Разработка ресурсосберегающих и экологически целесообразных способов извлечения нефти и нефтепродуктов из амбаров-отстойников

Образование и науки | Эта статья также находится в списках: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , | Постоянная ссылка

УДК 622.106.33:622.104.03

БИСЕНОВА ЛАУРА ЕСЕНОВНА

Разработка ресурсосберегающих и экологически целесообразных способов извлечения нефти и нефтепродуктов из амбаров-отстойников

03.00.16 – Экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Республика Казахстан

Тараз 2010

Работа выполнена в Каспийском государственном университете технологии и инжиниринга им. Ш. Есенова

Научные руководители: доктор технических наук

Акбасова А. Д.

кандидат технических наук

Юнусов Н. Х.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Дюсебаев М. К.

доктор технических наук

Акынбеков Е. К.

Ведущая организация: Атырауский институт нефти и газа

Защита состоится « » _____________ 2010 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 14.13.02 при Таразском государственном университете им. М. Х. Дулати по адресу: 080000, г. Тараз, Толе би, 60

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Таразского государственного университета им. М. Х. Дулати

Автореферат разослан «___» ________________ 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д. т.н., профессор М. Сахы

Введение

Общая характеристика работы. С каждым годом возрастают темпы и масштабы антропогенного воздействия нефтяной отрасли промышленности на объекты природной среды, превышая ее адаптационные возможности и создавая условия для повышенного экологического риска. С целью улучшения экологической обстановки, а также в связи с сокращением сырьевой базы, прослеживаемой с середины 90-х годов прошлого века, одной из важных задач является сокращение потерь углеводородов на всех стадиях ее производства, включая ликвидацию амбаров-накопителей высокопарафинистой нефти, а также возврат в оборот ее разлитой части во время аварийных процессов. В связи с этим в последнее время не только в научной среде, но и в Правительстве стали понимать неотложность и необходимость исправления негативной экологической ситуации, поэтому вопросы охраны окружающей среды на основе разработки и внедрения ресурсосберегающих и экологически чистых технологий являются приоритетами экологической политики нашей страны. Они нашли отражение в основных направлениях экономического и социального развития Казахстана на период до 2030 года, в Концепции экологической безопасности республики на 2004-2015 годы, в Экологическом кодексе и в многочисленных законодательных документах.

Работа выполнена в соответствии с тематическими планами НИР КГУТиИ им. Ш. Есенова в период 2007-2010 г. г.

Актуальность проблемы. За период эксплуатации территории 4 крупных месторождений Мангистауской области, включая месторождение Узень, образовалось многочисленное количество комплексов земляных амбаров с нефтью, большие объемы замазученного грунта и нефтешлама. Современная сложившаяся экологическая обстановка диктует необходимость внедрения технологий, обеспечивающих безотходность процесса ликвидации углеводородных (нефтяных) загрязнений, при условиях низкой стоимости работ на каждой стадии применяемого процесса, быстром его освоении и безопасной эксплуатации. Существующие на данный момент технологии ликвидации амбарной нефти и разливов на месторождениях являются малоэффективными и высокозатратными, не соответствуют современным требованиям экологии, так как безвозвратная потеря углеводородов в загрязнениях и отходах составляют от 3 до 7% от добытого, перевезенного и сохраненного количества нефтепродуктов. Особенно сложной задачей является улавливание паров и сбор углеводородов, испаряющихся с поверхностей амбаров-отстойников и площадных земляных «озер», образованных при аварийном разливе нефти. Кроме загрязнения объектов биогеоценоза при этом создается также пожароопасная ситуация, что требует необходимость создания герметичного кровельного покрытия нефтесодержащего пространства.

Данная работа, направленная на разработку технологий и технических средств для разогрева и сбора высокопарафинистой нефти при ликвидации земляных амбаров-накопителей месторождения Узень, позволяющие исключить технологические выбросы легких фракций углеводородов и потребление традиционной электрической энергии за счет применения энергии солнца и обеспечить полноту извлечения нефтепродукта с сохранением его качественного состава, является своевременной и актуальной.

Цель работы заключается в разработке ресурсосберегающих и экологически целесообразных способов извлечения нефти и нефтепродуктов из амбаров-отстойников.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ и оценка воздействия выбросов вредных веществ от путевых-печей при подогрева высоковязкой нефти и углеводородов, испаряющихся с поверхности разогретой нефти Узенского месторождения на окружающую среду;

- расчетным методом установить количественные показатели для выбросов паров углеводородов из земляных ёмкостей – площадных загрязнителей;

- на основе использования солнечной энергии разработать ресурсосберегающий и экологически чистый способ разогрева нефти, позволяющий свести до нуля потери углеводородов, испаряющихся с разогретой поверхности амбарной нефти;

- разработать математическую модель тепловых процессов, имеющих место при разогреве нефти в амбарах-накопителях;

- провести лабораторные исследования по подбору состава реагента, позволяющего осуществить эффективное извлечение застывшей амбарной нефти и создать условия для ее непрерывной циркуляции в местных трубопроводах;

- на основе расчета экономического ущерба, наносимого амбарами-накопителями нефти на окружающую среду, обосновать эффективность предложенных технических решений.

Поставленные задачи составляют основу научно-исследовательских работ.

Основная идея работы заключается в использовании установленных на основе мониторинговых исследований закономерностей загрязнения атмосферного воздуха в зависимости от природно-климатических факторов и солнечной энергии для разработки экологически и экономически эффективного способа ликвидации амбарной высокопарафинистой нефти.

Методы и объект исследования. Объектами исследований являются площадные загрязнители, амбары-накопители сливных нефтяных отходов, подогревающая система и природно-климатические факторы. В работе использованы стандартные методы изучения физико-химических и теплотехнических свойств объектов, классические методы экологической оценки и мониторинга. Лабораторно-аналитические исследования образцов амбарной нефти и подбор составов для получения обратной эмульсии проведены с использованием известных общепринятых методов.

