Курсовая работа Переработка органоминеральных шламов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Кафедра ____________

КУРСОВАЯ РАБОТА

 Переработка органоминеральных шламов

Выполнил(а):  студент(ка) ___курса

факультета ____ обучения________.

Шифр: ___________.

Специальность:____________.

Проверил: ______преподаватель

кафедры ______________-2021

 

Введение

Россия относится к числу индустриальных стран с высокой долей таких отраслей промышленности как нефтедобывающая,  нефтеперерабатывающая, металлургическая и машиностроительная. Как правило, эти производства дают многотоннажные объемы отходов с высоким классом опасности, в частности, органоминеральные шламы. Наличие и концентрация предприятий этих отраслей негативно влияет на экологическую ситуацию промышленных регионов и отдельных городов РФ, вызывая загрязнение окружающей природной среды. Характерно, что сложность решения экологических проблем, как правило, пропорциональна промышленному потенциалу предприятия. Этим и объясняется актуальность поисков технологических решений, позволяющих обеспечить обезвреживание и оптимальные варианты утилизации образующихся отходов. Важным является и то, что большинство отходов содержат ценные компоненты, которые могут быть использованы для получения новых продуктов для народного хозяйства.

В промышленно развитых странах политика в сфере использования отходов ориентирована на уменьшение их количества и развитие методов их утилизации, чтобы снизить поток отходов, которые попадают в окружающую среду, обеспечить выполнение природоохранных стандартов, уменьшить негативное влияние на здоровье населения промышленных регионов и городов. Использование отходов в качестве вторичных материальных ресурсов обеспечивает освоение выпуска новых для предприятий товаров для народного хозяйства. Проблема утилизации или ликвидации шламов является актуальной, так как в результате этого могут быть получены полезные для народного хозяйства материалы, энергия, а также обеспечиваются сокращение негативного воздействия отходов производства на окружающую среду.

Цель выполнения курсовой работы – исследовать возможность утилизации и использования органоминеральных шламов с учетом природоохранных требований.

В соответствии с поставленной целью определены задачи работы:

  1. Анализ известных способов переработки ОМШ.
  2. Обоснование и разработка универсального экологически безопасного способа утилизации ОМШ различного состава и срока хранения.
  3. Разработка технологической линии для утилизации ОМШ.

Объект исследования -  шламы нефтедобывающей промышленности, перспективные технологии их утилизации.

Научная новизна работы заключается в разработке способа и технологической установки по переработке ОМШ с использованием экологически приемлемой технологии.

Практическая значимость работы заключается в разработке эффективного способа переработки органоминеральных шламов в продукт, который с успехом может использоваться в получении новых строительных материалов.

 

Глава 1. Источники образования органоминеральных шламов (на примере предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, металлургической и машиностроительной отрасли)

Производственные процессы на преприятиях нефтедобывающей,  нефтеперерабатывающей, металлургической и машиностроительной отраслях сопровождаются многотоннажными объемами отходов с высоким классом опасности, в частности, органоминеральные шламы. Органоминеральные шламы – отходы промышленного производства, а также продукты очистки промышленных стоков нефтедобычи, аналогичные отходы образуются также на предприятиях нефтепереработки, металлургии, машиностроения.

В металлургической промышленности основную массу отходов составляют металлургические шлаки, которые подразделяют на шлаки черной и цветной металлургии. В зависимости от технологического процесса или типа используемых печей шлаки черной металлургии делят на доменные, сталеплавильные (мартеновские, конверторные, электроплавильные).  Например, выход доменных шлаков значительный - на 1 т чугуна 0,6-0,7 т,  при выплавке 1 т стали - 0,1- 0,3 т. В цветной металлургии объем получаемых шлаков меняется в зависимости от содержания извлекаемого металла.  Химический состав доменных шлаков представлен СаО 29-30%, MgO – до 18%, SiO2 до 30-40%, сера 0,5—3,1%. Сталеплавильные шлаки содержат до 20% оксидов железа и до 10% марганца. Оксиды, которые присутствуют в шлаках, образуют такие минеральные композиции как силикаты, алюмосиликаты, ферриты и др. Шлаки обладают высокой плотностью, большой пористостью.  Шлаки цветной металлургии отличаются большим разнообразием. Выход шлаков цветной металлургии на единицу выплавленного металла значительно больше, чем шлаков черной металлургии. Так, на 1 т никеля образует до 150 т шлака, на 1 т меди — 10—30 т. В шлаках содержится оксид железа, оксиды кремния, алюминии, кальция, магния, а также немалое количество ценных компонентов, таких как медь, кобальт, цинк, свинец, кадмий, редкие металлы. Таким образом, металлургические шлаки образуются при выплавке металлов и представляют собой продукты высокотемпературной взаимодействия руды, пустой породы, флюсов, топлива [15,16,22].

