Сжигание как путь решения проблемы кислых гудронов
Нефтепереработка – одна из отраслей, развитие которой имеет для российской экономики важнейшее значение. На смену вывозу сырой нефти должно прийти производство высококачественного топлива и масел, пластмасс и т. д. Вместе с тем отходы, в больших количествах вырабатываемые предприятиями нефтеперерабатывающего комплекса, представляют серьезную угрозу экологической безопасности. И решать задачи расширения и повышения эффективности производств необходимо без ущерба для окружающей среды.
Одна из важных экологических проблем отечесвтвенных нефтеперерабатывающих предприятий – образование в ходе реализации технологического процесса кислых гудронов – высокотоксичных промышленных отходов II класса опасности. Они представляют собой вязкие смолообразные массы разной степени подвижности, содержащие значительное количество (15–70 % по весу) свободной серной кислоты и сернистых органических соединений.
Кислые гудроны образуются при очистке серной кислотой бензинов, в том числе – получаемых методами крекинга и риформинга, лигроинов, керосинов прямой гонки, различных смазочных масел – дестиллатных; остаточных; белых и т.д., ароматических углеводородов. Гудроны, выработанные на разных производственных установках, могут существенно отличаться по составу и физико-химическим характеристикам.
Рассмотрим возможные пути решения вопроса утилизации кислых гудронов на примере нефтеперерабатывающего завода ОАО «Славнефть – ЯНПЗ им. Менделеева».
Завод находится на берегу Волги в 25 км от Ярославля. Поскольку оперативная нейтрализация кислых гудронов, образующихся в качестве побочного продукта при производстве различных видов нефтяных масел, на предприятии не реализована, они до сих пор складируются в прудах-накопителях общей площадью около 17 га. Пруды расположены в водоохранной зоне Волги на пойменной правобережной террасе ее притока – реки Печегды. Нижние пруды находятся между руслом реки и подножием крутых склонов долины, верхние – на возвышенности с южной стороны завода. Общее количество прудов-накопителей – 17, из которых два нижних пруда («старые») общей площадью зеркала 8,6 га расположены в водоохранной зоне Печегды, 15 верхних («новых») прудов-карт представляют собой открытые земляные емкости с антифильтрующим экраном. Объем каждого из них – 10 тыс. м3 каждый, общая площадь зеркала – около 8 га. Суммарная площадь водосбора прудов-накопителей – около 45 га.
Чрезвычайную экологическую опасность представляет постоянная угроза переполнения дождевыми и талыми водами двух нижних прудов-накопителей, в которых содержится до 700 тыс. м3 кислых гудронов. В случае прорыва защитных дамб этих прудов произойдет крупномасштабная экологическая катастрофа вследствие загрязнения Волги нефтепродуктами и серной кислотой. Без питьевой воды на неопределенно долгое время останется население Ярославской, Костромской и, отчасти, Ивановской областей, а в самой Волге на этом участке погибнет все живое. Таким образом, проблема кислых гудронов, вырабатываемых ЯНПЗ, несет стратегическую опасность для всего Верхневолжского региона.
В качестве основных применяются два метода утилизации кислых гудронов – нейтрализация и сжигание. Первая технология позволяет отделить серную кислоту от гудрона нейтрализацией известковым молоком. При эмульгировании органической массы с Са(ОН)2 происходит неполная нейтрализация – в кислом гудроне остается 1–2 % свободной кислоты. При последующем отстаивании органическая масса располагается вверху, сернокислые соли кальция – внизу, растворимые соли – под слоем органической массы. Образовавшийся СаS04 является доброкачественные гипсом. Его осаждение из кислого гудрона производится в избытке воды.
Еще одна технология заключается в продувке кислого гудрона паром при 130–150 °С, отделении кислоты отстаиванием, нейтрализации остатка кислоты известью и отделения СаS04. После отделения кислоты органическая масса содержит 5–10 % воды. Нейтрализованный остаток вывозится на промышленный полигон.
И, наконец, третья технология – сжигание. Для сжигания жидкого кислого гудрона или его органической части можно обойтись без топок специальных конструкций, но необходимо соблюдать особый режим работы существующих топок. Исходя из степени сравнительной простоты процессов, выделяют два метода сжигания кислого гудрона в жидком виде: с помощью форсунок без отделения кислоты, но с разбавлением другими видами топлив и при непрерывной циркуляции, а также после отделения кислоты, нейтрализации и с разбавлением другими видами топлива. Последний метод и был реализован на ЯНПЗ.
В составе существующей котельной № 6 с котлами ДКВР-10-13 была смонтирована установка по приготовлению водомазутного топлива (ВМТ) в двухроторных эмульгаторах ЭР-3 производительностью 5 т/ч каждый.
Вода как неотъемлемый компонент ВМТ выступает катализатором (паромотором), существенно улучшающим и интенсифицирующим процесс горения этого топлива. Такие важные отличительные особенности процесса горения распыленного ВМТ как увеличенная удельная поверхность капель топлива при его распылении, явление «микровзрыва» при нагреве капель в высокотемпературной среде, сдерживание процессов коксования топлива на начальных стадиях горения позволяют организовывать сжигание без сажеобразования и без химической неполноты сгорания топлива. Применение ВМТ позволяет решить проблему обеспечения качества топлива после его вынужденного обводнения при разогреве паром и использовать замазученные и другие промсточные воды в качестве компонента с высокой эффективностью использования содержащихся в этих водах органических включений. Использование ВМТ для энергетических или технологических целей позволяет улучшить экологическую обстановку в районе размещения предприятия.
Технологическая схема обвязки эмульгаторов обеспечивает прием ВМТ от топливных насосов котельной в эмульгаторы с подачей топлива к горелкам котлов или в существующие резервуары хранения. Кроме того, возможна подача ВМТ к горелкам минуя эмульгаторы – то есть возврат к схеме подачи топлива, действовавшей до реконструкции.
Описанная установка функционирует на ЯНПЗ с 1997 г. Тем не менее, стратегического прорыва в решении проблемы утилизации кислых гудронов не произошло, и угроза крупномасштабной экологической катастрофы сохраняется. Принятая на заводе дорогостоящая технология нейтрализации кислых гудронов обеспечивает утилизацию по 3–4 тыс. т в год, что позволит избавиться от этих высокотоксичных отходов через 100–150 лет.
Таким образом, в настоящее время кислые гудроны утилизируются в незначительной мере. Между тем, многочисленные работы и исследования доказывают возможность использования органической части этих отходов для производства добавок к синтетическим дубителям, получения различных лекарственных препаратов, материалов для пластмасс и лаков, добавок к каучуку, а также изготовления асфальта.
Учитывая особую важность проблемы кислых гудронов, ей должно уделяться особое внимание. Главным препятствием для решения этой проблемы в нашей стране, как правило, оказывается нехватка специального оборудования (например, подходящих насосов) и материалов, устойчивых к коррозии.