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:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Комплексная утилизация нефтегазопромышленных отходов для обеспечения экологической безопасности и дополнительного извлечения минерального сырья

-- [ Страница 2 ] --

Экологической опасности подвергаются все природные комплексы, вступившие в контакт с нефтегазопромышленными отходами: токсичные газы, особенно сероводород Н2S и диоксид углерода СО2, аварийные сбросы, продукты испарения нефтехранилищ и утечки природного, попутного или синтезированного газа, а также газы технологического или утилизационного сгорания загрязняют воздушный бассейн; нефть и нефтезагрязнения всех категорий, сточные буровые и производственные, а также высокоминерализованные попутные пластовые воды при попадании в поверхностные водные объекты уничтожают или угнетают сложившийся местный биогеоценоз, а при попадании в проточную гидросеть стремительно расширяют ареал этого угнетения, нарушая экологический баланс обширных внутренних и даже морских территорий; серьезные экологические последствия вызывает загрязнение почв нефтепродуктами: нарушается воспроизводство флоры, перерождается фауна, нарушается автотрофный (пищевой) баланс, возникают мутации, экологическое дублирование, опустынивание мест поражения.

Конечно, развитие этих событий не мгновенно. Любой природный комплекс обладает определенным порогом экологической устойчивости, причем степень этой устойчивости оценивается сопоставлением качественных и количественных характеристик энергетики биогеосферных процессов с учетом ландшафтно-географических условий региона. Это означает, что модель природопользования должна предусматривать, прежде всего, оценку экологической безопасности применяемых технологий, и только затем – их экономическую привлекательность.

В разделе выполнен обзор существующих методов исследований в области утилизации нефтегазопромышленных отходов. К ним относятся методы инструментальных и физико-химических исследований, моделирования процессов (физическое, гидродинамическое, математическое) и расчетные методы (математическая статистика, гидравлика, физика твердого тела, прикладная математика) Все эти методы являются стандартными и общепризнанными в науке, их использование в той или иной мере определяются выбором исследователя и в каждом конкретном случае им обсуждаются.

Выполнен анализ существующих технологий обеспечения экологической безопасности при утилизации нефтегазопромыщленных отходов, к которым относятся, как указывалось, пластовые и попутные воды, жидкие углеводородные отходы, твердые нефтезагрязненные шламы и агрессивные газообразные вещества.

Из всего многообразия существующих методов очистки нефтепромысловых сточных вод к основным, наиболее распространенным, можно отнести механические методы, методы реагентной очистки и адсорбционные. В качестве механического при очистке нефтепромысловых вод наиболее широко применяют способ отстаивания, который в одних случаях является этапом предварительной очистки, в других - единственным, а в третьих в сочетании с физико-хими-ческими способами – окончательным. Отстаивание осуществляется в резервуарах-отстойниках. Наибольшее распространение на промыслах получили резервуары-отстойники РВС-5000 и РВС-10000, оборудованные радиально-лучевыми, двулучевыми и универсальными распределителями потоков жидкости (УРПЖ).

Интенсификация процессов очистки нефтесодержащих сточных вод возможна за счет применения гидрофобных фильтров, коагулянтов и флокулянтов, адсорбции. Для адсорбционной очистки воды используют материалы искусственного и естественного происхождения, однако чаще других применяют активированные угли. Фильтрование через угольную загрузку снижает концентрацию нефтепродуктов до 0,05 мг/л, фенолы и другие ароматические углеводороды удаляются практически до нулевого уровня.

Жидкие углеводородные отходы нефтегазового производства относятся к разряду экологически агрессивных образований, что предопределяет необходимость внедрения на нефтедобывающих предприятиях современных технологий, обеспечивающих экологическую безопасность их утилизации и получение дополнительного товарного продукта из отходов углеводородного сырья. Наиболее распространенной промышленной технологией такого преобразования является ректификация, которая позволяет утилизировать некондиционные отходы жидких углеводородов, обеспечивая тем самым защиту окружающей среды от загрязнений нефтепродуктами и получение товарного продукта – автомобильного и дизельного топлива, а также мазута, битума и др.

