Министерство Энергетики

С.В. Мещеряков И.С. Еремин Нефтесодержащие отходы как полезный ресурс

Станислав Васильевич МЕЩЕРЯКОВ
Заведующий кафедрой промышленной экологии РГУ нефти и газа (НИУ)
имени И.М. Губкина, д. т. н., профессор
e-mail: mescheriakov.s@gubkin.ru
Иван Сергеевич ЕРЕМИН
Доцент кафедры промышленной экологии РГУ нефти и газа (НИУ)
имени И.М. Губкина, к. т. н.
e-mail: eremin.ivan.s@mail.ru

Stanislav MESCHERIAKOV
Head of the Department of Industrial Ecology, Gubkin University
e-mail: mescheriakov.s@gubkin.ru
Ivan EREMIN
Аssociate professor of the Department
of Industrial Ecology, Gubkin University
e-mail: eremin.ivan.s@mail.ru

Аннотация. Энергетика – опора современной цивилизации. Жизнь людей в 21 веке напрямую зависит от индустриальных ресурсов, способных производить как электрическую, так и тепловую энергию. В настоящее время разрабатываются новые альтернативные источники энергии, способные заменить нефть и газ. В тоже время, используя эти источники энергии для удовлетворения материальных нужд, мы сталкиваемся с проблемой образования и накопления нефтесодержащих отходов. Данный класс отходов наносит непоправимый вред окружающей среде. Из существующих технологий переработки этих отходов, наиболее эффективными являются термические методы, что приводит к необходимости огромных затрат энергии для утилизации образующихся и накопленных отходов. Мы предлагаем рассмотреть нефтесодержащие отходы с позиции материального ресурса. В работе проведен анализ применяемых и перспективных к внедрению технологий их обезвреживания и утилизации.
Ключевые слова: нефть, нефтепродукты, отходы, переработка, утилизация, сырье, материал, ресурс.

Abstract. Energy is the pillar of modern civilization. The life of people in the 21st century is directly dependent on industrial resources capable of producing both electrical and thermal energy. New alternative energy sources are being developed that can replace oil and gas. At the same time, using these energy sources to satisfy material needs, we are faced with the problem of the formation and accumulation of oily waste. This class of waste causes irreparable damage to the environment. Of the existing technologies for processing this waste, the most effective are thermal methods, which leads to the need for huge energy costs for the disposal of generated and accumulated waste. We propose to consider oily waste from the perspective of material resources. The paper analyzes the technologies used and promising for the implementation of the disposal and disposal of oily waste.
Keywords: оil, oil products, waste, processing, utilization, raw materials, material, resource.

Введение

По мере увеличения темпов индустриализации и роста населения нашей планеты, возрастает объем накопления отходов и уменьшается число площадей для их размещения. Данная проблема лежит тяжким бременем на окружающей нас природе и здоровье людей. Поэтому производитель и потребитель несет прямую ответственность за переработку образовавшихся отходов. Для поддержания курса устойчивого развития, человечеству необходимо полностью переосмыслить проблему рационального использования и обращения с отходами.
К основным источникам образования нефтесодержащих отходов относятся нефтедобывающие компании, нефтеперерабатывающие заводы, предприятия по транспортировке и хранению нефтяных, нефтехимических продуктов. Проблема обезвреживания и утилизации нефтяных отходов в последнее время приобрела особую значимость в связи с значительным объемом их образования, накопления и ужесточения законодательства в области охраны окружающей среды. Вредное воздействие этого вида отходов обусловлено большим разнообразием химических веществ, обладающих высокой токсичностью, растворимостью, летучестью, и способностью аккумулироваться в окружающей среде. Накапливаясь, они меняют геохимические, геомеханические и биологические процессы геоэкологической среды.

Вредное воздействие нефтесодержащих отходов вызвано разнообразием химических веществ, обладающих высокой токсичностью и растворимостью

Решить данную проблему возможно, начав с поиска оптимальных методов и технологических решений по использованию данных отходов в качестве материального ресурса. Это позволит дать нам новые возможности получать товарные продукты из них, а также обеспечит сохранение природы и резко снизит уровень загрязнения окружающей среды. Сложный компонентный состав таких отходов затрудняет выбор способа их переработки и утилизации. Чтобы определить возможные пути решения этой проблемы, нам необходимо изучить их состав, свой­ства, классификацию объектов переработки.

