авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Разработка технологии переработки нефтяных шламов, промышленных и бытовых отходов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Пауков Алексей Николаевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ

НЕФТЯНЫХ ШЛАМОВ, ПРОМЫШЛЕННЫХ

И БЫТОВЫХ ОТХОДОв

Специальность 05.17.07 «Химия и технология топлив

и специальных продуктов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2010 г.

Работа выполнена в Тюменском государственном нефтегазовом университете (ТюмГНГУ) на кафедре химии и технологии нефти и газа.

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Магарил Ромен Зелихович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Ахметов Сафа Ахметович;

кандидат технических наук

Давлетшин Артур Раисович.

Ведущая организация ООО «Газпромпереработка» г. Сургут.

Защита состоится «24» февраля 2010 года в 16.00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.289.03 при ГОУ ВПО «Уфимском государственном нефтяном техническом университете» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан « » января 2010г.

Ученый секретарь совета Абдульминев К.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В связи с ухудшением ситуации по вопросу размещения и переработки нефтяных шламов, промышленных и бытовых отходов и одновременным увеличением стоимости топливных и энергетических ресурсов возникает необходимость поиска альтернативных источников углеводородного сырья, выработку которых возможно осуществлять путем утилизации отходов производства и потребления.

Данная проблема нашла свое отражение в программе развития энергетики России на период до 2020г. Программа предусматривает широкое использование возобновляемых источников энергии и их переработку.

В качестве возобновляемых источников энергии могут рассматриваться как традиционно используемые низкокалорийные энергоресурсы (древесина, торф, бурые угли), так и отходы бытового и производственного происхождения.

Поэтому актуальным является создание технологии, позволяющей эффективно и экономично перерабатывать различные виды органических отходов и получать в качестве продуктов переработки сырьё, используемое как в нефтеперерабатывающей промышленности, так и в народном хозяйстве.

Цель работы

Разработка технологии переработки нефтяных шламов, промышленных и бытовых отходов.

Для достижения цели в работе были поставлены 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 и их смесей, исследовать параметры процесса термолиза.

Оценить качество получаемых продуктов и рассмотреть возможность использования полученных продуктов.

Разработать конструкцию реактора, обеспечивающего непрерывное протекание процесса при соблюдении требований промышленной безопасности.

Научная новизна

Разработана модифицированная технология коксования промышленных и бытовых отходов. В качестве сырья процесса коксования предложено использовать смесь твердых отходов органического происхождения, нефтяного шлама и их смесей.

Разработана конструкция реактора, обеспечивающая непрерывность технологического процесса.

Практическая ценность

Технология переработки нефтяных шламов, промышленных и бытовых отходов внедрена в производство и позволяет решать важные народнохозяйственные задачи:

  • переработка образующихся отходов;
  • получение углеводородного сырья на основе альтернативных источников (отходов).

Реализация и внедрение результатов работы

На основании материалов данной работы создана опытная установка переработки отходов путем коксования производительностью 500 кг/ч.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских научно-технических конференциях:

«Оптимизация обращения с отходами производства и потребления» - Ярославль, 2003г.;

«Процессы и технологии переработки отходов и вторичного сырья. Полигоны по захоронению отходов» - Саратов, 2003 г.;

На международных научно-технических конференциях:

«Нефть и газ Западной Сибири» - Тюмень, 2000, 2002, 2003, 2005, 2007 гг.;

«Проблемы строительства инженерного обеспечения и экологии городов» - Пенза, 2001г.;

«Система управления экологической безопасностью» - Екатеринбург, 2007г.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых российских изданиях из списка ВАК, 8 тезизов докладов на конференциях, получено 4 патента на изобретения.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4-х глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 189 страницах, содержит 28 рисунков, 34 таблицы, библиографию из 204 наименований и 4 приложения.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи, изложены научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе рассмотрены причины и источники образования отходов и нефтяных шламов, приведены статистические данные о количестве образующихся отходов. Рассмотрены существующие способы сбора и переработки отходов, а также изучены последние тенденции науки и техники в данном направлении. Изучен процесс жидкофазного термолиза углеводородного сырья, его история и теоретические основы, рассмотрены технологии использования данного процесса в промышленности. Проведена классификация отходов как сырья для процесса термолиза.

Во второй главе представлены физико-химические свойства исследуемых отходов и нефтяных шламов и способы проведения экспериментов.

В качестве сырья термолиза бытовых отходов использовалась смесь полугудрона и различных видов отходов в соотношении 1 : 4 по массе. Используемые отходы брались на основании статистических данных и состояли из бумаги, полиэтилена, авторезины и пищевых отходов (картофельная кожура). Также в качестве сырья использовалась смесь из всех вышеперечисленных отходов, взятых в равных соотношениях.

