Структура потребности мира в энергии

Топливно-энергетический комплекс тесно связан со всей промышленностью страны. На его раз-витие расходуется более 20% денежных средств. На ТЭК приходится 30% основных фондов. Од-ной из важных причин увеличения природоемкости экономики стал превышаю­щий все допус-тимые нормативы износ оборудования.В базовых отраслях промышлен­ности, транспорта износ оборудования, в том числе очистного, достигает 70-80%. В условиях продолжающейся эксплуа-тации такого оборудования резко увеличивается вероятность экологических катастроф. Типич-ной в этом отношении стала авария нефтепровода в арктическом районе Коми около Усинска. В результате на хрупкие экосистемы Севера вылилось до 100 тыс. т нефти. Эта экологическая катастрофа стала одной из крупнейших в мире в 90-х гг., и она была вызвана крайней изношен-ностью трубопровода. Авария получила мировую огласку, хотя она является одной из многих - просто другие удалось скрыть. Например, в том же регионе Коми в 1992 г., по данным межве-домственной комиссии по экологической безопасности, произошло 890 аварий. За многие мил-лионы лет природа накопила богатейшие запасы углерода в виде угля, нефти и природного га-за. Сейчас эти ископаемые виды топлива используются человечеством для получения энергии и химических продуктов.

При эксплуатации нефтяных месторождений образуются большие объемы отходов, преиму-щественное количество которых накапливается в шламовых амбарах. Одновременно сложи-лось критическое положение с резервуарным парком, связанное с ухудшением физического состояния резервуаров и обусловленное увеличением обводненности добываемой продукции, длительным процессом разрушения эмульсии и отстоя нефти, что приводит к росту коррозии днища и стенок, необходимости очистки резервуаров от образующихся нефтешламов. В про-цессе эксплуатации амбары заполняются буровыми и тампонажными растворами, буровыми сточными водами и шламом, пластовыми водами, продуктами испытания скважин, материа-лами для приготовления и химической обработки буровых и тампонажных растворов, ГСМ, хозяйственно-бытовыми сточными водами и твердыми бытовыми отходами, ливневыми сточ-ными водами. Так при бурении скважины глубиной 2600 м в амбаре содержится около 65% воды, 30% шлама (выбуренной породы), 5,5% нефти, 0,5% бентонита и 0,5% различных при-садок, обеспечивающих оптимальную работу буровой установки. Содержание нефтепродуктов в шламе колеблется в пределах от 2000 до 13870 мг/кг. Нефтяная часть шлама представлена в основном парафино-нафтеновыми углеводородами - 41,8% масс., из них 20% масс. - твердые парафины, асфальтены - 5,6% масс.; смолы - 19,2% масс., полициклические аромати-ческие углеводороды - 20,1 % масс. Нефтяная часть отходов распределяется в шламовом ам-баре следующим образом: 7-10% нефтеуглеводородов сорбируется на шламе, 5-10% находит-ся в эмульгированном и растворенном состоянии, остальные углеводороды находятся на по-верхности амбара в виде пленки. Наиболее распространенный способ ликвидации шламовых амбаров можно условно разделить на следующие технологические стадии:

- сбор нефтяной пленки с поверхности амбара;
- очистка и доочистка жидкой фазы от эмульгированной нефти;
- обезвоживание и обезвреживание бурового шлама;
- утилизация бурового шлама;
- очистка нефтезагрязненного грунта.

Весь технологический процесс ликвидации шламового амбара проводится в два этапа:
1) очистка и обезвреживание содержимого амбара и
2) собственно утилизация бурового шлама.

Амбары освобождают от жидкой фазы, которую направляют в систему сбора и подготовки нефти с последующим использованием в системе поддержания пластового давления. Остав-шийся шлам засыпают минеральным грунтом. Продукты ремонта резервуаров, поступающие в землянные шламовые амбары, являются особенно опасными загрязнениями , т.к. могут по-пасть в водоемы в результате размыва обваловки амбаров паводковыми водами.