Классификация нефтесодержащих отходов

Ранее несколькими авторскими коллективами предпринимались попытки систематизировать информацию и классифицировать нефтесодержащие отходы: Мазловой Е.А. [1], Соколовым Л.И. [2], а также многими другими авторами. Однако данные системы классификаций постоянно обновляются и актуализируются в зависимости от источников, условий их образования, агрегатного состояния и химического состава. Также, структурированная информация содержится в Федеральном классификационном каталоге отходов, однако стоит отметить, что данный классификатор не может на сегодняшний день разрубить «гордиев узел» и решить проблему накопления и утилизации нефтесодержащих отходов. Поэтому мы поставили себе цель классифицировать существующие отходы с позиции перспективного сырья для получения на их основе товарных продуктов.
Существующие отходы можно классифицировать по источнику их образования. Мы отразили данную классификацию в виде схемы, указав основные отходы, которые образуются в конкретном источнике.
Согласно действующему законодательству, отходами производства и потребления являются вещества или предметы, которые образованы в процессе производства или потребления, которые подлежат удалению.
Таким образом, каждый из образованных отходов, перечисленных на рис. 1, требует необходимых мер по удалению, что подразумевает либо утилизацию, либо переработку. Удалять отходы возможно путем их переработки на месте или вывозом на специально подготовленные площадки. Однако, многие компании воспринимают и используют понятие «удаление» буквально. Существует распространенная практика по передаче образованных или накопленных отходов перерабатывающим компаниям. После их передачи, компания, образовавшая отход, не будет иметь к ним никакого отношения, тем самым достигая буквального «удаления» отходов со своих территорий. Последующая судьба образованных отходов компанию уже не интересует. Помимо этого, многие нефтяные компании заявляют загрязненные компоненты природной среды – почвы и природные грунты, как опасные отходы и вынуждены удалять их со своих территорий или платить экологические штрафы. Другим способом решить проблему накопления нефтесодержащих отходов является их переработка на месте с получением коммерческой продукции.

Рис. 1. Классификация НСО по типу источника их образования

Методы переработки нефтесодержащих отходов

В связи с неоднородностью нефтесодержащих отходов все известные методы переработки можно разделить на следующие виды [3–6]:

  1. Механический метод. Применяются технологии разделения фаз на центрифугах, используются отстойники, шейкеры, гидроциклоны, сгустители, фильтрация с помощью фильтров высокого давления, вакуумных фильтров, ленточные прессы и шнеки. Использование перечисленных технологий требует больших площадей, емкостей, необходимость смены и регенерации фильтрующих материалов.
  2. Термический метод. Наиболее используемыми видами являются: газификация, пиролиз, сжигание. Данный метод является наиболее простым в технологическом исполнении, однако во время его использования углеводородная составляющая безвозвратно уничтожается, а конечным продуктом будет зола, которая также накапливается и ее необходимо вывозить на полигоны для захоронения. Разогрев печей осуществляется газовыми и жидкотопливными горелками, что сопряжено с существенными затратами на технологическое топливо. Помимо этого, при сжигании наблюдаются большие изменения состава отходящих газов, образующихся в печах, что может говорить нам о значительном содержании вредных и токсичных компонентов. Кроме того, необходимо точно знать химический состав отхода и не применять данный метод в случае наличия соединений хлора, фосфора, серы и различных галогенов. Таким образом, использование термического метода требует больших капитальных вложений в сооружения по очистке и нейтрализации отходящих газов.
  3. Физико-­химический метод применяется не столько для переработки и утилизации нефтесодержащих отходов, сколько для их обезвреживания. Применяют специальные реагенты, изменяющие физико-­химические свой­ства отходов с последующей обработкой на специальном оборудовании. К ним относятся методы коагуляции, флокуляции, флотации, сорбции, экстракции, ионного обмена и другие. К недостаткам данного метода стоит отнести энергоемкость, сложность эксплуатационного оборудования, использование реагентов и веществ для разделения смесей.
  4. Химический метод обезвреживания отходов заключается в добавлении к нейтрализуемой массе химических реагентов, которые приводят к осаждению, замещению, комплексообразованию. Закупка и использование химических веществ приводит к существенному возрастанию себестоимости конечного продукта, а также может ускорять износ эксплуатируемого оборудования.
  5. Биологический метод. Применяются различные штаммы углеводородокисляющих микроорганизмов. Данный метод характеризуется сравнительно низкими затратами (по сравнению с термическим методом), но отличается длительностью и требует оптимальных условий проведения (определенная температура, влажность, содержание микроэлементов и кислорода), а также специального оборудования. В России производятся и применяют коммерческие биопрепараты для ликвидации углеводородных загрязнений: «путидойл», «родер», «деворойл», «петро трит», «полихлорокс», «сойлекс», «multibac active» и т. д.
Очистка воды на НПЗ
Источник: 2findlocal.com