При термолизе промышленных отходов использовались отходы Тюменского филиала ООО «ЛУКОЙЛ - Пермнефтеоргсинтез», занимающегося производством моторных масел для автомобильного транспорта.

Сырье термолиза представляло собой смесь твердой и жидкой фаз в соотношении 1 : 1. В качестве твердой фазы сырья термолиза использовалась смесь взятых в равных соотношениях отходов: картона, полиэтилена, использованного обтирочного материала и древесного опила.

В качестве жидкой фазы использовались некондиционные масла из дренажных резервуаров завода.

Качественные показатели данного продукта в различных опытах были неодинаковы ввиду неоднородности продукта:

  • относительная плотность 0,92 – 0,98 ;
  • вязкость при 100 0С 10 – 20 мм2/с;
  • содержание воды до 10 % масс.;
  • содержание мех. примесей до 1 % масс.

Термолиз нефтяного шлама проводился с использованием образца, представляющего собой пастообразную массу стойкой эмульсии воды в мазуте с механическими примесями. Данная проба была отобрана из второй секции двухсекционного отстойника флотационного шлама цеха № 17 Управления воды, канализации и очистки сточных вод ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез». Данное сырье использовалось в процессе в чистом виде без добавления жидкой или твердой фазы.

Рассмотрены опытно-лабораторные установки коксования и получения битумов. Изучены методики определения качественных характеристик полученных продуктов.

В третьей главе проведены исследования влияния основных параметров процесса на выход продуктов термической деструкции. Изучено качество всех полученных продуктов переработки отходов и предложены пути их дальнейшего использования. Описаны конструкции разработанных реакторов коксования и результаты их испытаний. Проведен процесс получения битума с использованием в качестве сырья жидких углеводородных продуктов термолиза отходов. Рассмотрены альтернативные способы использования продуктов термолиза - газификация и получение топлив на основе водных эмульсий.

Термолиз бытовых отходов

Изучение параметров процесса проводилось на лабораторной установке периодического коксования. Для процесса коксования отходы измельчались и перемешивались с полугудроном, после чего помещались в коксовый кубик. Далее присоединялся водяной холодильник, предварительно взвешенный абсорбер и приемник.

Кубик разогревали газовой горелкой. Спустя некоторое время после начала нагрева температура в парах повышалась и в колбе-приемнике появились первые капли дистиллята. Процесс термической деструкции сырья протекал в диапазоне температур 400 – 450 0С с выделением газа. Газ коксования отбирался в газовую бюретку для последующего проведения анализа. Об окончании процесса коксования судили по прекратившемуся выделению дистиллята. После этого куб прогревался в течение 30-40 минут с целью прокалки кокса и удаления летучих углеводородов. В результате процесса получены следующие продукты коксования: дистиллят, состоящий из углеводородной части и воды, газ и кокс. Материальные балансы проведенных экспериментов отображены в таблице 1. Полученные продукты коксования были проанализированы.

Твердый остаток по своей структуре хрупок и сыпуч. По внешнему виду он полностью повторяет форму того типа отхода, который использовался в эксперименте. Качественному анализу кокс не подвергался.

Газообразные продукты анализировались на газоанализаторе ВТИ-2 и хроматографе CROM-4.

Дистиллят коксования разгоняли при атмосферном давлении с отбором фракции (н.к. - 200 0С) и остатка (> 200 0С). Полученную фракцию (н.к. - 2000С) отделяли на делительной воронке от воды. Для выделенной углеводородной части ( н.к. – 200 0С) определяли йодное число, групповой состав и относительную плотность.

Для воды определяли показатель рН.

Таблица 1 - Материальный баланс термолиза бытовых отходов

Номер опыта Сырье процесса, соотношение 1 : 4 (массовое) Выход продуктов коксования, % масс.
Дистиллят Газ Кокс
н.к.- 200 0С >200 0С
углеводороды вода
1 Полугудрон без ТБО 12,0 - 64,0 20,0 4,0
2 Полугудрон + бумага 4 26 30 34 6
3 Полугудрон + авторезина 3 7 36,6 25,4 28
4 Полугудрон + пластик (бутылки) 2,0 1,3 32,7 35,0 29
5 Полугудрон + пластик (шприцы) 1,0 1,6 36,4 15,0 46,0
6 Полугудрон + органика (картофель) 5,0 39,0 6,0 37,0 13,0
7 Полугудрон +смесь ТБО 4,0 36,0 24,0 28,0 8,0
8 Смесь ТБО + фракция >200 0C из опыта №7 2,0 42,0 30,0 20,0 6,0

Термолиз промышленных отходов

В результате проведения экспериментов получены продукты: дистиллят, содержащий углеводородную и водную часть, твердый остаток и газ.

Выделенный углеводородный дистиллят разгонялся с отбором фракции (н.к. - 200°С), фракции (200 - 350°С) и остатка (> 350 °С).

