Утилизация нефтешламов и древесных опилок путём использования в производстве топливных брикетов Фетисов, Дмитрий Дмитриевич

Введение к работе

Актуальность работы. Ежегодный объем образования нефтешламов в России достигает 10 млн. тонн, при этом объём использования и утилизации этих отходов составляет не более 10 %.

Технологии утилизации нефтешламов, основанные на деструктивных методах, не позволяют в полной мере использовать нефтесодержащие отходы в хозяйственной деятельности.

В тоже время, отходы деревообрабатывающей промышленности - древесные опилки, составляют не менее 40 % от всего объема производства (45 млн. м³) или около 40 млн. тонн условного топлива в год, а эффективность их использования не превышает 48 %.

Поэтому комплексная утилизация нефтешламов и древесных опилок лиственных пород путём получения топливных брикетов, является актуальной задачей, имеет научную новизну и большую практическую значимость, так как позволяет сэкономить энергоресурсы и обеспечить топливом труднодоступные районы.

Цель работы: комплексная утилизация нефтешламов и древесных опилок путём использования их в производстве топливных брикетов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи.

1. Исследовать механизм структурообразования топливного материала на основе асфальто-смоло-парафиновых отложений и отходов деревообработки для получения древесно-шламовых топливных брикетов.

2. Исследовать совокупное влияние различных факторов при формировании древесно-шламовых топливных брикетов: давления прессования, содержания в шихте связующего, размера опилок, температуры прессования. Разработать математические модели, описывающие процесс брикетирования древесно- нефтешламовых композиций.

3. Предложить состав топливных брикетов с максимальным использованием асфальто-смоло-парафиновых отложений в качестве связующего. Изучить свойства и теплотехнические характеристики полученного материала.

4. Разработать технологическую схему и выбрать оборудование для получения топливных брикетов с нефтешламовым связующим - наполнителем. Провести опытно-промышленные испытания предлагаемых технических решений для брикетирования древесно-нефтешламовой смеси и разработать рекомендации по их использованию в системе управления отходами производства в нефтегазовой и нефтехимической промышленности.

5. Установить зависимости выходных параметров топливных брикетов от коэффициента предварительного уплотнения шихты, зазора между валками пресса и зависимость производительности пресса от частоты вращения валков.

6. Провести эколого-экономическую оценку предложенных технических и технологических решений.

Объекты исследования - нефтешламы ООО "Газпром переработка" и ОАО "Газпром нефтехим Салават", содержащие асфальто-смоло-парафиновые отложения; опилки лиственных пород деревьев деревообрабатывающих производств

Тюменской области, а также материалы и продукты, полученные на их основе (древесно-шламовые топливные брикеты).

Предмет исследования - технология переработки (утилизации) асфальто- смоло-парафиновых отложений и древесных опилок в древесно-шламовые топливные брикеты.

Методы исследования: для решения поставленных задач использовали комплекс лабораторных и производственных методов, методы математической статистики. Лабораторные методы: рентгенофазовый и дифференциально- термический анализ; УК-спектроскопия, электронная микроскопия, традиционные химические и физико-химические методы для исследования структуры и свойств древесных опилок, биотестирование. Производственные методы: гравиметрический, хроматографические, фотоколориметрический методы анализа, традиционные химические и физико-химические методы для исследования структуры и свойств сырья и материалов, используемых в нефтеперерабатывающей и топливной промышленности.

Научная новизна работы.

6. 1. Впервые научно обоснована и экспериментально доказана возможность использования асфальто-смоло-парафиновых отложений из добываемого природного газового конденсата для производства древесно-шламовых топливных брикетов благодаря наличию у них клеящих и когезионных свойств, характерных для нефтесвязующих. Исследованы механизмы структурообразования топливного материала на основе асфальто-смоло-парафиновых отложений и отходов деревообработки.

   2. Получены математические модели процесса брикетирования древесно- шламовых отходов в виде уравнений регрессии, учитывающие совокупное влияние различных факторов: давления прессования (Р), содержания в шихте связующего (С_св), размера опилок (d), температуры прессования (t).

   3. Установлены рациональные диапазоны варьирования технологических параметров процесса брикетирования: давления прессования, размера частиц древесных опилок, температуры смешивания и прессования шихты, а также варьирования состава брикетированного топлива - соотношение в % по массе: асфальто-смоло-парафиновые отложения / древесные опилки.

   4. Исследован процесс формования шихты в валковом прессе. Установлены зависимости выходных параметров: прочности (а_сж) и плотности (р) топливных брикетов от коэффициента предварительного уплотнения шихты, зазора между валками пресса, а также зависимость производительности пресса от частоты вращения валков.

   5. Определена степень токсичности полученных топливных брикетов для биологических объектов.

   Практическая значимость работы.

   1. Разработана ресурсосберегающая технология получения топливных брикетов с нефтешламовым связующим, подготовлены рекомендации по её использованию в системе управления отходами производства в нефтехимической промышленности.

   2. Разработаны способ и устройство по брикетированию смесей древесных опилок лиственных пород и асфальто-смоло-парафиновых отложений для получения древесно-шламовых топливных брикетов.

