НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

„ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

Чайка Оксана Григорівна

УДК66.047.45

ЕКОТЕХНОЛОГІЯ УТИЛІЗАЦІЇ ВІДПРАЦЬОВАНИХ ОЛИВ

21.06.01 – екологічна безпека

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті „Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник доктор технічних наук, професор

Мальований Мирослав Степанович

Національний університет „Львівська політехніка”

Міністерства освіти і науки України, м.Львів

кафедра екології та охорони навколишнього

середовища, завідувач кафедри

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Пляцук Леонід Дмитрович

Сумський державний університет,

Міністерства освіти і науки України, м.Суми,

завідувач кафедри прикладної екології

кандидат технічних наук, доцент

Челядин Любомир Іванович

Івано-Франківський національний технічний

університет нафти і газу

Міністерства освіти і науки України, м.Івано-Франківськ

Захист відбудеться „ 7 ” грудня 2007 року о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 35.052.16 в Національному університеті „Львівська політехніка” (79013, м.Львів-13, пл. Святого Юра 3/4, ауд.115).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету „Львівська політехніка” (79013, м.Львів, вул.Професорська,1).

Автореферат розісланий „ 5 ” листопада 2007 року

Вчений секретар спеціалізованої ради,

кандидат технічних наук, доцент Нагурський О.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Виробництва, пов'язані з нафтопереробкою, є одними із найбільш шкідливих для навколишнього середовища. Встановлено, що відпрацьовані оливи складають не менше 50% загальних забруднень нафтопродуктами. В зв’язку з тим, що значна частина відпрацьованих олив (ВО) потрапляє у навколишнє середовище, саме екологічні інтереси в регенерації та переробці відпрацьованих олив передбачаються в першу чергу.

Як відомо, нафтопродукти підлягають повільному біорозкладу, а ВО особливо стійкі до нього. Зокрема, ВО у нормальних умовах випаровуються дуже повільно, а високі адгезійні властивості сприяють затриманню їх у ґрунті. Внаслідок виливання у водойми ВО, утворюється нафтова плівка, яка перешкоджає контакту води із повітрям, а значна їх частина опускається на дно, утворюючи осади, які згубно діють на флору та фауну. У ВО ідентифіковано більше 140 видів концентрованих поліциклічних вуглеводнів, які утворюються у результаті згоряння оливи, а також потрапляють туди із палива. Кількість цих канцерогенних сполук збільшується у міру експлуатації олив.

У США вважають, що кваліфікована заміна оливи зменшує потрапляння її у навколишнє середовище, однак частина некваліфікованого обслуговування складає 10-15 %. Для України та країн ближнього зарубіжжя проблема кваліфікованої заміни оливи є ще гострішою, на даний час відсутні дані про кількість утилізації ВО. Експерти допускають, що утилізації підлягає не більше 20% ВО.

За умови правильної організації процесу регенерації, вартість регенерованої оливи на 40-70% менша вартості свіжої оливи за умов практично однакової якості. Кількість використання регенерованої оливи в нашій країні безперервно зростає. Відповідно, для того щоб використовувати оливу, необхідно забезпечити виконання спеціальних вимог до неї та забезпечити повторне досягнення необхідних меж показників її якості. Таким чином, добре відлагоджений механізм рециклингу зумовлює повернення оливи після регенерації у виробництво або сектор споживання у вигляді продуктів або вторинних напівпродуктів, що ліквідує екологічну загрозу, створювану внаслідок потрапляння ВО в навколишнє середовище та забезпечує реальну економію ресурсів. Все це і визначає актуальність дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась згідно з планом науково-дослідницької роботи кафедри “Екологія та охорона навколишнього середовища” Національного університету “Львівська політехніка” з проблеми “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології” згідно з науково-технічною програмою Міністерства освіти України (№ держреєстрації 01960000134).

Автором відпрацьовані технологічні аспекти застосування сорбентів для регенерації олив.

Мета і задачі дослідження: Метою роботи є розроблення комплексної технології регенерації відпрацьованої оливи з різними початковими показниками вологості, вмісту асфальтенів та механічних домішок.

Для досягнення зазначеної мети необхідно було вирішити такі завдання:

- Визначити фізико-хімічний аналіз ВО, вміст води, механічних домішок, смол та асфальтенів у відпрацьованих оливах;

- Зробити порівняльний аналіз методів очищення відпрацьованих олив;

- Розробити ефективний економічно доцільний метод очищення відпрацьованих олив з подальшим їх використанням;

- Встановити оптимальні умови проведення регенерації.

Об’єкт дослідження - відпрацьована олива ВАТ “Львівський дослідний нафтомаслозавод”.

Предмет дослідження - технологія утилізації відпрацьованої оливи.

Методи досліджень включають методи визначення фізичних характеристик ВО згідно відповідних ДСТУ. Для визначення вмісту води у ВО використовували метод Діна-Старка, для визначення вмісту смол та асфальтенів - фотоколориметричний спосіб, для визначення вмісту механічних домішок – ваговий метод.

Наукова новизна одержаних результатів. В результаті досліджень шляхів вирішення проблеми – зменшення екологічного навантаження внаслідок розроблення та впровадження технології утилізації відпрацьованих олив, вперше отримано та сформульовано такі результати:

· проведено моніторинг відпрацьованих олив в Україні;

· запропонована комплексна технологія регенерації відпрацьованої оливи та досліджені її стадії;

· встановлені оптимальні режимні параметри реалізації окремих стадій технології утилізації відпрацьованої оливи.

