Раздел 2. Утилизация и обезвреживание отходов нефтепродуктов, в том числе отходов минеральных масел, утративших потребительские свойства

Раздел 2 Утилизация и обезвреживание отходов нефтепродуктов, в том числе отходов минеральных масел, утративших потребительские свойства

Настоящий раздел содержит информацию о видах отходов, включенных в подтип 4 06 000 00 00 0 "Отходы нефтепродуктов" Федерального классификационного каталога отходов, а также о видах отходов со следующими кодами Федерального классификационного каталога отходов: 3 13 412 95 31 3; 3 13 416 16 31 3; 3 13 517 41 32 3; 3 15 115 21 33 3; 3 18 212 38 31 3; 3 18 311 82 33 3; 3 61 211 01 31 3.

2.1 Общая информация о деятельности по утилизации и обезвреживанию отходов нефтепродуктов, в том числе отходов минеральных масел, утративших потребительские свойства

К отходам нефтепродуктов относятся нефтепродукты, утратившие потребительские свойства при их хранении и использовании. Основная часть этих отходов представлена отходами масел моторных, индустриальных, трансформаторных, компрессорных и т.д., а также их смесями. Отходы нефтепродуктов образуются также при очистке нефтезагрязненных сточных вод и зачистке средств хранения и транспортирования нефти, нефтепродуктов и стабильного газового конденсата.

По данным статистического наблюдения за 2016-2020 годы объемы образования отходов нефтепродуктов составляют около 300 000 т, в том числе отходов масел - 147 000 т [2].

Принимая во внимание, что значительная часть отработанных моторных масел образуется при эксплуатации личного автотранспорта, фактический объем образующихся отходов превышает данные официальной статистики.

Основные данные по методам и технологиям подготовки к использованию в качестве вторичного сырья и утилизации отходов минеральных масел, утративших потребительские свойства

Отработанные нефтепродукты в основном подлежат утилизации с получением продукции, в том числе вторичного сырья. Согласно техническому регламенту Таможенного союза 030/2012 смешение отходов масел с нефтью (газовым конденсатом), бензином, керосином, топливом (дизельным, судовым, котельно-печным, мазутом) с целью получения топлива, предназначенного для энергетических установок, запрещено.

Утилизация отходов нефтепродуктов, в том числе отработанных масел, может осуществляться на специализированных предприятиях или предприятиях нефтепереработки. Продукты утилизации отработанных масел могут использоваться в качестве базового масла в масляном производстве. При раздельном сборе масел возможно восстановление их первоначальных свойств и повторное использование, что позволяет продлить срок службы масла. Такая утилизация организуется на предприятиях, которые образуют эти отходы.

Утилизация масел на специализированных установках представлена в основном пиролизом, при котором в зависимости от режима могут быть получены газообразные и жидкие углеводороды, а также пироуглерод в различных соотношениях.

Для утилизации отходов нефтепродуктов, утративших потребительские свойства, применяются следующие методы [3]:

- физические;

- физико-химические;

- пиролиз.

С помощью физических и физико-химических методов из масел, утративших потребительские свойства, удаляются механические примеси и вода. Получившийся продукт используют для производства тех же самых масел или в качестве сырья на нефтеперерабатывающих предприятиях.

Основные методы подготовки отработанных нефтепродуктов к утилизации и применяемое при их реализации технологическое оборудование представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Методы и оборудование утилизации отходов минеральных масел, утративших потребительские свойства

Методы	Применяемые технологии	Оборудование
Физические	Воздействие силовых полей (гравитационного, центробежного, электрического, магнитного)	Отстойники Гидроциклоны Центрифуги Электроочистители Магнитные очистители
	Фильтрование через пористые перегородки	Фильтры Фильтры-водоотделители
	Теплофизические технологии (нагревание, выпаривание, водная промывка, атмосферная и вакуумная перегонка)	Выпарные колонки Вакуумные дистилляторы Массообменные аппараты
	Комбинированные технологии	Гидродинамические фильтры Фильтрующие центрифуги, магнитные фильтры
Физико-химические	Адсорбция	Адсорберы
	Коагуляция	Смесители-отстойники
	Селективное растворение (ионообменная очистка)	Ионообменные аппараты
	Экстракция	Экстракторы

Обычно современные технологические процессы утилизации отходов минеральных масел являются многоступенчатыми и в общем виде включают следующие этапы: очистка от твердых частиц, обезвоживание, удаление легкокипящих (топливных) фракций, удаление продуктов окисления или поликонденсации углеводородов [4]. В случае если полученное по указанной схеме масло с восстановленными свойствами планируется использовать повторно, то целесообразно предусматривать включение процедуры контроля качества, по результатам которой при необходимости производить введение в восстановленное масло добавок (например, легирующих), улучшающих их эксплуатационные свойства.