Все известные технологии переработки нефтешламов по методам переработки можно разде-лить на следующие группы:
- термические - сжигание в открытых амбарах, печах различных типов, получение битуминоз-ных остатков;
- физические- захоронение в специальных могильниках, разделение в центробежном поле, ва-куумное фильтрование и фильтрование под давлением;
- химические - экстрагирование с помощью растворителей, отвердение с применением (цемент, жидкое стекло, глина) и органических (эпоксидные и полистирольные смолы, полиуретаны и др.) добавок;
- физико-химические - применение специально подобранных реагентов, изменяющих физико-химические свойства, с последующей обработкой на специальном оборудовании;
- биологические - микробиологическое разложение в почве непо-средственно в местах хранения, биотермическое разложение.

Среди существующих методов разделения нефтешламов с целью утилизации – центрифугиро-вания, экстракции, гравитационного уплотнения, вакуумфильтрации, фильтрпрессования, замо-раживания - наиболее перспективным является центрифугирование с использованием флоку-лянтов. Центрифугированием можно достичь эффекта извлечения нефтепродуктов на 85%, мехпримесей - на 95%. При реагентной обработке нефтешламов изменяются их свойства: по-вышается водоотдача, облегчается выделение нефтепродуктов. Компанией АСS 530 (США) разработана мобильная система обработки и очистки гряземаслонефтяных отходов. Установка смонтирована на базе автомобильной платформы, способна разделять нефтешламы на различ-ные фазы-нефть, вода, твердые вещества-за счет центрифугирования нагретого нефтешлама. Вода пригодна для биологической очистки; отделенная нефть может быть использована в тех-нических целях; обезвоженный осадок - для производства строительных материалов. Компани-ей KHD Humboldt Wedag AG (Германия) предложена технология разделения нефтешламов на фазы с последующим сжиганием шлама. Установка снабжена устройством для забора нефте-шлама, виброситом для отделения основной массы твердых частиц, трехфазной центрифугой, сепаратором для доочистки фугата с центрифуги,печью. Эффективность сбора нефтепродуктов составляет 99.5 %, при содержании воды в собранных нефтепродуктах 2,0 %. После удаления сточных вод шлам готовят для очистки от нефтяных углеводородов. Безотходная утилизация шламовых отходов, подвергаемых низкотемпературному пиролизу, при этом содержание воды в них допускается до 70%. Наибольшая эффективность процесса утилизации нефтешламов наб-людается при совместном процессе пиролиза древесно-стружечных и твердых бытовых отхо-дов. Жидкие и газообразные отходы превращаются в синтетические нефтепродукты путем про-пускания через карбид кальция в сверхкритических для ацетилена условиях T>500°C и P>0,2 Мпа, конденсацией и сепарацией полученных продуктов.

Утилизация обезвреженного бурового шлама Предварительно обезвреженный буровой шлам может использоваться в производстве строительных материалов - кирпича, керамзита, мелко-размерных строительных изделий и т.п.

Возможная номенклатура продуктов утилизации:
1. Мелкоразмерные стройизделия.
- шлакоблоки по ГОСТ 6133-84. Возможно использование в малоэтажном строительстве для ограждающих и несущих конструкций, подсобных зданий.
- плитка тротуарная по ГОСТ 17608-91. Возможно использование для устройства сборных пок-

рытий тротуаров.

- бордюрный камень по ГОСТ 6665-91. Возможно использование для отделения проезжей части

- улиц от тротуаров, газонов, площадок и т.д.

Принципиальная схема переработки буровых отходов.
2. Связующие смеси по ГОСТ 23558-94. Возможно использование для устройства оснований и дополнительных слоев оснований автодорог с капитальным, облегченным и переходными типами дорожной одежды.
3. Гранулированный заполнитель. Возможно использование в бетонах.

