Способ и продукт совместной переработки нефтешлама и/или кислого гудрона и бумажного скопа Российский патент 2020 года по МПК B09B3/00 C04B20/00 

Изобретение относится к области природоохранных технологий и переработки различных отходов в полезный продукт и может быть использовано как для переработки нефтяных шламов и/или кислых гудронов, так и отходов бумажного производства, вторичного бумажного сырья, пылевидных отходов лесопереработки, известковой, известняковой, диатомитовой, иной пыли с получением на выходе товарной продукции, которую можно использовать к качестве легко транспортируемого строительного материала.

Нефтяные шламы (далее - нефтешламы), образующиеся при добыче нефти и транспортировке нефтяной продукции, являются одними из самых известных источников загрязнения окружающей среды, причем их образуется ежегодно сотни тысяч тонн.

Наиболее известным-способом переработки нефтешламов является их ! сжигание, приводящее к отрицательным последствиям - от выбросов вредных; газов до низкой экономичности метода. Наличие в нефтешламах многочисленных примесей, а также воды, приводит к таким последствиям.

Кислые гудроны - один из основных отходов нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Они образуются при очистке смазочных и медицинских масел, светлых нефтепродуктов, флотоагентов и сульфатных присадок.

Известны различные способы переработки нефтешламов и кислых гудронов. Например, известен патент РФ №2502783 «Способ термохимической переработки нефтяных шламов или кислых гудронов в смесях с твердым природным топливом для получения жидких продуктов и твердых остатков». Способ заключается в том, что измельченное природное топливо в смеси с нефтешламами или кислыми гудронами, взятые в соотношении от 1:1 до 5:1 по массе, подвергают термической обработке при температурах предпочтительно 450-500°С в реакторе барабанного типа с внешним обогревом газовым теплоносителем. При этом получаются горючие газообразные продукты, жидкие продукты и твердые коксозольные остатки. Горючий газообразный продукт направляют на сжигание, а дымовые газы сжигания газообразных продуктов термокрекинга сырьевой смеси используют для обогрева реактора барабанного типа. Недостатком данного способа является то, что переработка нефтешламов или кислых гудронов ведется термической обработкой при высокой температуре. При этом расходуется большое количество электроэнергии и твердого топлива, а также происходит значительное выделение в атмосферу вредных веществ, что отрицательного сказывается на экологии.

Другие методы утилизации нефтешламов или кислых гудронов требуют также значительных инвестиий в специализированное оборудование для переработки или значительного увеличения сроков утилизации на полигонах.

Еще одним широко известным отходом является бумажный скоп вторичный (и первичный), а также его аналог древесная пыль, которые образуются ежегодно в сопоставимых с нефтяными шламами количествах в РФ. Бумажный скоп - это масса, собираемая из отходящих вод бумагоделательной машины. Она состоит, в основном, из целлюлозных волокон, глины, различных органических и неорганических примесей. Скоп относится к V классу опасности. Бумажный скоп и древесная пыль накапливаются увлажненными, что препятствует их сжиганию, которое оказывается низкорентабельным. Эти виды отходов подвержены гниению, что делает их малопривлекательными для переработки. До настоящего времени скоп практически не используется, вывоз его в отвалы требует значительных затрат. Отвалы занимают большие площади, зачастую пригодные для земледелия, загрязняют и прилегающие участки химически агрессивными стоками. Другие способы переработки скопа требуют значительных капитальных вложений.

Например, известен ряд патентов на способы биотехнологической переработки отходов целлюлозно-бумажной промышленности.

В патенте РФ №2562526 описываются способы биотехнологической переработки твердых отходов целлюлозно-бумажной промышленности для получения биогумуса, которые включают:

1. Стадию обработки грибами, заключающуюся в том, что в твердые отходы целлюлозно- бумажной промышленности вносят грибной инокулянт базидиальных грибов белой гнили из расчета 0,8-1,1 л на 10 кг отходов или зерновой мицелий грибов белой гнили из расчета 300-350 г на 6-8 кг отходов и проводят твердофазное культивирование в течение 45-65 дней при температуре 18-28°С или в течение 15 дней при температуре 10-15°С, а в следующие 40-45 дней - при температуре 18-28°С;

2. Стадию вермипереработки, заключающуюся в том, что субстрат, полученный на стадии а) увлажняют до 65-80%, затем на 10 кг или на 6-8 кг указанного субстрата вносят 1300-2500 особей или 200 шт. половозрелых красных калифорнийских червей Eisenia andrei, после чего в течение 42-47 дней поддерживают указанную влажность, при этом субстрат содержат при температуре 12-34°С;

3. Стадию подготовки биогумуса, заключающуюся в том, что осуществляют отделение червей от увлажненного биогумуса, полученного на стадии 2, затем биогумус просушивают до влажности 50-65%.