Практичне значення одержаних результатів. Аналіз даних експериментальних та дослідно-промислових випробувань дозволив досягти таких практичних результатів:

· вперше розроблений, захищений патентом України та апробований в дослідно-промислових умовах спосіб регенерації відпрацьованої оливи;

· розроблено установку, яку захищено патентом України, та запропоновано комплексну технологію регенерації відпрацьованої оливи;

· дані теоретичних та експериментальних досліджень передано в ТзОВ „Реагент” для впровадження промислової технології, що підтверджується відповідним актом.

Особистий внесок здобувача. Полягає у проведені експериментальних досліджень щодо вибору найефективніших методів зневоднення відпрацьованої оливи, обґрунтуванні вибору очищення шляхом деемульгування та доочищення природним активованим сорбентом, внаслідок чого запропоновано комплексну технологію для регенерації відпрацьованих олив та встановлено оптимальні параметри кожної стадії процесу. Здобувач брав безпосередню участь в обробці отриманих результатів та їх аналізі, формуванні основних положень та висновків роботи. Отримано два деклараційні патенти України на корисну модель „Спосіб регенерації відпрацьованих олив” та „Установка для регенерації відпрацьованої оливи”.

На основі аналізу даних досліджень розроблена комплексна технологія регенерації ВО. Постановка завдання, обговорення результатів досліджень, їх інтерпретація, узагальнення та формулювання висновків проводились під керівництвом наукового керівника, д.т.н., професора Мальованого М.С.

Особистий внесок здобувача в наукових роботах: проведена оцінка екологічної небезпеки від забруднення навколишнього середовища відпрацьованими оливами [6, 8, 12, 13, 14]; проведено дослідження хімічного активування бентонітів [1, 7]; проведено дослідження щодо обезводнення відпрацьованих олив методом деемульгування [9, 10]; проведено експериментальні дослідження очищення відпрацьованих олив від смол та асфальтенів природним активованим бентонітом [2, 3, 11]; запропонована комплексна технологія регенерації відпрацьованої оливи методом деемульгування та доочищення активованим сорбентом – бентонітом [4, 5, 15, 16, 17, 18].

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися, обговорювалися і були схвалені на 9 науково-технічних конференціях:

1. ІІІ-я Міжнародна науково-практична конференція “Проблеми економії енергії”, (Львів, 2001);

2. 8-а Міжнародна науково-технічна конференція “Розробка, виробництво та застосування мастильних матеріалів та присадок” (Бердянськ, 2003);

3. VІІІ-а Міжнародна науково-практична конференція “Проблеми управління якістю підготовки фахівців-екологів у світлі інтеграції освіти України в Європейський простір та перспективні природоохоронні технології” (Львів, 2003);

4. ХІІ-та Міжнародна науково-технічна конференція “Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов” (Бердянськ, 2004);

5. ІІІ-я Науково-технічна конференція “Поступ в нафтопереробній й нафтохімічній промисловостях” (Львів, 2004);

6. ХІІІ-та Міжнародна науково-технічна конференція “Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов” (Алушта, 2005);

7. Х-та Наукова конференція “Львівська хімічні читання” (Львів, 2005)

8. 9-та Науково-технічна конференція “Мастильні матеріали” (Бердянськ, 2006);

9. XV-та Міжнародна науково-технічна конференція “Экологическая и техногенная безопасность . Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов” (Бердянск, 2007).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 7 статей у фахових виданнях, 9 доповідей на міжнародних науково-технічних конференція та 2 патенти України.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 6 розділів, списку використаних джерел та додатків. Матеріали дисертаційної роботи викладено на 135 сторінках машинного тексту, включаючи 11 таблиць, 30 рисунків та 2 додатки. Список використаної літератури містить 113 вітчизняних та 10 зарубіжних джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та задачі досліджень, визначено об’єкт та предмет досліджень, охарактеризовано наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, надано інформацію щодо апробації та впровадження результатів роботи.

У першому розділі розглянуті види забруднень ВО та властивості нафтових емульсій (вода є одним з основних забрудників ВО). Проведений аналіз існуючих способів зневоднення та очищення нафтових емульсій. Із проведеного аналізу випливає, що в літературі відсутня достовірна інформація, яка б однозначно визначала технологію регенерації ВО, забруднених як в результаті експлуатації, так і в процесі їх збору та зберігання. Тому ці питання і становили завдання досліджень.

Основними завданнями досліджень є:

·

·

·

·

·

·

Другий розділ присвячено аналізу фізико-хімічних показників ВО. Аналіз цих показників дозволяє зробити висновок, що основними забрудниками ВО є механічні домішки, вода ( розчинена у вигляді емульсії), смоли та асфальтени.

Для очищення ВО від цих забрудників запропоновано використовувати деемульгаційні та адсорбційні методи із використанням природних дисперсних сорбентів. Для обох цих груп методів розроблені методики досліджень.

За дослідженнями факторів седиментаційної стійкості емульсії відпрацьованої оливи можна зробити такі висновки:

1. Емульсія відпрацьованої оливи – це високов’язкий продукт, зміна в’язкості якого є такою ж як і для більшості залишкових нафтопродуктів.

2. Вплив розчинника на в’язкість емульсії є аналогічним впливу температури. Наявність 10% бензинової фракції в емульсії відпрацьованої оливи різко знижує її в’язкість навіть за низьких температур.