Пока в человеческом повседневном бытии присутствуют нефтепродукты, все равно всегда в массовых масштабах были и будут иметь место ликвидации результатов аварий на производст-вах, связанные с их удалением жидкостей на углеводородной основе.Применение существую-щих дешёвых средств с низкой способностью связывания или дорогостоящих агентов с высокой связывающей способностью, оказываются экономически неоправданными. Принципиально новые связывающие материалы – фуллерены – с низкой себестоимостью и высокой способно-стью связывания позволяет применить новые и недорогие простые способы извлечения нефте-продуктов из окружающей среды. Уникальные свойства и дешевиз-на позволяют пересмотреть подходы к технологиям очистки заборных, сточных и других вод, по-новому обратиться к проб-леме рекультивации земельных участков и проводить регулярные очистительные мероприя-тия на территориях промышленных предприятий, автохозяйств, предприятий, связанных с про-изводством и переработкой токсичных жидкостей на углеводородной основе, и др. Они пред-ставляет собой пухообразный порошок тёмно-серого цвета являющийся смесью циклических углеродов с разорванными молекулярными связями, которые обладают высокой реакционной способностью по отношению к любым молекулам углеводородного ряда (группа СН) и высо-чайшей развитой поверхностью. Насыпная плотность - 0,01-0,001 г/см, удельная площадь по-верхности - 2500 м²/г, диапазон рабочих температур от -60 до +3000 С°, возврат присоединён-ного вещества до 98%. Фуллерены химически инертны, электропроводны, устойчивы к агрес-сивным средам, экологически чисты, способны извлекать токсичные углеводороды, находящи-еся в устойчивом эмульгированном и газообразном состоянии.Развитая площадь поверхности позволяет использовать небольшие весовые количества фуллеренов для связывания углеводо-родов. Широкий диапазон температур в сочетании с гидрофобностью обуславливает его при-менение во всех природно-климатических зонах. А циклическая регенерация значительно сни-жает расходы материала и затраты по его применению. Среди возможных областей применения фуллеренов следует выделить следующие:

· Извлечение всех видов нефтепродуктов, других углеводородов и углеводородных соединений из воды и грунта с частичным возвратом собранных веществ;

· Сбор паров лёгких фракций нефти и углеводородных соединений, образующихся при хране-нии углеводородного сырья или возникающих как побочные продукты в технологических процессах;

· Очистка промышленной сточной и водопроводной воды на этапах водосброса, где возмож-но попадание углеводородов в используемую воду.

· Тушение сильных пожаров в открытых и замкнутых пространствах на поверхности суши и воды (горящая нефть, нефтепродукты, твёрдые горящие материалы);

· Связывание высокотоксичных углеводородных соединений для их транспортировки, утилизации и других целей

· Уникальные возможности по связыванию углеводородов не только на поверхности воды, но и в растворённом и эмульгированном состояниях.

При очистке поверхности водоёма фуллерены рассыпается по поверхности, связанные нефте-продукты удаляются с поверхности воды любым доступным способом: сетями, ковшом, насо-сами и т.д. Регенерация проводиться с помощью отжатия в центрифугах, прессах и регенериро-ванный материал может быть повторно использован. Для очистки поверхности грунтов фулле-рены разбрасываются по поверхности загрязненного грунта и перемешивается с ним. Снятый скрепером грунт транспортируется к ёмкости с водой и сбрасывается в эту ёмкость. Фуллерены со связанным нефтепродуктом поднимаются вверх, а очищенный грунт опускается на дно ёмко-сти. Всплывшая масса удаляется с поверхности воды для последующей регенерации, а грунт возвращается на место. Фуллерены легко регенерируется и не требует утилизации в обычном понимании, поскольку, после многократного использования, может прессоваться в брикеты и сжигаться как высококалорийное топливо, соответствующее, по теплотворной способности, лучшим образцам каменного угля. Стоимость фуллеренов аналогична самым дешёвым сорбен-там, а его эффективность в несколько раз выше, впервые применение терморасширенных графи-тов для очистки окружающей среды стало экономически оправданным.