При решении задачи, связанной с тепловыми методами воздействия на нефтешламовые амбары, необходимо знать теплофизические характеристики объекта, в частности теплоемкость. Изучение этого параметра осуществлялось лабораторным методом калориметрического смешивания по образцам нефтешлама [1, с. 591]. Он заключается в том, что образец нефтешлама массы m нагревается в термостате до постоянной температуры Тт, после чего помещается в калориметр, температура которого Ткн. Температура калориметрической жидкости после введения в нее подогретого образца поднимается до величины Ткк. По данным последующего распределения тепла в калориметрической системе определяют удельную теплоемкость исследуемого образца из соотношения:
 |
(1) |
где Ск— постоянная калориметра, Тт — температура термостата, Ткн— начальная температура калориметра, Ткк— конечная температура калориметра, тх —масса исследуемого образца.
Результаты исследований представлены соответственно в табл. 1. и 2.
Таблица 1
| № эксп-та | Тт °С | Ткн°С | Ткк, °С | тх,Г | Сх, Дж/кг⋅К |
| 1 | 77,8 | 18,2 | 24 | 81,23 | 1781,075 |
| 2 | 81,5 | 21 | 27,5 | 81,23 | 1988,640 |
| 3 | 78,7 | 19,3 | 25,2 | 81,23 | 1821,943 |
Таблица 2
| № эксп-та | Тт °С | Ткн°С | Ткк,°С | тх,Г | Сх, Дж/кг⋅К |
| 1 | 62,00 | 22,00 | 24,00 | 51,00 | 1699,11 |
| 2 | 63,00 | 23,50 | 25,50 | 51,00 | 1721,76 |
| 3 | 63,00 | 24,00 | 26,00 | 51,00 | 1745,03 |
Из сопоставления данных, приведенных в таблицах 1 и 2, видно, что во всех экспериментах теплоемкость после ВЧ ЭМ воздействия снижается на 4,2 — 13,4%. Средняя теплоемкость нефтешлама до ВЧ ЭМ воздействия составила 1863 Дж/кг∙К, после ВЧ ЭМ воздействия — 1721 Дж/кг∙К, что, очевидно, связано с выделением воды из нефтешлама, теплоемкость которой больше чем у углеводородов. Погрешность измерений теплоемкости не превысила 10%.[2]
По данным Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации. (МПР) и региональному отделению (РО) “Гринпис”, потери нефти и нефтепродуктов за счет аварийных ситуаций колеблются от 17 до 20 млн. т. ежегодно, что составляет около 7% объемов добываемой в России нефти. При стоимости 1 т нефти 65-70 долл. ущерб экономике России, не считая экологического, составляет 1.1-1.2 млрд. долл. Ежегодно происходит более 60 категоризированных аварий, а с учетом промысловых эта цифра возрастает до 20 тыс. случаев с соответствующими экологическими последствиями. Республика Татарстан относится к числу наиболее загрязненных нефтью регионов РФ, что связано, главным образом, с аварийными прорывами трубопроводов. Количество прорывов и утечек достигает огромных размеров — 10-15 тыс. случаев ежегодно. На загрязненных участках урожаи сельскохозяйственных культур резко снижены или полностью отсутствуют. Кроме того, при загрязнении почв нефтью (замазучивание) снижение плодородия почвы и гибель растений происходят из-за высокой фитотоксичности легких фракций нефти и ухудшения свойств замазученной почвы в результате обволакивания почвенных частиц тяжелыми фракциями. Причиной утраты плодородия почв при загрязнении нефтепромысловыми сточными водами являются насыщение почвенно-поглощающего комплекса натрием (солонцевание) и накопление в почве избыточного количества водорастворимых солей (засоление). Наибольшей экологической проблемой является разрушение почвенного покрова в юго-восточных районах РТ, где как раз бурно развита нефтедобыча. Загрязненные участки чаще всего имеют сравнительно небольшую площадь, но они разбросаны по сельскохозяйственным угодьям. Наибольшие размеры имеют засоленные участки, которые образуются под действием нефтепромысловых сточных вод — от 5 до 10 га, иногда 15-30 га. Средние размеры замазученных участков примерно в 5-10 раз меньше площадей засоленных и 2-3 раза почв смешанного типа загрязнения (почва одновременно загрязнена и нефтью, и нефтепромысловыми сточными водами.[3]
В условиях когда загрязнение земли, водоемов и рек углеводородными продуктами приобретает глобальный характер, не многие могут предложить уникальный метод, при котором будет и польза и выгода. Данный метод прост, не требует значительных затрат и больших по объему предприятий, достаточно лишь питание электричеством.
Рассмотрим предлагаемый метод подробнее. После многочисленных практических исследовании, установлено, что требуется выбирать оптимальный режим работы – второй, (при этом скорость нагрева осуществляется в пределах 7-10°С/мин) указанный на графике (рис.1):
Рис. 1. Режим работы генератора
Эти данные необходимы для того, чтобы получить полный прогрев без ущерба технологическому процессу и разницы температуры колбы и отхода. Ясно и понятно, что при увеличении температуры объекта, получается больше испарений, однако это число неможет бытьчрезмерно большим,поскольку в этомслучаевозникает процессбитумизации (245°С) и сам процесс оказывается неконтролируемым, вследствие крайне высокой температуры паров и недостаточно низкой температуры охлаждающей камеры. Оптимальной нами считается следующая методика: разогрев происходит в три этапа. В первом происходит прогрев до температуры 50-60°С. Во втором этапе прогрев до 110°С и в третьем до 146°С, в этапах для которых характерно превышение температуры из указанного диапазона, применяется уменьшение мощности, указанное в техническом регламенте.В случае низкой температуры медленного измененияпоказателя, напротив – увеличение мощности генератора. Тем самым достигается оптимальное режим прогрева и контролируемый процесс облучения. Выбрав оптимальный режим прогрева, помещаем нефтешлам в колбу (4) рис.2.На рисунке 2, показана структурная схема лабораторной установки. Общая длина установки составляет– 1,14 метра.[5]
Рис. 2. Структурная схема лабораторной установки:
1 — СВЧ генератор;2–соединительный волновод;
3- резонаторная камера(реактор);4 — круглодонная колба;
5 — насадка Вюрца;6-конденсатор-холодильник(обратный);
7,8-датчики температуры на решетки Брэгга;
9 –аллонж;10–приемник,
11–компьютер; 12 – охлаждающий поток воды.
Технические характеристики СВЧ генератора: потребляет переменный ток напряжением 220В и частотой 2450 МГц, с максимальной выходной мощностью 700 Вт. Размеры рабочей камеры генератора: 220х250х400мм.
Для сбора полученных нефтепродуктов используются специализированные емкостные шприцы.
Следует отметить и то, что продукт на выходе состоит из водно-иловой суспензии, легких и тяжелых фракций изамазученного остатка. Способ обработки нефтешлама заключается в его подогреве, изотермическому разделению т.е. разделению на твердую, водную и нефтепродуктовую фазы СВЧ энергией, нагретым до температуры 60-200°С. Далее выходной продукт попадает в отстойник(круглодонную колбу, изготовленную из кварцевого стекла, пропускающего энергию СВЧ излучения), после чего используются специализированные емкостные шприцы для отбора готового продукта, а замазученные механические примеси и водно-иловую суспензию обрабатывают в аппарате-культиваторе микроорганизмами и грибной микрофлорой с получением тяжелых металлов, песка и глины для использования в промышленности.[4]Изобретение высокоэффективно при обработки нефтешлама, имеет низкие затраты на переработку нефтяных отходов, и исключает из процесса использование дорогостоящих реагентов и технологий, а также обеспечивает экологическую чистоту.
Список литературы.
- А.В. Лыков Теория теплопроводности. М., Высшая школа, 1962. -591с.
- Р. З. Миннигалимов. Разработка технологии переработки нефтяных шламов с применением энергии ВЧ и СВЧ электромагнитных полей: диссертация на соискание доктора технических наук, Уфа, 2011.
- Министерство Природных Ресурсов и Экологии Российской Федерации [Электронный ресурс] : «На сегодняшний день выявлено почти 77 тыс. мест незаконного складирования отходов, вред почвам от этого превысил 7 млрд рублей» ; Ин-т «Пресс-служба Минприроды России». М., 2014. URL: https://www.mnr.gov.ru/news/detail.php?ID=134377&sphrase_id=536093 (дата обращения: 16.05.2014)
- Способ обработки нефтешлама : пат. 2 396219 С1 Рос. Федерация. № 2008147031/15; заявл. 28.11.08 ; опубл. 10.08.10, Бюл. №22. 9 с.
- A. Vedenkin, R.E. Samoshin, O.Yu. Zuev Laboratory complex for processing of oily waste using microwave thechnology in a Proceedings of X Anniversary International Conference on Antenna Theory and Techniques, April 21 – 24, 2015 year – Kharkiv: — Kharkiv, Ukraine: Publishing house of Ukrainian National Antenna Association, 2015. – P. 396-398.[schema type=»book» name=»ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕФТЕШЛАМАИ ЕГО ПЕРЕРАБОТКА» description=»В данной работе показаны численные и экспериментальные данные, метод очищения земли более экологическим способом и экономичностьустановки переработки. Полученный выходной продукт — углеводородное сырье состоит из легких и тяжелых фракций нефти. Особенностью данных исследований заключается в том, что в настоящее время для решения проблемы инженерной защиты окружающей среды, применение СВЧ энергии является одной из выгодных видов энергии переработки нефтешлама по расчетам затрат и эксплуатации.» author=»Зуев Олег Юрьевич, Кешишев Анатолий Сергеевич, Шабров Игорь Сергеевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-15″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.05.2015_05(14)» ebook=»yes» ]