Управление бытовыми и промышленными отходами УДК 504.064.47 Г.С. Арзамасова Пермский национальный исследовательский политехнический университет ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ГАЗОКОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ Рассмотрены основные направления обращения с нефтесодержащими отхо< дами, образующими на предприятиях газотранспортной отрасли. Описаны реко< мендуемые и применяемые методы обращения с отходами очистки природного газа от механических примесей. Представлены результаты исследований по применению термических и биологических методов обезвреживания разных фракций данных отходов. Описаны комплексные решения, позволяющие комбинировать подходы обезвреживания и использования рассматриваемых отходов, а также максимально эффективно решать проблему обращения с ними. Ключевые слова: газотранспортные предприятия, отходы газового конденса< та, термические методы, биологические методы, комплексный подход. Промышленные предприятия, реализующие основные тех< нологические процессы вблизи мест постоянного проживания на< селения, прежде всего ориентируются на минимизацию отрица< тельного воздействия на окружающую среду здоровью населения. Не являются исключением газотранспортные предприятия, ли< нейно<производственные управления которых включают в себя линейные участки газопроводов, компрессорные цеха, газорас< 1 пределительные станции, системы газопроводов<отводов, АГНКС и т.д. Они расположены вблизи городов, поселков и часто стано< вятся градообразующими предприятиями. На территории Перм< ского края транспортируется природный газ по 15 крупнейшим газопроводам России, эксплуатируется 11 компрессорных стан< ций и 91 газораспределительная станция. Все объекты газотранс< портной системы являются серьезными источниками воздействия на объекты окружающей среды, в том числе источниками образо< вания отходов разной степени опасности. 1 АГНКС – автомобильная газонаполнительная компрессорная станция. 97 Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. 2014. № 2 Для предприятий газотранспортной отрасли образование неф< тесодержащих отходов является актуальной проблемой, несмотря на то, что доля образования таких отходов в общем объеме невели< ка, порядка 10 %. Это обусловлено тем, что нефтесодержащие отхо< ды относятся, как правило, к опасным отходам, обладающим пожа< роопасными и токсичными свойствами. Для предприятий нефтега< зовой отрасли утилизация нефтесодержащих отходов является первоочередной задачей в решении проблемы формирования систе< мы экологически безопасного обращения с отходами. При транспортировке природного газа отходы, содержащие нефтепродукты в своем компонентном составе, образуются в ряде основных технологических процессов, таких как очистка и осуш< ка газа на компрессорных станциях, а также очистка полости ма< гистрального газопровода в ходе проведения профилактических и капитальных ремонтов. Отходы, образующиеся в результате про< дувки оборудования для очистки природного газа от твердых и жидких примесей, носят название отходов газового конденсата. На компрессорных станциях с целью обеспечения безопасности и надежности технологического процесса и обеспечения качества транспортируемого газа он перед процессом компримирования проходит очистку на пылеуловителях, а также фильтрах< сепараторах. Такой процесс позволяет отделить от природного га< за твердые и жидкие примеси, что приводит к образованию отхо< дов (газового конденсата, масел, воды и механических примесей), которые относятся к III классу опасности и требуют особого обра< щения с ними. К отходам газового конденсата также относят от< ходы, образующиеся в процессе очистки полости магистрального газопровода (табл. 1). Отходы очистки природного газа по своему составу представляют собой нефтесодержащую эмульсию, со< стоящую из нефтепродуктов (газовый конденсат, нефтяные мас< ла) – от 30 до 85 %, воды от 10 до 70 % и механических примесей. Отходы, образующиеся в процессе очистки полости трубопрово< дов, на 90 % состоят из механических примесей и представляют собой нефтезагрязненный шлам, где основным компонентом, как показал анализ, являются почвенные частицы, песок, окалина, а также крупные механические включения (ветошь, куски изоля< ционного материала и т.д.) (рис. 1) [1]. 