Как видно из рис. 1, НСО образуются на каждом этапе производственных работ. Одними из наиболее распространенных загрязнителей в нефтяной отрасли являются нефтешламы, поэтому большая часть перерабатывающих компаний специализируется именно на данном типе нефтесодержащих отходов. Они могут образовываться в нефтяных амбарах, отстойниках нефтеперерабатывающих заводов, нефтебаз, являются отходами химической и нефтехимической промышленности, включая отработанные масла и смазки.
Сегодня на российском рынке технологий существует ряд компаний, предлагающих различные технологические решения по переработке и утилизации отходов. Но их деятельность направлена на уничтожение и нейтрализацию отходов, что часто приводит к вторичному загрязнению окружающей среды в виде золы, газовых выбросов и стоков. Необходимо модернизировать существующие технологии, которые бы приводили к снижению образования вторичных загрязнителей. В то же время напрашивается вывод о рассмотрении различных отходов как источника материальных ресурсов, а технологии должны быть нацелены на их получение с сохранением экологических требований.
Поэтому, переработка нефтесодержащих отходов с созданием коммерческих продуктов может являться новым экологическим сектором экономики. А подбор технологий, направленный на желаемый конечный результат, должен соответствовать всем экологическим требованиям и концепции наилучших доступных технологий (далее – НДТ).
При выборе и внедрении НДТ необходимо учитывать критерии технической возможности применения той или иной технологии, влияние на окружающую среду и экономические затраты на их реализации [7]. При переработке отходов не должно происходить вторичного загрязнения окружающей среды.
Нами были выделены несколько перспективных технологий, способных перерабатывать нефтяные отходы в коммерческие материалы, которые имеют спрос на российском рынке. Направления переработки приведены в таблице 1.

Таблица 1. Перечень эффективных технологий переработки НСО с получением товарного продукта [8–11]

Перечисленные технологии успешно внедрены не нескольких российских предприятиях Южного федерального округа. Например, на базе предприятия ООО «СНТМП «ЭЗИП» г. Краснодар была получена смазочно-­охлаждающая жидкость для токарных станков из отработанной керосино-­дизельной щелочи (Патент № 2201955). На базе предприятия было переработано около 1200 т нефтесодержащих отходов. Полученный продукт обладает антикоррозионными свой­ствами и низким пенообразованием. Смазочный материал используется при износе инструментов для обработки металлов.
Эксплуатация резервуаров товарной нефти в течение длительного времени приводит к образованию донных отложений и осадков, которые уменьшают полезный объем резервуара и не дают возможность точно оценить фактическое количество товарной нефти. Однако, данный вид отходов может оказаться весьма полезным при правильном выборе технологии переработки. Из донных отложений нефтяных резервуаров получен гидроизоляционный материал, который представляет собой смесь нефтешлама, и керамзитовой пыли (Патент № 2176653, Патент № 217566). Полученный продукт по качеству (водопоглощение, хрупкость, теплостойкость) соответствует требованиям к кровельному материалу компании Бикрост «ТЕХНОНИКОЛЬ». С помощью данного способа было переработано около 200 т отходов. Еще одним способом переработки донных отложений нефтяных резервуаров является получение на их основе топливной композиции для котельных. Топливная композиция получена путем смешения донных отложений нефтяных резервуаров, мазута М100, предварительно нагретых до 80–95оС и стабилизатора. С помощью данного способа было переработано около 1500 т, а полученный состав топливной композиции был внедрен на предприятии ДОАО «Электрогаз».

Утилизация бурового шлама
Источник: utilit.ru

Еще одним типом нефтешлама являются донные отложения мазутных резервуаров. Технология их переработки запатентована (Патент № 2186835) и позволяет получать на их основе рельсовую смазку, которая служит для снижения износа поверхности рельс и гребней колесных пар. Полученная смазка была внедрена в использование ассоциацией производителей биотоплива «Институт биотоплива» и использована при смазке железнодорожных и трамвайных стрелочных переводов. Также донные отложения мазутных резервуаров могут служить компонентом битума при изготовлении асфальтобетонных покрытий автодорог.
Спектр получаемых строительных материалов весьма обширный, например на основе нефтешламов водоочистных сооружений возможно получать строительный кирпич и керамзит (Патент № 2114086, № 2112758). Технология их получения была внедрена на комбинате строительных материалов «Энемский» в Адыгее. Переработано данным способом около 47 тысяч т шламов.
На основе нефтешлама и замазученных грунтов возможно получать вяжущий материал для возведения дорожного основания с высокой прочностью (№ 2179609). Переработано данным способом около 500 т шламов. Полученный материал был использован при строительстве дорожной площадки в рамках гаражного строительного кооператива № 37 площадью 1100 м2 в Краснодаре.
Перечисленные способы переработки нефтяных отходов на месте их образования являются перспективным направлением и требуют широкого внедрения на предприятиях нефтеперерабатывающей отрасли.