Научная новизна работы. Наиболее важными результатами, составляющими научную новизну являются:

- на основе данных экологического мониторинга и обработкой их с применением прикладных программ расчета выявлены количественные и пространственные закономерности загрязнения окружающей среды выбросами углеводородов, испаряющихся с поверхности земляной амбарной нефти;

- оценен экологический риск для здоровья человека в районах близлежащих населенных пунктов и в рабочей зоне амбаров-накопителей;

- разработана гелиотехническая система сбора нефти, включающая разогрев и предотвращение потерь углеводородов при испарении.

Научные положения выносимые на защиту:

- результаты математических, химических и других методов исследований по установлению закономерностей распределения нефтяных загрязнений в объектах окружающей среды и зависимости состава нефти на основе подбора оптимальных условий для осуществления технологического процесса ликвидации амбаров-накопителей;

- научные основы экологического риска здоровью людей, находящихся на территориях вблизи нефтесодержащих источников, оцененные на базе нового ранее неучтенного его показателя, а именно, с учетом активного загрязнения окружающей природной среды от земляных амбарных емкостей;

- разработанный на основе теоретических и экспериментальных исследований эффективный технологический способ сбора и разогрева высокопарафинистой амбарной нефти с помощью солнечной энергии и технического решения по изменению режима работы парогенераторов в котле.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций. Достоверность подтверждаются достаточной степенью сходимости установленных зависимостей и закономерностей, результатами обработки данных с применением математического аппарата и эколого-экономического анализа. Обоснованность полученных результатов подтверждается созданием опытного образца устройства изготовленного на основе предложенного гелиоподогревателя и гелиосистемы в целом, и удовлетворительной сходимостью данных, полученных при промышленных и лабораторных испытаниях.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанные оптимальные технологические параметры процесса разогрева и улавливания испаряющихся легких фракций нефти с применением гелиосистемы, а также подобранный состав реагентов для получения обратной эмульсии может найти широкое внедрение на предприятиях нефтяной промышленности. Реализация предложенного простого и эффективного способа утилизации амбарной нефти позволит решить вопрос ресурсосбережения и улучшения экологического состояния окружающей среды. Данный способ апробирован в условиях предприятия УХиЭ ПФ «Озенмунайгаз» (г. Жанаозен) и внедрен с экономическим эффектом 5 млн. 147 т. тенге.

Отдельные положения диссертации внедрены в НИИ «Экология» МКТУ для разработки природоохранных мероприятий, а также в учебный процесс при проведении занятий по курсам «Новые технологии эффективного использования природного сырья», «Экологические основы производственных технологий», «Основы безопасности жизнедеятельности» и при выполнении курсовых и дипломных работ, магистрских диссертаций в КГУТиИ им. Ш. Есенова и МКТУ им. Х. А. Ясави.

Личный вклад автора заключается в выборе задач, путей и их способов решения, в формулировке и обосновании научных положений, разработке способа извлечения амбарной нефти с улавливанием испаряющихся легких фракций углеводородов, основанного на применении солнечной энергии, и получении рецептуры обратной эмульсии, в проведении промышленных испытаний и практической реализации результатов работы.

Апробация работы. Основные результаты доложены и обсуждены на: VIII Международной научно-практической конференции «Проблемы управления экологическим состоянием территории Каспийского бассейна» (Актау, 2009); Международная конференция молодых ученых «Ломоносов-2010» (Астана, 2010); Международной научно-технической конференции «Перспективные направления альтернативной энергетики и энергосберегающие технологии» (г. Шымкент, 2010); Международной научно-практической конференции «Проблемы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды» (Махачкала, 2010), на объединенных научных семинарах кафедр «Биология», «Нефтегазовое дело» и «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Актау, 2008-2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 7 в изданиях, рекомендуемых Комитетом по контролю в сфере образования и науки МОН РК, 2 работы в зарубежных изданиях, 5 работ в сборниках международных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка использованных источников из 112 наименований, содержит 128 страниц компьютерного текста, включая 45 рисунков, 25 таблиц, и приложения.

Основная часть

Во введении дано обоснование актуальности решаемой проблемы, сформулированы цель и основные задачи, направленные на ее достижения, отмечена научная новизна и практическая значимость работы.

1 Анализ особенностей влияния амбаров-отстойников сливных нефтяных отходов на экологическую обстановку

Нефть месторождения Узень относится к высокопарафинистым (17-25% парафина) с температурой застывания равной 29-35 °С, что является основной причиной аварийных ситуаций, сопровождаемых разливами. Эти разливы обычно оперативно локализуются и сбрасываются в амбары-отстойники, которые как дополнительный источник загрязнения еще более осложняют и так неблагополучное экологическое состояние города Жанаозен, расположенного всего лишь на расстоянии 5- 8 км от комплекса этих амбаров.

Как следует из проведенного нами анализа, количество публикаций по данному вопросу весьма ограничено, что, видимо, обусловлено с непредсказуемыми изменениями физико-химических, реологических и других свойств нефти, а также с зависимостью извлекаемого его состава от наличия множества непостоянно действующих факторов.

Во многих исследовательских работах ученых СНГ и Казахстана (В. К. Александров, А. И. Семьянистов, Н. В. Калашников, Г. А. Маяцкий, А. Д. Рудой, О. М. Голованов, Ш. А. Ершин, У. К. Жапбасбаев, Н. Жалгасулы, Т. К. Ахмеджанов, Г. Ж. Кенжетаев и др.) предусмотрен разогрев достаточно толстого слоя застывшей нефти с помощью энергии Солнца, но однако из-за несовершенства применяемых технических средств и устройств-подогревателей ими недостаточно использована максимальная возможность данного естественного энергоисточника. Кроме того, в них не проведен анализ различных аспектов опасности, связанные с этими амбарами, и недостаточно разработаны мероприятия по снижению их негативного воздействия.