3. Підвищення температури та додавання розчинника також зменшує густину дисперсійного середовища, що збільшує різницю густини між дисперсною фазою та дисперсійним середовищем. Це також знижує седиментаційну стійкість емульсії відпрацьованої оливи.

Для визначення фізико-хімічних властивостей ВО запропоновано використовувати відомі методики: густину ВО визначали пікнометричним методом; вміст води у ВО визначали методом Діна-Старка; вміст механічних домішок у ВО визначали ваговим методом; вміст смол та асфальтенів у ВО визначали фотоколориметричним методом (вважаючи що ця величина пропорційна оптичній густині проби ВО, яка досліджувалась).

В третьому розділі відображені результати проведеного моніторингу ВО у автомобільних парках України. Як випливає із проведених досліджень, джерелом утворення великих об’ємів ВО є моторні оливи для бензинових та дизельних двигунів, в меншій кількості в складі ВО присутні індустріальні, енергетичні (турбінні, трансформаторні, кабельні, компресорні, конденсаторні та інші), гідравлічні, тепловозні оливи, нафтові розчинники.

Підприємства, які використовують енергетичні оливи, як правило самі їх відновлюють для повторного використання або використовують їх з іншою метою. Споживачі відпрацьованих індустріальних олив також знаходять шляхи очищення їх від механічних домішок та подальшого використання в промисловості.

Для оцінки маси забруднюючих речовин, яку створює транспорт, а також маси ВО, які утворюються під час його експлуатації, як правило аналізують витрату палива, яка пропорційна цим показникам.

На рис.1 приведено споживання палива різними галузями транспорту за 2005 рік (слід зауважити, що структура цього розподілу не змінилась і на сьогоднішній час). Загальна частка палива, спожитого автомобільним транспортом України, становить 83% усіх моторних палив, а решта 17% палива розподіляється між іншими галузями наземного транспорту і основним серед них є дизельне паливо. Тому автотранспортний парк є одним з головних постачальників відпрацьованих мастильних матеріалів як в Україні, так і в країнах СНД. Як видно із рис.2, в його структурі частка легкових автомобілів складає близько 80% від загальної кількості автотранспортних засобів, вантажних автомобілів - 13%, автобусів - 2%, мікроавтобусів - 5%. Кількість ВО безпосередньо пов’язана і з „віковою” структурою автомобільного парку. Так, в деяких регіонах на 2005 рік кількість автомобілів, які експлуатуються до 5 років складає 21%, від 5 до 10 років – 32%, старших 10 років – 47%, що спричиняє утворення підвищеної кількості ВО.

Для зменшення шкоди, яку наносять навколишньому середовищу ВО, необхідна їх утилізація, яка може забезпечити отримання щорічно біля 400 тис. т цільового продукту і значно зменшити викиди шкідливих речовин в навколишнє середовище. Проте на сьогоднішній день в Україні установки чи заводу для утилізації ВО немає. Тому назріла необхідність створення нормативно-законодавчої бази щодо утилізації ВО, що передбачає порядок управління ВО як цінною сировиною для повторного використання. За аналогією з законодавством США та країн - членів ЄС в неї повинні ввійти заходи зі збору та утилізації мастильних матеріалів з обов’язковим врахуванням вимог, висунутих до їх якості.

Четвертий розділ присвячений дослідженню адсорбційного очищення ВО природними сорбентами – нативними та активованими бентонітами для видалення із ВО продуктів їх деструкції, що утворились в процесі експлуатації

Проводились дослідження впливу термічної активації на адсорбційну ємність бентоніту відносно забрудників ВО. Проведений нами диференціально-термічний аналіз показав, що в процесі нагрівання бентоніти поступово втрачають гігроскопічну вологу, а потім – адсорбційно зв’язану вологу. Оптимальна температура складає 220 - 2500С.

За умови подальшого нагрівання до температури 5000С і вище бентоніти втрачають гідроксиль-ні групи міжшарової води і змінюють свою кристалічну структуру втрачаючи здатність до набрякання, або можливості втримува-ти в міжпакетному просторі молекули речовини більшого діаметру (можливо із більшою полярністю ніж молекули води). А це призводить до зміни форми та поверхні частинок, що погіршує адсорбційні властивості бентоніту. Проведені нами дослідження, дані яких відображені на рис.3, підтверджують, що термічну активацію з температурою вище 2500С проводити недоцільно, оскільки у цьому випадку за умови значно більших енергетичних затрат не досягається збільшення адсорбційної ємності.

Проводились, також, дослідження, ціллю яких було встановлення оптимального ступеню розкладу бентоніту, який дозволяв би досягти максимального ступеня регенерації ВО. Як критерій оптимізації використовувались кінцевий вологовміст у ВО і залишковий вміст асфальтенів у регенерованій ВО (визначався за оптичною густиною ВО).

Дослідження полягали у встанов-ленні адсорбційної ємності бентоніту щодо води та залишкової оптичної густини із різним ступенем розкладу для ідентичних умов реалізації процесу (вміст бентоніту 10г/100 г оливи, перемішування в апараті з мішалкою, температура – 40оС).

Як свідчать дані рис.4, неактивований бентоніт регенерує ВО гірше, ніж бентоніт кислотно активований.