Известные технологии переработки нефтяных шламов можно разделить на биотехнологии, химические, акустические, термические и чисто огневые технологии, применение которых позволяет получить товарную нефть, топливо для котельных установок, строительные материалы. Общим недостатком всех известных технологий утилизации и переработки нефтешламов является их низкая производительность, высокие материальные и энергетические затраты на реализацию. Известно, что нефтешламы можно эффективно утилизиро­вать с использованием негашеной извести, действие которой обусловлено ее способностью вступать в экзотермическую реакцию с водой. Образовавшийся продукт проявляет инертные свойства по отношению к воде и почве, поскольку представляет собой карбонатные оболочки-капсулы, в которых заключен и равномерно распределен углеводородный продукт.

Таким образом, нефтезагрязненные шламы, представляющие собой отходы основного технологического цикла, являются потенциальными источниками дополнительного сырья, снижая одновременно экологическую нагрузку на природные комплексы территорий нефтегазодобычи.

Агрессивность газообразных углеводородов определяется наличием в них H2S, и CO2. Наличие этих компонентов возбуждает явления быстротекущей коррозии, что приводит к стремительному разрушению конструкций и оборудования. Вместе с тем, входящие в состав природного газа сернистые соединения являются сырьем для получения ценных продуктов. Так, из сероводорода получают элементарную серу, этантиол и смесь природных меркаптанов (СПМ). Таким образом, извлечение неуглеводородных компонентов из газов повышает надежность работы оборудования, обеспечивая экологическую безопасность технологических процессов, и одновременно увеличивает ресурсы промышленного химического сырья для дополнительного извлечения полезных веществ.

Для очистки попутного газа от H2S и CO2 применяют жидкостные процессы, процессы абсорбционной очистки и прямого окисления. Наиболее предпочтительным для очистки природного и попутного газов от H2S, и CO2 является метод химической абсорбции водным раствором метилдиэтаноламина (МДЭА), который позволяет дополнительно получить наряду с очищенным газом товарную серосодержащую продукцию.

Минерализованные воды в процессах извлечения углеводородного сырья являются неизбежным продуктом, сопутствующим добыче углеводородов, представляя собой, как правило, рассольные составы различной минерализации, экологически агрессивные по отношению к поверхностной среде обитания, ее флоре, фауне и гидросфере.

Пластовые воды Тимано-Печорского бассейна представляют собой рассолы хлоридно-кальциевого типа с соленостью от 70 до 280 г/л, содержащие бром (до 900 1100 мг/л), йод (26 56 мг/л), а также стронций (126-285 мг/л), бор (5,7-51мг/л), литий (1,8-17,9 мг/л), магний (194,6-3040 мг/л) и др. В связи с этим, пластовые воды, поднимаемые на дневную поверхность в процессе добычи нефти и газа, целесообразно рассматривать как дополнительный источник извлечения минерального сырья, содержащего ценные химические элементы. Для условий Тимано-Печорского бассейна перспективными для извлечения из пластовых вод являются йод, бром, бор, литий, магний.

Существующие методы утилизации нефтегазопромышленных отходов решают преимущественно селективно-технологические задачи: подготовка и закачка попутной воды в пласт; сжигание агрессивных газов, их отбензинивание; складирование или захоронение нефтезагрязненных отходов и т.п. При этом частично достигается снижение экологической опасности для природных объектов, однако в комплексном взаимодействии эта проблема пока не рассматривалась.

Между тем, существуют все необходимые технологии для осуществления эффективного комплексного обезвреживания и нейтрализации нефтегазопромышленных отходов с попутным извлечением минерального сырья для получения дополнительного товарного продукта, что снижает техногенно-экологический негатив, расширят минеральную базу и активирует ранее понесенные затраты на извлечение некондиций из недр.

такой подход реализуется на принципе комплексной утилизации нефтепромышленных отходов, структурная схема которого предложена нами на основе анализа того промышленного и научного опыта, накопленного в области эколого-обезвреживающих технологий к настоящему времени. Структурная схема представляет собой, по существу, алгоритм для научного обоснования и промышленной реализации принципа комплексной утилизации нефтегазопромышленных отходов для обеспечения экологической безопасности и дополнительного извлечения минерального сырья. научное обоснование практической реализации этой схемы и представляет собой цель диссертационной работы.