Проведен анализ результатов экологического мониторинга качества атмосферного воздуха на границе ССЗ объектов ПФ «Озенмунайгаз». Полученные критерии опасности загрязняющих веществ отвечают второй категории опасности: 105<32970,1>103, что требует тщательного анализа всех сверхнормативных выбросов, разработки рекомендаций для их снижения и принятия оперативных мер.

Территория вокруг амбаров-накопителей отнесена к рабочей зоне, т. к. на ней производятся работы по обслуживанию системы подогрева и сбора нефти и ПДК в этой зоне может в 200 раз превышать максимально разовую для населенных пунктов ПДК(Н. П.)=5 мг/м3. При среднесуточных незалповых выбросах с увеличением скорости ветра до 5 м/с наблюдается возрастание концентрации углеводородов до 1,5 раза в приземном слое атмосферы как в рабочей зоне, так и в населенном пункте, несмотря на почти неизменные мощности выброса. При скорости ветра >5 м/с уменьшается рассеивание загрязнений в более высокие слои атмосферы и по фронту. При скорости ветра w=5 и 10 м/с, соответственно, концентрация углеводородов превышает ПДК(Н.П) на 46% и 86%, а при w ≈ 3,5 м/с СМ. НП не превышает ПДК(Н. П).

Залповые выбросы углеводородов с поверхности амбарной нефти резко ухудшают экологическое состояние рабочей зоны, а ещё более населенного пункта. При скорости ветра w = 5 м/с концентрация углеводородов превышает ПДК(НП) в 12÷19 раз. С ростом температуры окружающей среды и скорости ветра, особенно при залповых сбросах нефти в амбар, происходит увеличение мощности выбросов, что и является одной из основных причин возрастания приземной концентрации углеводородов в атмосфере.

На основе формулы (1) проведено определение зависимости объемов углеводородов, испаряющихся с поверхности амбаров, от неровностей рельефа, без учета изменения со временем состава жидкости:

(1)

где – удельная масса жидкости, испарившейся за рассматриваемый промежуток времени ; - количество компонентов смеси; - начальная температура жидкости (нефти), К; – мольная доля i – го компонента в жидкой фазе в начальный момент времени.

Результаты свидетельствуют о наличии существенной зависимости между интенсивностью испарения нефти и величиной угла бортов амбара. Так при скорости ветра 1 и 2 м/с количество испарившейся нефти, рассчитанное без учета рельефа местности, соответственно, на 84 и 16,5% превышает значения, полученные при = 5,8º, и на 183 и 73% – при = 17,7º. Снижение интенсивности испарения при увеличении угла наклона склона обусловлено как снижением скорости потока на дне выемки вследствие изменения кривизны поверхности, так и влиянием сил плавучести. Последний фактор оказывает основное влияние на динамику испарения. Склон препятствует перемещению тяжелого газа по направлению ветра, способствуя его накоплению над поверхностью пролива.

Установлено, что нестационарное воздействие амбара-отстойника на окружающую природную среду является причиной изменения наибольшей концентраций испаряющихся легких фракций с течением времени (рисунок 1). Величина её сначала увеличивается, достигая максимума, а затем снижается. Такая зависимость обуславливается изменением содержания в жидкой фазе легколетучих компонентов.

1 – ровная поверхность; 2 – = 11; 3 – = 3,5

Рисунок 1 – Зависимость массы углеводородов при над отстойником нефти от времени при скоростях ветра 1 м/с (а) и 2 м/с (б)

Из рисунка 1 видно, что для обоих значений скорости ветра максимальное значение значительно снижается при увеличении угла наклона склона выемки. Так, например, при скорости ветра 1 м/с и угле наклона =5,8º максимальное значение ниже соответствующего на ровной поверхности в 3 раза, а при =17,7º в 3,5 раза. Подтверждено предположение, что аккумулирование паров при расположении источника на дне выемки, то есть подобно тому как расположены фактически технологические амбары-отстойники пролитой аварийной нефти, обуславливает сохранение опасных концентраций в течение более длительного времени, чем в случае отсутствия перепада высот.

Установлено, что испарение предельных углеводородов с поверхности земляной ёмкости в значительной степени способствует не только ухудшению экологической обстановки, но и приводит к экономическим потерям.

Изучение динамики заболеваемости населения, проживающего в близлежащих районах к месторождению Узень, за 2005-2009 годы свидетельствует о существовании корреляционной зависимости между различными ноозологическими видами болезней и степенью загрязнения атмосферного воздуха над населенными пунктами. Анализ динамики и уровня некоторых болезней показывает, что в городе Жанаозен наблюдается рост новообразований в 3 раза, увеличение эндокринной болезни в 25 раз, болезней нервной системы в 3 раза и органов пищеварения в 2 раза. За последние 5 лет эти показатели неблагополучного района превышают до 20 раз показатели благополучного Мангистауского района. В качестве исследуемого результативного признака выбраны болезни органов дыхания детей, так как анализ заболеваемости населения Жанаозен показал, что уровень детской заболеваемости выше, чем заболеваемость взрослого населения и подростков. Среди вредных веществ влияние на заболеваемость детей болезнями органов дыхания оказывают углеводороды и твердые частицы.

Полученные данные свидетельствуют о необходимости динамического мониторинга, углубленного эколого-гигиенического исследования антропогенных факторов воздействия на окружающую среду и выработки мероприятий для снижения уровня экологического риска здоровью человека.

2 Разработка экологически целесообразного гелиосистемного способа разогрева и извлечения парафинистой амбарной нефти

Для установления возможности максимального использования солнечной энергии выполнены расчеты и проанализированы теплотехнические характеристики применяемых на месторождении подогревателей нефти.