Существует распространенная практика по передаче накопленных отходов перерабатывающим компаниям. После этого компания, образовавшая отход, не будет иметь к ним никакого отношения

В тоже время до сих пор мы не знаем четких объемов этих видов отходов, а вовлечение их в такой вид переработки требует качественной и количественной инвентаризации. Данная проблема рассматривается сегодня на государственном уровне и для ее решения в рамках работы научно-­технического совета Росприроднадзора была создана рабочая группа по координации и проведению этого вида работ.
В перечень работ группы входят вопросы, связанные с разработкой оптимального алгоритма проведения инвентаризации нефтесодержащих отходов в конкретном регионе. В настоящее время для отработки алгоритма инвентаризации рассматриваются объекты в Астраханской области, содержащие различные виды нефтяных отходов. Компании, участвующие в инвентаризации загрязненных территорий «пилотного региона», должны иметь соответствующие компетенции в сфере экологии, инженерных изысканий, проведении работ по оценке экологического вреда. Только после получения реальных данных о состоянии объектов, будет возможно составить полную картину экологической обстановки региона и приступить к выбору оптимальных технических решений для переработки отходов. А в рамках принятой концепции «отход – источник материальных ресурсов» можно подбирать оптимальные технологические решения, ориентированные на переработку, а не на уничтожение нефтяных ресурсов.
Получение новых коммерческих продуктов из нефтяных отходов позволит целесообразно и экономически выгодно обеспечивать работу нефтегазовых компаний и региональных предприятий, за счет снижения или отсутствия платы за размещение нефтесодержащих отходов, а также от продажи или использования продуктов их переработки.

Заключение

Мы считаем, что в концепции устойчивого развития ключевую роль для всего человечества будет играть рациональное использование нефтесодержащих отходов с получением материальных благ и снижение антропогенной нагрузки на объекты окружающей среды. Необходимо провести комплексную инвентаризацию и перевести часть нефтесодержащих отходов в класс материальных ресурсов, что ускорит процессы рациональной переработки НСО.

Использованные источники

  1. Мазлова Е.А., Мещеряков С.В. Проблемы утилизации нефтешламов и способы их переработки. – М.: Издательский дом «Ноосфера», 2001. 56 с.
  2. Переработка и утилизация нефтесодержащих отходов: Монография / Соколов Л.И., – 2-е изд., испр. и доп. – Вологда: Инфра-­Инженерия, 2017. 160 с.
  3. Литвинова Т.А. Современные способы обезвреживания и утилизации нефтесодержащих отходов для ликвидации загрязнения окружающей среды Научный журнал КубГАУ. 2016, № 123(09). С. 1–15.
  4. Жаров О.А. Современные методы переработки нефтешламов / О.А. Жаров, В.Л. Лавров // Экология производства. 2004, № 5. С. 43–51.
  5. Бакастова Н.В. Решение проблем по переработке нефтешламов методом центробежной сепарации / Н.В. Бакастова // Экологическая и промышленная безопасность. 2005, № 3. С. 36–37.
  6. Бахонина Е.И. Современные технологии переработки и утилизации углеводородсодержащих отходов. Сообщение 1. Термические методы утилизации и обезвреживания углеводородсодержащих отходов // Башкирский химический журнал. 2015. Т. 22. № 1. С. 20–29.
  7. Кобцева Н.Ю. Экологическое нормирование. Наилучшие доступные технологии (НДТ) // Успехи в химии и химической технологии. 2011, № 10. С. 52–57.
  8. Шпербер Е.Р. Использование донных отложений нефтяных резервуаров как компонента топливной композиции // Чертес К.Л., Шпербер Д.Р. Вестник РАЕН, 2017. Т. 17. № 5. С. 80–84.
  9. Шпребер Е.Р. Технология приготовления котельного топлива с использованием нефтяного шлама // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2011, № 3. С. 35–38.
  10. Боковикова Т.Н. Гидроизоляционый кровельный материал / Т.Н. Боковикова, Е.Р. Шпербер, Д.Р. Шпербер // Нефтепереработка и нефтехимия. 2012, № 6. С. 40–42.
  11. Чан Т.Л.А. Разработка способов обезвреживания нефтесодержащих отходов в условиях Предкавказья / Чан Тхи Лонг Ан, Мещеряков С.В., Сидоренко Д.О., Сурикова Ж.В., Имамбетова А.К. // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2017, № 4. С. 39–42.
  12. Чан, Т. Л.А. Перспективы использования продуктов переработки нефтяных шламов НПЗ «Зунг Куат» (Вьетнам) в дорожном строительстве / Чан Тхи Лонг Ан, Мещеряков С.В., Сидоренко Д.О., Сурикова Ж.В., Нго Тхю Фыонг // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2019, № 2. С. 18–21.