98 Управление бытовыми и промышленными отходами а б Рис. 1. Отходы очистки полости магистрального трубопровода (а) и отходы очистки газа от механических примесей (б) Таблица 1 Краткая характеристика отходов газового конденсата Вид отходов Отходы очи< стки при< родного газа на компрес< сорных станциях Отходы очи< стки полости магистраль< ных газо< проводов Источник образования Технологический Компонентный процесс состав, образования характеристика Продувка природ< Водно<нефтяная эмуль< Установки сия, сформированная очистки газа – ным газом пыле< пылеуловите< уловителей, фильт< нефтепродуктами (газо< вый конденсат, нефтяные ли, фильтры< ров<сепараторов масла), водой и механи< при проведении сепараторы, газосепарато< профилактических ческими примесями. Ток< ры, подземные и ремонтных работ сичный и пожароопасный на участке очистки и надземные емкости сбора природного газа отхода Камеры прие< Поршневание при Шлам, сформированный нефтепродуктами (тур< ма, подземные техническом об< емкости сбора служивании и ре< бинные масла и другие нефтепродукты), вода, монте линейных участков газопро< механические примеси и продукты коррозии тех< водов нологического оборудо< вания. Токсичный и по< жароопасный Стоит отметить, что рассматриваемые отходы являются спе< цифическими, так как имеют неоднородный компонентный состав, обусловленный рядом факторов, таких как месторождение газа, ка< 99 Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. 2014. № 2 чество выполнения ремонтных и профилактических работ на ли< нейных участках газопровода, эффективность процесса очистки. Содержание основных компонентов отходов газового конденсата может варьироваться от 1 до 99 %, в связи с этим в соответствии с СТО ГАЗПРОМ 2<3.5<529–2011 «Утилизация отходов очистки природного газа на компрессорных станциях и магистральных га< зопроводах» предлагается ряд способов обращения с ними (рис. 2). Рис. 2. Рекомендуемые методы обращения с отходами очистки природного газа и полости магистрального трубопровода Для утилизации нефтесодержащих отходов на промышлен< ных предприятиях применяют различные методы: механические, химические, физико<химические, термические и биологические. Наибольшее распространение, как наиболее дешевый и позво< ляющий практически полностью решить проблему накопления нефтесодержащих отходов, получили термические методы (сжи< гание, пиролиз, газификация, термическая десорбция, термолиз, сушка). Среди перечисленных методов наибольшее применение нашли термические методы за высокую эффективность обезвре< живания и уменьшение объемов отходов в 10 раз (объемы обра< зующейся золы в 10 раз меньше исходного отхода). При этом сжигание отходов в печах различных типов и конструкций требу< ет больших затрат на очистку и нейтрализацию дымовых газов, что является существенным недостатком [2]. Для отходов газового конденсата, как и для большинства нефтесодержащих отходов, применяют именно термические ме< тоды обезвреживания, основанные на сжигании в специализиро< 100 Управление бытовыми и промышленными отходами ванных установках, предназначенных для очистки жидкостей на нефтяной основе (масла, СОЖ, рабочие жидкости для гидросис< тем машин и оборудования) от механических и жидких примесей, плотность которых больше плотности очищаемых жидкостей. Анализ состава образцов отходов, отобранных на пяти ком< прессорных станциях, показал, что нефтесодержащая часть в ос< новном представляет собой фракции предельных и непредельных углеводородов, дающие при термическом разложении экологиче< ски безопасные вещества, такие как углекислый газ и вода. Это позволяет считать термические методы обезвреживания отходов ключевыми методами. Но сложность применения только терми< ческих методов заключается в том, что отходы, образующиеся на разных компрессорных станциях, значительно отличаются по компонентному составу. Содержание нефтепродуктов в отобран< ных образцах варьировалось от 10 до 90 %, что обусловливает не< возможность применения подобного унифицированного подхода для отходов, образующихся на разных объектах системы магист< рального транспорта газа. В качестве одной из характеристик отходов газового конден< сата, определяющей выбор технологии обращения с ними, можно назвать разделение отходов на «жидкую» и «густую» фракции. Для выбора способов обращения с «густой» фракцией отходов га< зового конденсата были проведены исследования двух наиболее распространенных методов, применяемых для обезвреживания нефтешламов, – термических и биотехнологических. Исследования в данном направлении показали высокую эф< фективность применения биологических методов для этого типа от< ходов (так, в течение 1,5<месячного эксперимента по биодеструкции концентрация нефтепродуктов в отходах снизилась в 2 раза). Мож< но сделать предварительный вывод, что применение такого метода позволит получать готовый продукт в виде технического грунта. При этом в отдельных образцах наблюдалось высокое содер< жание масляных и тяжелых фракций нефтепродуктов, при таком составе «густой» фракции целесообразно применение термиче< ских методов обезвреживания, что подтверждается результатами термического анализа. Термический анализ (с анализом отходя< щей газовой фазы) образцов «густой» фракции отходов газового конденсата показал, что при сравнительно невысоком проценте 101 Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. 