Результаты расчетов показали, что плотность потока теплового излучения, поглощаемого поверхностью подогревателей даже без учета конвективного теплообмена, сравнительно мала qизл=242 Вт/м2. С целью максимального отбора сливной нефти подбор количеств подогревателей из труб был ориентирован на охват ими больших площадей поверхности амбаров. Так, площадь тепловоспринимающей поверхности 1 метра трубы составляет всего лишь 0,02 м2, поэтому при увеличении теплового потока от 167,2 до 1720 кВт коэффициент теплопередачи возрастает лишь на 3 Вт/(м2·к), что объясняется малой площадью теплопередающей поверхности по сравнению с длиной трубы. Это обуславливает большую металлоемкость и громоздкость подогревателей при использовании солнечной энергии, поэтому при данных температурных и гидродинамических режимах в системе разогрева и сбора амбарной нефти применяется паровой подогреватель.

На основе анализа существующих методов и проведенных исследований разработана гелиосистема, позволяющая осуществить процесс извлечения амбарной нефти при разогреве без выброса испаряющихся углеводородов в окружающую среду. Тепловые характеристики применяемых устройств подогрева нефти улучшены за счет использования поплавков в качестве теплоприемников, что позволяет увеличить площадь поверхности подогревателя, воспринимающей солнечное излучение. Тепловые потери и потери легких фракций на испарение уменьшены размещением светопрозрачных покрытий над поверхностями подогревателя и нефти. Для достижения этой цели и обеспечения герметичности, светопрозрачное покрытие 4 с торцевых сторон закрывается прозрачными пластиковыми стенками 5, а в нижней плоскости покрытия 4 закрепляется полимерная труба 6 (d=100 мм) для улавливания и откачки паров углеводородов (рисунок 2).

1- U – образная труба-подогреватель; 2 – поплавки-воздухонагреватели;

3 – устройство для крепления покрытия; 4 – светопрозрачное покрытие;

5 – торцевые стенки; 6 – труба для отбора паров испаряющейся нефти.

Рисунок 2 – Гелиотехническая система разогрева и улавливания испаряющихся углеводородов при извлечении высокопарафинистой нефти из амбаров-отстойников

Улавливание паров углеводородов достигается за счет применения струйно-компрессорной установки, в ней в качестве рабочей среды используется нефтепродукт из резервуара, в который подаются уловленные пары углеводородов. При этом схема становится замкнутой и предотвращается испарение углеводородов в атмосферу.

В условиях месторождения определены значения степени разогрева нефти () на поверхности отстойника под воздействием солнечной радиации без использования и с использованием существующих подогревателей () (рисунок 3а, 3б). Тепловоспринимающим телом являются поверхности нефти и подогревателей со степенью черноты 0,8-0,9 (рисунок 3в, 3г). На основании результатов исследований составлен почасовой график поступления тепловых потоков, суммарные значения которых эквивалентны количеству солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность в течение светового дня для географической широты 42ºс. ш.

На рисунке 4 приведено влияние оптических характеристик полимерной пленки ПВХ и оргстекла СО на подъем температуры в поверхностном слое нефти. Для ПВХ (с коэффициентом пропускания 0,21-0,45) абсолютная Тнагрева поднимается до 65 ºС, для оргстекла (с 0,72….0,86) – до 74,2ºС. Наиболее интенсивные теплофизические процессы протекают в поверхностном закрытом

а – нефтяной амбар; б – подогреватели месторождения; в – подогреватель с покрытием ПВХ; г – разработанная гелиосистема с покрытием СО

Рисунок 3 – Вид поверхности нефти и опытно-промышленных моделей

слое амбарной нефти на глубине 15-20 см в течение первых 6 часов (с 07 до 13 часов) разогрева с применением разработанного подогревателя. При погружении нагревателя в толщу нефти до 20-25 см (при диаметре 500 мм) обеспечивается инсоляция оставшейся поверхности подогревателя.

Рисунок 4 – Влияние модуля открытой поверхности на температурный режим при разогреве затвердевшей нефти

В осенне-зимний период теплоснабжение обеспечивается котельной состоящей из двух парогенераторов УПГ 50/60 М, работающих на двух режимах. При отключении системы теплоснабжения или при отсутствии благоприятных условий для использования солнечной энергии для разогрева нефти происходит образование застывшего слоя, который приводит к перекрыванию проходного сечения нефтепроводов, соответственно, к выходу их из строя. Нами на основе расчетных данных выявлен следующий темп образования застывшего слоя нефти с толщиной менее 10см: при tо. с = 0 оС застывание нефти установлено за 12 часов, при tо. с = 5 оС – за 15 часов, при tо. с = 10 оС – за 20 часов, при tо. с = 15 оС – за 24 часа, при tо. с = 20 оС – за 48 часов, а при tо. с = 25 оС – за 72 часа. Эти данные необходимы для осуществления контроля над процессом разогрева при извлечении амбарной нефти.

3. Пути сохранения качественного состава извлекаемой амбарной нефти на основе получения обратной эмульсии

Возможности получения «обратной» эмульсии для обеспечения циркуляции в местных нефтепроводах при понижении температуры, нами проведены лабораторные исследования. В качестве объекта исследования использована сырая амбарная нефть, плотность которой составляла 767 кг/м3, а вязкость при 60 ºС – 21,6 мПА·с.

Для приготовления эмульсии в стакан объемом 250 мл вносили смесь предварительно подогретой до 40 ºС нефти и эмульгатора. В эту смесь вводили заданное количество растворителя и размешивали с помощью лопастной мешалки. Частота вращения составляла 400 об/мин. Из мерного цилиндра добавляли в стакан заданные объемы минерализованной воды в три приема, примерно по 25 мл через каждые 2 минуты с момента начала работы мешалки. Динамическая вязкость определялась на вискозиметре ротационного типа REOTEST–2, измерения проводились с использованием цилиндра S–1 на различных скоростях. Результаты измерений обработаны с использованием программы, в результате определялась динамическая вязкость при скорости сдвига 170 с-1.