   Данное устройство запатентовано (патент на изобретение № 2473421 от 07.09.2011). При испытаниях в условиях научно-производственной лаборатории Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова устройство показало высокие эксплуатационные характеристики: равномерное питание валкового пресса шихтой с низкой насыпной массой (р_о =300-350 кг/м³), обеспечение заданного коэффициента предварительного уплотнения шихты (К = P_i/P_o), реализация термоподогрева процесса брикетирования, ^=45-60 ⁰C; стабильные показатели значений прочности и плотности брикетов постоянной геометрической формы и размеров, обеспечение надежного выхода спрессованных брикетов из формующих элементов при достаточно высокой адгезии шихты к металлу.

   Анализ опытной партии брикетов в лаборатории испытаний топлив и масел ОАО "Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт" (ЛТиМ ОАО "ВТИ", Москва) позволил установить, что по теплотворной способности полученные брикеты превосходят бурые угли в 1,3 раза.

   Внедрение результатов исследований. Технические разработки были испытаны в ООО "РЕЦИКЛ" и нашли применение в ООО "Газпром трансгаз Сургут" при очистке полостей магистральных газопроводов и технологического оборудования компрессорных станций, что подтверждено актом внедрения.

   Результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке специалистов и бакалавров по направлению 280700 - Техносферная безопасность по дисциплинам "Переработка промышленных отходов", "Промышленная экология", "Экология", "Инженерное оборудование для переработки отходов".

   Достоверность полученных результатов обеспечивается применением современных методов теоретических исследований и анализа, достаточным объемом лабораторных и опытно-промышленных экспериментов, выполненных по общепринятым методикам.

   Личный вклад автора состоит в анализе литературных источников, организации экспериментальных исследований, обработке, интерпретации и обобщении полученных результатов, а также в формулировании выводов, написании статей и апробации материалов на конференциях различного уровня.

   На защиту выносятся:

   6. 5. 1. Математические модели процесса брикетирования древесно-нефтешла- мовых отходов, рациональные области процесса брикетирования для варьирования технологических параметров.

         2. Технологическая схема получения топливных брикетов с нефтешламо- вым связующим, устройство пресс-валкового агрегата, результаты опытно-промышленных испытаний предлагаемого технологического комплекса.

         3. Зависимости выходных параметров (а_сж, р) топливных брикетов от коэффициента предварительного уплотнения шихты, зазора между валками пресса и зависимость производительности пресса от частоты вращения валков.

         4. Результаты испытаний партии опытных брикетов на теплотехнические, физико-химические и токсические свойства.

         5. Эколого-экономическое обоснование предлагаемого способа утилизации асфальто-смоло-парафиновых отложений и древесных опилок в древесно- шламовые топливные брикеты.

         Апробация работы. Основные результаты доложены на 7 международных и всероссийских конференциях и конгрессах: IV Международная научно-практическая конференция "Экология, образование, наука, промышленность и здоровье" (г. Белгород, 2011); II Международная научная конференция "Геосистемы, факторы развития, рациональное природопользование, методы управления" (г. Туапсе, 2011); III Международная научная конференция "Безопасность человека в современных условиях" (г. Харьков, 2011); XVI научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов "Проблемы развития газовой промышленности Сибири" ООО "ТюменНИИгипрогаз", (г. Тюмень, 2010); VI Всероссийская научно- практическая конференция "Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирского мегабассейна" (г. Тюмень, 2009); VII конференция молодых специалистов организаций, осуществляющих виды деятельности, связанной с пользованием участками недр на территории Ханты-мансийского автономного округа - Югры (г. Ханты- Мансийск, 2007); V Международный конгресс по управлению отходами и природоохранными технологиями ВэйстТэк-2007 (Москва, 2007).

         Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 научных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 монография, 12 статей в сборниках материалов конференций; получен патент на изобретение.

         Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 192 страницах машинописного текста, содержит 31 таблицу, 69 рисунков и фотографий, библиографический список из 232 литературных источников.

         Похожие диссертации на Утилизация нефтешламов и древесных опилок путём использования в производстве топливных брикетов

         

         Исследование сорбционных свойств древесных отходов для сбора нефтепродуктов с последующей утилизацией их в виде топливных брикетовФилина, Наталья Александровна

         

         Разработка технологии удаления соединений фосфора из сточных вод предприятий газовой отрасли с использованием отходов производстваПопадько Наталия Владимировна

         

         Экологическая характеристика гальванического производства с использованием метода хемилюминесценции и морфологических показателей биологического материалаФедосов Артём Васильевич

         

         Научные основы обезвреживания жидких отходов гальванических и металлообрабатывающих производств с использованием анаэробной биосорбционной технологииШулаев Максим Вячеславович

         

         Использование отходов руднообогатительного производства для очистки вод низкой активностиТимашева Наталья Александровна

         

         Использование отходов химического производства для получения экологически безопасных тампонажных составовБеслиней Харьет Гиссовна

         

         Агроэкологические аспекты использования удобрительных свойств отходов производства, природных цеолитов при выращивании плодоовощной продукцииСтепанова Елена Ивановна

         

         Использование лазерной технологии при производстве экологически чистой говядиныМедведева Ульяна Юрьевна

         

         Экологическая оценка отходов производства лизина и их использования в сельском хозяйствеВоржев Владимир Федорович

         

         Экологические аспекты использования нефтешламовых отходов в литейном производстве Рулева Антонина Анатольевна