На долю машиностроительной отрасли приходится всего 1-2% из огромного объема промышленных отходов, но эти отходы характеризуются высоким уровнем токсичности и оказывают значительное отрицательное воздействие на состояние окружающей среды, включая здоровье населения.  Так, уровень загрязнения от гальванических цехов и цехов окраски на машиностроительных предприятиях можно сравнить с загрязнением от предприятий химической промышленности, литейное производство -  с металлургией.  При этом гальванические производства – одни из наиболее загрязняющих, где основными загрязнителями являются ионы тяжелых металлов, неорганических кислот и щелочей, цианиды, поверхностно-активные вещества. На предприятиях машиностроения отходы составляют до 260 кг на 1 тонну металла. Твердые отходы машиностроения включают шлаки, осадки, золу, шламы и др., имеющие высокую опасность по отношению к окружающей среде. Так, шламы термических литейных и других цехов содержат токсичные соединения свинца, хрома, меди, цинка, цианиды, хлорофос и др. Проблема минимизации экологического ущерба от образующихся  твердых отходов при утилизации шламов и промышленных отходов машиностроения сложная и требует внедрения новых эффективных технологий ликвидации и переработки. Таким образом, машиностроительный комплекс является потенциальным загрязнителем окружающей среды, утилизация образующихся шламов сточных вод требует внедрения малоотходных и безотходных технологий, разработки технологий переработки и утилизации шламов.

В нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности в результате технологических процессов образуются многотоннажные объемы отходов, в частности, органоминеральные шламы, которые имеют высокие классы опасности и представляют значительную угрозу окружающей среде и здоровью населения. Отходами этих производств следует считать остатки сырья, материалов, которые не являлись целью производственного процесса и образовались при изготовлении продукции, а также продукты физико-химической или механической переработки сырья,  которые  полностью или частично утратили свои потребительские свойства. Однако они могут содержать ценные компоненты, которые при применении соответствующих технологий переработки и утилизации могут быть с высоким экономическим эффектом использованы в народном хозяйстве [3,6,10,11,13,15, 17,24].

Рассмотрим образование отходов, в том числе ОМШ на примере нефтедобывающих предприятий. Для нефтяной отрасли характерно образование огромного количества многотоннажных гетерофазных отходов - замазученных грунтов и шламов. Нефтешламы образуются на всех этапах производственного цикла - при строительстве нефтяных и газовых скважин, промысловой эксплуатации месторождений, а затем в нефтепереработке, причем загрязнение окружающей среды является значительным и отмечается повсеместно.  С каждым годом добыча и переработка нефти крупнейшими нефтяными компаниями увеличивается (табл.1).

Таблица 1 Переработка нефти крупнейшими нефтяными компаниями

(млн.тонн) (по данным компаний) [14].

Компания 2013 год В % к 2012 году
Роснефть 81,3 103,2
ЛУКОЙЛ 45,2 101,8
Башнефть 21,4 103,0
Татнефть 7,6 102,6
Хабаровский НПЗ 4,4 111,6

 

С учетом того, что, то можно сделать прогноз о том, что объемы отходов будут соответственно увеличиваться, а их переработка и хранение – требовать обеспечения выполнения серьезных природоохранных мер, предусмотренных законодательством.

Глава 2. Физико-химическая и токсикологическая характеристика органоминеральных отходов

Рассмотрим более детально физико-химические свойства, токсичность, воздействие на окружающую среду, а также возможности хранения, переработки, утилизации и использования органоминеральных шламов, образующихся в нефтедобывающей отрасли, которая является одним из мощных загрязнителей окружающей природой среды, негативно воздействует на ландшафты и природные комплексы в различных регионах страны, негативно воздействует на здоровье крупных промышленных центров, где расположены предприятия.