Во второй главе показана методология исследования процессов комплексной утилизации нефтепромышленных отходов для обеспечения экологической безопасности и дополнительного извлечения минерального сырья. Методологическая база, сформированная для проведения исследований, включает:

- методы аналитического контроля попутных компонентов нефтяных и газовых месторождений, основанные на спектральном анализе жидкостей и твердых веществ, для количественного определения содержания тяжелых металлов (атомно-абсорбционный спектрометр МГА-915), растворенных ионов (фотоэлектроколориметр КФК-3),концентрации нефтепродуктов (анализатор жидкости «Флюорат-02»);

- методы седиментационного анализа для определения размеров взвешенных частиц и нефтяных глобул при расчете отстойников, гидроокиси магния и алюмината лития при их извлечении из пластовой воды;

- методику определения величины удельного сопротивления осадка при фильтровании суспензий с содержанием частиц малых размеров (<100 мкм), способных к закупориванию пор фильтровальных перегородок;

- методику определения равновесных концентраций исследуемых объектов для условий эксплуатации нефтегазовых комплексов, используемых для технологических расчетов массообменных аппаратов с определением их основных размеров;

- методику моделирования процессов очистки попутных вод от механических примесей и нефтезагрязнений методом отстаивания, основанную на исследовании структуры потоков в резервуарах-отстойниках с построением т.н. кривых «отклика», позволяющих рассчитать критерии продольного перемешивания для определения среднего времени пребывания жидкости в аппарате и объема застойных зон;

- методику определения эффективности обезвреживания нефтезагрязненных шламов модифицированным составом негашеной извести, основанную на исследовании водной вытяжки из исходного и обезвреженного образцов, в качестве критериев эффективности обезвреживания приняты показатели химического потребления кислорода ХПК (мгО2/л), активной реакции среды рН и концентрации нефтепродуктов и тяжелых металлов.

Кроме того, в методологический комплекс привлечен ряд стандартных методик для определения качественных и количественных характеристик отходов и продуктов переработки нефтегазопромышленного комплекса.

В третьей главе представлена технология утилизации водных нефтегазопромышленных отходов. Технологическое несовершенство современных методов утилизации пластовой воды провоцирует нарушение природно-экологического баланса в геохимических системах природных нефтегазовых резервуарах. Как это отразится на экологическом равновесии недр в отдаленной перспективе – прогнозировать трудно, но уже на настоящем этапе следует предпринять все необходимые меры по совершенствованию технологических режимов экологически щадящего возврата нефтегазопромышленных водных отходов в пласт.

Изучение состава попутных вод нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, разрабатываемых в настоящее время в Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, показывает, что экологическая опасность, вызываемая пластовыми и промышленными сточными водами, однотипна, хотя по насыщенности минеральными и механическими загрязнителями эти субстанции различны. кроме того, отмечена времення изменчивость минерального состава пластовых вод в недрах продуктивных пластов. Это является ранним признаком развития экологического неблагополучия в природных резервуарах. Следовательно, совершенствование технологических режимов и конструктивных решений для обеспечения высокой степени очистки утилизируемых вод является актуальной задачей, для решения которой исследована эффективность работы резервуаров–отстойников, применяемых в настоящее время на нефтяных промыслах: РВС-5000 с лучевым распределителем и РВС-10000 с универсальным (колпачковым) распределителем потока жидкости (УРПЖ). Определялась концентрация нефтепродуктов и взвешенных частиц в очищаемой воде на входе и выходе из резервуаров-отстойников (эффективность очистки), а также их дисперсный состав : радиус частиц механических примесей определялся по стандартной методике с использованием торсионных весов с последующим расчетом по формуле

, (1)

где Н, µ, и – соответственно высота осаждения, динамическая вязкость эмульсии, разность плотностей и время осаждения. Радиус эмульгированных частиц нефти определялся по методике ВНИИСПТНЕФТИ с использованием сосудов Спильнера и последующим построением седиментационных кривых. Опытная дисперсия распределения частиц нефти и взвешенных веществ по их размерам была аппроксимипована нормально-логарифмическим законом распределения. Получено, что для исследованных условий средний объемно-геометрический радиус (при а=0,5) составляет для взвешенных частиц 19 мкм, для нефти -14 мкм, принятые при проектировании отстойников размеры частиц составляют 40мкм и 80 мкм соответственно. эффективность работы резервуаров не превышает 80% по нефтепродуктам и 20% по взвешенным веществам, содержание загрязнителей на выходе из очистных сооружений превышает допустимые концентрации в 2,2-2,5 раза.