Проведено несколько серий экспериментов с различным содержанием нефти и реагентов. В первой серии эксперимента использованы обратные эмульгаторы: нефтенол НЗ, нефтехимеко–1 и их смеси с растворителем Э–1. При добавлении вместо нефтенола НЗ пластовой воды с небольшим количество карбоната натрия получалась маловязкая эмульсия, в отличие от предыдущих опытов, но она оказалась неустойчивой при повышенных температурах. Кроме этого, при использовании вместо пластовой воды пресной отличительных изменении в результатах не установлено. Добавление помимо растворителя и эмульгатора в пластовую воду 7 мл 32% – го раствора СаСl2 приводило к образованию вязкой и неустойчивой при 60 ºС эмульсии. В третьей серии экспериментов в качестве растворителя использовано дизельное топливо, а в качестве эмульгатора нефтенол НЗ с добавкой алкилфосфата химеко.

Выявлено, что применение только эмульгатора без дизельного топлива приводит к образованию вязкой эмульсии. В результате образовалась обратная эмульсия с небольшой вязкостью. Она оказалась устойчивой и при 70 ºС, причем её вязкость повышалась с увеличением температуры. Затем дважды повторили опыт. При этом нагревали получившуюся эмульсию до 80 ºС, и получили эмульсию, с вязкостью при 20 ºС примерно в 3 раза выше, но при повышенных температурах их значения практически сравнялись. Отметим общую закономерность – вязкость полученных эмульсий увеличивалась с повышением температуры. Установлено, что этот состав не изменяет своих свойств и фазовую структуру даже при температуре 70 ºС, то есть обладает термостабильностью. Кроме того, определен параметр характеризующий устойчивость эмульсии к фазовому обращению. Установлено, что вязкость полученных эмульсий увеличивается с повышением температуры.

Основная цель получения обратной эмульсии заключается в возможности её применения при промывке грунтов насыщенных нефтью с высоким содержанием парафина, что позволит сократить ступени гидромеханической промывки грунтов при полной ликвидации амбаров-отстойников.

4 Эколого-экономическая оценка разработанного технологического способа и предлагаемых технических решений

В этой связи в настоящем разделе анализируются выбросы от технологического оборудования и оценивается их влияние на загрязнение воздушного бассейна как в рабочей зоне установки утилизации нефти, так и в районе города Жанаозен. Выбросы вредных веществ оценены для различных режимов работы применяемого в процессе утилизации амбарной нефти оборудования и климатических условий, что позволило получить более полные представления о загрязнении воздушного бассейна и величинах концентраций экотоксикантов в различных точках прилегающей территории. Кроме того, проведена экологическая оценка технических решений, направленных на модернизацию типового технологического оборудования, с целью уменьшения выбросов вредных веществ (ВВ). Для принятия более экологически целесообразного варианта эксплуатации парогенераторов рассмотрены следующие режимы работы котельной: 1) оба парогенератора работают одновременно при максимальной нагрузке, при этом в каждом сжигается нм3/час природного газа; 2) один из парогенераторов работает при максимальной нагрузке, а топка другого продувается через свечу.

Степень загрязнения приземного слоя воздуха при одновременных выбросах ВВ из двух генераторов оценен по соотношению

, а

для второго режима использовано следующее соотношение:

Расчеты показывают, что при втором режиме работы котельной степень загрязнения приземного слоя атмосферы 2 раза ниже, чем при первом варианте. Полученные результаты дают возможность утверждать, что выбросы вредных веществ от котельной установки, при любых режимах ее работы, даже в случае неблагоприятных метеорологических условиях, не оказывают существенного влияния на ухудшение экологической обстановки в районе.

Экономическая эффективность ликвидации амбарной нефти с использованием гелиосистемного комплекса составил 5 миллионов 147 185 тысяч тенге.

Заключение

1. На основе математических расчетов проведен анализ влияния различных факторов на процесс испарения углеводородов и определены объемы потерь нефти и нефтепродуктов из резервуаров при хранении, также выявлено увеличение мощности выбросов с увеличением скорости ветра и роста температуры. При залповых выбросах установлено повышение содержания углеводородов выше ПДК в 12 – 19 раз в приземном слое атмосферы населенных пунктов, расположенных на расстоянии 5 км от источника загрязнения. Установлена зависимость демографической ситуации г. Жанаозен от антропогенных воздействий, связанных с наличием амбаров-накопителей нефтепродуктов.

2. Расчетным методом выявлена зависимость времени застывания парафинистой нефти в амбарах-накопителях и резервуарах от температуры окружающей среды.

3. На основе превращения высокопарафинистой амбарной нефти в обратную эмульсию путем введения в ее состав смеси ПАВ, состоящей из нефтенола НЗ и алкилфосфата химеко, показана возможность создания условий для непрерывной циркуляции нефти в местных трубопроводах системы разогрева и сбора. На основе экспериментальных исследований выявлена эффективность применения принципа получения обратной эмульсии для промывки и очистки грунтов насыщенных высокопарафинистой нефтью.

4. Разработана высокоэффективная гелиотехническая система разогрева, обеспечивающая получение качественной продукции за счет улавливания и сбора испаряющихся углеводородов при извлечении из амбаров-отстойников высокопарафинистой нефти. Данный способ апробирован в условиях предприятия УХиЭ ПФ «Озенмунайгаз» (г. Жанаозен) и внедрен с экономическим эффектом 5 млн. 147 т. тенге.

Оценка полноты решений поставленных задач. Поставленная цель работы достигнута, задачи исследования полностью решены. Результаты исследования приняты для внедрения в производство и в учебный процесс, что подтверждает достоверность основных выводов и положений.