Для определения класса опасности отходов применяется Федеральный классификационный каталог отходов. Он устанавливает класс опасности любых отходов по степени возможного вредного воздействия на окружающую природную среду и представляет собой перечень образующихся в Российской Федерации отходов, систематизированных по совокупности приоритетных признаков: происхождению, агрегатному и физическому состоянию, опасным свойствам, степени вредного воздействия на окружающую природную среду. Вид отхода определяется тринадцатизначным кодом, которые характеризует классификационные признаки [20]. Еще одним документом, определяющим отнесение вредных веществ к классу опасности, является Приказ Министерства природных ресурсов РФ №511 «Об утверждении критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды» от 15 июня 2001 г. Данный документ применяются к тем видам отходов, для которых в ФККО класс опасности для окружающей среды не установлен.

Нефтешламы образуются при строительстве нефтяных и газовых скважин, при промысловой эксплуатации месторождений, транспортировке нефти, ее переработке и т.д.  Загрязнение окружающей среды происходит повсеместно на всех этапах производственного цикла.

Отходы нефтедобычи, учитывая масштабы их образования и высокий

уровень токсичности, представляют собой сложный комплекс веществ, который включает почти 3000 ингредиентов. Из токсичных веществ, входящих в состав шламов, наибольшую опасность представляют минеральные соли (хлориды, сульфаты), нефть и нефтепродукты. В состав входят также легкие фракции (основную часть составляют метановые углеводороды - алканы), циклические углеводороды, смолы и асфальтены, сернистые соединения. Необходимо отметить, что в состав смол и асфальтенов входят канцерогенные полициклические ароматические структуры, содержащие серу, азот, микроэлементы. С экологических позиций микроэлементы нефти разделяют на две группы: нетоксичные (Si, Fe, Al, Са, Mg, Р и др.) и токсичные (V, Ni, Со, РЬ, Си, Ад, Нд, Мо и др.), которые воздействуют на живые организмы как яды [1,2,4,8,20].

Глава 3.  Объемы образования и накопления ОМШ

При высоких мощностях современного химического и нефтехимического производства накопление промышленных отходов неизбежно. Если принять во внимание, что многие нефтехимические  и нефтеперерабатывающие предприятия РФ были построены в годы индустриализации СССР и работают многие десятилетия, то очевидно, что количество промышленных отходов неуклонно растет, особенно с учетом складируемых неутилизируемых отходов. Актуальность решения проблемы утилизации нефтесодержащих отходов обусловлена значительным количеством накопленных и ежегодно образующихся отходов, их негативным воздействием на окружающую среду. Например, по данным экологических служб, за 1 год при нефтедобыче образуется до 2200 млн тонн нефтешламов, объемы которых увеличиваются год за годом и накапливаются, представляя угрозу состоянию окружающей природной среды, сохранению биологического разнообразия, здоровью населения. В России, по данным Российского общества инженеров нефти и газа (РОСИНГ), ежегодно образуется свыше 3 млн. тонн нефтешламов, к настоящему моменту их накоплено уже более 100 млн. тонн. В отраслях металлургии и машиностроения применение несовершенных технологий  гальванопокрытий, других видов металлообработки, приводит к значительным потерям  дефицитных  цветных металлов и к резкому увеличению токсичности вывозимых на свалку отходов. До 60 млн. т накоплены в отвалах отходов в виде  шлаков,  отработанных катализаторов, гальвано-нефтешламов. Состав шламов зависит также от типа и глубины перерабатываемого сырья (нефти), схем переработки, оборудования, типа коагулянта и др. В основном нефтешламы представляют собой тяжелые нефтяные остатки, содержащие в среднем (по массе) 10-56%. Источники образования шламов - процессы добычи углеводородного сырья (образуются буровые шламы, которые размещаются в шламовых амбарах или хранилищах), объекты хранения и переработки нефти и нефтепродуктов (шлам может храниться в отстойниках), а также аварийные разливы (при которых образуются «замазученные» грунты). В основном, это густая вязкая пастообразная масса, достаточно сильно обводненная (содержание воды 20-70 она также содержит в среднем 20-25 % нефтепродуктов и также механические примеси в виде абразивной или металлической пыли, песка, земли и т. п., имеет теплоту сгорания порядка 3000-5000 ккал/кг .

Антон Сафронов
Автор
Антон Сафронов (46 лет). Образование Московская гуманитарно-техническая академия (МГТА). Эксперт в областях точных наук и таких языков как: русский, немецкий и английский. Автор многих статей, на сайте для помощи студентам в выполнении научных работ.