Для выяснения причины низкой эффективности работы промышленных отстойников проведены исследования гидродинамического режима их работы с применением кривых «отклика» (рисунок 2). На основании расчета были получены параметры продольного перемешивания: коэффициент продольного перемешивания Е и критерий Пекле Ре. Оптимальными считают условия работы отстойника в режиме идеального вытеснения, когда Ре = , Е= 0 (точка О).

  Кривые отклика промышленных резервуаров-отстойников: 1 – РВС-10000 (Усинск);-3

Рисунок 2 – Кривые отклика промышленных резервуаров-отстойников:

1 – РВС-10000 (Усинск); 2 – РВС-5000 (Возей); 3 – РВС-5000 (ЗападныйТэбук).

Как видно из рисунка, форма кривых отклика для промышленных резервуаров-отстойников характеризует работу аппаратов промежуточного типа. Наиболее эффективным оказался режим работы резервуара-отстойника РВС-10000 с УРПЖ: кривая отклика 1 отличатся наибольшей близостью приведенных параметров С и к единице, что свидетельствует об эффективном использовании рабочего объема аппарата и малом удельном объеме застойных зон. Кривые отклика отстойников с лучевым распределителем (кривые 2,3) размещены в зонах, отдаленных от оптимума. Отстойники с УРПЖ по принципу действия ближе других к аппаратам идеального вытеснения, они характеризуются бльшими значениями критерия Пекле: для отстойника РВС-10000 Ре = 17,5 против Ре=2,0-4,8 для отстойников РВС-5000 с лучевыми распределителями потока жидкости.

На основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что низкая эффективность очистки нефтесодержащих вод объясняется высокой степенью устойчивости водонефтяной эмульсии, несовершенством гидродинамических режимов, реализуемых в исследованных резервуарах, что обусловлено, в том числе, конструктивными недостатками системы распределения потоков. В рамках настоящей работы конструктивное совершенствование систем распределения потоков не рассматривалось, но некоторые результаты исследований в этом направлении отражены ранее в монографии.

Разрушение водонефтяной эмульсии и увеличение размера частиц нефти в 2-3 раза может быть достигнуто применением коагулянтов, флокулянтов и деэмульгаторов. Экспериментально были опробованы промышленные коагулянты Al2(SO4)3, FeCl3 и флокулянты: полиакриламид (ПАА) и полидиметилдиаллиламмоний хлорид (ВПК-402). Изучалась эффективность очистки попутной пластовой воды в промысловых условиях с исходным содержанием нефтепродуктов 100-200 мг/л (рисунок 3).

рисунок 3 – Эффективность очистки пластовой воды коагулянтами и флокулянтами:

1 – ВПК-402; 2 – Al2(SO4)3 + ПАА;

3 – FeCl3 + ВПК-402; 4 – FeCl3 ;

5 – Al2(SO4)3.

Наиболее эффективным реагентом для обработки пластовой воды оказался флокулянт ВПК-402: при дозе 40 мг/л и выше была достигнута 100 % -ная очистка (кривая 1). Высокая эффективность очистки достигается также при совместной обработке вод сульфатом алюминия и ПАА, (кривая 2), а также хлоридом железа и ВПК-402 (кривая 3). Раздельное применение сульфата алюминия и хлорного железа, даже при достаточно высоких дозах реагента, не превышает 80 %-ной очистки воды (кривые 4 и 5).

Экспериментальная зависимость эффективности коагуляционной очистки по ХПК описывается эмпирическим уравнением:

. (2)


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 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.