Разработка рекомендаций и исходные данные по использованию результатов. Для конкретного использования в нефтяной отрасли промышленности с целью оздоровления окружающей среды и снижения потерь углеводородного сырья предложен технологический способ извлечения нефти и нефтепродуктов из амбаров-отстойников. Разработки и результаты исследований могут быть использованы в научно-исследовательских и проектных институтах при составлении экологических проектов, в учебном процессе ВУЗов при подготовке специалистов, связанных с решением проблем по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов.

Технико-экономическая оценка эффективности внедрения. Разработанная гелиотехническая система для извлечения из амбаров-отстойников нефтепродуктов, обеспечивающая снижение выбросов углеводородов в окружающую среду и получение качественных нефтепродуктов, внедрена в УХиЭ ПФ «ОзенМунайгаз» с экономическим эффектом 5млн. 147 тысяч тенге. Предложенный состав для получения обратной эмульсии, которую можно использовать для улучшения циркуляции парафинистой нефти по трубопроводам, а также для очистки грунта, загрязненного застывшей нефтью переданы для практического использования в различные предприятия.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Разработан ресурсосберегающий и экологически целесообразный способ извлечения высоковязкой нефти и нефтепродуктов из амбаров-отстойников, превосходящий по всем показателям известные мировые аналоги. Научные результаты диссертационной работы могут быть использованы как в нефтедобывающей, так и в нефтеперерабатывающей промышленности для обеспечения экологически чистой ликвидации аварийных проливов с сохранением качеств углеводородного сырья с использованием экологически чистой энергии.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1.  Бисенова Л. Е., Арашова Н.Қ. Географиялық еңбек бөлінісі және этноәлеуметтік факторлар // Научно-педагогический журнал: География және табиғат. – Алматы, 2006. – № 6. – С. 14-17.

2.  Бисенова Л. Е. Арнайы экономикалық аймақтардың халықаралық еңбек бөлінісіндегі орны // ВЕСТНИК АктГУ им. Ш. Есенова. – Актау, 2007.- №4(14). – С. 54-61.

3.  Акбасова А. Д., Бисенова Л. Е. Оценка суммарного показателя загрязнения атмосферного воздуха нефтегазовых месторождений региона // Проблемы управления экологическим состоянием Каспийского бассейна: Международная научно-практическая конференция. –Актау, 2009. – С. 447-454.

4.  Кенжетаев Г. Ж., Айтмаганбетов Н. А., Бисенова Л. Е., Манкешова О. Т., Нурбаева Ф. К. Зональность инсоляции вертикальных поверхностей // Вестник Евразийского национального университета им. Л. Н. Гумилева. –Астана, 2010. – № 4 (77). – С. 243 – 249.

5.  Айтмаганбетов Н. А., Бисенова Л. Е., Манкешева О. Т., Сатылганов Н. Условия нелинейной зависимости при расчете тепловых режимов подогревателей при извлечении парафинистой нефти из земляных емкостей // Ломоносов-2010: Международная конференция молодых ученых. Казахстанский филиал МГУ им. М. В. Ломоносова. Евразийский ГУ им. Гумилева. – Астана, 2010.- Часть 2. – С. 213-215.

6.  Бисенова Л. Е. Использование солнечной энергии для окисления нефтегрунтов // Международный научно-популярный журнал: Наука и жизнь Казахстана. – Алматы, 2010.- № 4. – С. 64-67.

7.  Кенжетаев Г. Ж., Бисенова Л. Е., Манкешева О. Т. Способ извлечения сливных нефтеотходов из земляных емкостей // Перспективные направления альтернативной энергетики и энергосберегающие технологии: Международная научно-практическая конференция ЮКГУ им. М. Ауезова. – Шымкент, 2010. – Т. 2. – С. 113-177.

8.  Кенжетаев Г. Ж., Бисенова Л. Е., Айтмагамбетов Н., Манкешева О. Т. Учет инсоляции вертикальных поверхностей зданий и сооружений // Проблемы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды: Международная научно-практическая конференция. – Махачкала, 2010. – С. 61-67.

9.  Туркпенбаева Б. Ж., Бисенова Л. Е., Манкешева О. Т., Нурбаева Ф. К. Способ гелиобиологического окисления нефтегрунтов // Научно-теоретический и практический журнал Руснаучкнига: Современный научный вестник. – Белгород, 2010. – № 6 (88). – С. 13-21.

10.  Кенжетаев Г. Ж., Айтмаганбетов Н., Бисенова Л. Е., Манкешова О. Т., Нурбаева Ф. Способ откачки высокопарафинистой нефти и устройство для его осуществления // НИИС МЮ РК. Заявка на предполагаемое изобретение № 2010/0755.1. от 08 июня 2010 г.

11.  Акбасова А. Д., Юнусов Н. Х., Бисенова Л. Е. Способ предотвращения испарений с поверхности отстойников сливной парафинистой нефти // Научно-теоретический и практический журнал. Руснаучкнига: Современный научный вестник. – Белгород, 2010. – № 4, 2010 – С. 31-36.

12.  Акбасова А. Д., Юнусов Н. Х., Бисенова Л. Е. Пути снижения испарения углеводородов с поверхности разогретой амбарной нефти при ее утилизации // Природопользование и проблемы антропосферы: Вестник ТарГУ им. М. Х. Дулати. – Тараз, 2010.- № 3- С. 48-54.

13.  Акбасова А. Д., Юнусов Н. Х., Бисенова Л. Е. Инновационное обеспечение утилизации нефтеотходов // Природопользование и проблемы антропосферы: Вестник ТарГУ им. М. Х. Дулати. – Тараз, 2010.- № 3 – С. 55-60.

14.  Акбасова А. Д., Кенжетаев Г. Ж., Юнусов Н. Х.,Бисенова Л. Е. Способ улавливания углеводородов при удалении нефти из земляных емкостей

// Научный журнал «Вестник Ясави». –Туркестан, 2010. – № 6 – С. 132-137.