Дослідженнями показано, що оптимальна ступінь активації, за якої досягається максимальна адсорбційна ємність відносно води та асфальтенів складає 41%. Із рис.4 випливає, що подальше збільшення ступеню розкладу бентоніту недоцільне, оскільки в цьому випадку ефективність бентоніту для регенерації ВО не збільшується, а витрати енергії та реагентів на активацію зростають.

Нами досліджувалась можливість застосування для регенерації ВО як природних неактивованих, так і активованих бентонітів. Оскільки, як показано на рис.4. оптимальним ступенем кислотної активації бентоніту Ільницького родовища є ступінь розкладу 41%, то саме такий бентоніт і застосовувався для досліджень.

Дослідження ад-сорбційного очи-щення реальних ВО з волого-вмістом 15,6% проводились для проби, наданої фірмою “Галсан” (Львівський нафтопереробний за-вод). Досліди проводилися у ста-ціонарному режи-мі за умов постійної температури t=180С. До проби ВО вагою 0,2 кг почергово добавляли натуральний бентоніт (а для другої серії досліджень – активований бентоніт) в різній кількості (0,15, 0,2, 0,4, 0,6 кг). Суміш механічно перемішували протягом 30 хвилин. Після відстоювання з верхнього шару відбирали проби для проведення аналізу на процентний вміст вологи у ВО. Дані експеримен-тів у вигляді залежності кінцевого вологовмісту ВО від кількості наважок бентоніту представлено на рис.5.

Як показу-ють дані досліджень, за допомогою адсорбційного зневоднення можна досягти виведення вологи з ВО до необхідного ступеня, однак засто-совувати бентоніт для зневоднення доцільно тільки за умов невеликого вологовмісту ВО, коли і відповідно витрата бентоніту для зневоднення невелика. У випадку ж регенерації ВО із великим вологовмістом (як це мало місце у проведених нами дослідженнях) утворюється значна кількість вторинних відходів– відпрацьованого адсорбенту. А це в свою чергу вимагає пошуку та впро-вадження техноло-гій утилізації цих вторинних відходів.

Нами досліджувалось також зневоднення ВО із малим вмістом води. Такий випадок на практиці може бути або в результаті збору ВО із малим вмістом води і зберігання їх в умовах, коли цей показник не буде підвищуватись, або у випадку попереднього зне-воднення будь-яким іншим методом.

Для дослід-жень викорис-товувалась штучно заводнена олива, в яку вливалась дисти-льована вода із отриманням продукту із вмістом води 0,8%, 1% та 1,5%. Для досліджень викорис-товувались акти-вовані бентоніти із ступенем розкладу 41%. Як видно із рис.6. за умов наважки активованого бентоніту 10г на 100г ВО, можна досягнути ефективного зневод-нення ВО з кінцевим вологовмістом 0,12% за порівняно невеликої витрати адсорбенту. Отже, для зневоднення ВО слід застосовувати комбіновані методи зневоднення на першій стадії – якимось спеціальним методом, а в подальшому – адсорбцією на бентоніті.

Проводились дослідження, ціллю яких було встановлення ефективності очищення ВО від смол та асфальтенів (рис.7). Для досліджень використовува-лась ВО з початковим волого-вмістом 0,8 % у кількості 100 г для кожного досліду та активований бентоніт Ільницького родовища із ступенем активації 41% у кількості 5 та 10 г (для різних серій досліджень). Як показали результати досліджень, застосування добавки бентоніту в кількості 10 г дозволило досягти більш повного очищення оливи від забруднювачів. Тому в подальшому для досліджень процесу очищення олив використовувалась наважка бентоніту 10г.

Дані досліджень, щодо впливу температури на процес адсорбції асфальтенів із ВО бентонітами показали, що температура впливає у деякій мірі на адсорбційну ємність бентоніту відносно асфальтенів. На нашу думку це може бути пов’язано із зміною структури бентоніту у випадку підвищення температури в середовищі оливи. Але ця зміна проходить тільки в інтервалі температур 20 – 500С. В подальшому із збільшенням температури зростання адсорбційної ємності бентоніту не проходить. Тому як оптимальна температура реалізації процесу очищення нами запропонована температура 500С.

Дослідженнями встановлено, що для встановлених вище оптимальних умов регенерації очищення ВО від води і асфальтенів відбувається за часу перемішування 200 с. Саме цей час перемішування і був вибраний нами як оптимальний для реалізації процесу в промислових умовах.

У п’ятому розділі досліджуються особливості реалізації процесу зневоднення ВО із застосуванням деемульгаторів та ароматичних розчинників, а також вилучення із ВО механічних домішок.

Для руйнування досліджуваної емульсії ВО були проведені зрівняльні випробування різних факторів: промивання через фільтр; промивання в шарі води; промивання в шарі розчину деемульгатора; промивання в шарі розчину деемульгатора та флокулянта; промивання в шарі розчину соляної кислоти та флокулянта. Дослідженнями встановлено, що найкраще руйнування емульсії ВО проходить за умови промивання її в шарі розчину деемульгатора. Тому наступним етапом досліджень стало встановлення типу деемульгатора, який дозволяє досягнути оптимальних умов розділення емульсії ВО та типу розчинника (сольвенту), в якому найбільш раціонально розчиняти деемульгатор, вводячи його в склад ВО. Дані досліджень приведені в таблиці 1.

Таблиця 1.

Залишковий вміст води в емульсії після обробки деемульгаторами.