Как видно из описания способа, на него требуются большие затраты и значительное время.

Наиболее рациональными способами переработки вышеперечисленных отходов являются совместные способы переработки отходов, получаемых в результате технологических процессов, проводимых при производстве продуктов разных отраслей промышленности. Например, известен ряд патентов по совместной переработке нефтяных шламов и других органических отходов с получением полезной продукции.

Например, известен патент РФ 2100414. В известном способе получения брикетированного топлива, включающем дозирование и смешение органических топлив с отходами переработки нефти, экструдирование смеси в шнековом прессе через коническую формующую насадку с выходным цилиндрическим каналом и последующую сушку. Смесь со шнека продавливают под давлением 0,2-0,6 МПа в коническую насадку с углом конусности 60-65°, нагретую до температуры 120-150°С. В качестве органических топлив используют торф, древесные отходы, помет, навоз, сланцы и в качестве отходов переработки нефти - нефтешлам, битумные отходы. Но данный способ невозможно использовать для утилизации бумажного скопа, поскольку он является малогорючим, и его переработка в брикетированное топливо невозможна.

Известен также патент РФ 2320427 «Способ утилизации нефтешламов и лузги рисовой шелухи». Способ включает в себя смешивание нефтешлама и лузги рисовой шелухи в объеме максимальной концентрации последней. Технический результат заключается в использовании полученного полуфабриката при дальнейшей переработе в низкокалорийное топливо, высокоактивные добавки в производстве строительных материалов, в гидрофобное покрытие для дорожного строительства.

Данный способ, как наиболее близкий по совокупности существенных признаков к предлагаемому техническому решению, принят авторами за прототип. В известном способе объединены различные виды отходов, накапливаемые в большом количестве в разных регионах России, для переработки их в полезную продукцию наиболее простым способом, а именно, смешиванием. Но данный способ не предусматривает переработку бумажного скопа, который в силу своей специфики, требует разработки специального технологического процесса переработки.

Таким образом, в настоящий момент отсутствуют способы совместной переработки нефтешламов или кислых гудронов с бумажным скопом. Предлагаемое изобретение направлено на решение данной технической проблемы. А именно, на разработку дешевого и экологичного способа совместной переработки нефтешламов или кислых гудронов с бумажным скопом с получением полезного продукта.

Техническим результатом является расширение арсенала средств по совместной переработке отходов нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности и целлюлозно-бумажной с получением полезного продукта.

Технический результат достигается за счет того, что в способе совместной переработки нефтешламов и/или кислых гудронов с бумажным скопом до получения полезного продукта, включающем их смешивание, предлагается нефтешламы и/или кислые гудроны и бумажный скоп брать в соотношении 1:1. Смешивание рекомендуется проводить сначала в смесителе до пастообразного состояния, а затем в грануляторе с удалением лишней воды. Для эффективного гранулирования следует добавлять минеральные пылевидные отходы до 10-20% от массы смеси, затем гранулировать и полученные гранулы подсушивать.

Дополнительными отличиями данного способа являются:

в качестве минеральных пылевидных отходов предлагается использовать известковую пыль;

- в качестве минеральных пылевидных отходов предлагается также использовать известковую пыль совместно с цементом в соотношении масс % смеси пылевидных минеральных отходов:

известковая пыль - 30-95%

цемент - 5-20%;

- при использовании цемента предлагается также добавлять 0,5-2,0% от массы смеси минеральных пылевидных отходов натриевого жидкого стекла;

- подсушивание осуществлять, например, под воздействием СВЧ излучения.

Технический результат достигается также за счет того, что полезный продукт, полученный по предлагаемому способу в виде гранул может использоваться в дорожном, железнодорожном и гражданском строительстве в качестве наполнителей. Предпочтительными являются гранулы диаметром 3 мм.

На фиг. 1 приведена фотография бумажного скопа в естественом состоянии.

На фиг. 2 приведена фотография бумажного скопа, гранулированного с нефтяным шламом и с кислым гудроном.

Способ производства гранул из отходов нефтяного шлама и/или кислого гудрона и бумажного скопа осуществляется следующим образом.