15.  Акбасова А. Д., Юнусов Н. Х., Бисенова Л. Е. Оценка степени загрязнения атмосферного воздуха углеводородами, испаряющимися с поверхности

// Научный журнал «Вестник Ясави». –Туркестан, 2010. – № 6 – С. 116-121.

03.00.16- экология мамандығы бойынша техника ғылымдарының кандидаты ғылыми дәрежесін алу үшін дайындалған диссертация авторефератына

ТҮЙІН

Бисенова Лаура Есенқызы

Мұнай мен мұнай өнімдерін амбар тұндырғыштарынан алуға арналған қорсақтағыш және экологиялық тиімді әдістерді жасау

Жұмыстың мақсаты. Мұнай мен мұнай өнімдерін амбар тұндырғыштарынан алуға мүмкіндік түғызатын қорсақтағыш және экологиялық тұрғыдан тиімді әдістерді жасау.

Жұмыстың идеясы. Табиғи климаттық факторлар мен күн энергиясына байланысты атмосфералық ауаның ластану заңдылығын анықтауға арналған мониторинг зерттеулеріне негізделіп, амбарлық жоғары парафиндік мұнайды алуға экологиялық және экономикалық тұрғыдан тиімді әдісті жасау.

Зерттеу әдістері мен нысандары: Төгілген мұнай өнімдерін жинақтайтын амбарлар, жылыту жүйелері және табиғи климаттық факторлар. Жұмыста стандартқа сәйкес физикалық химиялық және нысандардың жылу техникалық қасиеттерін зерттейтін әдістер, экологиялық мониторинг әдістері қолданылды. Амбарлық мұнайды және керісінше эмульсияны алуға қолданылған заттардың мөлшерлері зертханалық аналитикалық зерттеулерде пайдаланатын белгілі әдістермен жүргізілді.

Жұмыстағы нәтижелер:

- математикалық есептеу жүргізу арқылы әртүрлі факторлардың көмірсутектердің булану үрдісіне әсері және сақтағыштардан орын алатын мұнай мен мұнай өнімдерінің көлемдік шығыны, сонымен қатар жел жылдамдығы мен температураның өсуіне қарай шығарынды көлемінің де өсетіні көрсетілген. Екпінді түрде қоршаған ортаға тасталынатын көмірсутектер шығарындыларының мөлшері ластағыш көзден 5 км алшақтықта орналасқан тұрғындар тұратын нүктелердің жермен жанасқан ауасында ШРК – дан 12 – 19 есе артатыны айқындалған. Жаңаөзен қаласының демографиялық жағдайы мұнай өнімдерін жинақтайтын шұңқырларға қатысты антропогендік факторлармен байланысты екені дәлелденді.

- есептеу жолымен амбар сақтағыштарындағы және ыдыстардағы парафинді мұнайдың қататын мерзімінің ұзақтылығы қоршаған ортаның температурасына тәуелділігі айқындалды;

- нефтенол НЗ мен химеко алкилсулфатынан тұратын беттік активті заттектердің қоспасының көмегімен жоғары парафинді мұнайды керісінше эмульсияға айналдыруды негізге ала отырып, жылыту және жинақтау жүйесіндегі жергілікті құбырларда мұнайдың жылжуын қамтамасыздандыратын жағдай жасауға болатын мүмкіндік көрсетілді; тәжрибелік зерттеулер жүргізу арқылы жоғары парафинді мұнаймен қаныққан топырақты жуу мен тазалау үшін керісінше эмульсия алу принципін тиімді түрде қолдануға болатыны анықталды;

- булану нәтижесінде бөлінетін ұшпалы көмірсутектерді ұстау мен жинақтау арқылы сапалы мұнай өнімдерін жоғары парафинді мұнайлы амбар тұндырғыштардан алуға арналған тиімділігі биік гелиотехникалық қыздыру жүйесі жасалды; бұл әдіс «Өзенмұнайгаз» кәсіпорынында тексерістен өткізілді және өндіріске енгізуге қабылданды, осы жағдайда алынған экономикалық тиімділіктің көлемі 5 млн. 147 мың тенгені құрады.

Енгізу дәрежесі мен қолдану саласы. Зерттеу кезінде алынған теориялық және тәжрибелік маңызы бар нәтижелер халық шаруашылығының әртүрлі салаларында, атап айтқанда, мұнай өнеркәсібінде және жоғары оқу орындарында қолданыстарын таба бастады, табиғат ресурстарын тиімді пайдалану мен табиғатты қорғау мәселелерімен айналысатын ғылыми зерттеу мекемелері, өнеркәсіптік кәсіпорындар және эколог мамандарды даярлайтын оқу орындары қолдана алады. Жоғары парафинді мұнайы бар сақтағыштардан шығынсыз түрде сапалы мұнай өнімдерін алуға арналған гелиотехникалық жүйеге негізделген әдісті, парафинді мұнайды құбырмен тасымалдау кезінде апаттық жағдайдың орын алмауын, сонымен қатар ластанудан бүлінген топырақты қатқан мұнайдан тазалауға арналған керісінше эмульсия алу әдісін көптеген өндіріс салаларында пайдалануға болады.

Орындалған жұмыстың осы саладағы алдыңғы қатарлы жетістіктермен салыстыру арқылы ғылыми деңгейін бағалау – Әдебиеттерді қарастыру және салыстырмалы талдау, сонымен қатар диссертацияның тақырыбында жарияланған материалдар осы орындалған жұмыстың қазіргі кезеңдегі ғылыми деңгейіне сәйкестілігін растайды. Қазіргі кездегі амбарлық мұнайды және кенорындарының маңында төгілген мұнай өнімдерін жою технологиялары қоршаған ортаның экологиялық жағдайына қойылатын талаптарға сәйкес бола алмай жатыр, себебі олардың тиімділігі төмен және оларды іске асыруға қомақты қаражат қажет, сондықтан өндірілетін мұнайдың 3 – 7% шығынға кетіп отырады. Бұл жұмыста амбарлық мұнайды қыздырғанда буланып бөлінетін көмірсутектердің ауаға ұшуына кедергі жасап, шығынсыз тауарлық түрге айналдыру және қоршаған ортаға қолайсыз әсер тигізбеуге бағытталған гелиотехникалық әдіс, сонымен қатар керісінше эмульсия алу негізінде құбырлар арқылы тасымалданатын жоғары парафиндік мұнай өнімдерінің қатпауына жағдай туғызып, апатты жағдайға орын бермейтін тәсіл ұсынылып отыр. Белгілі әдістермен салыстырғанда бұл әдістердің экологиялық, техникалық-экономикалық көрсеткіштері жоғары деңгейде екені дәлелденген.

