основном от состава и свойств нефти.

 Устойчивость  водно-нефтяных эмульсий зависит  от наличия ПАВ называемых  эмульгаторами, которые в основном  концентрируются в межфазном  слое эмульсии. Эти вещества, адсорбируясь  на границе раздела фаз, снижают  межфазное натяжение, а, следовательно, уменьшают свободную энергию  системы и повышают ее устойчивость.

 В молекулярном  строении эмульгаторов можно  выделить компоненты, обладающие  гидрофильными и гидрофобными  свойствами. Подобными компонентами  нефти являются асфальтены, соли  нафтеновых кислот и тяжелых металлов, механические примеси, микрокристаллы парафинов и смолы – основные стабилизаторы нефтяных эмульсий. Эмульгаторы образуют на каплях  дисперсной фазы адсорбционные оболочки с высокой структурной вязкостью, препятствующие коалесценции.

Стабилизация эмульсий является динамическим процессом, который определяется закономерностями конкурирующей адсорбции на каплях воды различных эмульгирующих веществ. Различия в эмульгирующих свойствах нефтей зависят от количественного и качественного состояния стабилизирующих компонентов в составе межфазного слоя: смол, асфальтенов и парафинов. Знание группового состава межфазного слоя позволяет определить тип стабилизатора эмульсии, природных нефтяных эмульгаторов, образующих прочную оболочку вокруг частиц воды, диспергированной в нефти. Таким образом, исследование свойств и группового состава межфазного слоя водно-нефтяной эмульсии позволит подобрать наиболее эффективный способ воздействия на эмульсию в промысловых условиях. 

Следует отметить, что опыт разработки технологий переработки грунтов загрязненных высоковязкой парафинистой нефтью весьма ограничен, а имеющиеся результаты неразрывно связаны с характеристиками обрабатываемой продукции [23].  Литературный обзор зарубежных источников информации позволил сделать вывод, что типовые технологии обработки грунтов насыщенных высокопарафинистой нефтью отсутствуют. В мировой практике задачи подобного рода решаютсяпутем последовательного снижения концентрациитвердой фазы в суспензии, с одновременным дифференцированием по величине удаляемыхчастиц. Применяемое оборудованиесостоит из специальных фильтров, гидроциклонов,декантеров и тарельчатыхцентрифуг.

Анализ существующих технологий очистки нефтегрунтов  показал, что переработка грунтов в продукт, отвечающий по своим показателям (содержание воды и механических примесей) товарной нефти, возможна при двухступенчатом центрифугировании – когда основная часть эмульсии разрушается с помощью трехфазной центрифуги горизонтального типа. При этом вырабатывается эмульсия с содержанием воды 2,5%. Последующее разрушение  эмульсии происходит на центрифуге вертикального типа.В мировой практике задачи подобного рода решаютсяпутем последовательного снижения концентрациитвердой фазы в суспензии, с одновременным дифференцированием по величине удаляемыхчастиц. Применяемое оборудованиесостоит из специальных фильтров, гидроциклонов,декантеров и тарельчатыхцентрифуг (рис. 6).

Задача состоит в подборе технологическогооборудования, наиболее полно отвечающем исходным требованиям. Анализ характеристик сепарационных систем [24] позволяет утверждать, что наиболее близкими по параметрам и видам обрабатываемой продукции являются сепарационные установки фирмы"Alfa - Laval" (Швеция). Опыт их применения для переработки амбарной нефти и нефтешламов свидетельствует о высокой эффективности применяемого оборудования. Учитывая положительный опыт работы фирмы "Alfa - Laval" в России, можно ориентироваться на возможность использования сепарационных систем при переработке и очистке грунтов загрязненных парафинистой нефтью.

Наиболее затруднителен процесс очистки грунтов насыщенных парафинистой нефтью, то есть амбарной нефти, так как при локализации разливов, нефть и загрязненный (срезанный) грунт с помощью транспортных средств  и насосов сбрасывается в накопители-амбары. В накопителях, загрязненный грунт естественно и бывает насыщен нефтью. Положительным свойством оборудования "Alfa - Laval" является модульность конструкции.На рисунке 6 приведена технологическая схематрехфазного разделения, построенная с использованием  оборудования  " Alfa -Laval"   и  рассчитанная   напереработку 5м3 /час СНО, с содержанием твердой фазыдо 8%. Технологический цикл разделения начинается с обработки исходной продукции горячей водой, благодаря чему происходит отмывка и разбавление СНО до концентраций, обеспечивающих эффективный процесс поэтапного удаления твердой фазы. 

Как отмечалось выше, в процессе долгого нахождения нефти в амбарах, неизбежно образование стойких водонефтяных эмульсий, свойства которых переменны во времени и зависят от множества факторов: физико-химических и коллоидно-химических свойств нефтей и их природных стабилизаторов, наличия частиц механических примесей и их состава, температуры и.т.д. Происходит это вследствие «старения» эмульсий, уплотнения и упрочнения во времени бронирующих оболочек на каплях воды, испарения легких фракций.  В рассматриваемой выше технологиииспользуемой в настоящее время на месторождении Узень, для интенсивного перемешивания используется механический активатор 3 (мешалка) с гидроприводом. Приготовленная пульпа с помощью эжектора 5 подается к циркуляционному и питательному насосам 6. 

После подогрева в теплообменных аппаратах 4 часть пульпы поступит в систему разделения на гидроциклонные сепараторы 1, а другая возвращается в систему подготовки. В гидроциклонах отделяются крупные твердые частицы, которые попадают на транспортер 7 и удаляются в накопитель 2. Пульпа, с пониженным содержанием твердой фазы, поступает на декантер 22, представляющий собой горизонтальную центрифугу [25]. Статичная декантация - это процесс, в котором взвешенные твёрдые вещества в жидкости в контейнере отделяются. 

Декантер позволяет разделить нефтяной шламна три фазы: воду, нефть и твёрдые вещества. Здесь происходит отделение основной массы твердой фазы от жидкости, которая направляется в емкость и далее питательным насосом 23 в теплообменный аппарат 24 и тарельчатую 3-х фазную центрифугу 32, где происходит окончательное разделение жидкости на нефть 26 и воду 27, с отделением небольшого количества твердой фазы 28 [26].

Эффективность работы сепарационногооборудования зависит от характеристик исходной продукциии задачасостоит в определении параметров работы центрифуги соотношений твердой фазы в жидкости ее дисперсногосостава, температуры и расхода, при которых эффект разделения фаз будет максимальным.

 Вместе с этим должны бытьсформулированытребования к параметрам системы первичной обработкигрунта и соотношению фаз на входе в сепарационную систему.Также, должно быть установлено, что основным фактором, влияющим на эффективность очистки, является качественный состав нефтезагрязнения (степень преобразования нефтезагрязнений в окружающей среде).

Достоинства и преимущества представленной технологической схемы очистки и переработки амбарной нефти, заключается в достижении сравнительно полной очистки нефтешламов и грунтов от парафинистой нефти, порядка 85-90% за счет двух стадий очистки, и применения теплообменных аппаратов на как на первом, так и на втором этапах технологии, и применения полного набора оборудования в виде гидроциклонов,декантеров и тарельчатыхцентрифуг, что практически сказывается на ощутимых затратах.