Тривалість відстоювання | ПМ | OWT | Sot

500 г/т | 1000 г/т | 500 г/т | 1000 г/т | 500 г/т | 1000 г/т | 2000 г/т

1доба | 15,6 | 15,6 | 14,33 | 14,30 | 14,00 | 14,00 | 12,8

2доби | 15,6 | 15,6 | 14,33 | 14,30 | 14,00 | 10,30 | 5,8

3 доби | 15,6 | 15,6 | 14,33 | 14,20 | 14,00 | 10,00 | 3

Як свідчать дані досліджень, найефективнішим виявився деемульгатор Sot (хоча і незначно), тому подальші дослідження впливу тривалості відстоювання на ефективність деемульгування було вирішено проводити саме з цим деемульгатором.

Досліджувався вплив типу розчинника на процес зневоднення. Використовувались два типи розчинника – прямогонний бензин та толуол. Результати досліджень приведені в таблиці 2.

Таблиця 2.

Залишковий вміст води в емульсії після обробки

деемульгатором Sot і розчинником.

Тривалість відстоювання | Вміст деемульгатора Sot

1000 г/т | 3000 г/т

Прямогонний бензин

1доба | 2,32 | 1,8

Толуол

1 доба | 2,27 | 0,8

Як видно із табл.2, більш ефективним розчинником є толуол. Мабуть це пов’язано з тим, що толуол багатий на ароматичні вуглеводні, які розчиняють смоли та асфальтени. Додавання ж як розчинника прямогонної бензинової фракції, багатої на парафінові вуглеводні, викликає осадження з дисперсійного середовища емульсії ВО додаткової кількості смол та асфальтенів (природних стабілізаторів емульсій), а також укрупнення їх дисперсійних частинок. Це сприяє зміцненню адсорбційних шарів емульсії, а також зв’язуванню частини молекул деемульгатора.

З Таблиці 2 свідчить, що за умови використан-ня деемульгатора Sot в кількості 3000 г/т, який подається у 50%-розчині, розчиненого в толуолі, вдається досягти залишко-вого вмісту води 0,8%, що достатньо для проведення в подальшому кінце-вого зневоднення з допомогоюприрод-них дисперсних сорбентів.

Проводили, також, дослідження, ціллю яких було встановити оптимальну витрату розчинника, що вноситься у ВО. Як видно із результатів досліджень представлених на рис.8., вплив роз-чинника є суттєвий, оскільки вже за умов витрати його 1% від маси ВО, результат позитивним, хоча і незначним. За умови збільшення витрати в інтервалі з 3% від маси ВО до 6% процес зневоднення стабілізується, тому оптимальною витратою толуолу є 3% від маси ВО.

Подальшими дослідженнями встановлювались оптимальні параметри зневоднення. Було встановлено, що найефективніше зневоднення проходить за умови витрати деемульгатора 0,6 мл з добавкою 3 мл толуолу на 100 г відпрацьованої оливи. За такого співвідношення реагентів вдалось досягли вологовмісту у ВО 0,8% (початковий вміст води в оливі складав 15,6%). Спроба подальшого зменшення вмісту води у ВО шляхом введення додаткової кількості деемульгатора та розчинника не покращила результатів.

Вплив температури на процес зневоднення досліджувався за встановлених раніше оптимальних умов реалізації процесу зневоднення: дозування деемульгатора Sot в кількості 0,6 % від маси ВО, толуолу – 3% від маси ВО. Дослідженнями встановлено, що в інтервалі температури від 30?С до 60?С процес зневоднення проходить повільно. Це пов’язано з цим, що в даних межах в’язкість ВО зменшується поступово, а досягаючи температури 60?С, що достатньо для досягнення ефективної швидкості осідання частинок, процес зневоднення проходить за встановленими нами раніше оптимальними параметрами. У цьому випадку досягається кінцевий вміст води в ВО – 0,8%. Подальше збільшення температури потребує додаткових енергозатрат і разом з тим не приводить до помітного покращання ефективності процесу. Експериментами встановлено, що необхідний час відстоювання ВО в термостатованому стані для найбільш повного деемульгування води і розділення фаз складає 6 годин.

Для відділення із ВО механічних домішок (як занесених в результаті експлуатації, так і відпрацьованого адсорбенту, який потрапив у ВО під час її регенерації) ВО центрифугували протягом 20 хв. з частотою обертання 1200 об/хв. Швидкість осідання в залежності від розмірів частинок механічних домішок в промисловій центрифузі показана на рис. 9. За умови перебування в центрифузі ВО протягом 3 хв осядуть час-тинки механічних домішок з радіусами:

за 80 ?С – до 1,75 мкм,

за 60 ?С – до 2 мкм,

за 40? С – до 3 мкм,

за 20? С – до 5 мкм.

Тобто за температури 80 ?С в центрифузі повинні осісти всі механічні домішки, оскільки, як правило,дисперсність частинок еханічних домішок в нафто-продуктах не є меншою за 1 мкм.

У шостому розділі запропонована комплексна технологія регенерації ВО із різним початковим вмістом води, яка успішно апробована в лабораторних умовах. Розглянуті перспективні шляхи використання регенерованої ВО. Запропоновано використання деемульгованої води, забрудненої нафтопродуктами, як розріджувача у виробництві бітумів, а відпрацьованих адсорбентів у виробництві керамзиту, завдяки чому вдається підвищити якість готового продукту.

