СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ Российский патент 2023 года по МПК E01C7/00 C08J11/00 B09B3/00 E21B21/01 

Область техники.

Изобретение относится к области дорожного строительства, утилизации отходов нефтяной промышленности в части разработки схемы по предварительной технологической подготовке твердого нефтяного шлама - нефтегрунта для обеспечения его однородности по составу и свойствам, предназначено для использования при строительстве автомобильных дорог в качестве компонента в слоях дорожных одежд. Изобретение реализует государственную политику в области обращения с производственными отходами по утилизации отходов для выполнения работ в дорожном строительстве.

Уровень техники.

Проблема утилизации, обезвреживания и переработки отходов нефтяной промышленности - нефтяных шламов является чрезвычайно актуальной как в экологическом аспекте, так и в использовании отходов в качестве вторичного сырья, с целью извлечения из них ценных углеводородных компонентов и получении полезных материалов в различных областях, в том числе дорожном строительстве. Известны многие способы утилизации и переработки нефтяных шламов, это и термические способы, химические, химико-физические способы, биологические способы.

Известен способ переработки нефтяных шламов (патент RU 2266258 С1, заявл. 15.03.2004, опубл. 20.12.200,5 Бюл. №35), включающий загрузку рабочего агента, содержащего оксид кальция и нефтесодержащего шлама, интенсивное перемешивание с последующим введением жидкости, реагирующей с рабочим агентом, выгрузку или извлечение полученного гранулированного продукта.

Нефтесодержащий шлам предварительно обрабатывают до получения равномерной по составу и вязкости смеси путем его перемешивания, разогрева и введения органического разжижителя, загрузку рабочего агента осуществляют двумя равными порциями, причем первую - до загрузки обработанного нефтешлама, а вторую - одновременно с ним, затем вводят жидкость, нагретую до 60-70°С, в количестве, определяемом по результату анализа пробы обработанного нефтяного шлама. Перемешивание компонентов ведут в смесителе при скорости вращения 100-150 об/мин в течение 15-20 мин.

Основным недостатком способа являются значительные энергозатраты и себестоимость переработки отходов.

Известен способ переработки нефтесодержащих отходов (шламов), включающий предварительное обезвоживание шлама с помощью механического измельчителя с последующей термической обработкой при температуре 300-400°С во вращающемся трубчатом смесителе путем смешения обезвоженного «холодного» нефтешлама с щебнем (гравием) в массовом соотношении 1:2 или 1:3, предварительно нагретым во вращающейся барабанной печи, а для поддержания температуры термообработки в вращающемся смесителе в заданных пределах в него на выход подают дымовые газы с печей нагрева щебня (гравия) (Патент РФ №2156750, опубл. 27.09.2000).

Основным недостатком способа являются также большие энергозатраты на термическую обработку нефтешлама и щебня (гравия). Кроме того, в указанном способе нефтешламы используются в качестве связующего для дорожного покрытия или насыпей, поэтому требуются дополнительные операции подготовки полученного продукта.

Известна «Поточная линия» (Установка, комплекс оборудования) по переработке и обезвреживанию нефтесодержащих отходов ("Технология переработки и утилизации нефтемаслоотходов" // Технология и оборудование для переработки и утилизации нефтесодержащих отходов и нефтешламов: Современные Российские технологии. (Серия информационно-справочных сборников. Том 2) Ярославль: 2003, с. 107-110).

Обезвреживание и переработку нефтесодержащих отходов осуществляют следующим образом. Исходные пастообразные нефтемаслоотходы нефтешламы, загрязненные нефтью, маслом "замазученные" грунты доставляются на пункт переработки и утилизации нефтеотходов автотранспортом (самосвалами) и выгружаются в специальные приемные емкости - хранилища отходов. В другие хранилища (расходуемые емкости) выгружается (перегружается из самосвалов) негашеная известь. Для обеспечения обезвреживания нефтеотходов сначала из хранилища (емкости) с помощью грейфера в бункер-дозатор подают негашеную известь, затем скиповым подъемником загружается в приемный бункер смесителя и шнеком распределяется по всей длине смесителя. После этого аналогичным путем ведут загрузку в смеситель пастообразных нефтеотходов; жидкие нефтесодержащие отходы закачивают в смеситель насосом-дозатором. В смеситель также загружают специальный препарат "Эконафт", состоящий из двух компонентов: негашеной извести (до 95%) и модификатора (до 5%)т в качестве которого используют полный эфир глицерина и высших жирных кислот - триглицерид. Назначение этого модификатора - придание гидрофобизирующих свойств получаемому продукту.

