В ТПУ предложили экологичную систему отопления на отходах нефтедобычи

Новый способ утилизации отходов нефтяных предприятий с помощью «горючего льда» (газовых гидратов) разработали ученые Томского политехнического университета (ТПУ), 15 июля сообщает пресс-служба вуза.

Предложенный специалистами ТПУ способ, кроме всего, позволяет использовать полученную после сжигания отходов экологически чистую тепловую энергию для отопления.

В ходе добычи, переработки и транспортировки нефти и ее производных образется большое количество токсичных отходов, содержащих, кроме углеводородов нефти, тяжелые металлы и летучие органические соединения. Эти отходы могут стать угрозой для экологии и здоровья человека.

Среди существующих на сегодняшний день способов переработки таких отходов наиболее популярные — их сжигание, отверждение, окислительная и биологическая обработка. При этом у каждого из них есть свои ограничения и недостатки, такие как высокая стоимость, необходимость использовать специальное коррозионностойкое оборудование, сохраняющийся риск утечки и др.

Для своего нового проекта ученые Томского политеха разработали математическую модель, а на ее основе изготовили экспериментальную установку для совместного сжигания нефтесодержащих отходов и гидратного газа. Такой газ получают в ходе регазификации газовых гидратов — кристаллов, в которых газ содержится в ледяной и водной оболочке, за что они и получили название «горючего льда», а также замерзшего топлива будущего.

Система сжигания томских политехников учитывает стабильность, температуру, угол пламени и размеры подаваемых в камеру сгорания частиц. Такая методика в дальнейшем позволит оценивать и настраивать эффективность утилизации нефтяных отходов.

Заведующий лабораторией тепломассопереноса ТПУ Павел Стрижак рассказал о проведенном исследовании, в котором участие приняли также специалисты Института теплофизики им. С. С Кутателадзе СО РАН:

«Новую методику мы апробировали на утилизации типичного нефтяного шлама. Результаты экспериментальных исследований показали, что эффективной работы системы необходимо до 0,5 кг/ч гидратного газа, около 12 кг/ч нефтяного шлама. Газовые гидраты при этом повышают эффективность сгорания нефтесодержащего шлама — на 3%».

Экологичность такой системы, отметили ученые, обеспечивает содержащийся в газовом гидрате водяной пар, который при сжигании снижает вредные выбросы. Исследования показали, что концентрация оксида серы снизилась на 5%, что в 8,5 раза меньше, чем при утилизации нефтяных отходов иными методами.

Одновременно снижение концентрации угарного газа составило 11% — в 7,8 раза меньше, чем при утилизации другими методами. На 15% уменьшилось содержание оксида азота. При этом побочным продуктом процесса является чистая вода, годная для бытовых и промышленных нужд.

Ученые рассчитали также параметры системы, которая сможет использовать в отопительных системах тепловую энергию, выделяемую при утилизации отходов. Для отдаленных населенных пунктов с суровыми климатическими условиями (до -30 °C) ими были смоделированы системы отопления, рассчитанные на население в 150, 700 и 2500 человек.

Результаты работы исследователи представили в статье «Термическая переработка нефтесодержащего шлама с добавлением газовых гидратов: оценка стабильности и эффективности горения» (Thermal conversion of oily sludge with added gas hydrates: assessment of combustion stability and efficiency), опубликованной в журнале Thermochimica Acta (Q2, IF: 3,6).

«Наша модель утилизации отходов одновременно может давать экологически чистую тепловую энергию. При этом дополнительные затраты на работу такой системы не нужны. Это решение особенно актуально для отдаленных районов и на нефтегазовых месторождениях, поскольку позволяет полностью эффективно замкнуть производственный цикл и самообеспечивать такой населенный пункт», — сообщил Павел Стрижак.