Розроблена блок-схема комплексної технології генерації ВО, яка представлена на рис.10. Згідно з ним, в запропонованій технології можна реалізувати різні технологічні схеми регенерації для ВО різного ступеню заводнення. Малозаводнені ВО зразу по-даються на стадію адсорбційного очищення, де одночасно відбувається очищення ВО від води та від асфальтенів.

Для значно заводнених ВО необхідно першою проводити стадію зневоднення деемульгатор-ром, оскільки у випадку подачі їх відразу на другу стадію процес суміс-ного зневод-нення та вида-лення асфаль-тенів хоч і буде прове-дений в повній мірі, але у цьому випадку уво-риться значна кількість від-працьованого адсорбенту,

що буде вимага-ти в подаль-шому розроб-лення додат-кових міро-приємств що-до його утилізації.

Стадія адсорбційного очищення є обов’язковою для регенерації всіх видів ВО. Для значно заводнених ВО на цій стадії видаляється залишкова вода, яка залишилась не видаленою на стадії зневоднення з допомогою деемульгатора, а також видаляються асфальтени. Для мало заводнених ВО, які подаються на регенерацію безпосередньо на цю стадію, проходить видалення води, яка знаходиться в ВО, та очищення від асфальтенів.

Після стадії адсорбційного очищення ВО, якісні показники яких в цій точці технологічного процесу незалежно від початкових значень не відрізняються, подаються на стадію очищення від механічних домішок центрифугуванням. На цій стадії проходить очищення ВО як від механічних домішок, які в них потрапили в процесі експлуатації, так і від адсорбенту, який на цей час ще знаходиться в ВО. Виводиться також залишкова кількість води, яка адсорбована як на бентоніті, так і на механічних домішках, які потрапили у ВО в процесі експлуатації.

Після центрифугування регенерована ВО подається на повторне використання, а відділений від неї відпрацьований сорбент, який містить одночасно механічні частинки, які потрапили в ВО в процесі використання – на утилізацію.

Виходячи із даних експериментальних досліджень нами встановлені витрати реагентів, оптимальні режимні параметри реалізації процесу та орієнтовні вхідні та вихідні характеристики ВО на кожній із стадій пропонованої технології, які приведені нижче.

1. Стадія зневоднення з допомогою деемульгатора.

На стадію подається: ВО із початковим вмістом води (15,6 і більше)%; деемульгатор - Sot у кількості 0,6% від маси ВО; розчинник – толуол у кількості 3% від маси ВО, яка поступає на зневоднення.

Із стадії виводиться: зневоднена ВО із вмістом води 0,8%; вода, забруднена нафтопродуктами. Кількість визначається з матеріального балансу виходячи із початкового вмісту води в ВО.

Оптимальні режимні параметри: загальна тривалість процесу зневоднення 6 годин; температура 600С.

2.Стадія адсорбційного очищення активованим бентонітом.

На стадію подається: ВО із вмістом води -0,8%; активований бентоніт у кількості 100 кг/1т ВО.

Із стадії виводиться: ВО із вмістом води 0,12%, очищена від асфальтенів, та механічних домішок.

Оптимальні режимні параметри: температура реалізації процесу – 500С; час перемішування – 200 с.

3. Стадія очищення відпрацьованих олив центрифугуванням.

На стадію подається: очищена відпрацьована олива (вміст води 0,12%) з бентонітами (з адсорбованими на них водою, органічними забрудниками і механічними частинками).

Із стадії виводиться: регенерована ВО. Відпрацьований адсорбент.

Оптимальні режимні параметри: час центрифугування – 3 хв; температура середовища – 500С.

Отримані оптимальні параметри реалізації процесу регенерації рекомендовані для використання у промисловій технології регенерації ВО.

Внаслідок проведених експериментальних досліджень стосовно відпрацьованої оливи з врахуванням запропонованої комплексної технологічної схеми отримані такі параметри регенерованої оливи.

Таблиця 3.

Параметри регенерованої оливи

№

п/п | Назва | Показники

1. | В'язкість кінематична при 400С (при 1000С), мм2/с | 36,06 (5,6)

2. | Індекс в’язкості | 110

3. | Температура спалаху визначена у відкритому тиглі, ОС не нижче | 132

4. | Масова частка механічних домішок, % не більше | 0,09

5. | Масова частка води, % не більше | 0,12

6. | Густина при 20ОС кг/м3 не більше | 910

7. | Температура застигання ОС не вище | -10

8. | Кислотне число мг КОН на 1 г не більше | 0,07

9. | Оптична густина | 0,24.

Отже, внаслідок запропонованої комплексної технологічної схеми для регенерації відпрацьованої оливи, отриманий вихідний продукт, що відповідає необхідним якісним показникам. Регенерована олива з такими параметрами може бути рекомендована для повторного використання як базова олива.

Нами запропонована (рис.11) двохстадійна технологічна схема регенерації ВО (середній вміст води 15-16%) з подальшим використанням відпрацьованих продуктів регенерації, які утворюються в результаті очищення.