SUMMARU

Bissenova Laura Esenovna

«Development of resource preserving and ecological expedient ways of oil and oil products extraction from pond-reservoirs»

The actuality of the problem. Modern aroused ecological situation dictates the necessity process of introduction technology, providing non waste process of hydrocarbon pollution liquidation, on condition of low rate of work in every stage of applying process, its quick mastering and safety exploitation. Existing technology of pond oil and flood liquidation at the moment in the deposits are less effective and high expensed, don’t answer modern requirements of ecology, so as irrevocable loss of hydrocarbon in pollution and waste forms from 3 to 7 % of extracted, transported and preserved quantity of oil products. Especially the difficult task is catching steam and hydrocarbon selection vaporizing from the surface of pond-reservoirs and square earth “lakes”, formed during emergency oil flood. Besides pollution of objects biogeocenosis also fire dangerous situation is possible, that requires the necessity of making hermetic roof coating of oil containing spaces.

This work directed to working out of technology and technical means for heating and selection of high paraffin oil while earth-pond-reservoirs liquidation in Uzen deposit, admitting to exclude technological waste of light hydrocarbon fractions and application of traditional electric energy in account of solar energy application and provide the fullness of oil product extraction preserving its qualificative structure is timeliness and actual.

Research aim: Research aim includes working out resource preserving and ecological expedient oil and oil products ways of extraction from storage – sludge’s

To achieve the aim the following tasks were set up:

- The analysis and rate of harmful substances from road – furnaces while heating high viscous oil and hydrocarbon, aphorized from the surface of heated oil of Uzen deposit for environment ;

- To set quantity of index for hydrocarbon steam waste from earth tanks square polluters by calculation method ;

- On the basis of solar energy application to work out resource preserving and ecologically clean ways of oil heating, allowing to lead the loss of hydrocarbon to zero, while vaporizing with heated surface of pond oil;

- To work out mathematic model of heating processes, while heating oil in pond reservoirs.

- To have laboratory research on selection of re-agent structure, admitting to

realize effective extraction of coagulated pond oil to make condition for its incessant

circulation in local pipelines.

- On the basis of economic damage calculation brought by pond – reservoirs of oil

to environment, to base the efficiency of suggested technical solutions.

The main idea of the work concludes in the application of air pollution legality

setup on the basis of monitoring researches in dependence on the natural-climatic

factors and solar energy to work out ecological and ecologically effective ways of

liquidating pond high paraffin oil.

Methods and object of research: The objects of research are square polluters, ponds-reservoirs of mixed oil wastes, heating system and natural-climatic factors. Standard methods of studying physic-chemical and heating technical properties of objects, classical methods of ecological rate and monitoring is used in this work laboratory-analytical researches of pond oil samples and selection of structures to get back emulsion are hold with using known current methods.

Scientific novelty of the work. The most important results consisting scientific novelty are:

- on the basis of ecological monitoring data and working them with using applied programs of calculation quantities and space legality of pollution by the wastes of hydrocarbon, vaporizing from the surface of earth pond oil is pointed out.

- ecological risk for man’s health in the area of near located settlements and in the work zone of pond-reservoirs is evaluated.

- Gelio-technical system of oil selection including heating and prevention of hydrocarbon loss while vaporizing is worked out.

Scientific thesis put for defense:

- the result of mathematical, chemical and other methods of research in prescribing legality of oil pollution distribution in the objects of environment and dependence of oil structure on the basis of selection of optimal conditions for the realization of technical process of pond-reservoirs liquidation;

- scientific basis of ecological risk for people’s health, who are on the territory near oil containing sources, evaluated on the basis of a new before in considered its index, but namely with account of active pollution of environment from earth pond tanks;

- worked out on the basis of theoretical and experimental researches the effective technological way of selection and heating high paraffin pond oil by means of solar energy and technical solutions on changing conditions of steam generator work in the boiler.

Authenticity and basis of scientific thesis conclusions and recommendations.

Authenticity is confirmed by enough similarity of prescribed dependence and legality, results of work out data with using mathematical device and ecological-economic analysis. Basis of obtained results is confirmed by creating experienced samples of device, prepared on the basis of suggested gelio-heater and gelio-systems in the whole, and satisfactory similarity of data, got while industrial and laboratory tests.

Practical evaluation and realization of work results. Worked out optimal

technological parameters of heating process and catching vaporizing light oil fractions using gelio-systems, and also selected structure of re-agents for obtaining back emulsion is able to find wide introduction in the enterprises of oil industry. The realization of simple and effective way of pond oil utilization allows us to solve a question of resource preservation and improvement of ecological condition of environment. The given way is approved in the condition of the enterprise_UC and E IB ”Uzenmunaigas”(Zhanauzen city) and introduced with economic effect of 5 million, 147 thousand tenge.

Подписано в печать 21.10.2010 г.

Формат 60х80 1/16. Уч-изд. Л. 1,9. Усл. п. л. 1,5.

Тираж 100. Заказ 289.

Издательство «Тараз университеті»

ТарГУ им. М. Х. Дулати

080000, г. Тараз, ул. Толе би, 60



Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника