Переработка твердых нефтешламов — углеводородных продуктов (нефтесодержащих) основана на облучении загрязненной нефтью земли СВЧ энергией в результате чего легкие фракции освобождаются с водонефтяной эмульсией. Суть этого метода заключается в задании линейно увеличивающейся температуры с помощью постоянной мощности работы магнетрона в интервалы времени(увеличения длительности импульсов работы магнетрона) и времени на каждый этап, впоследствии, после чего длительность импульса снова увеличивалась и это значение оставалось неизменным во втором интервале времени, таких этапов шесть, и главных из них три. Объединенная фракция разлагается и на выходе установки мы получаем воду и легкие фракции нефти.
Рис. 1 – Лабораторный микроволновый комплекс, 3Dобзор
Применение растворителей такие как вода и керосин, позволяет вытравливать в жидкую фазу нефтепродуктовую составляющею нефти и чем выше температура тем больше реакция замещения. Проникающая внутрь нефтешлама микроволновая СВЧ энергия связывает между собой диполные молекулы воды, нагревая компоненты углеводородов отделяет их от земли, тем самым уменьшая её загрязнение. Данная процедура в простонародье называется перегонкой. Перегонка является одним из наиболее распространенных методов разделения однородных смесей, состоящих из двух или большего числа компонентов. Разогревая нефтешлам происходит изотермическая реакция замещения, в результате чего осуществляется замена одного атома или группы атомов в исходной молекуле (субстрате) на другие атомы или группы атомов. Повышая температуру, атомы углеводородов высвобождаются и на выходе мы получаем углеводородное сырье.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 при котором скорость нагрева осуществляется в пределах 7-10°С/мин[6] .
Это необходимо 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 быть чрезмерно большим, поскольку в этом случае возникает процесс битумизации (245°С) рисунок 2, и сам процесс оказывается неконтролируемым, вследствие крайне высокой температуры паров и недостаточно низкой температуры охлаждающей камеры.
Рис. 3 — Битумизация
Оптимальной нами считается следующая методика: разогрев происходит в три этапа. В первом происходит прогрев до температуры 50-60°С. Во втором этапе прoгрев до 110°С и в третьем до 146°С, в этапах для которых характерно превышение температуры из указанного диапазона, применяется уменьшение мoщности, указанное в техническoм регламенте. В случае низкой температуры медленного изменения пoказателя, напрoтив – увеличение мощности генератора. Тем самым достигается оптимальное режим прoгрева и контролируемый процесс oблучения. Выбрав оптимальный режим прoгрева, помещаем нефтешлам в круглодонную колбу смотрите рисунок 1.
Следует отметить и то, что продукт на выходе состоит из водно-иловой суспензии, легких и тяжелых фракций и замазученного 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 [5]. 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.
Эксперимент №1, количество повторов 3.
Дано: масса нефтешлама 100гр.
Рис. 4 — Исходный нефтешлам
Масса растворителя – воды 62гр.(20мл.)
Частота генератора 2450 ± 50 МГц
Максимальная мощность СВЧ сигнала 700 Вт
Проведя ряд опытов было установлено что при добавлении на 100гр. нефтешлама воды более чем 20мл. ведет к замедлению опыта, приемлемый объем воды составляет от 10-20мл..
Порядок эксперимента:
Табл. 1 – Значение мощности магнетрона
| Номер эксперимента | Р(мощность),% | t(время), сек | T(темпе-ратура),
°C |
Примечание |
| 1. | 30 | 900 | 25 | |
| 2. | 50 | 900 | 34 | |
| 3. | 70 | 900 | 47 | |
| 4. | 70 | 900 | 55 | |
| 5. | 70 | 900 | 60 | |
| 6. | 70 | 900 | 69 | |
| 7. | 70 | 900 | 70 | |
| 8. | 70 | 900 | 75 | |
| 9. | 70 | 900 | 77 | появился слабый дым |
| 10. | 70 | 900 | 80 | |
| 11. | 70 | 900 | 85 |
Результат:
Рис. 5 — Выходной продукт – отстойник(растворитель вода).
Масса нефтешлама 86гр;
Масса приемника(без учета массы колбы, с воднонефтянной эмульсией) – 74гр.(21гр. углеводородного сырья)
На рисунке5 видно что водонефтяная эмульсия и парафины отделены , жидкость прозрачная, углеводородное сырье плотное, комкообразное.
Эксперимент №2, количество повторов 3.
Дано: масса нефтешлама 100гр;
Масса растворителя – керосин 100гр.
Проведя ряд опытов было установлено что для полного выпаривания керосина необходимо держать температуру в реакторе от 75-200°С.
Порядок эксперемента:
Табл. 2 – Значение мощности магнетрона
| Номер эксперимента | Р(мощность),% | t(время), сек | T(темпе-ратура),
°C |
Примечание |
| 1. | 30 | 900 | 25 | |
| 2. | 50 | 900 | 45 | |
| 3. | 70 | 900 | 60 | |
| 4. | 70 | 900 | 80 | |
| 5. | 70 | 900 | 97 | |
| 6. | 70 | 900 | 149 | |
| 7. | 70 | 450 | 196 | белый дым общий |
| 8. | 50 | 900 | 189 | дым отсутствует |
| 9. | 70 | 900 | 200 | белый дым общий |
| 10. | 60 | 900 | 180 | |
| 11. | 70 | 900 | 187 |
Результат:
Рис. 6 — Выходной продукт – отстойник(растворитель керосин).
Масса нефтешлама 73.7гр;
Масса приемника(без учета массы колбы) – 102.4гр. углеводородного сырья.
Рис.7 — Исходный продукт
Вывод: При добавлении воды, проводя 11 этапов переработки, получаем порошкообразную смесь в круглодонной колбе, тот же результат мы получили с использованием керосина, однако использую керосин мы молучаем углеводородное сырье с массой 102,4 гр., а и использованием воды 12 гр.
В данной работе исследовалось влияние температуры обработки на изменение реологических свойств образцов нефтяного шлама, были выявленные точки максимума и минимума и предложены соответствующая методика, при обработке электромагнитными полями СВЧ диапазона.
Список литературы.
- Зуев О. Ю. Исследование процессов переработки твердого нефтешлама с применением растворителей: бакалаврская работа, Казань, 2015.
- Зоркин Е.М. Способ обработки нефтешлама : пат. 2 396219 С1 Рос. Федерация. № 2008147031/15; заявл. 28.11.08 ; опубл. 10.08.10, Бюл. №22. 9 с.
- 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)
- Миннигалимов Р. З. Разработка технологии переработки нефтяных шламов с применением энергии ВЧ и СВЧ электромагнитных полей: диссертация на соискание доктора технических наук, Уфа, 2011.
- 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.
- A. Vedenkin, R.E. Samoshin, O.Yu. Zuev Treatment of oil sludge using microwave energy 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. 399-401.[schema type=»book» name=»ПЕРЕРАБОТКА НЕФТЕШЛАМОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВОДЫ И КЕРОСИНА» description=»Представлены результаты численных и экспериментальных исследований обработанного нефтешлама с применением растворителя вода и керосин, получена очищенная земля и дистиллированная вода. Особенностью данных исследований заключается в том, что в настоящее время для решения проблемы инженерной защиты окружающей среды, применение СВЧ энергии является одной из выгодных по расчетам затрат и эксплуатации.» author=»Каримов Айрат Габдулхамитович, Курангышев Анрей Вячеславович, Шабров Игорь Сергеевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-02-24″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_25.07.15_07(16)» ebook=»yes» ]