2014. № 2 падения массы при термическом разложении не происходит вы< деления опасных для окружающей природной среды и человека веществ (табл. 2). Таблица 2 Результаты термического анализа (с анализом отходящей газовой фазы) образцов «густой» фракции Показатель Значение показателей термогравиметрического анализа в среде аргона в среде воздуха Изменение массы в процессе ана< 45,82 33,44 лиза, % Температура начала процесса раз< 77 90,2 ложения/ окисления, °С Температура окончания процесса >850 >850 разложения/ окисления, °С Газовая фаза образцов в процессе Вода, углекислый газ, Вода, углекис< разложения/ окисления (предпола< угарный газ, углеводо< лый газ гаемые выделяющиеся вещества) роды, серосодержащие соединения Остаток после процесса разложе< Пористая масса черного Пористая масса ния/ окисления цвета кирпичного цвета По составу и характеристикам отходы газового конденсата можно отнести к классическим нефтесодержащим отходам, кото< рые, прежде всего, являются ценнейшим источником углеводо< родов. При выборе способа утилизации приоритет должен отда< ваться способам, позволяющим извлекать из отходов углеводоро< ды, с целью дальнейшей их переработки или использования. При этом возникает проблема, которая также требует поиска реше< ний, – это доочистка образовавшихся в ходе переработки твердых отходов (механические примеси) и водной фазы [3]. Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что как для различных фракций отходов газового конденсата и при раз< личном процентном содержании основных компонентов могут быть применены различные методы. И для эффективного эколо< гически безопасного и экономически целесообразного обезврежи< вания отходов газового конденсата наиболее перспективным представляется применение комплекса мер, сочетающего в себе различные методы очистки (рис. 3). 102 Вода Густая фракция (механические примеси) Удаление крупных механических включений Физикохимическое обезвреживание внесение биопрепаратов Подготовка к биологической утилизации добавление почвы зольный остаток отходящие газы Захоронение Дожигание и очистка 103 Использование в дорожном строительстве Использование для технической рекультивации технический грунт технический грунт Обезвреживания в установках биодеструкции или в полях ремедиации Универсальные топливная установки термисмесь ческого обезвреживания (сжигание, пиролиз) Ветошь, куски изоляции, палки и т.д. добавление топлива удаление остаточной воды Подготовка к термической утилизации удаление остаточных мех. примесей органические отходы Рис. 3. Комплексный подход обращения с отходами газового конденсата на предприятиях газотранспортной отрасли Отходы очистки магистральных газопроводов Жидкая нефтесодержащая ф Разделение на фракции (отстаивание/сепарация) Отходы очистки природного газа от механических примесей и магистральных газопроводов Управление бытовыми и промышленными отходами Управление бытовыми и промышленными отходами 103 Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. 2014. № 2 Данный подход основан на применении термических, биоло< гических методов обезвреживания, а также извлечения углеводо< родной составляющей с дальнейшей ее термической утилизацией. Комплексный подход позволяет разделить «жидкую» фракцию отходов газового конденсата на основные компоненты (нефтепро< дукты, вода и механические примеси). При малом содержании воды в отходах можно провести механическое отстаивание, что позволит отделить примеси. В качестве дополнительной очистки от воды может быть использовано центрифугирование [4]. При утилизации отходов газового конденсата требуется их предварительная подготовка, которая включает в себя: 1) разделение отходов на основные компоненты – углеводо< роды, вода, механические примеси; 2) подготовку нефтесодержащей части к дальнейшей утили< зации термическими методами или передаче на переработку; 3) подготовку «густой» фракции отходов для обезврежива< ния биологическими методами – удаление крупных включений, смешение с почвой или нефтезагрязненным грунтом; 4) использование/утилизация воды, отделенной из отходов газового конденсата. В ходе механического отстаивания от «жидкой» фракции от< ходов газового конденсата отделяются углеводородная составляю< щая, которая по данным исследования содержания нефтепродук< тов, содержит до 99 % углеводородов (остальное составляет остаточ< ная вода и незначительное количество механических примесей). Жидкая углеводородная составляющая отходов газового конденсата может быть использована в качестве топлива или же в качестве органической добавки к основному топливу в универ< сальных установках термического обезвреживания, объединяю< щих в себе технологии пиролиза и сжигания отходов. В контейнере пиролиза подобных установок также могут быть подвержены обезвреживанию другие отходы газотранспорт< ных предприятий: • «густая» фракция отходов газового конденсата (при высо< ком содержании масляных и тяжелых фракций нефтепродуктов); • осадок механических примесей после разделения «жид< кой» фракции отходов газового конденсата; 104 Управление бытовыми и промышленными отходами • отходы замены изоляции после проведения профилакти< ческих и капитальных ремонтов газопроводов; • некрупнотоннажные нефтесодержащие отходы (промаслен< ная ветошь, обтирочный материал, шлам очистки емкостей и т.