Экологические проблемы, возникающие при подготовке к использованию в качестве вторичного сырья и утилизации отходов минеральных масел, утративших потребительские свойства

Подготовка отходов нефтепродуктов к утилизации сопровождается выделением в атмосферный воздух выбросов углеводородов.

При подготовке отработанных нефтепродуктов к утилизации из них выделяют воду и механические примеси. Поэтому данный процесс сопровождается образованием нефтезагрязненных сточных вод и вторичных отходов, представляющих собой нефтезагрязненные остатки. Сточные воды должны быть очищены от нефтепродуктов, а отходы необходимо обезвреживать, как правило, при этом используются термические методы (см. ИТС 9-2020 "Утилизация и обезвреживание отходов термическими способами").

2.2 Технологические, технические решения и системы менеджмента, используемые в настоящее время в области утилизации и обезвреживания отходов нефтепродуктов, в том числе отходов минеральных масел

Основными направлениями обращения с отходами нефтепродуктов, утративших потребительские свойства, являются:

- очистка от примесей с целью восстановления исходных характеристик качества масел и дальнейшее их использование по прямому назначению;

- подготовка к использованию в качестве вторичного сырья;

- пиролиз.

Технологии подготовки к использованию в качестве вторичного сырья отходов минеральных масел, утративших потребительские свойства (технологии очистки), базируются на следующих методах:

- физические;

- физико-химические.

Технологии подготовки к использованию в качестве вторичного сырья отходов нефтепродуктов, основанные на физических методах

Для подготовки к утилизации нефтепродуктов, утративших потребительские свойства, используются отстаивание, фильтрация, центробежная очистка.

Отстаивание

Область применения. Используется для очистки отходов минеральных масел всех видов.

Описание метода. Отстаивание основано на разделении масла, воды и механических примесей под действием силы тяжести. Эффективность этого способа зависит от разности удельных весов масла и посторонних примесей, вязкости масла, состояния, в котором оно находится, а также от продолжительности периода отстаивания. Наилучшие результаты получаются при наличии большой разности удельных весов масла и механических примесей, невысокой вязкости масла, спокойного состояния масла в резервуаре-отстойнике и длительного времени отстоя (желательно не менее десяти дней). При этом вода и нерастворимые примеси оседают на дно резервуара.

Процесс осуществляется в горизонтальных или вертикальных резервуарах-отстойниках.

Вторичные отходы очистки масел подлежат обезвреживанию [5].

Данный метод, в зависимости от уровня загрязнения масла и времени, необходимого для его отстаивания, может использоваться как самостоятельный или как предварительный с последующей фильтрацией и центробежной очисткой отработанного масла. В качестве главного недостатка данного метода можно отметить продолжительность времени, необходимого для полного оседания частиц, и возможность удаления из масла только крупных частиц размером от 50 до 100 мкм. Вторичные отходы очистки масел подлежат обезвреживанию [6].

Фильтрация

Область применения. Используется для очистки отходов минеральных масел всех видов.

Описание метода. Фильтрация - процесс удаления частиц механических примесей и смолистых соединений путем пропускания масла через сетчатые или пористые перегородки фильтров (рисунок 2.1). В качестве фильтрационных материалов используют металлические и пластмассовые сетки, войлок, ткани, бумагу, композиционные материалы и керамику. Для повышения качества очистки масел увеличивается количество фильтров грубой очистки и вводится в технологический процесс вторая ступень - тонкая очистка масла. Вторичные отходы очистки масел подлежат обезвреживанию [7].

Рисунок 2.1 - Схема установки фильтрации отработанных масел [7]

Центробежная очистка

Область применения. Используется для очистки отходов минеральных масел всех видов.

