Разработка технологии переработки нефтешламов, промышленных и бытовых отходов в нефтепродукты

61-04

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тюменский государственный нефтегазовый университет

На правах рукописи

Пауков Алексей Николаевич

Разработка технологии переработки нефтешламов, промышленных и бытовых отходов в нефтепродукты.

Специальность 05.17.07 — «Химия и технология топлив и

специальных продуктов»

Диссертация на соискание ученой степени Кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Р. 3. Магарил

Тюмень - 2003г.

Содержание.

Введение 6

Глава 1. Аналитический обзор сложившейся ситуации по отходам 10

Качественный состав и вредность отходов 1 1

Классификация ТП и ВО по физико-химическим, биологическим свойствам 13

Твердые промышленные отходы (ТПО) и их использование в качестве сырья для производства различных товарных продуктов 15

ТПО металлоперерабатывающих производств и их переработка 15

ТПО стекольных и керамических производств и их переработка 16

ТПО производства полимерных материалов синтетической химии и резины 18

ТПО из природных полимерных материалов и их переработка 20

ТПО отопительных систем и их переработка 21

ТПО нефтедобычи, нефтепереработки, нефтехимии 22

ТПО радиоактивных препаратов, их утилизация и возможные варианты переработки 27

ТО медицинских учреждений, ветеринарных, лечебных и научно-исследовательских организаций 29

Твердые бытовые отходы (ТБО'), их складирование, сепарация и сортировка по группам 29

Общие основные положения 29

Основы складирования и сепарации ТБО 3 1

Переработка ТБО после проведения сепарации по группам 34

Переработка пищевых отходов, целлюлозно-бумажных, картонных и древесных отходов способом экологической биотехнологии 34

Переработка целлюлозно-бумажных и картонных отходов

в ценные товарные продукты 36

Переработка отходов, которые нельзя или нецелесообразно подвергать сепарации по группам, способом высокотемпературной переработки 37

1.6.1. Высокотемпературная переработка отходов 39

Заключение о состоянии проблемы переработки отходов и существующих технологиях 44 Глава 2. Теоретические основы процессов коксования и каталитического крекинга 47

Промышленный процесс коксования. 47

Виды промышленных процессов коксования 49

Периодические процессы коксования 49

Коксование в горизонтальных обогреваемых кубах 49

Коксование в печах из огнеупоров 50

Полунепрерывный процесс коксования 50

Непрерывные процессы коксования 51

Процесс каталитического крекинга 52

Сырье каталитического крекинга 52

Катализаторы крекинга 53

Механизм и химизм каталитического крекинга 54 2.4. Заключение 60

3. Экспериментальная часть 62 3.1. Процесс коксования - процесс для переработки твердых

бытовых отходов 62

Сырье процесса коксования 63

Условия проведения процесса 64

Составление материального баланса 65

Лабораторный анализ сырья и получаемых продуктов 65

Разделение жидких продуктов коксования 65

Анализ газообразных продуктов 66

Анализ жидких продуктов 67

Определение относительной плотности 67

Определение сульфируемых 67

Определение группового состава методом анилиновых точек 67

Определение йодного числа по Маргошесу 67 3.2.3.5.Определение молекулярного веса криоскопическим методом 68 3.2.3.6. Дизельный индекс 68 3.2.3.7.Определение кинематической вязкости 68

Определение температуры застывания 69

Определение температуры размягчения, способ «кольца

и шара» 69

Глубина проникновения иглы - пенетрация 69

Определение температуры вспышки 69

Определение октанового числа 69

Результаты коксования 70

Изучение возможности использования полученных продуктов 75

Процесс получения битумов 75

Лабораторная установка процесса окисления битумов 75

Условия проведения эксперимента 76

3.4.4. Анализ полученных продуктов процесса получения битума 77

Конструирование лабораторной установки 80

Реактор коксования 81

Лабораторная установка коксования отходов 89

Апробирование разрабатываемых реакторов и анализ полученных продуктов коксования 91

Анализ проделанной работы 103

Каталитический крекинг продуктов коксования 105

Коксование нефтешламов 109 Глава 4. Анализ полученных результатов 111

Анализ экспериментальных данных 111

Определение эффективности процесса переработки 123

Основные параметры технологии переработки твердых отходов в смеси с отработанными нефтепродуктами 127

Сырье 127

Соотношение компонентов в сырье процесса 127

Интенсивность прогрева и температурный режим коксования 128

Каталитическое облагораживание продуктов коксования 128

Продукты коксования и возможность их использования 128

Апробация и использование полученных результатов 129

Технологическая схема процесса переработки отходов и нефтешламов методом коксования 129

Производство по переработке отходов 13 1 Заключение 135 Литература 138

ВВЕДЕНИЕ

Исторически «на виду» всегда были жидкие и газообразные отходы - промышленные 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, Ж)х, 80х);

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.

Глава 1. Аналитический обзор сложившейся ситуации по отходам.

«Мусор — это не вещество, а искусство - искусство смешивать вместе разные полезные вещи и предметы, тем самым определяя им место на свалке».

Пол Коннетте.

В связи с истощением запасов нефти возникает проблема поиска альтернативных источников углеводородного сырья для получения моторных топ- лив и других нефтепродуктов. В ряде стран эта работа проводится довольно интенсивно. В то же время острой является проблема утилизации различных органических отходов.

Поэтому актуальным является создание технологии, позволяющей эффективно и экономично перерабатывать различные виды органических отходов в нефтепродукты.

Традиционные подходы к проблеме утилизации ТБО ориентированы на уменьшение их опасного влияния на окружающую среду - сокращение числа свалок.