Після збору ВО з вмістом води 15-16 % перекачується насосом Н-2 через регулюючий вентильV-2 в термостат з мішалкою за умови сталої кількості обертів. Для зменшення вмісту води в ВО, а також зменшення антропогенного навантаження на навколишнє середовище в процесі регенерації в термостат подається розчинник насосом Н-4, а насосом Н-3 - деемульгатор. В термостаті Т-1 підтримується постійна температура (600С). Після досягнення в процесі перемішування однорідності суміші, перемішу вальний пристрій вимикається і ВО відстоюється на протязі 6 годин. В результаті розшарування суміші є можливість її розділення на дві фракції:

- перша фракція (відділена водяна суміш з певним вмістом нафтових включень) за умови відкритого вентиля V-4 мірним лотком Л-1 поступає в збірник З-1 для подальшого використання в процесі виробництва бітумів, як розріджуючої добавки;

- друга фракція (частково обезводнена ВО) за умови відкритого вентиля V-5 поступає в центрифугу Ц-1, де проходить відділення механічних домішок, які транспортером Е-7 подаються на використання у виробництві керамзиту, а очищена ВО перекачується в термостат для другої стадії регенерації.

Наступним етапом регенерації є адсорбційне очищення ВО за допомогою активованих бентонітів. Зневоднену до 0,8% ВО перекачується насосом Н-8 в термостат Т-2 з мішалкою М-2 в якому підтримується постійна температура. Для поглинання залишкової вологи та продуктів термічної деструкції ВО в термостат транспортером Е-8 подається адсорбент (активований бентоніт - ступінь активації якого складає 40%).). Після перемішування мішалкою М-2 суспензія через вентиль V-11 поступає у відстійник В-1, де відстояна суміш з відпрацьованим адсорбентом транспортером Е-9 поступає в збірник З-2 для подальшого використання, а зневоднена відпрацьована олива через вентиль V-8 поступає в центрифугу Ц-2 для очищення від залишків адсорбенту та через вентиль V-9 направляється в збірник З-3 для проходження стадії повної регенерації.

Таким чином розроблена технологічна схема замкнутого циклу дозволяє:

- зменшити використання природних вичерпних та невідновних енергетичних ресурсів за рахунок регенерації ВО;

- зменшити антропогенне навантаження на навколишнє середовище внаслідок повного використанням відходів , які утворюються в процесі регенерації ВО;

- зменшити витрату відпрацьованого активованого бентоніту за рахунок двохстадійного зневоднення ВО.

Проведений еколого-економічний розрахунок природоохоронного ефекту, що досягається внаслідок впровадження технології регенерації ВО. Показано, що за умови потрапляння в грунти тільки 10% від всіх ВО, які щорічно утворюються на Україні, та забруднення цими ВО 100 га землі, навколишньому середовищу наноситься шкода, на відшкодування якої потрібно 31,2 млн. грн.

ВИСНОВКИ

1. У зв’язку з значною екологічною загрозою, яку створюють відпрацьовані оливи та відсутністю ефективних методів їх регенерації, розроблення технології повторного застосування олив є актуальним з погляду зменшення антропогенного навантаження на довкілля.

2. На основі проведеного моніторингу ВО показано, що кількість ВО, які щорічно утворюються в Україні, орієнтовно складає 116 тис.т/рік.

3. Встановлено, що ефективним методом виділення невеликих кількостей води та асфальтенів із ВО є їх адсорбційне очищення із використанням активованих бентонітів, або бентонітів у нативній формі. Оптимальними режимними параметрами процесу є: температура 500С, час перемішування середовища – 200с.

4. Шляхом порівняльних досліджень ефективності різних технологій зневоднення сильно заводнених ВО визначено, що найефективнішим є застосування деемульгатора Sot, а у ролі розчинника – толуол. Оптимальні режимні параметри процесу: температура 600С, загальна тривалість зневоднення – 6 годин.

5. Запропоновано відділення твердих частинок із ВО (механічних забруднень та відпрацьованого сорбенту) проводити із використанням центрифугування. Оптимальними режимними параметрами є: час центрифугування – 3 хв., температура середовища – 500С.

6. Розроблено комплексну технологію регенерації ВО, яка включає стадії зневоднення, адсорбційного очищення і центрифугування і дозволяє регенерувати ВО із різним початковим вмістом води.

7. Розрахований еколого-економічний ефект від впровадження технології регенерації ВО. За умов потрапляння в грунт тільки 10% від всіх ВО, які щорічно утворюються на Україні, та забруднення цими ВО 100 га землі, навколишньому середовищу наноситься шкода, на відшкодування якої потрібно 31,2 млн.грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Мальований М.С., Санніков М.І., Петрушка І.М., Чайка О.Г. Кислотне активування бентонітів //Наук.вісник Укр.держ.лісотехн.ун-ту, 2001.-Вип.11.2- с. 124-126.

2. Чайка О.Г., Мальований М.С., Петрушка І.М., Одноріг З.С. Регенерація відпрацьованих олив за допомогою природних дисперсних сорбентів// Видавництво Національного університету “Львівська політехніка 2003, Вісник “Хімія , технологія речовин та їх застосування”, №488. - с.246 – 248.

3. Чайка О.Г., Захарко Я.М., Хомко Н.Ю. Очищення відпрацьованої оливи від смол та асфальтенів за допомогою природного дисперсного сорбенту-бентоніту // Видавництво Національного університету “Львівська політехніка” 2005, Вісник “Хімія , технологія речовин та їх застосування”, №529. - с. 194 – 196.

4. Чайка О.Г., Мальований М.С., Захарко Я.М., Хомко Н.Ю. Комплексна регенерація відпрацьованої оливи деемульгаторами та природними сорбентами // Видавництво Національного університету “Львівська політехніка” 2005, Вісник “Хімія , технологія речовин та їх застосування”, №529. - с.196 – 198.