Берется примерно одинаковое по весу количество нефтяного шлама и/или кислого гудрона и бумажного скопа и помещается в смеситель, в котором смесь смешивается до пастообразного состояния. Затем помещается в гранулятор окатывания, например, барабанного типа, в котором гранулируется с удалением лишней воды. Если продукт слишком жидкий, то подсушивается до удаления лишней воды, добавляется известковая пыль до 10-20% от объема смеси и гранулируется, либо в том же барабане, либо в отдельном пеллетайзере (грануляторе). Затем продукт окончательно подсушивается до состояния сыпучести и нормируемого содержания влаги и фасуется. Подсушивание продукта легко реализуется, например, при помощи СВЧ сушилки, например, проходного конвеерного типа. Подобные установки используются для качественной сушки дерева и в пищевой промышленности. При СВЧ сушке осуществляется дополнительная стерилизация продукта. Возможно замена полная, или частичная известковой пыли цементом, в этом случае для ускорения отверждения добавляется 0,5-2.0% натриевого жидкого стекла.

Точная рецептура зависит от физических и химических свойств входящего сырья (отходов) и условий дальнейшего использования полученного продукта в различных областях строительства; граждансткого, автомобильных дорог, железных дорог, трамвайного полотна, метрополитена,

Например, для использования в дорожном строительстве может применяться следующий состав:

Пример 1

Нефтяной шлам и/или кислый гудрон - 38-52%

Бумажный скоп - 38-52%

известковая пыль - 10-20%

Для гражданского строительства

Пример 2

Нефтяной шлам и/или кислый гудрон - 38-52%

Бумажный скоп - 38-52%

известковая пыль - 10-20%

цемент - 0,2-2,0%

натриевого жидкого стекла -0,5-2,0%

Точная рецептура зависит от химического состава, физического состояния, входящего сырья (отходов) и дальнейшего использования, применения полученного продукта: 1) Автомобильные дороги, 2) Железнодорожное строительство, 3) Строительство трамвайного полотна, 4) Строительство метрополитена, 5) Гражданское строительство.

Известно, что: «Пески III и IV категорий малопригодны для автодорожного строительства, и требуют оптимизации своего гранулометрического состава за счет добавления чистых мелких песков I категории или внесения других «отощающих» добавок более грубого механического состава, как например, гравия, шлака и др.» см. «Диссертация: «Устойчивость водонасыщенных песков при динамическом воздействии»: Кушнарева Е.С.: 25.00.08, Москва, 2008»

Исходя из приведенного требования предлагается использовать получаемый продукт в дорожном строительстве, вводя гранулы в пески III и IV категорий до 30% по массе.

Выше 40% по массе гранул могут привести к побочным отрицательным эффектам.

Для гражданского строительства можно использовать вышеуказанную смесь песков III и IV категорий с гранулами в качестве песчаной подушки.

При наличии простейшего смесительного оборудования лопастного типа была получена смесь этих материалов (либо с нефтешламами, либо с кислыми гудронами, либо совместно), которая после сушки и гранулирования с добавками пылевидных отходов известняка была превращена в гранулы (аналог пеллет) диаметром 3-5 мм. Далее после дополнительного досушивания в превратились в прочный продукт - гранулят, пригодный для различных строительных целей. Продукт - гранулы, помещенные в мешки аналогично пеллетам, - не разрушался при длительной транспортировке и хранении в течение года. Более длительную сохранность создают ему компоненты нефти и известковая пыль. Водостойкость продукту обеспечило наличие нефтяных масел в нефтещламах или кислых гудронах.

Приготовление продукта должно происходить с помещениях, оснащенных приточно-вытяжной вентиляцией при соблюдении действующих гигиенических нормативов. Готовый продукт используется в различных отраслях промышленности, чаще всего при холодном способе ввода, при этом отсутствуют выбросы вредных эмиссий.

Применение таких материалов может найти в строительстве для гидроизоляции фундаментов зданий, иных сооружений, включая плотины насыпи, дороги, а также как виброгасящего материала при строительстве.

В качестве смесителя используют, например, грануляторы-смесители турболопастные горизонтальные типа ТЛГ производства ООО «Феникс» Нижегородская обл., г. Дзержинск. Они предназначены для получения в непрерывном режиме гранул в виде крупки размером 3,0±1,0 мм

Возможно также применять в качестве грануляторов - грануляторы формования шнековые ФШ той же фирмы. Гранулятор шнековый предназначен для гомогенизирования и гранулирования органических и неорганических веществ для разнообразных нужд промышленности и сельского хозяйства. Гранулятор шнековый обеспечивает непрерывный процесс производства гранул из влажных порошков и веществ пастообразной консистенции. Он позволяет производить гранулированные продукты, отвечающие повышенным требованиям к чистоте состава, форме, размерам, плотности, пористости и т.д. Наиболее востребованы гранулы цилиндрической формы разнообразной длины, диаметр которых находится в диапазоне от 0,8 до 20 миллиметров, а торцы ломаные или плоские. В нашем случае наиболее удобными оказались гранулы диаметром3,0±1,0 мм.

