СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
METHOD OF RECYCLING OIL AND GAS INDUSTRY WASTES

Изобретение относится к утилизации промышленных отходов и может быть использовано для снижения затрат при их обезвреживании, ликвидации или повторном использовании, технической рекультивации нефтезагрязненных земель, а также при возведении промысловых сооружений.
Близким к заявляемому решению является способ изготовления строительных изделий (Патент РФ №2081082 С1, кл. 6 С04В 26/10, аналог), по которому промышленные отходы (кубовые остатки химических производств) с суммарным содержанием смоляных и жирных кислот в количестве не менее 20% от массы кубовых остатков нагревают, перемешивают с наполнителем, формуют и подвергают термической обработке, например, в серийно выпускаемой асфальтобетонной установке. Однако этот способ имеет ряд существенных недостатков - значительные трудозатраты на удаление воды из отходов и наполнителя, введение вяжущих и нагрев смеси.
Близким к заявляемому решению относится способ возведения ледяного сооружения (А.с. №1635621 А1, кл. 5 Е02В 17/00, аналог), в котором рассол из морской воды удаляют при возведении объекта за счет послойного промораживания жидкости толщиной 0,1-0,3 м при температурах воздуха ниже минус 5°С и создания блоков пресного льда в пределах 25-40% от исходной толщины наливаемых слоев. Выделяющийся при этом рассол удаляют из зоны льдообразования и замещают освободившийся объем новой порцией морской воды. Недостатками способа являются значительные затраты на устройство опалубки по периметру всей площади, отводимой для возведения ледяного сооружения, а также на удаление рассола и последующее заполнение образовавшейся полости водой.
Известен способ комплексной рекультивации нефтезагрязненных земель (Патент РФ №2331489 С1, 20.08.08, Д2, кл. В09С 1/04, аналог). Технология предусматривает отмывку загрязненных грунтов горячей водой, сбор и транспортировку образовавшейся при этом эмульсии (нефти с водой, частицами грунта) в очистную установку, разделение эмульсии на составляющие, очистку их в установке под воздействием аэрации горячим воздухом, вибрации и повторное использование воды и нефти (нефтепродуктов). Однако данный способ не позволяет при ограниченных затратах обезвреживать и утилизировать различные по происхождению и составу промышленные отходы (нефтезагрязненные грунты, нефтешламы, буровые растворы и другие отходы нефтегазовой отрасли).
Наиболее близким к заявляемому решению относится способ утилизации промышленных отходов (Патент РФ №2223832 С2, 20.02.04, Д1, кл. 7 В09В 1/00, прототип), по которому в пространственно подвижной емкости из промышленных отходов послойно вымораживают и удаляют в виде обезвреженных пресных ледяных блоков до 40% жидкости. Затем оставшуюся часть отходов разделяют на твердую фазу и рассол. Их нейтрализацию производят в процессе термической обработки, например, в серийно выпускаемой асфальтобетонной установке. К недостаткам способа относятся значительные затраты на разделение сильно загрязненных, обводненных промышленных отходов на составляющие (фазы), на обезвреживание жидкости (рассола) и твердых частиц, удаление из них, в случаях необходимости, нефти (нефтепродуктов), а также на утилизацию составляющих отходов в различных сферах нефтегазовой деятельности.
Задачей, на которое направлено изобретение, является снижение трудозатрат при подготовке отходов нефтегазовой промышленности к утилизации и повторному использованию твердой фазы отходов, а также снижение затрат на утилизацию и/или повторное использование обезвреженных отходов в нефтегазовых регионах (уменьшение объемов отходов, размещаемых на полигонах) и получение на их основе строительного материала, применимого, например, при дорожном строительстве, возведении грунтовых оснований, промысловых сооружений.
Это достигается тем, что образующуюся в процессе вымораживания на поверхности пленку низковязкой нефти удаляют из емкости, затем повторно разделяют жидкую фазу на составляющие под воздействием аэрации горячим воздухом и вибрации, удаляемые из емкости, смешивают твердую фазу и нефть и подвергают их термической обработке, после чего охлаждают и утилизируют на объектах нефтегазовой промышленности.