Затем из фракции (н.к. – 200 0С) путем отстоя в делительной воронке отделялась вода. В таблице 2 приведен детальный материальный баланс по выходу продуктов.

Таблица 2 - Материальный баланс термолиза промышленных отходов

Статьи баланса Состав % масс. на сырье
Приход - сырье коксования Ветошь Картон Опилки П/э мешки П/э канистры Масляная некондиция 10 10 10 10 10 50
ИТОГО 100
Расход – продукты коксования Легкий дистиллят (н.к.-2000С) Тяжелый дистиллят (200 - 3500С) Остаток (> 3500С) Твердый углеродный остаток в том числе зольный остаток Вода Газ + потери 12,90 18,40 22,16 12,00 1,40 11,70 22,84
ИТОГО 100,00

Термолиз данной сырьевой смеси и изучение основных рабочих параметров технологии проводилось на созданной пилотной установке. Условия проведения термолиза были те же, что и при коксовании бытовых отходов.

Полученные продукты термолиза промышленных отходов подверглись лабораторному контролю с целью определения качества и возможности их дальнейшего использования, в том же объеме и с применением тех же методик, что и продукты термолиза твердых бытовых отходов.

Для газообразных продуктов определен углеводородный состав, результаты анализа занесены в таблицу 3.

Математическим путем с использованием формулы Д. И. Менделеева проведен расчет низшей теплоты сгорания QРН газообразных продуктов термолиза.

Qнр = 339*С + 1256*Н + 109*(О-S) - 25W, (1)

где С, Н, О, S, W – содержание в топливе элементов и влаги соответственно.

С = 12(10,5/28 + 14,76/16 + 2*6,16/30 + 16,0/44 + 2*3,89 /30 + 3*2,4/ 44 + 2*6,28/26 + 3*13,77/42 + 4*8,15/58 + 4*6,45/58 + 4*5,1/56 + 4*3,8/54) = 67,6 % масс.

Н = 1*( 2*2,74/2 + 4*14,76/16 + 6*6,16/30 + 4*3,89/28 + 8*2,4/44 + 2*6,28/26 + 6*13,77/42 + 10*8,15/58 + 10*6,45/58 + 8*5,1/56 + 6*3,8/54) =14,77 % масс.

О = 16*( 10,5/28 + 2*16,0/44 )= 17,63 % масс.

Qнр = 339*67,6 + 1256*14,77 109*17,63 = 39 545 кДж/м3.

Для углеводородной части фракции (н.к. – 200 0С) определены основные физико-химические показатели: плотность, йодное число, молекулярная масса, групповой состав, октановое число. Полученные результаты представлены в таблице 4.

Для фракции (200 - 350 °С) были определены такие качественные показатели, как относительная плотность, анилиновая точка, дизельный индекс. Полученные результаты сведены в таблице 5.

Качественные характеристики полученного твердого углеродного остатка и его соответствие требованиям ГОСТ 22898-78 «Коксы нефтяные малосернистые» Технические условия приведены в таблице 6.

В объеме проведенных экспериментов по коксованию промышленных отходов проводилась работа по определению оптимальных условий проведения процесса.

Целью данной работы было:

  • изучить влияние скорости нагрева сырьевой смеси до 400 0С на выход продуктов термолиза (в % масс);
  • изучить влияние температуры протекания процесса термолиза на выход продуктов (в % масс).

Для решения поставленных задач проводился ряд исследований с изменением некоторых параметров процесса:

В первом случае изменялась скорость нагрева сырьевой смеси до 400 0С, с 20 минут до 120 минут и последующим проведением термолиза в диапазоне температур 400-420 0С. Регистрировалось общее время протекания термолиза. По окончании опытов определяли массовый выход продуктов коксования. Результаты экспериментов занесены в таблицу 7.

Таблица 3 - Состав газообразных продуктов термолиза промышленных отходов

Углеводородный состав H2, CO, CH4 C2H6 CO2 C2H4 C3H8 C2H2 C3H6 i-C4H10 n-C4H10 i-C4H8 C4H6
Концентрация, % масс 2,74 10,5 14,76 6,16 16,00 3,89 2,4 6,28 13,77 8,15 6,45 5,1 3,8

Таблица 4 - Показатели качества фракции (н.к. – 2000С) термолиза промышленных отходов

Показатели качества Значения
Относительная плотность 420 0,736
Йодное число, г I2/100г 47,4
Молекулярная масса, г/моль 106
Содержание углеводородов, % масс.
  • парафиновые;
  • нафтеновые;
  • ароматические;
  • непредельные
39,60 18,65 21,95 19,80
Октановое число 64

.

Таблица 5 - Показатели качества фракции (200-350 0С) термолиза промышленных отходов

Показатели качества Относительная плотность 420 Анилиновая точка, С Дизельный индекс
Полученные значения 0,820 47,0 32,6


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.