Возможно также применять грануляторы окатывания тарельчатые типа ОТ, той же фирмы, или возможно применение комплекса оборудования для экструзионного формования с применением тур болопастного смесителя, ООО «Феникс» Нижегородская обл., г. Дзержинск.

В качестве СВЧ-сушилки используют, например, установку ЗАО научно-производственного предприятия «Магратеп» (Московская обл., г. Фрязино) для сушки древесины/или для сушки зерна.

Наличие любого оборудования, создающего давление, как прессового, так и иного, например, дорожных катков, позволяет компактировать гранулы до сплошного слоя или изделий, пригодных для дорожных работ, подсыпки фундаментов (в качестве гидроизолирующей подсыпки), или иных применений.

Использование предлагаемого способа позволяет расширить арсенал технологических решений по переработке нефтешламов и или /кислых гудронов с бумажным скопом до получения полезного продукта, который может найти широкое применение в промышленности

Группа изобретений относится к области природоохранных технологий и переработки различных отходов в полезный продукт и может быть использована как для переработки нефтяных шламов и/или кислых гудронов, так и отходов бумажного производства, вторичного бумажного сырья, пылевидных отходов лесопереработки, известковой, известняковой, диатомитовой, иной пыли с получением на выходе товарной продукции, которую можно использовать в качестве строительного материала, легко транспортируемого. При совместной переработке нефтешлама и/или кислого гудрона с бумажным скопом с получением гранулированного строительного наполнителя осуществляют их смешивание. Нефтешлам и/или кислый гудрон и бумажный скоп, взятые в соотношении 1:1 по весу, смешивают сначала в смесителе, а затем в грануляторе окатывания с удалением лишней воды до пастообразного состояния. Добавляют минеральные пылевидные отходы в количестве 10-20% от массы смеси, гранулируют. Полученные гранулы подсушивают. В качестве минеральных пылевидных отходов используют известковую пыль или известковую пыль совместно с цементом. Количество цемента составляет 0,2-2,0 % от массы смеси. Натриевое жидкое стекло добавляют в количестве 0,5-2,0% от массы смеси. Гранулированный строительный наполнитель получен вышеописанным способом и является продуктом совместной переработки нефтешлама и/или кислого гудрона с бумажным скопом, взятых в соотношении 1:1 по весу, содержит минеральные пылевидные отходы – известковую пыль в количестве 10-20% от массы смеси или известковую пыль и цемент в количестве 10-20% от массы смеси с добавлением жидкого стекла в количестве 0,5-2,0% от массы смеси. Техническим результатом является расширение арсенала технических и технологических решений средств по совместной переработке отходов нефтехимической промышленности и целлюлозно-бумажной с получением полезного продукта. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ совместной переработки нефтешлама и/или кислого гудрона с бумажным скопом с получением гранулированного строительного наполнителя, включающий их смешивание, характеризующийся тем, что нефтешлам и/или кислый гудрон и бумажный скоп, взятые в соотношении 1:1 по весу, смешивают сначала в смесителе, а затем в грануляторе окатывания с удалением лишней воды до пастообразного состояния, добавляют минеральные пылевидные отходы в количестве 10-20% от массы смеси, гранулируют, полученные гранулы подсушивают, в качестве минеральных пылевидных отходов используют известковую пыль или известковую пыль совместно с цементом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество цемента составляет 0,2-2,0 % от массы смеси.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что добавляют натриевое жидкое стекло в количестве 0,5-2,0% от массы смеси.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученные гранулы подсушивают под воздействием СВЧ-излучения.

5. Гранулированный строительный наполнитель, являющийся продуктом совместной переработки нефтешлама и/или кислого гудрона с бумажным скопом, взятых в соотношении 1:1 по весу, содержащий минеральные пылевидные отходы – известковую пыль в количестве 10-20% от массы смеси или известковую пыль и цемент в количестве 10-20% от массы смеси с добавлением жидкого стекла в количестве 0,5-2,0% от массы смеси, полученный способом по любому из пп. 1-4.

6. Наполнитель по п. 5, отличающийся тем, что диаметр гранул равен 3±1 мм.