Описание метода. Центробежная очистка является наиболее эффективным и высокопроизводительным методом удаления механических примесей и воды из отработанного масла. Принцип работы установки следующий. Первоначально масло проходит процесс разделения в сепараторе, где удаляются твердые частицы загрязнений. Разделение масел происходит под действием центробежных сил на составляющие фазового типа. На сепаратор подача масла происходит посредством насосов питательного типа действия. Наиболее сильные загрязнения и вода выдаются на барабанную периферию, очищенное масло выводится из сепаратора в непрерывном режиме. Выделенные при сепарации вторичные отходы накапливаются в специальном резервуаре, который регулярно подвергается очистке. Вторичные отходы подлежат обезвреживанию [8].

Минусом центробежной очистки может считаться трудоемкость процесса очистки самой центрифуги от механических примесей. Также центрифуга относится к сложным в эксплуатации устройствам, требующим ручных настроек, а, следовательно, постоянного присутствия оператора [7].

Технологии утилизации отходов минеральных масел с получением вторичного сырья, основанные на физико-химических методах

Для утилизации очистки минеральных масел, утративших потребительские свойства, используются следующие физико-химические методы: адсорбция, коагуляция, термовакуумная сушка, селективное растворение.

Адсорбция

Область применения. Используется для очистки отходов минеральных масел всех видов.

Описание метода. Адсорбционная очистка отработанных масел заключается в использовании способности веществ, служащих адсорбентами, удерживать загрязняющие масло продукты на наружной поверхности гранул и на внутренней поверхности пронизывающих гранулы капилляров. В качестве адсорбентов применяют вещества природного происхождения (отбеливающие глины, бокситы, природные цеолиты) и полученные искусственным путем (силикагель, окись алюминия, алюмосиликатные соединения, синтетические цеолиты).

Адсорбционная очистка может осуществляться контактным методом - масло перемешивается с измельченным адсорбентом, перколяционным методом - очищаемое масло пропускается через адсорбент, методом противотока - масло и адсорбент движутся навстречу друг другу. К недостаткам контактной очистки следует отнести необходимость утилизации большого количества адсорбента, загрязняющего окружающую среду. При перколяционной очистке в качестве адсорбента чаще всего применяется силикагель, что делает этот метод дорогостоящим. Наиболее перспективным методом является адсорбентная очистка масла в движущемся слое адсорбента, при котором процесс протекает непрерывно, без остановки для периодической замены или регенерации адсорбента, однако применение этого метода связано с использованием довольно сложного оборудования, что сдерживает его широкое распространение [9].

Коагуляция

Область применения. Используется для очистки отходов минеральных масел всех видов.

Описание метода. Коагуляция - укрупнение частиц загрязнений, находящихся в масле в коллоидном или мелкодисперсном состоянии, осуществляется с помощью специальных веществ - коагулянтов, к которым относятся электролиты неорганического и органического происхождения, поверхностно-активные вещества (ПАВ), не обладающие электролитическими свойствами, коллоидные растворы ПАВ и гидрофильные высокомолекулярные соединения.

Процесс коагуляции зависит от количества вводимого коагулянта, продолжительности его контакта с маслом, температуры, эффективности перемешивания и т.д. Продолжительность коагуляции загрязнений в отработанном масле составляет, как правило, 20-30 мин, после чего можно проводить очистку масла от укрупнившихся частиц загрязнений с помощью отстаивания, центробежной очистки или фильтрования [9].

Процесс ведется в несколько стадий:

- подготовка сырья;

- подогрев сырья;

- введение и обработка масла разделяющим агентом;

- осаждение загрязнений масла (грубая очистка в реакторе).

Исходное загрязненное масло закачивается в бак-реактор (3/4 от объема) и нагревается. После чего в масло вводится разделяющий агент, предварительно измельченный до мелкодисперсного состояния. Далее идет процесс перемешивания масла механической (или ручной) мешалкой в течение 5-7 мин. В процессе перемешивания происходят укрупнение частиц загрязнений (особенно мелких частиц 1-3 мкм) и выпадение их в осадок. Полученная суспензия отстаивается в течение 10-24 ч в баке-реакторе (время отстоя зависит от исходных характеристик масла - загрязненности, содержания воды, наличия моюще-диспергирующих присадок) [10].

Термовакуумная сушка

Область применения. Используется для очистки отходов минеральных масел всех видов.