Сущность заявляемого решения заключается в следующем. Способ включает разделение отходов на твердую и жидкую фазы (составляющие) в пространственно подвижной емкости, а также послойное вымораживание жидкости при температуре ниже минус 5°С до 40%, удаление ее в виде ледяных блоков из емкости на рельеф местности. Наряду с этим способ включает дополнительное разделение отходов на составляющие, обезвреживание оставшейся части отходов (жидкой фазы, в определенных случаях нефти или нефтепродуктов, твердых частиц). Для этого способ предусматривает использовать в емкости аэрацию горячим воздухом и вибрацию. Обезвреженную жидкую фазу отходов удаляют из емкости и утилизируют на нефтегазовых объектах. Твердую фазу отходов, например, в серийно выпускаемой асфальтобетонной установке, окончательно обезвреживают в ходе термической обработки. После охлаждения отходы утилизируют на объектах.
При сравнении вышеприведенных аналогов и прототипа с предлагаемым способом утилизации отходов нефтегазовой промышленности были выявлены следующие технологические отличия:
1) после обезвреживания до 40% жидкой фазы отходов в ходе послойного вымораживания при температуре ниже минус 5°С и удаления ее из емкости в виде ледяных блоков оставшуюся загрязненную жидкость дополнительно обезвреживают в подвижной емкости за счет аэрации горячим воздухом;
2) оставшуюся загрязненную жидкость, включающую твердую фазу отходов, дополнительно обезвреживают в подвижной емкости за счет вибрации;
3) обезвреженную жидкую фазу отходов удаляют из емкости и утилизируют на объектах нефтегазовой промышленности;
4) твердую фазу отходов окончательно обезвреживают в ходе термической обработки, например, в асфальтобетонной установке, после чего охлаждают и утилизируют на объектах нефтегазовой промышленности.
За счет использования новых в сравнении с аналогами и прототипом технологических операций представляется возможным на 5... 10% снизить затраты на обезвреживание, утилизацию отходов в различных сферах нефтегазовой деятельности. Следовательно, заявляемое решение соответствует критерию патентоспособности «новизна».
Совокупность признаков, отличающих заявляемое решение от известных разработок, не является очевидной для специалиста при изучении данной и смежных областей науки и техники в отечественных и зарубежных источниках, следовательно, заявляемый способ соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень»
Заявляемым способом целесообразно обезвреживать, утилизировать следующие нефтегазопромысловые отходы: буровые растворы, отходы от строительства, эксплуатации скважин; шламы из резервуаров, нефтегазопроводов; промышленные отходы, содержащие в составе химически загрязненные воды и жидкие углеводороды; загрязненные грунты из зон аварийных утечек и разливов нефти, других вредных веществ.
Реализация заявляемого способа обезвреживания, утилизации отходов осуществляется следующим образом.
В зимние периоды года (при отрицательной температуре наружного воздуха ниже минус 5°С) или в летние периоды года с использованием искусственного холода отходы помещают в специальную емкость 1 (фиг.1). На днище 2 емкости 1 поддерживают температуру не ниже 0,1°С. В этих условиях сформированную на поверхности нефтесодержащих отходов пленку удаляют из емкости 1 одним из известных способов, например скиммером.
Под воздействием гравитационных сил в емкости 1 происходит осаждение твердой фазы отходов 3, а в верхней ее части под воздействием отрицательной температуры наружного воздуха формирование ледяного блока 4. Особенности процесса послойного вымораживания заключаются в том, что при засоленной жидкой фазе отходов выделяются кристаллы опресненного льда, а твердая фаза, содержащая различные химические элементы, отторгается от зоны кристаллообразования. В результате одновременно происходит разделение отходов на ледяной блок 4, твердую фазу 3 и жидкую фазу 5, а также обезвреживание ледяного блока 4 от механических и химических веществ. При промерзании до 40% жидкой фазы отходов процесс вымораживания прекращают, поскольку в условиях повышенной минерализации в оставшейся части жидкости развивается процесс обратного засоления (загрязнения) опресненного льда. Сброс ледяного блока 4 на рельеф местности осуществляют при повороте емкости 1 вокруг оси 6.
Жидкую фазу 5, содержащую в общем случае вещества органического и неорганического происхождения, дополнительно обезвреживают за счет аэрации горячим воздухом и вибрации.
Твердую фазу отходов 3 также дополнительно обезвреживают в емкости 1 за счет аэрации горячим воздухом (подача горячего воздуха в перфорированные трубы 8) и вибрации (вибратор 7). После удаления из емкости 1 твердую фазу отходов 3 окончательно обезвреживают, например, в асфальтобетонной установке (в ходе термической обработки при температурах не более их температуры воспламенения). После охлаждения их также утилизируют на объектах нефтегазовой промышленности.