5. Чайка О.Г., Мальований М.С., Семенишин Є.М., Захарко Я.М., Петрушка І.М. Регенерація відпрацьованих олив. Екологічні та технологічні аспекти//Хімічна промисловість України, №5 (76), 2006. - с.40 – 43.

6. Мальований М.С., Чайка О.Г., Петрушка І.М., Захарко І.М. Комплексна ресурсозбережна технологія регенерації відпрацьованих олив//Экотехнологии и ресурсосбережение, №1, 2007. - с. 38-42.

7. Мальований М.С., Санніков М.І., Петрушка І.М., Чайка О.Г. Хімічне модифікування бентонітів//Хімія, технологія речовин та їх застосування: Вісник Національного університету “Львівська політехніка”, №426, 2006.- Львів.- с. 158-161.

8. Мальований М.С., Санніков М.І., Одноріг З.С., Петрушко І.М., Чайка О.Г. Адсорбційні технології забезпечення техногенної безпеки шляхом використання природних дисперсних сорбентів//Матеріали ІІІ Міжнародної науково-практичної конференції “Проблеми економії енергії”.- Львів: 2001.-с.246-247.

9. Чайка О.Г., Колотницький Л.А., Топільницький П.І., Максимик В.Я. Переробка відпрацьованих олив//Тези доповідей 8-ї Міжнародної науково-технічної конференції “Розробка, виробництво та застосування мастильних матеріалів та присадок”.- Бердянськ: 2003.- с.180-182.

10. ЧайкаО.Г., Петрушка І.М., Максимик В.Я. Застосування природних сорбентів для регенерації відпрацьованих олив//Тези доповідей VІІІ Міжнародної науково-практичної конференції “Проблеми управління якістю підготовки фахівців-екологів у світлі інтеграції освіти України в Європейський простір та перспективні природоохоронні технології”.- Львів: 2003. – с.64.

11. Мальований М.С., Петрушко І.М., Чайка О.Г. Проблема регенерації відпрацьованих олив//Труды ХІІ-той международной научно-технической конференции “Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов”. - Бердянск: 2004. – с.694-696.

12. Чайка О.Г, Мальований М.С., Одноріг З.С. Проблема утилізації відпрацьованих олив//Тези доповідей ІІІ-ї науково-технічної конференції “Поступ в нафтопереробній й нафтохімічній промисловостях”. – Львів: 2004. – с.195-196

13. Мальований М.С., Чайка О.Г., Петрушко І.М., Петрус Р. Проблема утилізації відпрацьованих олив// Труды ХІІІ-той международной научно-технической конференции “Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов”. – Алушта: 2005. – с.694-697.

14. Чайка О.Г., Ковальчук О.З., Хомко Н.Ю. Шкідливий вплив відпрацьованих олив на екологічну ситуацію//Збірник наукових праць Х-ї наукової конференції “Львівська хімічні читання”. – Львів: 2005 . – с.Д. 11. 7.

15. Мальований М.С., Чайка О.Г., Топільницький П.І., Максимик В.Я. Комплексна регенерація відпрацьованих олив// Тези доповідей 9-ї науково-технічної конференції “Мастильні матеріали”. – Бердянськ: 2006. – с.273.

16. Мальований М.С., Чайка О.Г. Комплексна деемульгаторно-адсорбційна технологія регенерування відпрацьованих олив// Сборник научных трудов XV международной научно-технической конференции “Экологическая и техногенная безопасность . Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов”. – Бердянськ: 2007. – с. 206-211.

17. Чайка О.Г., Мальований М.С., Юрим М.Ф., Ковальчук О.З., Петрушка І.М. Деклараційний патент на корисну модель. 17474 Спосіб регенерації відпрацьованих олив.

18. Чайка О.Г., Мальований М.С., Юрим М.Ф., Ковальчук О.З., Петрушка І.М. Деклараційний патент на корисну модель. 17431 Установка для регенерації відпрацьованої оливи.

Анотація

Чайка О.Г. Екотехнологія утилізації відпрацьованих олив. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 – екологічна безпека - Національний університет „Львівська політехніка”, Львів, 2007.

Ключові слова: екологічна безпека, відпрацьовані оливи, адсорбція, бентоніти, деемульгатори.

Дисертацію присвячено розробленню комплексної технології регенерації відпрацьованої оливи з різними початковими показниками вологості, вмісту асфальтенів та механічних домішок. На основі даних моніторингу зроблений висновок про значний рівень забруднення навколишнього середовища відпрацьованими оливами і про високий рівень екологічної небезпеки, яка створюється внаслідок цього забруднення. Встановлено, що ефективним методом виділення невеликих кількостей води та асфальтенів із відпрацьованих олив є їх адсорбційне очищення із використанням активованих бентонітів, або бентонітів у нативній формі. Експериментальними дослідженнями встановлені оптимальні режимні параметри цього процесу. Для зневоднення сильно заводнених відпрацьованих олив запропоновано використовувати метод деемульгування, експериментами встановлено, що найефективнішим є застосування деемульгатора Sot, а у ролі розчинника – толуол. Встановлені оптимальні режимні параметри процесу деемульгування відпрацьованих олив. Тверді частинки із ВО (механічних забруднень та відпрацьованого сорбенту) запропоновано відділяти центрифугуванням. На основі аналізу даних досліджень розроблена комплексна технологія регенерації відпрацьованих олив різного ступеня забруднення, яка успішно апробована в лабораторних умовах.

Аннотация

Чайка О.Г.