Описание метода. Наиболее совершенный и экономичный способ сушки масла распылением его в вакууме при невысокой температуре. Метод заключается в том, что раствор масла с водой распыляется форсункой в бак, в котором создается разрежение. При этом из масла удаляются свободная и растворенная влага, а также растворенный воздух. При тонком диспергировании масла оно быстро отдает свою влагу. Сухое масло в виде капель выпадает на дно вакуумного бака. Эффективность и скорость сушки повышаются при нагреве масла, так как увеличивается испарение влаги. Потери масла от испарения при этом незначительны. Скорость испарения воды из масла зависит также от разности между давлением насыщенного водяного пара при данной температуре и остаточным давлением в вакуумном баке.

Установки для вакуумной сушки масла более производительны и надежны в работе, чем центрифуги. Кроме того, расход электроэнергии для этих установок в 3-4 раза меньше [11].

Селективное растворение

Область применения. Используется для очистки отходов минеральных масел всех видов.

Описание метода. Селективная очистка отработанных масел основана на избирательном растворении отдельных веществ, загрязняющих масло: кислородных, сернистых и азотных соединений, а также, при необходимости, полициклических углеводородов с короткими боковыми цепями, ухудшающих вязкостно-температурные свойства масел.

Идеальный растворитель должен сочетать в себе два качества: во-первых, обладать достаточной избирательностью (растворять исключительно вредные компоненты), а, во-вторых, иметь высокую растворяющую способность. Чем выше селективность растворителя, тем больше выход конечного продукта. Избирательность определяет качество, а растворяющая способность - расход растворителя.

Чтобы повысить растворяющую способность, дополнительно могут использоваться бензол или толуол. Для достижения обратного эффекта необходимо уменьшить концентрацию компонента, обладающего высокой растворяющей способностью, в том числе при помощи добавления воды.

В качестве селективных растворителей применяются фурфурол, фенол и его смесь с крезолом, нитробензол, различные спирты, ацетон, метил-этиловый кетон и другие жидкости. Селективная очистка может проводиться в аппаратах типа "смеситель-отстойник" в сочетании с испарителями для отгона растворителя (ступенчатая экстракция) или в двух колоннах: экстракционной - для удаления из масла загрязнений и ректификационной - для отгона растворителя (непрерывная экстракция). Второй способ экономичнее и получил более широкое применение.

Разновидностью селективной очистки является обработка отработанного масла пропаном, при которой углеводороды масла растворяются в пропане, а асфальто-смолистые вещества, находящиеся в масле в коллоидном состоянии, выпадают в осадок [9, 12].

После проведения селективной очистки на выходе получают рафинат - вещество, свободное от большого количества нежелательных примесей. Побочным продуктом процесса служит экстракт, в котором концентрируются извлеченные смолистые вещества.

Особенности технологического процесса определяются видом применяемого растворителя, типом и качеством исходного сырья, необходимой глубиной очистки и требованиями к качеству конечного продукта.

Селективная очистка проводится в специальных экстракционных колоннах. При использовании в качестве растворителя фенола соотношение фенол: сырье составляет 1,5-3,5:1, а при очистке фурфуролом оно еще выше. На выходе экстракционного аппарата получают рафинатный и экстрактный растворы [13].

Пиролиз

Пиролиз является методом утилизации отходов минеральных масел. В результате его проведения в зависимости от режима могут быть получены газообразные и жидкие углеводороды, а также пироуглерод в различных соотношениях.

Основными регулируемыми параметрами в данном процессе являются: состав масла, температурный режим, давление, скорость нагрева и время нахождения в реакторе.

Технологии, основанные на пиролизе, рассмотрены в ИТС 9-2020 "Утилизация и обезвреживание отходов термическими способами".

2.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссий в окружающую среду при утилизации и обезвреживании отходов нефтепродуктов, в том числе отходов минеральных масел

Утилизация отходов нефтепродуктов сопровождается выделением в атмосферный воздух выбросов углеводородов.

При использовании физических методов утилизации отработанных нефтепродуктов из них выделяют воду и механические примеси. Поэтому данный процесс сопровождается образованием нефтезагрязненных сточных вод и вторичных отходов, представляющих собой нефтезагрязненные остатки. Сточные воды должны быть очищены от нефтепродуктов, а отходы необходимо обезвреживать, как правило, при этом используются термические методы (см. ИТС 9-2020 "Утилизация и обезвреживание отходов термическими способами").