После перемешивания нефтешламов с негашеной известью и модификатором в смеситель подают воду. По окончании процесса порошок "ПУН" перегружают в самосвалы и отправляют потребителям, которые используют этот порошок в качестве одного из компонентов для производства асфальтобетонных смесей, для ремонта автодорог, для изготовления строительных материалов и изделий из них.

Основным недостатком этого способа переработки нефтесодержащих отходов является ограниченность его применения, т.к. велика вероятность снижения качества получаемого продукта в связи с недопалом извести и нехваткой ее для образования гидрофобных и прочих гранул, а для повышения гидрофобности и прочности гранул окись кальция берется в избытке и для ее гашения требуется дополнительное количество жидкости, что значительно уменьшает экономическую эффективность процесса переработки нефтеотходов.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка технологии утилизации нефтяной промышленности в дорожном строительстве, которая позволяет сделать цикл утилизации нефтяных отходов полностью завершенным; исключить образование повторных отходов, что в свою очередь способствует улучшению экологического состояния окружающей природной среды в районах добычи и переработки нефти и является неотъемлемой частью экономии материальных ресурсов и рационального природопользования. Имеет следующие преимущества:

- простота реализации способа утилизации твердых нефтяных шламов

- обеспечивается непрерывный процесс утилизации шламов;

- позволяет экономить природные ресурсы, то есть технология является ресурсосберегающей;

- повышение качества продукта за счет отсеивания посторонних примесей;

- является безопасной для обслуживающего персонала.

Технология утилизации отходов нефтяной промышленности в дорожном строительстве, включающая доставку нефтяного шлама из пруда-накопителя погрузчиком на площадку подготовки и складирования, естественное подсушивание извлеченного шлама при необходимости, подачу шлама на установку по предварительной подготовке, включающую бункер с загрузочной решеткой ячейками 50 мм, сбоку которого находится люк для удаления твердых включений, поступление шлама на обработку горизонтально расположенным лопастным перемешивающим и измельчающим шнеком по всей длине смесителя при скорости вращения 100-150 об/мин в течении 1-3 мин, обеспечивающим выход гомогенизированного по составу и влажности нефтяного шлама, передачу шлама на ленточный конвейер для транспортирования на место производства работ, осуществление контроля соответствия подготовленного шлама по гранулометрическому составу, плотности, массовой доле нефтепродуктов, механических примесей и воды, соответствия предельной удельной эффективной активности естественных радионуклидов, приготовление органоминеральной смеси следующего состава: щебень - 70%, подготовленный нефтяной шлам - 30%, портландцемент 6% сверх 100% масс., вода до 8% сверх 100% масс. с учетом влажности нефтяного шлама и щебня методом «смешения на дороге» с ведущим механизмом ресайклером, уплотнение органоминеральной смеси комбинированными катками при 8 проходах по одному следу с перекрытием следа на 1/3 ширины вальца со скоростью 1,5-2 км/час, уход за уложенной смесью розливом битума с расходом 0,8 л/м² для устройства слоев основания автомобильных дорог, а также морозозащитных, водонепроницаемых слоев и обочин автомобильных дорог.

Раскрытие изобретения.

Целью патентируемого изобретения является создание экологичной и эффективной технологии. Техническим результатом данного изобретения является - снижение уровня негативного воздействия образующихся нефтяных отходов на окружающую среду и экономии материальных ресурсов. На основе исследований и отработки технологических параметров приготовления и использования материалов по назначению разработана технологическая схема по предварительной подготовке твердого нефтяного шлама - нефтегрунта для обеспечения его однородности по составу и свойствам. Подготовленный нефтяной шлам представляет собой однородный по цвету, составу, влажности материал, который по физико-химическим показателям должен соответствовать требованиям и нормам, приведенным в таблице 1.

Для проверки соответствия подготовленного твердого нефтяного шлама требованиям предприятие - изготовитель проводит следующие физико-химические испытания:

Контроль соответствия подготовленного нефтяного шлама на зерновой (гранулометрический) состав проводят по ГОСТ 12536.

Контроль соответствия плотности определяется согласно ГОСТ 5180.

Контроль соответствия массовой Доли нефти (нефтепродуктов) по ГОСТ Р 54039.

Контроль соответствия массовой доли механических примесей определяется по ГОСТ 6370.

Контроль соответствия массовой доли воды (суммарная влажность) определятся по ГОСТ 5180.