д.); • органические отходы и т.д. Вода, оставшаяся после разделения отходов газового конден< сата на компоненты, должна быть подвержена очистке (вода ха< рактеризуется в основном незначительным содержанием нефте< продуктов и механических примесей) или использована при про< ведении работ по биологическому обезвреживанию «густой» фракции отходов газового конденсата. В настоящее время приме< нение отстоявшейся воды для подобных целей требует дополни< тельных исследований по содержанию нефтепродуктов, скорости и условий протекания процесса. Различные комбинации технологий для обезвреживания от< ходов сложного и переменного компонентного состава, формиро< вание комплексных подходов обращения с подобными отходами позволяют предприятиям получать ряд преимуществ и положи< тельных эффектов. Это не только позволяет более эффективно решать вопросы снижения негативного воздействия на окру< жающую среду и обеспечивать возможность совместной утилиза< ции отходов разных типов, но и в отдельных случаях позволяет получать экономические выгоды в виде реализованной продук< ции из отходов. Представленное комплексное решение относи< тельно обращения с отходами газового конденсата, образующи< мися на объектах магистрального газопроводного транспорта, по< зволяет реализовать эти преимущества. Библиографический список 1. Арзамасова Г.С., Карманов В.В. Извлечение ценных углеводородов как способ повышения экологической безопасности обращения с нефтесодержащими отходами газотранспортных предприятий // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Урбанистика. – Пермь, 2013. – № 4. – С. 124–133. 2. Андрюшкин А.Ю. Утилизация жидких углеводородных отходов // Экология промышленного производства. – 2012. – № 2. – С. 26–29. 3. Арзамасова Г.С., Карманов В.В. Исследование экологической безопасности термической утилизации отходов очистки природного газа от механических примесей на компрессорных станциях // Экология и промышленность России. – 2013. – № 10. – С. 12–16. 105 Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. 2014. № 2 4. Коротаев В.Н., Жилинская Я.А., Слюсарь Н.Н. Методика ранжирования и выбора наилучших технологий обращения с отходами// Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2012. – № 7. – С. 21–25. References 1. Arzamasova G.S., Karmanov V.V. Izvlechenie tsennykh uglevodorodov kak sposob povysheniya ekologicheskoj bezopasnosti obrashсheniya s neftesoderzhashсhimi otkhodami gazotransportnykh predpriyatij [Recovery of valuable hydrocarbons as a way to improve the environmental safety of oily waste gas transport enterprises]. Vestnik Permskogo natsionalnogo issledovatelskogo politekhnicheskogo universiteta, 2013, no. 4, pp. 124–133. 2. Andryushkin A.Yu. Utilizatsiya zhidkikh uglevodorodnykh otkhodov [Disposal of liquid hydrocarbon waste]. Ekologiya promyshlennogo proizvodstva, 2012, no. 2, pp. 26–29. 3. Arzamasova G.S., Karmanov V.V. Issledovaniye ekologicheskoy bezopasnosti termicheskoy utilizatsii otkhodov ochistki prirodnogo gaza ot mekhanicheskikh primesey na kompressornykh stantsiyakh [Analysis of ecological safety of utilization of natural gas purification from the mechanical impurities at compressor station]. Ekologiya i promyshlennost Rossii, 2013, no. 10, pp. 12–16. 4. Korotayev V.N., Zhilinskaya Ya.A., Slyusar N.N. Metodika ranzhirovaniya i vybora nailuchshikh tekhnology obrashcheniya s otkhodami [Methods for ranking and choice of the best waste treatment technologies]. Zashchita okruzhayushchey sredy v neftegazovom komplekse, 2012, no. 7, pp. 21–25. Получено 30.05.2014 G. Arzamasova RATIONALE FOR SELECTION OF GAS COMPRESSOR STATION WASTE DISPOSAL TECHNOLOGY Main directions of the treatment of oily waste from the gas transmission industry enterprises are considered in the article. Recommended and used methods of waste treatment natural gas purification from mechanical impurities are described in the article. The results of research on the application of thermal and biological methods of neutralization of different fractions of the waste are described in the article. The overall solutions to combine approaches and use of the waste neutralization are described in the article. Keywords: gas pipeline companies, waste gas condensate, thermal methods, biological methods, comprehensive approach. 106 Управление бытовыми и промышленными отходами Арзамасова Галина Сергеевна (Пермь, Россия) – ст. преподаватель кафедры охраны окружающей среды, Пермский национальный исследова тельский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомоль ский пр., 29, email: arzamasovag@eco.pstu.ac.ru). Arzamasova Galina (Perm, Russia) – Senior lecturer, Department of Environmental Protection, Perm National Research Polytechnic University (614990, Perm, Komsomolsky av. 29, email: arzamasovag@eco.pstu.ac.ru). 107