Следует отметить, что при наличии в твердой фазе отходов органических веществ менее 7% от массы после обработки получают смеси, подлежащие только захоронению (ликвидации) на специально оборудованных полигонах. Для утилизации (повторного использования) в виде отвержденных, дорожностроительных материалов твердая фаза отходов должна содержать более 7% от массы органических веществ. При этом непосредственно в органических веществах содержание жирных смол и кислот, являющихся активными вяжущими компонентами, должно быть не менее 20 мас.%. В качестве органических веществ могут использоваться нефтезагрязненные грунты, органические отходы (кубовые остатки), добавки органических соединений природного происхождения (донный ил - сапропель) или товарные органические соединения (гудрон, битум). Дозировку, подогрев, перемешивание твердой фазы отходов с органическими веществами, приготовление, термическую обработку смесей следует осуществлять по технологическим регламентам применения асфальтобетонных установок.
Практическая реализация решения, предусматривающего обезвреживание, утилизацию отходов, была осуществлена на нефтяном Харьягинском месторождении Ненецкого автономного округа. В ходе освоения, разработки месторождения накапливались значительные объемы отходов (буровые растворы, нефтесодержащие грунты и воды), которые подлежали утилизации (захоронению). Для сбора отходов в зонах скважин устраивались временные площадки (амбары-накопители). Окончательное захоронение отходов производилось на полигоне. Физико-химические характеристики загрязненных отходов из амбара-накопителя приведены в табл.1.
Таблица 1
Характеристика жидкой фазы неочищенных отходов нефтегазовой промышленности
Показатель
Значение
рН
8,15-8,6
Взвешенные вещества, мг/л
8,2-11,5
ХПК*, мг/л
5,4-8,3
БПК<sub>5</sub>*, мг/л
480-610
Нефть и нефтепродукты, мг/л
28,2-36,5 5,3-5,9
Сухой остаток, мг/л
16,3-21,3
Содержание ионов, мг/л
1,9-2,9
Где ХПК* - химическое потребление кислорода;БПК5* - биологическое потребление кислорода за 5 суток
Отходы с данными показателями относились к средней степени загрязненности и подлежали разделению на фазы, очистке, (обезвреживанию) и ликвидации. Обезвреживание и повторное использование очищенных нефтегазовых отходов было осуществлено следующим образом.
В установке (фиг.1), размещенной на центральном полигоне, в конце октября-декабре 2010 года осуществлялось разделение нефтегазовых отходов в процессе послойного их вымораживания на жидкую (ледяной блок 4), твердую 3 и жидкую 5 фазы, а также удаление опресненного льда 4 из емкости 1 на прилегающий рельеф местности. Необходимо отметить, что по физико-химическим показателям лед 4, в основном, соответствовал экологическим требованиям к сбросу сточных промышленных вод (табл.2), и поэтому сбрасывался на рельеф местности.
Таблица 2
Свойства обезвреженной послойным вымораживанием жидкой фазы отходов
Показатель
Значение
рН
7,0
Взвешенные вещества, мг/л
2,3
ХПК, мг/л
1,9
БПК<sub>5</sub>, мг/л
15,0
Нефть и нефтепродукты, мг/л
0,18
Сухой остаток, мг/л
1,9
Содержание ионов, мг/л
0,36
Оставшуюся жидкую фазу 5 в емкости 1 дополнительно обезвреживают за счет аэрации горячим воздухом и вибрации, а затем транспортируют на поля орошения. Твердая фаза отходов 3 также дополнительно обезвреживалась в емкости 1 за счет аэрации горячим воздухом и вибрации, а после удаления из емкости 1 подвергалась обезвреживанию в асфальтобетонной установке. На заключительной стадии проведения работ твердая фаза отходов 3 подлежала захоронению на полигоне поскольку при изначальном наличии в отходах порядка 3-4 мас.% нефти (содержании в нефти смоляных и жирных кислот 10-12 мас.%) после термической обработки и последующего охлаждения превращалась в обезвреженный комковатый материал, пригодный для изготовления строительного материала.
Реализация предлагаемого способа обеспечивает снижение объемов отходов для захоронения путем использования обезвреженных отходов в нефтегазовых регионах, например в дорожном строительстве, при возведении грунтовых оснований и сооружений.