Контроль соответствия предельной удельной эффективной активности естественных радионуклидов определяется по ГОСТ 30108.

Отбор проб продукции проводится в соответствии с ГОСТ 28168 и ГОСТ 17.4.3.01. Отбирается не менее 12 точечных проб массой не менее 1 кг.

Подготовленный твердый нефтяной шлам транспортируется к месту производства работ по устройству слоев дорожной одежды в качестве компонента органоминеральной смеси следующего состава: щебень - 70%, подготовленный твердый нефтяной шлам - 30% с обработкой портландцементом в количестве 6% сверх 100% масс., вода до 8% сверх 100% масс. с учетом влажности нефтяного шлама и щебня. Для получения однородной дорожно-строительной органоминеральной смеси, характеристики которой в значительной степени зависят от дозировки нефтяного шлама и его состава необходимо добиться равномерного распределения составляющих нефтяного шлама. Результаты экспериментальных исследований дорожно-строительных материалов на основе твердого нефтяного шлама определили соответствие их показателей нормативным значениям ГОСТ 30491 «Смеси органоминеральные и грунты, укрепленные органическими и комплексными вяжущими, для дорожного и аэродромного строительства» (таблица 2).

Результаты измерений образцов разработанного дорожно-строительного материала на основе твердого нефтяного шлама по значению суммарной удельной эффективной активности естественных радионуклидов были получены на Бета-гамма спектрометрическом комплексе Прогресс с альфа радиометром и относятся к 1 классу безопасных материалов (до 370 Бк/кг), соответствуя нормативным требованиям.

Краткое описание чертежей.

Технологическая схема следующая: доставка нефтяного шлама из пруда-накопителя (1) погрузчиком (2) на площадку подготовки и складирования (3), естественное подсушивание извлеченного шлама при необходимости, подача шлама на установку по предварительной подготовке (4), включающую бункер с загрузочной решеткой (5) ячейками 50 мм, сбоку которого находится люк (6) для удаления твердых включений, поступление шлама на обработку горизонтально расположенным лопастным перемешивающим и измельчающим шнеком (7) по всей длине смесителя при скорости вращения 100-150 об/мин в течение 1-3 мин, обеспечивающим выход гомогенизированного по составу и влажности нефтяного шлама, передача шлама на ленточный конвейер (8) для транспортирования на место производства работ автосамосвалом (9) или погрузчиком в штабель на площадку подготовки и складирования, осуществление контроля соответствия подготовленного шлама по гранулометрическому составу, плотности, массовой доле нефтепродуктов, механических примесей и воды, соответствия предельной удельной эффективной активности естественных радионуклидов.

Осуществление изобретения.

Предварительная подготовка твердого нефтяного шлама заключается в том, что из приемного бункера с загрузочной решеткой ячейками 50 мм, сбоку которого находится люк для удаления твердых включений, поступление шлама на обработку горизонтально расположенным лопастным перемешивающим и измельчающим шнеком по всей длине смесителя при скорости вращения 100-150 об/мин в течении 1-3 мин, обеспечивающим выход гомогенизированного по составу и влажности нефтяного шлама, передача шлама на ленточный конвейер для транспортирования на место производства работ автосамосвалом или погрузчиком в штабель на площадку подготовки и складирования, осуществление контроля соответствия подготовленного шлама по гранулометрическому составу, плотности, массовой доле нефтепродуктов, механических примесей и воды, соответствия предельной удельной эффективной активности естественных радионуклидов.

Полученный подготовленный твердый нефтяной шлам транспортируется к месту производства работ в качестве компонента органоминеральной смеси следующего состава: щебень - 70%, подготовленный нефтяной шлам - 30%, портландцемент 6% сверх 100% масс., вода до 8% сверх 100% масс. с учетом влажности нефтяного шлама методом «смешения на дороге» с ведущим механизмом ресайклером, уплотнение органоминеральной смеси комбинированными катками при 8 проходах по одному следу с перекрытием следа на 1/3 ширины вальца со скоростью 1,5-2 км/час, уход за уложенной смесью розливом битума с расходом 0,8 л/м² для устройства слоев основания автомобильных дорог, а также морозозащитных, водонепроницаемых слоев.

Опытно-производственное внедрение технологии утилизации отходов нефтяной промышленности осуществлено при строительстве экспериментальных участков на автомобильных дорогах Республики Татарстан в Альметьевском и Азнакаевском районах. Технология производства работ следующая: подвоз щебня и подготовленного нефтяного шлама осуществляли самосвалами. Распределение и планировку дорожно-строительных материалов производили автогрейдером. Подвоз и розлив воды осуществляли поливомоечной машиной. Подвоз и распределение вяжущего - портландцемента осуществлял цементораспределитель. Перемешивание всех материалов производили ресайклером. Уплотнение смеси производили комбинированными катками при 8 проходах по одному следу с перекрытием следа на 1/3 ширины вальца со скоростью 1,5-2 км/час. После уплотнения произвели контрольные замеры ровности, уклонов и высотных отметок. Уход за уложенным слоем осуществлялся розливом битума с расходом 0,8 л/м².

Эксплуатация и мониторинг экспериментальных участков опытного строительства осуществлялся с последующим исследование образцов вырубок материала согласно нормативных требований. Исследование образцов показало, что дорожная одежда с использованием подготовленного твердого нефтяного шлама полностью соответствует требованием нормативных документов, действующих в дорожном строительстве.

Предложенная технология строительства автомобильных дорог позволяет сделать цикл утилизации отходов нефтяной промышленности полностью завершенным и исключить образование повторных отходов, что в свою очередь способствует улучшению экологического состояния окружающей природной среды в районах добычи и переработки нефти. Применение нефтяных шламов как вторичного сырья для дорожного строительства в современных условиях является неотъемлемой частью экономии материальных ресурсов и рационального природопользования.

Изобретение относится к области дорожного строительства, утилизации отходов нефтяной промышленности. При осуществлении способа доставляют нефтяной шлам из пруда-накопителя погрузчиком на площадку подготовки и складирования, подсушивают при необходимости, подают шлам на установку по предварительной подготовке, включающей бункер с загрузочной решеткой ячейками 50 мм, сбоку которого находится люк для удаления твердых включений, подают шлам на обработку горизонтально расположенным лопастным перемешивающим и измельчающим шнеком по всей длине смесителя при скорости вращения 100-150 об/мин в течение 1-3 мин, обеспечивающим выход гомогенизированного по составу и влажности нефтяного шлама, передают шлам на ленточный конвейер для транспортирования на место производства работ, осуществляют контроль соответствия подготовленного шлама по гранулометрическому составу, плотности, массовой доле нефтепродуктов, механических примесей и воды, соответствия предельной удельной эффективной активности естественных радионуклидов. Подготовленный шлам транспортируют к месту производства работ в качестве компонента органоминеральной смеси следующего состава: щебень - 70 мас. %, подготовленный нефтяной шлам - 30 мас. %, портландцемент 6 мас. % сверх 100%, вода до 8 мас. % сверх 100% с учетом влажности нефтяного шлама методом «смешения на дороге» с ведущим механизмом ресайклером. Уплотняют органоминеральную смесь комбинированными катками, осуществляют уход за уложенной смесью розливом битума. Снижается уровень негативного воздействия образующихся нефтяных отходов на окружающую среду, упрощается технология, исключается образование повторных отходов. 1 ил., 2 табл.

Способ утилизации отходов нефтяной промышленности в дорожном строительстве, включающий доставку нефтяного шлама из пруда-накопителя погрузчиком на площадку подготовки и складирования, подачу шлама на установку по предварительной подготовке, включающую бункер с загрузочной решеткой ячейками 50 мм, сбоку которого находится люк для удаления твердых включений, поступление шлама на обработку лопастным перемешивающим и измельчающим шнеком, горизонтально расположенным по всей длине смесителя, при скорости вращения 100-150 об/мин в течение 1-3 мин, обеспечивающим выход гомогенизированного нефтяного шлама, передачу шлама на ленточный конвейер для транспортирования на место производства работ, осуществление контроля соответствия по заданным значениям гранулометрического состава, плотности, массовой доле нефтепродуктов, механических примесей и воды, предельной удельной эффективной активности естественных радионуклидов подготовленного нефтяного шлама, приготовление органоминеральной смеси следующего состава: щебень – 70 мас. %, подготовленный нефтяной шлам – 30 мас. %, портландцемент 6 мас. % сверх 100%, вода до 8 мас. % сверх 100% с учетом влажности нефтяного шлама и щебня методом «смешения на дороге» ведущим механизмом ресайклером, уплотнение органоминеральной смеси комбинированными катками при 8 проходах по одному следу с перекрытием следа на 1/3 ширины вальца со скоростью 1,5-2 км/ч, уход за уложенной смесью розливом битума с расходом 0,8 л/м² для устройства слоев основания автомобильных дорог, а также морозозащитных, водонепроницаемых слоев и обочин автомобильных дорог.